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CIENCIA E INGENIERIA
DE LOS MATERIALES
 UNIDAD 1
ESTRUCTURA, ARREGLOS Y MOVIMIENTO DE LOS ATOMOS.
 UNIDAD 2
PROPIEDADES GENERALES.
 UNIDAD 3
METALES Y ALEACIONES.
 UNIDAD 4
POLIMEROS.
 UNIDAD 5
CERAMICOS Y COMPUESTOS.
 UNIDAD 6
TABLEROS DE METERIALES.
UNIDAD 1
ESTRUCTURAS, ARREGLOS Y
MOVIMENTO DE LOS
ATOMOS.
ARREGLOS ATÒMICOS Y IÒNICOS
LOS ARREGLOS DE LOS ATOMOS Y DE IONES DESEMPEÑAN
UN PAPEL MUY IMPORTANTE EN LA DETERMINACION
DE LA MICROESTRUCTURA Y LAS PROPIEDADES DE UN
MATERIAL. LOS PRINCIPALES OBJETIVOS DE ESTE
CAPITULO SON:
A) EXPLICAR LA CLASIFICACION DE LOS MATERIALES
CON BASE EN LOS ARREGLOS ATOMICOS O IONICOS.
B) DESCRIBIR LOS ARREGLOS EN LOS SÓLIDOS
CRISTALINOS DEACUERDO CON LAS ESTRUCTURAS DE
RED, BASE Y CRISTALINA.
SIN ORDEN
No tienen orden llenan el espacio de manera amorfa
(gases).
ORDEN DE CORTO ALCANCE (SRO)
Un material tiene un orden de corto alcance si el arreglo
especial de los átomos solo se extiende a su vecindad
inmediata (líquidos).
ORDEN DE LARGO ALCANCE (LRO)
Se da solo en sólidos ya que los átomos se extiende por
todo el material forman un patrón repetitivo.
SÓLIDOS CRISTALINOS Y AMORFOS
Según la distribución espacial de los átomos, moléculas o
iones, los materiales sólidos pueden ser clasificados en:
Cristalinos: compuestos por átomos, moléculas o
iones organizados de una forma periódica en tres
dimensiones. Las posiciones ocupadas siguen una
ordenación que se repite para grandes distancias
atómicas (de largo alcance).
Amorfos: compuestos por átomos, moléculas o iones
que no presentan una ordenación de largo alcance.
Pueden presentar ordenación de corto alcance.
 CRISTALINO  AMORFO
MATERIALES CRISTALINOS
Si un material cristalino esta formado por un solo cristal grande, se le llama
material monocristal o monocristal.
Un material policristalino esta formado por muchos cristales pequeños con
diversas orientaciones en el espacio. Estos cristales mas pequeños se
llaman granos.
Un material policristalino se parece a un collage de varios monocristales
diminutos. Los bordes entre los cristales diminutos, donde los cristales
están desalineados entre sì, se llaman limites de grano.
Las propiedades de los materiales monocristalinos dependen de su
composicion quimica y de las direcciones especificas dentro del crsiatl
(llamadas direcciones cristalograficas). El orden de largo alcance en los
materiales cristalinos se puede detectar y medir con tecnicas como la
difraccion de rayos x o la difraccion de electrones.
REDES, CELDAS UNITARIAS, BASES Y ESTRUCTURAS
CRISTALINAS
Una red es una colección de puntos, llamada puntos de red, ordenados en un
patron periodico de tal modo que los alrededores de cada punto de la red
son identicos. Una red puede ser uni, bi o tridimencional.
En la ciencia e ingenieria de los materiales se usa el concepto de red para
describir los arreglos de atomos o de iones.
Un grupo de uno o mas atomos ubicados en forma determinada entre si, y
asociados con cada punto de red, se llama motivo, mofit o base.
Se obtiene un estructura cistalina sumando la red y la base; es decir:
ESTRUCTURA CRISTALINA= RED + BASE.
Celda unitaria: Es el menor grupo de átomos representativo de
una determinada estructura cristalina. Al apilar celdas unitarias
idénticas se puede construir toda la red.
Sólido cristalino CFC Celda unitaria
representada por
esferas rígidas
Celda unitaria de
un reticulado
cristalino.
SISTEMAS CRISTALINOS
(REDES DE BRAVAIS)
Aunque existen 14 posibles celdas cristalinas,
Existen siete
combinaciones diferentes en las cuales están
agrupadas en
dependencia de los parámetros de red. Cada una de
esas
combinaciones constituye un sistema cristalino.
SISTEMA CÚBICO
CÚBICO DE CUERPO
CENTRADO (CCC)
CÚBICO DE CARA
CENTRADAS (CFC)
CUBICO SIMPLE
SISTEMA HEXAGONAL
SISTEMA TETRAGONAL
TETRAGONAL SIMPLE TETRAGONAL DE CUERPO CENTRADO
SISTEMA ROMBOHÉDRICO SISTEMA TRICLÍNICO
SISTEMA ORTORRÓMBICO
ORTORRÓMBICO DE CARA CENTRADAS ORTORRÓMBICO DE
CUERPO CENTRADO
ORTORRÓMBICO SIMPLE ORTORRÓMBICO DE
BASES CENTRADAS
SISTEMA MONOCLÍNICO
MONOCLÍNICO SIMPLE MONOCLÍNICO DE
BASES CENTRADAS
PUNTOS, DIRECCIONES Y PLANOS EN LA
CELDA UNITARIA
Coordenadas Celda Unitaria : se pueden localizar puntos en una
celda estableciendo un sistema de coordenadas, con un eje
0,0,0 que sirva de referencia. Un punto cualquiera se designa
(x,y,z).
DIRECCIONES EN LA CELDA UNITARIA
Direción cristalográfica: vector que une dos puntos de la red cristalina.
 Procedimento para determinación de los índices de Miller de una direción
cristalográfica:
 Transladar el “vector dirección” de manera que pase por el origen del
sistema de coordenadas.
 Determinar la proyección del vetor en cada uno de los tres ejes
coordenados. Esas proyecciones deben ser medidas en terminos de los
parámetros de red (a,b,c)
 Multiplicar o dividir esos tres números por un fator comun, de tal forma tal
que los tres números resultantes sean los menores enteros posibles.
 Representar la direción escriviendo los tres números entre corchetes: [u v
w].
PLANOS CRISTALOGRÁFICOS
Determinación de los índices de Miller de un plano cristalográfico:
 Determinar los interceptos del plano con los ejes del sistema de
coordenadas en términos de los parámetros de red a,b y c. Si el
plano pasa por el origen, se debe transladar el plano a una nueva
posición en el sistema de coordenadas.
 Obtener los recíprocos de esos tres interceptos. Si el plano es
paralelo a uno de los ejes, el intercepto se considera en el infinito
y el su recíproco será cero.
 Representar los índices de Miller en la forma ( h k l )
Nota: A veces es necesário multiplicar o dividir esos tres recíprocos
por un factor común, tal que los tres números resultantes sean los
menores enteros posibles.
PLANOS CRISTALOGRÁFICOS
NOTA: UNA FAMÍLIA DE PLANOS, COMO POR EJEMPLO (111), (111), (111),
(111), (111), (111), (111) Y (111) ES REPRESENTADA POR {111}
DEFECTOS
 A) DEFECTOS PUNTUALES.
 B) DISLOCACIONES.
 C) DEFECTOS SUPERFICIALES.
DEFECTOS PUNTUALES
Son interrupciones localizadas en arreglos atómicos o iónicos
que, si no fuera por ellos, serian perfectos en una estructura
cristalina. La alteración afecta una región donde intervienen
varios átomos o iones.
Las impurezas son elementos o compuestos presentes en las
materias primas o en el procesamiento.
Los dopantes son elementos o compuestos que se agregan en
forma deliberada y en concentraciones conocidas, en lugares
específicos de la micro estructura, buscando un efecto benéfico
sobre las propiedades o el procesamiento.
En general, el efecto de las impurezas en las propiedades de los
materiales es nocivo, mientras que el de los dopantes es útil.
DEFECTOS PUNTUALES
VACANTE
Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco
creado por la perdida de un átomo que se encontraba
en esa posición. Puede producirse durante la
solidificación por perturbaciones locales durante el
crecimiento de los cristales. También puede
producirse por reordenamientos atómicos en el cristal
ya formado como consecuencia de la movilidad de
los átomos. (Figura 1)
Las vacantes pueden trasladarse cambiando su posición con
sus vecinos. Este proceso es importante en la migración o
difusión de los átomos en el estado sólido, sobre todo a altas
temperaturas donde la movilidad de los átomos es mayor.
(Figura 1)
DEFECTOS INSTERSTICIALES
Algunas veces, un átomo extra se
inserta dentro de la estructura de la red
en una posición que normalmente no
está ocupada formando un defecto
llamado “Defecto intersticial” .
Generalmente este tipo de defecto
introduce relativamente grandes
distorsiones en los alrededores puesto
que normalmente el átomo es
sustancialmente más grande que la
posición intersticial en la que se sitúa.
Consecuentemente la formación de
este defecto no es muy probable. Se
pueden introducir en una estructura
por radiación. (Figura 2)
Figura 2. Defecto Intersticial
DEFECTO SUSTITUCIONAL
Se introduce un defecto sustitucional cuando un átomo o Ion es
sustituido con un tipo distinto de átomo o Ion. Los átomos o
iones sustitucionales ocupan el sitio normal en la red.
Pueden ser mayores que los átomos o iones normales en la
estructura cristalina, en cuyo caso se reducen los espacios
interatómicos vecinos, o pueden ser menores, lo cual causara
que los átomos vecinos tengan distancias interatómicas
mayores.
En ambos casos, los defectos sustitucionales perturban al cristal
que los rodea.
DISLOCACIONES
Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red
centrada en torno a una línea. Se crean durante la
solidificación de los sólidos cristalinos o por
deformación plástica, por condensación de vacantes.
Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las
helicoidales. También puede darse una combinación
de ambas, denominada dislocación mezcla
DISLOCACIÓN DE CUÑA
Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la
red. Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran
distorsionados. Los átomos por encima de la línea de dislocación, que
se encuentra perpendicular al plano de la página, en el punto donde
termina el semiplano insertado, se encuentran comprimidos y los que
están por debajo se encuentran apartados. Esto se refleja en la leve
curvatura de los planos verticales de los átomos mas cercanos del extra
semiplano. La magnitud de esta distorsión decrece con la distancia al
semiplano insertado.
DISLOCACIÓN HELICOIDAL
Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un
cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante.
DISLOCACIONES MIXTAS
Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones
anteriores. Su vector de Burgers no es ni perpendicular ni
paralelo a la línea de dislocación, pero mantiene una
orientación fija en el espacio. La estructura atómica local en
torno a la dislocación mixta es difícil de visualizar, pero el
vector de Burgers proporciona una descripción conveniente y
sencilla.
DEFECTOS SUPERFICIALES
Son los límites o bordes o planos que dividen un material en
regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura
cristalina pero diferente orientación.
SUPERFICIE EXTERNA
Las dimensiones exteriores del material representan superficies en
las cuales la red termina abruptamente. Los átomos de la superficie
no están enlazados al número máximo de vecinos que deberían tener
y por lo tanto, esos átomos tienen mayor estado energético que los
átomos de las posiciones internas. Los enlaces de esos átomos
superficiales que no están satisfechos dan lugar a una energía
superficial, expresada en unidades de energía por unidad de área
(J/m2 o Erg/cm2). Además la superficie del material puede ser
rugosa, puede contener pequeñas muescas y puede ser mucho mas
reactiva que el resto del material.
BORDES DE GRANO
Se puede definir como la superficie que separa los granos individuales de
diferentes orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos. El
límite de grano es una zona estrecha en la cual los átomos no están
uniformemente separados, o sea que hay átomos que están muy juntos
causando una compresión, mientras que otros están separados causando
tensión. De cualquier forma los limites de grano son áreas de alta energía y
hace de esta región una mas favorable para la nucleación y el crecimiento
de precipitados.
MACLAS
Una macla es un tipo especial de límite de grano en el cual los
átomos de un lado del límite están localizados en una
posición que es la imagen especular de los átomos del otro
lado.
Cristales de yeso sin maclar Macla de yeso
MOVIMIENTO DE ATOMOS
A) APLICACIONES DE LA DIFUSION
B) MECANISMOS DE LA DIFUSION
APLICACIONES DE LA DIFUSION
La difusión indica el flujo neto de cualquier especie, como iones,
átomos, electrones, vacancias y moléculas. La magnitud de
este flujo depende del gradiente inicial de concentraciones y de
la temperatura.
El proceso de la difusión es fundamental en una gran cantidad de
tecnologías importantes de hoy.
Hay cientos de aplicaciones y de tecnologías que dependen ya sea de mejorar o
de limitar la difusión. Los siguientes son solo unos pocos ejemplos:
 CEMENTACION O CARBURIZACION PARA EL ENDURECIMIENTO
SUPERFICIAL DE LOS ACEROS.
 DIFUSION DE DOPANTES PARA DISPOSITIVOS SEMI CONDUCTORES.
 CERAMICOS CONDUCTORES.
 MATERIALES MAGNETICOS PARA DISCOS DUROS.
 FABRICACION DE BOTELLAS DE PLASTICO PARA BEBIDAS Y DE
GLOBOS DE MYLAR TM.
 OXIDACION DE ALUMINIO
 RECUBRIMIENTOS Y PELICULAS DELGADAS.
 RECUBRIMIENTOS DE BARRERA TERMICA EN ALABES DE TURBINA.
 FIBRAS OPTICAS Y COMPONENTES MICROELECTRONICOS.
 TRATAMIENTO DE AGUA Y AIRE.
 ARRASTRE Y DIFUSION.
MECANISMOS DE DIFUSION
• Autodifusión: movimiento de átomos idénticos entre posiciones
reticulares de la estructura cristalina del material (Au197 y Au198).
• Heterodifusión: distintos átomos intercambian sus posiciones en la
red (soldadura de dos materiales Ni y Cu).
• Difusión por vacantes: un átomo abandona su posición en la red para
ocupar alguna vacante próxima y dejando una nueva.
– Se crea una corriente de átomos y otra de vacantes en sentidos
contrarios.
• Difusión intersticial: los átomos intersticiales se difunden a otros
puntos intersticiales:
– Se crea una corriente de átomos y otra de puntos intersticiales
vacantes en sentidos contrarios.
– Este proceso de difusión es más rápido y fácil que el debido a las
vacantes pues los intersticios existen siempre (no se necesita una
energía adicional para su creación).
Energía de activación en la
difusión
• Un átomo debe abrirse
paso entre los átomos
circundantes para su
difusión a otro sitio.
Este proceso requiere
superar cierta barrera
energética (energía de
activación), E*.
• Sólo los átomos con una
energía térmica mayor
o igual a E* podrán
difundirse de un punto
a otro del material.
UNIDAD 2
PROPIEDADES GENERALES
Dos características primordiales son la elasticidad y la
plasticidad.
Deformación Elástica. Si nosotros sometemos un material a una
tensión las estructuras atómicas de este se empezaran a
deformar por lo tanto pueden llegar a deformarse solo por un
instante o de forma permanente. Si se deforma solo por un
instante regresando a su forma natural se le conoce como
deformación elástica.
Deformación Plástica. Cuando se somete un material a una
tensión logrando pasar de una zona elástica a una deformación
constante sin llegar a la ruptura se le conoce como
deformación plástica o permanente. Además toda zona plástica
de un material requiere de un incremento de temperatura.
DEFORMACION PLASTICA
ESFUERZO=F/Aº.
F=fuerza o carga
presta.
Aº= área original
antes de la prueba.
Lº=longitud.
E
T
DEFORMACION
ESFUERZO
PUNTO DE FLUENCIA
Es aquel punto en el que el desplazamiento atómico se hace
notorio o importante.
PUNTO DE FLUENCIA
DEFORMACION (Plg/Plg)
ESFUERZO (Pa)
PUNTO DE FLUENCIA CONVENCIONAL
Es el esfuerzo de comportamiento plástico y elástico que no se detecta con
facilidad y por lo tanto la única forma de aproximarse a el es calculándolo
trazando una paralela a la forma de la curva partiendo de una deformación
de 0.002 sin embargo no se puede asegurar que sea exacto el punto.
PUNTO DE FLUENCIA
COVENCIONAL
0.002 0.004 0.006 0.008
2000
3000
4000
5000
APARTIR DE 0.002 plg/plg
SE TRAZA UNA PARELELA
DOBLE PUNTO DE FLUENCIA
Algunos materiales y generalmente las aleaciones tienen características
de doble punto de fluencia, es decir algunas moléculas de aleación
empiezan a ceder con un determinado esfuerzo sin embargo las otras
estructuras que existen en la aleación retiene la deformación de la
anterior esperando una tensión mayor para poder rebasar el siguiente
punto de fluencia.
PUNTO DE FLUENCIA
INFERIOR
PUNTO DE FLUENCIA
SUPERIOR
Modulo de joule
Es la pendiente reconocida también como modulo de elasticidad
generada de la cuerva esfuerzo deformación además este
modulo esta relacionado con la fuerza que une a los átomos
internos de un material. Una pendiente muy acentuada indica
que requieren grandes fuerzas para poder modificar el material
además si comparamos el modulo de elasticidad de un acero el
cual será mas pequeño que el modulo de elasticidad de un
aluminio sin embargo el acero soporta mayor tensión que el
aluminio.
Ductibilidad: mide el grado de deformación que un material
puede soportar sin romperse.
DUREZA
Dentro de los proceso industriales la característica de dureza es
fundamental debido a que las maquinas pasan de eslabón a
eslabón transfiriendo fuerzas, velocidades y aleaciones pero
suficiente fricción.
Las durezas mas comunes son:
La Rockwell (A, B, C, D, E, F, G)
La dureza Brinells
La dureza Vickers
Estas durezas solo nos dan un parámetro superficial pero
sumamente importante dentro de todos los procesos.
Dureza: se puede considerar como la oposición o resistencia que
presenta un material a ser penetrado.
IMPORTANCIA DE LA MEDICION DE DUREZA
Nos indica la calidad del tratamiento térmico que
recibe el material, la calidad del material nos puede
indicar dureza sobre soldaduras y lo mas
importante es una prueba no destructiva por lo tanto
se le puede aplicar a todas las piezas de la
producción.
DUREZA ROCKWELL
Método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de
un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell
constituye el método más usado para medir la dureza
debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere
conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes
escalas que provienen de la utilización de distintas
combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite
ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos
tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero
endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y
un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º
+/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico
de radio 0,20mm (Brale), el cual se utiliza para los
materiales más duros.
DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL
Es una variante del Ensayo Rockwell cuyo fin es únicamente analizar la
superficie de los materiales. Por ejemplo, para analizar la superficie
de un acero que ha sido tratado por carburación y medir así su
dureza. Su técnica es básicamente reducir el esfuerzo aplicado para
sólo penetrar en la superficie. Para este ensayo se utiliza una
precarga menor de 3kg, seguida de una carga mayor de 15, 30 o
45kg. Estas escalas se identifican mediante número (15, 30 o 45) y
una letra (N, T, W o Y) en función del penetrador.
ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL
Símbolo de
la escala
Penetrador
Carga
mayor
(kg)
Aplicaciones
A Diamante 60
Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy
duros. Chapas duras y delgadas.
B
Bola de 1/16
pulgada
100 Aceros recocidos y normalizados.
C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.
D Diamante 100 Aceros cementados.
E
Bola de 1/8
pulgada
100 Metales blandos y antifricción.
F
Bola de 1/16
pulgada
60 Bronce recocido.
G
Bola de 1/16
pulgada
150 Bronce fosforoso y otros materiales.
H
Bola de 1/8
pulgada
60
Metales blandos con poca homogeneidad,
fundiciones con base hierro.
K
Bola de 1/8
pulgada
150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
ESCALAS DE LA DUREZA ROCKWELL
SUPERFICIAL
Símbolo de la
escalaº
Penetrador
Carga
mayor
(kg)
Aplicaciones
15N Diamante 15
Aceros nitrurados, cementados y
herramientas de gran dureza.
30N Diamante 30 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
45N Diamante 45 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
15T
Bola de 1/16
pulgada
15 Bronce, latón y aceros blandos
30T
Bola de 1/16
pulgada
30 Bronce, latón y aceros blandos
45T
Bola de 1/16
pulgada
45 Bronce, latón y aceros blandos
15W
Bola de 1/8
pulgada
15 Bronce, latón y aceros blandos
30W
Bola de 1/8
pulgada
30 Bronce, latón y aceros blandos
45W
Bola de 1/8
pulgada
45 Bronce, latón y aceros blandos
DUREZA BRINELLS
Se basa en la aplicación de una carga fija mediante un penetrador esferito que
se abre pasa sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que se quita la
carga, se determina el área de la penetración, lo cual indica la resistencia a
la carga. Las cargas son aplicadas por sistemas hidráulicas hasta 3000 Kg.;
los penetradores generalmente están constituidos de acero endurecido o de
carburo de tungsteno aproximadamente de 10mm de diámetro.
INDENTADORES: La bola para ello ensayo de dureza brinell debe tener 10
mm. de diámetro con una desviación no mayor de 0.005 en cualquiera de
los diámetros. Las bolas mas pequeñas tienen diámetros y tolerancias como
se muestran en la siguiente tabla.
Diámetro de la bola (mm.) Tolerancia (mm.)
Desde 1 a 3 incluido + 0.0035
Mas de 3 hasta 6 incluido + 0.004
Mas de 6 hasta 10 incluido + 0.0045
DUREZA VICKERS
Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide
cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers
coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo
Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta
2mm de espesor.
IMPACTO
Dureza al impacto significa la capacidad de absorción de energía
de un cuerpo. Cuando hablemos del impacto consideraremos
que los materiales dúctiles tiene mayor desempeño en esta área
pero sin olvidarse del valor de dureza generalmente se van
dando en Joules.
PROPIEDADES DE LOS METALES
 Propiedades físicas: la mayoría de los metales tiene un color
grisáceo y pocos tienen color distinto como el cobre o el oro.
 Entre otros metales aparecen mas de un color esto se llama
pleocroismo.
 Densidad: relación entre masa y volumen.
 Estado físico: todos son sólidos a temperatura ambiente
excepto el mercurio.
 Brillo: reflejo de luz.
 Maleabilidad: capacidad de los metales para hacerse en minas.
 Ductibilidad: para moldear en alambres.
 Tenacidad: resistencia que presentan los metales a romperse
por tracción.
 Conductividad: buenos conductores de electricidad y calor.
UNIDAD 4
TRATAMIENTOS TERMICOS DE DUREZA
TRATAMIENTOS DE ENDURECIMIENTO EN GENERAL.
Existen tratamientos de templado que son los mas comunes.
1) Templado prolongado
El cual se enfría despacio en el aire y puede ser subdividido en 2
métodos:
A) Mar templado: además de retirarlo de que se enfrié en el aire
se coloca en un lugar cerrado con temperatura constante
logrando un temple uniforme en toda la pieza.
B) Austemplado: después de ser retirada la pieza se enfría con el
aire y se le aplica un baño de sal o metal de rebaba lo que
hace que el material templado pierda con mayor velocidad
temperatura sin tener flujos de corriente o cambios drásticos
de aire.
2) Templado rápido
Generalmente este templado se apoya en arena por ser un
material mas frió que el ambiente.
Nota: todo tratamiento de templado hace una dureza mas general.
TRATAMIENTOS DE DUREZA SUPERFICIAL
1) Cementado: consta de calentar la pieza pero apoyada en
compuestos de carbono el cual reacciona con el acero
modificando la estructura superficial y logrando una
mayor dureza. Tambien este metodo se le conoce como
carbonizacion utilizando en este proceso carbon vegetal,
mineral (coque) y gases de carbono o se puede utilizar
apoyados en baños de sal de cianuro.
2) Nitrurizado: el método mas antiguo es utilizar líquidos los
cuales contengan este tipo de gas con características de
nitrura. Ejemplo: orina, sangre.
En la actualidad se realiza en una cámara cerrada en la cual
se coloca la pieza a endurecerse y se le aplica un gas el
cual puede ser amoniaco logrando incrementar la cantidad
de nitruros en la parte superficial.
UNIDAD 3
METALES
ACEROS
Son aquellos productos ferrosos cuyo tanto por ciento de carbono esta
comprendido entre 0.05% y 1.7%; el acero endurece por el temple y una
vez templado, tiene la propiedad de que si se calienta de nuevo y se enfría
lentamente, disminuye su dureza. El acero funde entre los 1400 y 1500°C,
y se puede moldear con mas facilidad que el hierro.
Aceros se pueden clasificar según se obtengan en estado sólido: ensoldados,
batidos o forjados; o, en estado liquido, en hierros o aceros de fusión y
homogéneos. También se clasifican según su composición química, en
aceros originarios, al carbono y especiales.
La proporción de carbono influye sobre las características del metal. Se
distinguen dos grandes familias de acero: los aceros aleados y los no
aleados. Existe una aleación cuando los elementos químicos distintos al
carbono se adicionan al hierro según una dosificación mínima variable para
cada uno de ellos.
Por ejemplo el 0.5% para el silicio, el 0.08% para el molibdeno, el 10.5% para
el cromo. De esta manera una aleación del 17% de cromo mas 8% níquel
constituye un acero inoxidable. Y por eso no hay un acero sino múltiples
aceros.
PROPIEDADES MECANICAS DE LOS ACEROS
 Resistencia al desgaste. Es la resistencia que ofrece un
material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de
fricción con otro material.
Tenacidad. Es la capacidad que tiene un material de absorber
energía sin producir Fisuras (resistencia al impacto).
 Maquinabilidad. Es la facilidad que posee un material de
permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.
 Dureza. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse
penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) ó unidades
ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre.
PROCESOS DE OBTENCION Y PRODUCCION DE
ACERO
El acero se fabrica partiendo de la fundición o hierro
colado; éste es muy impuro, pues contiene excesiva
cantidad de carbono, silicio, fósforo y azufre,
elementos que perjudican considerablemente la
resistencia del acero y reducen el campo de sus
aplicaciones.
La fabricación verdadera del acero se inició hacia
1856, cuando se introdujo en la siderurgia el empleo
del convertidor Bessemer, en la catualidad existen
diferentes tipos hornos para la obtencion de acero.
TIPOS DE HORNOS
 EL ALTO HORNO.
 HORNO BESSEMER.
 HORNO BASICO DE OXIGENO (BOF).
 HORNO DE HOGAR ABIERTO.
 HORNO DE ARCO ELECTRICO.
 HORNO DE REFINACION.
 HORNO DE INDUCCION.
 HORNO DE AIRE O CRISOL.
 HORNO DE CUBILOTE
EL ALTO HORNO
En general los altos hornos tienen un diámetro mayor a 8 m y
llegan a tener una altura superior de los 60 m. Están revestidos
de refractario de alta calidad.
Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de
arrabio cada 24 h. La caliza, el coque y el mineral de hierro se
introducen por la parte superior del horno por medio de
vagones que son volteados en una tolva. Para producir 1000
toneladas de arrabio, se necesitan 2000 toneladas de mineral
de hierro, 800 toneladas de coque, 500 toneladas de piedra
caliza y 4000 toneladas de aire caliente.
Con la inyección de aire caliente a 550°C, se reduce el consumo
de coque en un 70%. Los sangrados del horno se hacen cada 5
o 6 horas, y por cada tonelada de hierro se produce 1/2 de
escoria.
HORNO BESSEMER
Es un horno en forma de pera que está forrado con
refractario de línea ácida o básica. El convertidor se
carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido,
posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo
que se eleva la temperatura por arriba del punto de
fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo
anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene
acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido
por el BOF, el que a continuación se describe.
HORNO BÁSICO DE OXÍGENO (BOF)
Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que
a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta
oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la
temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido.
El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de
refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La
carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente
del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de
operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado
como el sistema más eficiente para la producción de acero de
alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henrry
Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la
producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de
aire, con lo que surgió el convertidor Bessemer, el que ya fue
descrito.
HORNO DE HOGAR ABIERTO
Es uno de los hornos más populares en los procesos de producción del
acero. Un horno de este tipo puede contener entre 10 y 540
toneladas de metal en su interior. Tiene un fondo poco profundo y la
flama da directamente sobre la carga, por lo que es considerado
como un horno de reverbero. Su combustible puede ser gas, brea o
petróleo, por lo regular estos hornos tienen chimeneas laterales las
que además de expulsar los gases sirven para calentar al aire y al
combustible, por lo que se consideran como hornos regenerativos.
Los recubrimientos de los hornos de hogar abierto por lo regular son de
línea básica sin embargo existen también los de línea ácida
((ladrillos con sílice y paredes de arcilla). Las ventajas de una línea
básica de refractario, sobre una ácida son que con la primera se
pueden controlar o eliminar el fósforo, el azufre, el silicio, el
magnesio y el carbono y con la línea ácida sólo se puede controlar al
carbono. El costo de la línea básica es mayor que el de la ácida.
HORNO DE ARCO ELECTRICO
Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta
calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta
calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que
estos hornos son para la producción de aceros de alta calidad siempre están
recubiertos con ladrillos de la línea básica.
Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de
material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente
tres horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta
oxígeno puro por medio de una lanza.
Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que
pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La
mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A.
Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con
refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de
acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los
electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que
se deposita la carga por medio de una grúa viajera.
Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y
pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado,
como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.
 HORNO DE REFINACION
Estos hornos pueden ser de varios tipos, en realidad puede ser
cualquier horno al que por medio de aire u oxígeno se obtenga
hierro con carbón controlado, sin embargo se pueden
mencionar dos de los hornos más conocidos para este fin.
 HORNO DE INDUCCION
Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que
rodea a un crisol en el cual se funde la carga. La corriente es
de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente
es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un
sistema de motogenerador. Estos hornos se cargan con piezas
sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas.
El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas
de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta
calidad o con aleaciones especiales.
HORNO DE AIRE O CRISOL
Es el proceso más antiguo que existe en la fundición,
también se le conoce como horno de aire. Este equipo
se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que
son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan
dentro de un confinamiento que puede contener algún
combustible sólido como carbón o los productos de la
combustión.
Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad
excepto para la fusión de metales no ferrosos, su
capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.
HORNO DE CUBILOTE
Son equipos muy económicos y de poco mantenimiento, se utilizan
para hacer fundición de hierros colados. Consisten en un tubo de
más de 4 metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a 1.4 m de
diámetro, se cargan por la parte superior con camas de chatarra de
hierro, coque y piedra caliza. Para la combustión del coque se
inyecta aire con unos ventiladores de alta presión, este accede al
interior por unas toberas ubicadas en la parte inferior del horno.
También estos hornos se pueden cargar con pelets de mineral de
hierro o pedacería de arrabio sólido.
Por cada kilogramo de coque que se consume en el horno, se procesan
de 8 a 10 kilogramos de hierro y por cada tonelada de hierro fundido
se requieren 40kg de piedra caliza y 5.78 metros cúbicos de aire a
100 kPa a 15.5°C.
Los hornos de cubilote pueden producir colados de hasta 20 toneladas
cada tres horas. Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno,
sólo sus dimensiones disminuyen notablemente. El mayor problema
de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones
contaminantes es más costoso que el propio horno, por ello no se
controlan sus emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su
operación.
SOLUBILIDAD
En todos los materiales existen características especificas cuando
los estamos manejando tanto en sustancias como en los
líquidos a esto se le conoce como solubilidad.
Solubilidad limitada: cuando se tienen 2 materiales puros y si
importa la cantidad de cada uno de ellos.
Ya que se llega a un momento en donde se limita la cantidad de
uno de ellos.
Solubilidad ilimitada: esta mezcla no tiene ningún reparo en
mezclar cualquier porcentaje de cada uno de ellos.
DIAGRAMA HIERRO
CARBONO
ALEACIONES HIERRO-CARBONO
El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando
aleaciones con el carbono (además de otros elementos), es el metal
más utilizado en la industria moderna. A la temperatura ambiente,
salvo una pequeña parte disuelta en la ferrita, todo el carbono que
contienen las aleaciones Fe-C está en forma de carburo de hierro(
CFe3 ). Por eso, las aleaciones Fe-C se denominan también
aleaciones hierro-carburo de hierro.
Las aleaciones con contenido de C comprendido entre 0.03% y
1.76% tienen características muy bien definidas y se denominan
aceros. Los aceros de cualquier proporción de carbono dentro de los
límites citados pueden alearse con otros elementos, formando los
denominados aceros aleados o aceros especiales. Algunos aceros
aleados pueden contener excepcionalmente hasta el 2.5% de C. Los
aceros generalmente son forjables, y es ésta una cualidad muy
importante que los distingue. Si la proporción de C es superior a
1.76% las aleaciones de Fe-C se denominan fundiciones, siendo la
máxima proporción de C aleado del 6.67%, que corresponde a la
cementita pura. Las fundiciones, en general, no son forjables.
TIPOS DE ACEROS
En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta
once constituyentes diferentes, que se denominan:
ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita,
troostita sorbita, bainita, ledeburita, steadita y
grafito.
FERRITA
Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro
alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a
disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la
ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil
constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una
dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando
a un alargamiento del 35 al 40%. Además de todas estas características,
presenta propiedades magnéticas. En los aceros aleados, la ferrita suele
contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida sustitucional. Al
microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de grano más
irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita se ha
formado en una transformación en estado sólido, mientras que la austenita,
procede de la solidificación.
La ferrita en la naturaleza aparece como elemento proeutectoide que
acompaña a la perlita en:
- Cristales mezclados con los de perlita (0.55% C)
- Formando una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a
0.85% de C)
- Formando agujas en dirección de los planos cristalográficos de la
austenita.
CEMENTITA
Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe
en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza
de 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran
tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus
propiedades magnéticas. Aparece como:
- Cementita proeutectoide, en aceros hipereutectoides, formando un red que
envuelve a los granos perlíticos.
- Componente de la perlita laminar.
- Componente de los glóbulos en perlita laminar.
- Cementita alargada (terciaria) en las uniones de los granos (0.25% de C)
PERLITA
Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es
decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de
aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2 y un
alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas
alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita
formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura
es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta
durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita
adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces
la denominación de perlita globular.
AUSTENITA
Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la
solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción
de C disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este último
porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC.La austenita
en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza
a formarse a la temperatura de 723ºC. También puede obtenerse una
estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente, enfriando muy
rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una
temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es
estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y
perlita.
Excepcionalmente, hay algunos aceros al cromo-niquel denominados
austeníticos, cuya estructura es austenítica a la temperatura ambiente. La
austenita está formada por cristales cúbicos de hierro gamma con los
átomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro. La austenita
tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2 y un
alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas.
MARTENSITA
Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los átomos de C pueden
difundirse hacía afuera de la estructura austenítica. De este modo, los átomos de Fe
se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCC. Esta
transformación gamma-alfa tiene lugar mediante un proceso de nucleación y
crecimiento dependiente del tiempo (si aumentamos la velocidad de enfriamiento
no habrá tiempo suficiente para que el carbono se difunda en la solución y, aunque
tiene lugar algún movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no
podrá llagar a ser BCC, ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La
estructura resultante denominada martensita, es una solución sólida sobresaturada
de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta
estructura reticular altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza
de la martensita, ya que como los átomos en la martensita están empaquetados con
una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformación (que
nos lleva a la martensita) ocurre una expansión que produce altos esfuerzos
localizados que dan como resultado la deformación plástica de la matriz.
Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros. La martensita
se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de
carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89%
aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de
carbono. Su dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de
175 a 250 Kg/mm2 y su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es
magnética.
BAINITA
Se forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en
un rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en
enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante,
manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la
austenita en bainita.
LEDEBURITA
La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las
fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el
porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir,
un contenido total de 1.76% de carbono.
La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono
(de composición alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC, siendo
estable hasta 723ºC, decomponiéndose a partir de esta temperatura
en ferrita y cementita
CLASIFICACION DE LOS ACEROS
Los aceros se clasifican en cinco grupos
principales:
aceros al carbono
aceros aleados
aceros de baja aleación ultra resistentes
aceros inoxidables
aceros de herramientas.
1. ACEROS AL CARBONO
El 90% de los aceros son aceros al carbono.
Estos aceros contienen una cantidad diversa
de carbono, menos de un 1,65% de
manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de
cobre. Con este tipo de acero se fabrican
maquinas, carrocerías de automóvil,
estructuras de construcción, pasadores de pelo,
etc.
2. ACEROS ALEADOS
Estos aceros están compuestos por una
proporción determinada de vanadio,
molibdeno y otros elementos; además de
cantidades mayores de manganeso, silicio y
cobre que los aceros al carbono. Estos aceros
se emplean para fabricar engranajes, ejes,
cuchillos, etc.
Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización
Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:
 Aceros de construcción:
Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros para muelles
Aceros de nitruración
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para imanes
Aceros para chapa magnética
Aceros inoxidables y resistentes al calor
 Aceros de herramientas:
Aceros rápidos
Aceros de corte no rápidos
Aceros indeformables
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para trabajos de choque
Aceros inoxidables y resistentes al calor.
3. ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRA
RESISTENTES
Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos
aceros son más baratos que los aceros
convencionales debido a que contienen menor
cantidad de materiales costosos de aleación. Sin
embargo, se les da un tratamiento especial que hace
que su resistencia sea mucho mayor que la del acero
al carbono. Este material se emplea para la
fabricación de vagones porque al ser más resistente,
sus paredes son más delgadas, con lo que la
capacidad de carga es mayor. Además, al pesar
menos, también se pueden cargar con un mayor
peso. También se emplea para la fabricación de
estructuras de edificios.
4. ACEROS INOXIDABLES
Son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de
Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película
pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta
película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la
característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros
inoxidables.
El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes
en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy
versátiles.
La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con
sus características:
· Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas.
· Propiedades mecánicas del acero
· Características de los procesos de transformación a que será
sometido.
· Costo total (reposición y mantenimiento)
- Disponibilidad del acero.
4.1 CLASIFICACION DE LOS ACEROS
INOXIDABLES
Los aceros inoxidables no son indestructibles, sin embargo con una
selección cuidadosa, sometiéndolos a procesos de transformación
adecuados y realizando una limpieza periódica, algún integrante
de la familia de los aceros inoxidables resistirá las condiciones
corrosivas y de servicio más severas.
 Serie 400
Aceros Inoxidables Martensíticos
 Serie 400
Aceros Inoxidables Ferríticos
 Serie 300
Los Aceros Inoxidables Austeníticos.
 Aceros inoxidables endurecidos por precipitación.
SERIE 400
ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS
Son la primera rama de los aceros inoxidables, llamados
simplemente al Cromo y fueron los primeros
desarrollados industrialmente (aplicados en
cuchillería). Tienen un contenido de Carbono
relativamente alto de 0.2 a 1.2% y de Cromo de 12 a
18%.
Los tipos más comunes son el AISI 410, 420 y 431
Las propiedades básicas son: Elevada dureza (se
puede incrementar por tratamiento térmico) y gran
facilidad de maquinado, resistencia a la corrosión
moderada.
Principales aplicaciones: Ejes, flechas, instrumental
quirúrgico y cuchillería.
SERIE 400
ACEROS INOXIDABLES FERRÍTICOS
También se consideran simplemente al Cromo, su
contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de
Carbono es bajo <0.2%.
Los tipos más comunes son el AISI 430, 409 y 434
Las propiedades básicas son: Buena resistencia a la
corrosión. La dureza no es muy alta y no pueden
incrementarla por tratamiento térmico.
Principales aplicaciones: Equipo y utensilios
domésticos y en aplicaciones arquitectónicas y
decorativas.
SERIE 300
LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS.
Son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades, se
obtienen agregando Níquel a la aleación, por lo que la
estructura cristalina del material se transforma en austenita y
de aquí adquieren el nombre. El contenido de Cromo varia de
16 a 28%, el de Níquel de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a
6%.
Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310
y 317.
Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la
corrosión, excelente factor de higiene - limpieza, fáciles de
transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por
tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas
criogénicas como a elevadas temperaturas.
Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso
doméstico, hospitalario y en la industria alimentaría, tanques,
tuberías, etc.
CEROS INOXIDABLES ENDURECIDO POR
PRECIPITACION
Aceros similares a los austeniticos pero con la
presencia de aluminio, niobio o tantanio que se
pueden endurecer por solución sólida por
deformación o envejecimiento y la forma de
dar tratamiento térmico es por templado.
5. ACEROS DE HERRAMIENTAS
Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y
cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene
wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que
le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.
METALES
HIERRO COLADO
• El hierro colado o fundición se fabrica en los
llamados altos hornos. Se caracteriza por servir para
moldeo, ser resistente a la compresión y tener
fragilidad. Se puede obtener varias clases de hierro
colado dependiendo del proceso de fabricación, del
enfriamiento, de la materias primas y de la ganga del
mineral, pudiéndose dividir en dos grupos:
fundiciones ordinarias y fundiciones especiales. Las
Fundiciones Ordinarias están formadas
principalmente de hierro y carbono. Puede ser: la
fundición gris, la fundición blanca y la fundición
maleable. Las Fundiciones Especiales pueden ser:
ferromanganesas y ferrosilíeas.
BRONCES
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BRONCE PARA EMBUTICIÓN
Se trata de un bronce especial que resuelve los problemas de
la embutición (rayado de piezas, embuticiones profundas,
calidad de acabado, etc.). Tiene las propiedades
intrínsecas de los bronces (desplazamiento y bajo punto
de fricción) mas la dureza y resistencia de los aceros
templados y revenidos.
El bronce para embutición, debido a sus características es el
material perfecto para este trabajo.
Por la mayor profundidad, velocidad de la embuticióny
duración, permite una rápida amortización en acero
inoxidable, aluminio, plata, níquel, etc.
BRONCES EMBUTIDOS
APLICACIONES DE LOS BRONCES EMBUTIDOS
BRONCES S.A.E
Bronce Estándar 884
Características:
Comúnmente conocido como bronce fosforado,
estándar o comercial, este bronce, aunque sin ninguna
norma internacional, tiene excelentes características
físicas, gran maquinabilidad y resistencia a la tensión
y al esfuerzo. Recomendaciones de uso: para trabajos
ligeros, como en la elaboración de casquillos,
chumaceras pequeñas y stoperos
Bronce SAE-62 (UNS C 90500)
Características:
Es una aleación de uso general con antifricción de gran
resistencia para condiciones fuertes de trabajo y alta carga. Es
duro con gran resistencia al desgaste al ataque químico-ácido y
a la corrosión ambiental; resiste presiones hidráulicas aun con
agua salada. Posee resistencia a la tracción de 45,000 psi y una
dureza de entre 75 y 85 Brinell.
Recomendaciones de uso:
Para piezas que requieren un bronce fino y estable especial
para la elaboración de coronas tornillos sin fin elementos de
maquinaria de servicio pesado y bajas velocidades, en
instalaciones de ingenios azucareros plantas de refinación y en
general en sistemas de vapor o gas a presión.
Bronce SAE-64 (UNS C 93700)
Características:
Un bronce con excelentes características físicas para el
trabajo pesado con excelente característica antifricción
por su alto contenido de plomo, (lubricante seco). Posee
una resistencia a la tracción de 35,000 psi y una dureza de
entre 60 y 70 Brinell.
Recomendaciones de uso:
Cojinetes, bujes para altas velocidades y fuertes
presiones, bombas, impulsores, aplicaciones donde se
requiera alta resistencia a la corrosión, fundiciones a
presión, bujes para molinos, hornos de cemento,
troqueladoras, laminadoras, compresores, bujes con
babbit. Posee una resistencia a la tracción de 35,000 psi y
una dureza de entre 60 y 70 Brinell.
Bronce SAE-65 (UNS C 90700)
Características:
Llamado también bronce para engranes. Es una
aleación de alta dureza para usos industriales. Ofrece
magníficos resultados para trabajos pesados con
condiciones normales de lubricación. Posee una
resistencia a la tracción de 55,000 psi y una dureza de
entre 98 y 105 Brinell.
Recomendaciones de uso:
Excelente para fabricar coronas, engranes, cojinetes
en donde se espera soportar altas cargas y velocidades
relativamente bajas.
Bronce SAE-660 (UNS C 93200)
Características:
Es una aleación generalizada para usos industriales,
que ofrece magníficos resultados para trabajos
semipesados y condiciones normales de lubricación.
Es fino, compacto y uniforme, con buenas
características antifricción y con gran resistencia al
desgaste bajo presiones fuertes con velocidades
medias. Posee resistencia a la tracción de 35,000 psi y
una dureza de entre 60 y 65 Brinell.
 Recomendaciones de uso:
Excelente para fabricar pequeños engranes, partes de
bombas, asientos de válvula y maquinaria en general
que necesite un bronce fino y estable.
PROPIEDADES DE LOS BRONCES AL
ALUMINIO
PROPIEDADES DE LOS BRONCES
AL MANGANESO
PROPIEDADES DE LOS BRONCES
ANTIFRICCION
PROPIEDADES DE LOS BRONCES
FOSFOROSOS
PROPIEDADES DE LOS BRONCES
FOSFOROSOS
ALEACIONES NO
FERROSAS
ALUMINIOS
tiene una alta conductividad eléctrica y térmica, y su
resistencia a la corrosión es excelente debido a la
formación de una película superficial dura y delgada
de óxido. Es un metal muy dúctil y notable por su
facilidad de formado. El, aluminio puro tiene una
resistencia relativamente baja, pero puede alearse y
tratarse térmicamente para competir con algunos de
los aceros, especialmente cuando el peso es una
consideración de importancia.
ALEACIONES DEL ALUMINIO
Sustituye en gran parte de la producción a
cualquier colado, aceros al carbón, que son
materiales que se pueden igualar en
resistencia, dureza u otras características
contra las aleaciones del aluminio.
Algunas aleaciones son las siguientes:
1100, 1350, 3003, 5000, 5005, 5052, 5083, 5086,
5454, 5456, 2024, 6061, 7075.
CARACTERISTICAS DE ALGUNAS
ALEACIONES
 1100: Propiedades de diseño esta aleación es aluminio puro comercial con
excelentes características de con formalidad de aplicaciones. Usado común
mente en canastillas, recipientes de almacenamiento, utensilios de cocina.
 5005: Es una aleación de aluminio con contenido de magnesio no tratable
térmicamente, el trabajo en frío aumenta la resistencia de la aleación.
 5456: Aleación de aluminio y magnesio, buena resistencia. No responde al
endurecimiento por tratamiento térmico recocido a 650 ºF.
 7075: Tiene capacidad de desarrollar alta resistencia por tratamiento
térmico. Buenas propiedades a bajas temperaturas de 36% de
conductividad eléctrica.
 5086: Aleación Estructural de alta resistencia no tratable térmicamente.
 6061: Es probablemente una aleación de Aluminio tratable térmicamente.
 5054: Aleación de aluminio y magnesio no tratable térmicamente,
resistencia media que puede ser endurecida en frió.
COBRE
 Es un material pesado y al igual que el aluminio sirve como
conductor pero este es mas pesado que el hierro es decir, si
comparamos la aleación de resistencia a la fatiga. Además el
Cu abrasivos (corrosión) y se comporta mejor a los
tratamientos térmicos, el Cu puro es de color rojizo que si se le
agrega una aleación de zinc toma un color amarillo dorado y si
es aleado con níquel toma un color plateado.
 El Cu puro es cuando tiene 1% de impurezas y se aplica en el
área eléctrica algunas veces se conviene alear con aluminio
para aumentar dureza y mantener la conducción.
MANGANESO
A comparación del aluminio este tiene una densidad
de 1.74 gr/cm3 pero a diferencia de los anteriores
sus aleaciones no tienen la misma resistencia sin
embargo se utiliza en aplicaciones parciales y
generalmente en motores de combustión interna,
su modulo de elasticidad es mas bajo que el
aluminio y tiene menos resistencia a la fatiga.
ALEACIONES DE BERILIO
Su densidad del berilio es de 1.848 gr/cm3 sin
embargo es mas tenaz que el acero y su
relación resistencia-peso se puede mantener
aun a temperaturas elevadas. Tiene una
desventaja por que es un material toxico y
tiene mayor fragilidad al impacto, sin embargo
su uso ideal es en el área térmica (calderas,
generador de vapor, intercambiador de calor).
NIQUEL Y COBALTO
Son utilizados para protección contra corrosión y
contiene una característica de resistencia a la
deformación a temperaturas muy elevadas
generalmente son aplicados en el desarrollo de
prótesis debido a que soportan fluidos humanos.
SUPER ALEACIONES
EXISTEN 3 TIPOS DE SUPER ALEACIONES
COMUNES:
1. A BASE DE NIQUEL.
2. A BASE DE HIERRO-NIQUEL.
3. A BASE DE COBALTO.
Estas en general al mezclar una aleación ya hecha con
nuevos porcentajes de otros materiales aumentando
principalmente el cromo, molibdeno, tungsteno, así
como el circonio, el boro o algún otro en especial.
Excelente resistencia a la corrosión alta resistencia al peso
(4.55gr/cm3) teniendo al principal como titanio puro el cual es
relativamente débil pero con gran resistencia a la corrosión
aplicada para intercambiadores de calor, reactores, válvulas de
flujos para tuberías industriales, principalmente petroquímicas.
Existen 3 aleaciones de titanio y son :
Aleación de titanio alfa.
Aleación de titanio beta.
Aleación de titanio alfa-beta.
TITANIO
 Aleación de titanio ALFA: 5% de aluminio, el cual lo
endurece, manteniendo su resistencia a la tensión.
 Aleación de titanio BETA: Tiene mayor contenido de
vanadio y molibdeno teniendo mayor resistencia que
los anteriores, utilizado para la elaboración de
sujetadores, vigas y estructuras para el uso Aéreo
especial.
 Aleación de titanio ALFA-BETA: Material
extremadamente duro, tratable térmicamente, permite
soldabilidad, fácil forma de fundición.
• La ciencia de materiales define a un metal como un
material en el que existe un traslape entre la banda de
valencia y la banda de conducción en su estructura
electrónica. Esto les da la capacidad de conducir fácilmente
calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar
la luz lo cual les da su peculiar brillo.
• El concepto de metal refiere tanto a elementos puros, por
ejemplo aluminio, así como aleaciones con características
metálicas. Ejemplos comunes de metales no elementales
son el acero y el bronce. Los metales elementales
comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los
elementos y se separan de los no metales por una línea
diagonal entre el boro y el polonio. En comparación a los no
metales tienen baja electronegatividad y baja energía de
ionización.
LATÓN
• Es una aleación de cobre y zinc. El latón es más
duro que el cobre, es dúctil y puede forjarse en
planchas finas. Su maleabilidad varía según la
composición y la temperatura, y es distinta si se
mezcla con otros metales, incluso en cantidades
mínimas. Algunos tipos de latón son maleables
únicamente en frío, otros sólo en caliente, y
algunos no lo son a ninguna temperatura.
• Las aplicaciones de los latones abarcan los
campos más diversos, desde el armamento,
pasando por la ornamentación, hasta los tubos
de condensador y terminales eléctricos.
MERCURIO
• A temperatura ordinaria el mercurio es un líquido brillante, denso, de
color blanco plateado. Es ligeramente volátil a temperatura ambiente, y
sometido a una presión de 7.640 atmósferas (5.800.000 mm Hg) se
transforma en sólido, habiéndose elegido esta presión como medida
tipo para presiones extremadamente altas. Se disuelve en ácido nítrico
y en ácido sulfúrico concentrado, pero es resistente a los álcalis. Tiene
un punto de fusión de -39 °C, un punto de ebullición de 357 °C y una
densidad relativa de 13,5. Su masa atómica es 200,59.
• Se utiliza en termómetros, también se usa en las bombas de vacío,
barómetros, interruptores y rectificadores eléctricos. Las lámparas de
vapor de mercurio se utilizan como fuente de rayos ultravioletas en los
hogares y para esterilizar agua.
TUNGSTENO
• Metal duro, cuyo color varía del gris
acero al blanco. Posee el punto de
fusión más alto de todos los metales.
Se emplea en filamentos
incandescentes para tubos de vacío y
luces eléctricas. También como
electrodos, punto de contacto en
carros, cabezas de cohetes y motores
de aviones. Combinado con el calcio y
el magnesio se utiliza en luces
fluorescentes.
• El carburo de wolframio o tungsteno
(WC), es extremadamente duro y se
emplea en la fabricación de
herramientas para cortar, brocas y
piedras de afilar. Por su dureza, el 40%
del tungsteno o wolframio se emplea
en aleaciones.
PLOMO
• El plomo forma aleaciones con muchos metales y, en general, se emplea en
esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Todas las aleaciones
formadas con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cloro,
cloroformo, ésteres, cadmio y sodio tienen importancia industrial.
Los compuestos del plomo son tóxicos y han producido envenenamiento
de trabajadores por su uso inadecuado, por una exposición excesiva a los
mismos.
• Propiedades
• Es blando y dúctil
• No es buen conductor de la electricidad
• Es resistente a las radiaciones
• Tiene una temperatura de fusión baja
• Es bastante resistente a la corrosión.
ESTAÑO
• Propiedades del estaño: El estaño es muy dúctil y maleable a
100 °C de temperatura y es atacado por los ácidos fuertes.
Ordinariamente es un metal blanco plateado, pero a
temperaturas por debajo de los 13 °C se transforma a menudo
en una forma alotrópica (claramente distinta) conocida como
estaño gris, que es un polvo amorfo de color grisáceo con una
densidad relativa de 5,75.
• Debido al aspecto moteado de los objetos de estaño que sufren
esta descomposición, a esta acción se la denomina
comúnmente enfermedad del estaño o peste del estaño. Al
doblar una barra de estaño ordinaria, ésta emite un sonido
crepitante llamado grito del estaño, producido por la fricción de
los cristales. El estaño ocupa el lugar 49 entre los elementos de
la corteza terrestre. El estaño ordinario tiene un punto de
fusión de 232 °C, un punto de ebullición de 2.260 °C y una
densidad relativa de 7,28. Su masa atómica es 118,69.
ALUMINIO
• El aluminio es el metal que más se utiliza después del acero, debido a las
buenas propiedades mecánicas que tiene.
• Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es de 2,7 kg/dm3
• Tiene un punto de fusión bajo 660ºC (933ºK)
• El peso atómico del aluminio es de 26,9815
• Es de color blanco brillante.
• Buen conductor del calor y de la electricidad.
• Inoxidable y resistente a la corrosión.
• Material abundante en la Naturaleza
• Material fácil y barato de reciclar.
• Características mecánicas De fácil mecanizado.
• Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
• Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.
• Material blando (Escala de Mohs2-3). Límite de resistencia en tracción 16-20
kg/mm2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 140-600
kg/mm2. El duraluminio es una aleación particularmente resistente.
• Material que forma aleaciones con otros metales para mejorar las propiedades
mecánicas.
• Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
• Material soldable
EL ZINC
• Es un metal, a veces clasificado como metal de
transición aunque estrictamente no lo sea, que presenta
cierto parecido con el magnesio y el berilio además de
con los elementos de su grupo. Este elemento es poco
abundante en la corteza terrestre pero se obtiene con
facilidad. Una de sus aplicaciones más importantes es el
galvanizado del acero.
• Es un elemento químico esencial. La principal aplicación
del zinc es el galvanizado del acero para protegerle de
la corrosión, protección efectiva incluso cuando se
agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como
ánodo de sacrificio.
COBRE
• Es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo
rojizo.
• Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es
de unos 2.567 °C, y tiene una densidad relativa de 8,9 g/cm3. Su masa
atómica es 63,846.
• El cobre ha sido utilizado para una gran variedad de aplicaciones a causa
de sus ventajosas propiedades como son la conductividad del calor y
electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y
ductilidad, además de su belleza. Debido a su extraordinaria conductividad,
sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la
industria eléctrica. Su ductilidad permite transformarlo en cables de
cualquier diámetro, desde 0,025 mm en adelante. La resistencia a la
tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4.200 kg/cm2. Puede
usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el
cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica
en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización,
aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.
BRONCE
• El bronce es el nombre con el que se denominan toda
una serie de aleaciones metálicas que tienen como base
el cobre, entre un 3-20% de estaño y proporciones
variables de otros elementos como zinc, aluminio,
antimonio, fósforo. Otros elementos con características
de dureza superiores al cobre hacen mejorar sus
propiedades mecánicas.
• El bronce se utiliza en todas las industrias, cuando se
requiere de excelente resistencia al desgaste. Sus
principales aplicaciones son: engranes, coronas,
flechas, chumaceras, conexiones y cuerpos de válvulas
y accesorios para tubería de aceite y gasolina, entre
otros.
BRONCE SAE 62
• Barra de bronce fabricada mediante el proceso de colada continua; de excelente
desempeño y amplia variedad de usos; con maquinabilidad superior, mayo rresistencia
a la tracción y al impacto.
•
• Formas y Acabados:
• Barra sólida y tubular.
•
• Características:
• Buena resistencia al esfuerzo; baja conductividad térmica; altas propiedades físicas;
resistencia a la corrosión de ácidos; excelente resistencia al desgaste, al impacto y a la
abrasión en altas velocidades.
•
• Aplicaciones:
• Cargas pesadas y velocidades altas; cojinetes; componentes de válvulas, de bombas
para agua y gasolina, de motores eléctricos y de motores ubicados a la interperie.
ACETAL
• El acetal, o polyoxymethylene (POM), refiere a dos distintos, pero similares,
productos: acetal homopolímero y acetal copolímero. La cadena molecular
principal del acetal homopolímero es la espina dorsal de la cadena del acetal
copolímero, pues el acetal copolímero agrega el óxido de etileno
aleatoriamente a través de la cadena del acetal homopolímero.
• Las características del acetal pueden ser resumidas como sigue:
• resistencia de desgaste excelente
• fuerza muy buena, tiesura
• buena resistencia térmica
• resistencia química excelente
• opaco
• precio medio a alto
• proceso restricto en ciertos casos
•
• USOS DEL ACETAL
• engranajes, levas, y cojinetes
• ruedas industriales ligeras
• accesorios de la plomería
• componentes del carburador
• componentes del transportador
• plumas y hebillas
ACEROS AL CARBONO
• El principal producto siderúrgico es el acero, siendo aproximadamente el 90%
de la producción acero al carbono y el 10%, acero aleado. Por lo tanto, el
material metálico más importante para la industria es el acero al carbono.
El acero al carbono es una aleación de composición química compleja.
Además de hierro, cuyo contenido puede oscilar entre 97,0-99,5%-, hay en él
muchos elementos cuya presencia se debe a los procesos de su producción
(manganeso y silicio), a la dificultad de excluirlos totalmente del metal (azufre,
fósforo, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo,
níquel, cobre y otros).
El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la
tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la
tenacidad y la ductilidad.
• Son los aceros que se utilizan para la fabricación de piezas, órganos o
elementos de maquinas, motores, instalaciones, carriles, vehículos, etc.
• Aceros al carbono que se usan en bruto de laminación para construcciones
metálicas y para piezas de maquinaria en general.
• En general los aceros ordinarios contienen:
Mn < 0.90%, Si < 0.50%, P < 0.10%, S < 0.10%
ACERO 1018
• El acero 1018 está entre los grados más comúnmente disponibles en el mundo.
Es ampliamente disponible en secciones circulares, cuadradas, barras planas
y hexágonos. A pesar de sus bajas propiedades mecánicas, la aleación es
fácilmente conformada, mecanizada, soldada y fabricada. Debido a su alto
contenido de manganeso, se permite que secciones delgadas puedan ser
endurecidas a Rc 42.
• Aplicaciones: E una aleación de mecanizado libre, frecuentemente empleada
en grandes volúmenes como material de aporte en máquinas roscadoras. Es
comúnmente empleada en ejes, pernos, pines, barras y engranajes
• Maquinabilidad: El acero 1018 es valorado al 62% de la maquinabilidad del
acero al carbono 1112. Esta aleación puede ser fácilmente llevada a un
acabado fino, sus granos son continuos y duros. Puede ser mecanizado en
todas las condiciones.
• Soldadura: El acero 1018 ha sido soldado con éxito usando la mayoría de las
prácticas comunes incluyendo gas, resistencia, oxiacetileno y soldadura por
fusión sumergida.
• Tratamiento térmico: El acero 1018 puede, en secciones delgadas ser
endurecido a Rc 42. En secciones más gruesas, sobre 4", se puede obtener
una dureza entre Rc 28 a 30.
• Forja: Esta aleación se forja en el rango de 1825 a 2300 F.
ACERO 1045
• El 1045 es un acero al carbono de aleación media,
usado cuando la resistencia y la dureza deseada es
mayor que en la condición laminada. Extrema precisión
en el tamaño, rectitud y concentricidad se combinan
para minimizar el desgaste en aplicaciones de alta
velocidad. Barras torneadas, rectificadas y pulidas de
barras pueden ser mecanizadas de forma asimétrica con
una mínima distorsión.
• Aplicaciones: Usado en engranajes, ejes, árboles,
pernos, espárragos y piezas de máquinas.
• Tratamiento térmico: decuado para endurecimiento por
llama o inducción.
• Forja: Puede ser forjado por martilleo y responder a un
tratamiento térmico.
ACERO 12L14
• Acero de bajo carbón resulfurado y refosforado y al plomo.
• Formas y Acabados: Barra redonda, cuadrada y hexagonal, estirada en
frío.
• Características: El plomo en este material proporciona lubricación en el
trabajo de maquinado, además de las facilidades que el azufre y el fósforo
le confieren, con lo que se logra reducir en forma importante la fricción
entre la herramienta y la rebaba, permitiendo muy altas velocidades de
maquinado sin quemar el filo de la primera. Dentro del grupo de aceros de
"libre maquinado" el 12L14 es sin duda el más popular para este tipo de
labores. Normalmente se utiliza estirado en frío.
• Aplicaciones: Se utiliza generalmente en torno automático para
producción de piezas de alto volumen que requieren alto grado de
maquinabilidad, tolerancias cerradas y un acabado fino. No se recomienda
para formados en frío ni para partes sujetas a fatigas severas.
• Tratamientos térmicos: Aunque por su análisis químico puede responder
adecuadamente a los tratamientos térmicos a los que se someten los
aceros de bajo carbón, este tipo de acero no está diseñado para esto y por
lo tanto no se considera ningún tipo de tratamiento. Otros aceros de bajo
carbón como el 1018 dan mejores resultados en estos casos.
ACERO 4140R
• Acero grado maquinaria al Cromo-Molibdeno. Para piezas y partes de maquinaria de uso general.
• APLICACIONES GENERALES:
• Piezas para Maquinaria en General
• Cigüeñales
• Engranes
• Engranes de Transmisión
• Ejes
• Bielas
• Portamoldes
• TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
• El Acero SISA 4140R puede ser nitrurado o recubierto con cromo duro.
• TRATAMIENTO TÉRMICO
• Forjar
• 1050-850°C (1920-1560°F) No forjar por debajo de 825°C (1520°F), enfriamiento
• lento en horno o material termoaislante.
• Recocer
• Calentamiento a 680-720°C (1250-1300°F) Mínimo 4 horas con enfriamiento lento en horno.
• Relevado de Tensiones
• Material Recocido 550-600°C (1020-1110°F) Mantener 2 horas después de alentamiento al núcleo, enfriamiento lento en
horno o al aire.
• Material Templado Calentar 15-30°C (25-50°F) por debajo de la temperatura de revenido, mantener 2 horas después de
calentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire. Recomendable para reducir las tensiones causadas por un
extenso maquinado.
• TEMPLE
• Precalentar
• 595-650°C (1100-1250°F) - Normalizar.
• Temple (Austenización)
• 840-860°C (1540-1580°F) - 1/2 hora por 1 pulgada de sección más 15 minutos por cada pulgada adicional.
• Enfriamiento Al aceite.
• Revenir
• 205-650°C (400-1200°F) Debe llevarse a cabo inmediatamente después del temple. Preferentemente dar doble revenido con
un tiempo de permanencia de 2 horas en cada revenido.
ACERO 4140T
• Acero grado maquinaria al Cromo-Molibdeno. Tratado (bonificado). Para piezas
y partes de maquinaria de uso general. Normalmente no requiere un
tratamiento térmico adicional, sin embargo el acero SISA 4140T se puede
templar a durezas mayores para incrementar su resistencia. Debe ser recocido
antes de un temple posterior.
• APLICACIONES TÍPICAS
• Piezas para Maquinaria en General
• Cigüeñales
• Engranes
• Engranes de Transmisión
• Ejes
• Bielas
• Portamoldes
• TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
• El Acero SISA 4140T puede ser nitrurado o recubierto con cromo duro.
• Tratado, con las siguientes propiedades mecánicas:
• Límite elástico:60 - 65 kg /mm2 (80,000 -90,000 lbs/pulg2)
• Elongación (L=5d): 20% mínimo
• Reducción de área: 50% mínimo
ACERO 8620
• Acero grado maquinaria al Níquel-Cromo-Molibdeno para cementado. Ofrece muy buena dureza superficial y gran tenacidad al
núcleo. El proceso de cementado se aplica para incrementar el contenido de carbón en la superficie para que con un
tratamiento térmico adecuado, la superficie sea substancialmente mas dura que el núcleo.
• APLICACIONES TÍPICAS
• Cigüeñales
• Piñones
• Engranes
• Engranes para
• Reductores
• Tornillos Sin Fin
• Pernos
• Pistones
• Flechas
• TRATAMIENTO TÉRMICO
• Forjar
• 1050-850°C (1920-1560°F) No forjar por debajo de 825°C (1520°F), enfriamiento lento en horno o material termoaislante.
• Recocer
• Calentar a 870°C (1600°F), mantener 2 horas, enfriamiento lento de 30°C (50°F) por hora hasta 650°C (1200°F), dejar enfriar
en el horno o en aire quieto a temperatura ambiente.
• Dureza en Estado Recocido
• Aprox. BHN 143/163
• Relevado de Esfuerzos
• Piezas Recocidas: Calentar a 1100-1300°F (595-740°C), mantener 2 horas, dejar enfriar en aire quieto.
• Piezas Templadas: Calentar a 30-55°C (50-100°F) debajo de la temperatura original de revenido, mantener 2 horas, dejar
enfriar en aire quieto.
• Enderezado: Recomendable hacerlo entre 205-425°C (400-800°F)
• TEMPLAR
• 840-920°C (1540-1580°F), al aceite o agua. Si por alguna razón el acero SISA 8620 es templado tal cual (enfriado al agua o al
aceite sin cementar), el revenido es efectuado a 200-700°C (400-1300°F). Se obtiene mayor dureza usando las temperaturas
mas bajas de revenido. Revenir inmediatamente durante 1 hora mínimo.
• CEMENTAR - Carburizado
• En caja o en sales a la profundidad deseada a 880-925°C (1615-1700°F). Enfriamiento en aceite o al ambiente. Revenir
inmediatamente.
• Revenir
ACERO 9840T
• Acero grado maquinaria al Cromo-Niquel- Molibdeno, de muy buen rendimiento. Se
surte Pre-Templado (Tratado - Bonificado). Para ser usado en flechas o piezas que
por su tamaño o diseño no pueden templarse. Sus elementos debidamente
balanceados lo hacen de buena resistencia a la fatiga. Normalmente no requiere un
tratamiento térmico adicional, sin embargo el acero SISA VSP-40T (9840T) se
puede templar a durezas mayores para incrementar su resistencia. Debe ser
recocido antes de un temple posterior.
• APLICACIONES TÍPICAS
• Piezas para Maquinaria en General
• Cigüeñales
• Engranes
• Engranes de Transmisión
• Ejes
• Bielas
• Portamoldes
• Moldes y Corazones para la Industria del
• Plástico
• TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
• El Acero VSP-40T puede ser nitruradoo recubierto con cromo duro.
• Tratado, con las siguientes propiedadesmecánicas:
• Límite elástico:70 - 80 kg /mm2 (100,000 -115,000 lbs/pulg2)
• Elongación (L=5d): 14% mínimo
• Reducción de área: 60% mínimo
ACEROS INOX. 304 y 316
Serie 300
Los Aceros Inoxidables Austeníticos.
• Son los más utilizados por su amplia variedad de
propiedades, se obtienen agregando Níquel a la aleación,
por lo que la estructura cristalina del material se
transforma en austenita y de aquí adquieren el nombre.
El contenido de Cromo varia de 16 a 28%, el de Níquel
de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a 6%.
• Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L,
310 y 317.
• Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la
corrosión, excelente factor de higiene - limpieza, fáciles
de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen
por tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a
temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas.
• Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso
doméstico, hospitalario y en la industria alimentaría,
tanques, tuberías, etc.
ACEROS INOX. 413 Y 430
Serie 400
Aceros Inoxidables Ferríticos
• También se consideran simplemente al Cromo,
su contenido varia de 12 a 18%, pero el
contenido de Carbono es bajo <0.2%.
Los tipos más comunes son el AISI 430, 409,
413 y 434.
• Las propiedades básicas son: Buena resistencia
a la corrosión. La dureza no es muy alta y no
pueden incrementarla por tratamiento térmico.
Principales aplicaciones: Equipo y utensilios
domésticos y en aplicaciones arquitectónicas y
decorativas.
ACERO D2
• Acero al alto carbón y alto cromo. Dimensionalmente estable de excelente rendimiento al corte y resistencia al
desgaste. Especialmente apto para temple al aire.
• APLICACIONES TÍPICAS
• Estampado y Formado
• Matrices y Punzones
• Troquelado y Perforado
• Rodillos
• Troquelado Fino
• Dados para Acuñado
• Herramientas de Roscado
• Trituradoras de Llantas
• Herramientas para Rebabear
• Partes de Desgaste
• Dados de Laminación
• Insertos para Moldes
• Cuchillas, Slitters y Cizallas
• Husillos y Puntas para Inyección de Plástico
• Cuchillas para Molino de Plástico
• TRATAMIENTO TÉRMICO
• Forjar
• 1050-850°C (1920-1560°F) No forjar por debajo de 825°C (1520°F), enfriamiento lento en horno o material termo
aislante.
• Recocer
• Calentamiento a 870°C (1600°F), mantener 2 horas, enfriamiento lento 15°C (25°F) por hora hasta alcanzar 540°C
(1000°F), posterior enfriamiento al aire.
• Templado Calentar 15-30°C (25-50°F) por debajo de la temperatura de revenido, mantener 2 horas después de
calentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire.
• Recomendable para reducir las tensiones causadas por un extenso maquinado en caso de herramientas de
configuración complicada y para reducir las tensiones después de un proceso de electro-erosión.
ACERO PLATA AL ACEITE
• Acero grado herramienta para temple al aceite, el cual puede ser templado a
temperaturas bajas exhibiendo poca distorsión. Combina cualidades de penetración
al temple con una estructura de grano fino. Tiene una buena combinación de alta
dureza superficial y tenacidad después del temple y revenido. Ofrece buenas
corridas iniciales de producción y buena continuidad de producción entre rectificados.
• APLICACIONES TÍPICAS
• Estampado y Formado
• Troquelado y Perforado
• Dados para Rebabear
• Calibres
• Matrices y Punzones
• Cuchillas para Corte de Papel
• Herramientas para Roscar (a mano)
• Clavos de Joyero
• MAQUINABILIDAD Y RECTIFICABILIDAD
• La maquinabilidad y rectificabilidad en estado recocido es aproximadamente un 75%
de un acero tipo W1 (1% C).
• TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
• Al Acero SISA O1 se le puede aplicar cromo duro. Generalmente el nitrurado no es
práctico por que resulta en una sustancial reducción en dureza en el núcleo.
ACERO SW 55
• Es un menta de fácil maquinado y ya una vez
desarrollado el trabajo se le aplica un tratamiento
térmico de templado y por la cantidad de carbono
que posee adquiere una dureza de alto impacto.
• El acero es común encontrarlo en la corteza
terrestre y llevado par su modificación a los altos
tornos en donde ya salen en forma de lingote.
México se encuentra entre unos principales
productores de acero en el mundo, siendo Coahuila
el principal productor de hierros para la producción
de maquinarias y herramientas.
UNIDAD 4
TRATAMIENTOS
TERMICOS Y
TERMOQUIMICOS
TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS
El tratamiento térmico en el material es uno de los
pasos fundamentales para que pueda alcanzar las
propiedades mecánicas para las cuales esta
creado. La clave de los tratamientos térmicos
consiste en las reacciones que se producen en el
material, tanto en los aceros como en las
aleaciones no férreas, y ocurren durante el
proceso de calentamiento y enfriamiento de las
piezas, con unas pautas o tiempos establecido.
SON 3: TEMPLE, REVENIDO Y RECOCIDO.
TEMPLE
El temple tiene por objeto endurecer y aumentar
la resistencia de los aceros. Para ello, se
calienta el acero a una temperatura ligeramente
más elevada que la crítica superior Ac (entre
900-950ºC) y se enfría luego más o menos
rápidamente (según características de la pieza)
en un medio como agua, aceite, etc.
REVENIDO
Es un tratamiento habitual a las piezas que han sido
previamente templadas. El revenido consigue
disminuir la dureza y resistencia de los aceros
templados, se eliminan las tensiones creadas en el
temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero
con la dureza o resistencia deseada. Se distingue
básicamente del temple en cuanto a temperatura
máxima y velocidad de enfriamiento.
RECOCIDO
Consiste básicamente en un calentamiento hasta
temperatura de austenización (800-925ºC)
seguido de un enfriamiento lento. Con este
tratamiento se logra aumentar la elasticidad,
mientras que disminuye la dureza. También
facilita el mecanizado de las piezas al
homogeneizar la estructura, afinar el grano y
ablandar el material, eliminando la acritud que
produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS DE LOS
ACEROS
En el caso de los tratamientos térmicos, no solo se
producen cambios en la Estructura del Acero, sino
también en su COMPOSICION QUIMICA,
añadiendo diferentes productos químicos durante
el proceso del tratamiento. Estos tratamientos
tienen efecto solo superficial en las piezas
tratadas.
SON 2: CEMENTACION Y NITRURACION.
CEMENTACIÓN
Mediante este tratamiento se producen cambios, en
la composición química del acero. Se consigue
teniendo en cuenta el medio o atmósfera que
envuelve el metal durante el calentamiento y
enfriamiento. Lo que se busca es aumentar el
contenido de carbono de la zona periférica,
obteniéndose después, por medio de temples y
revenidos, una gran dureza superficial, resistencia
al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.
NITRURACIÓN
Este tratamiento Termo Químico busca endurecer
superficialmente un acero con nitrógeno,
calentándolo a temperaturas comprendidas entre
400-525ºC, dentro de una corriente de gas
amoníaco, más nitrógeno. º
UNIDAD 5
POLIMEROS
POLIMEROS
Es a partir de polvos granulados o productos semi acabados como placas o
películas que son fabricados o reciclables convirtiendo los termoplásticos.
Es un plástico que puede ser reblandecido por calentamiento y endurecido
por enfriamiento a través de un rango de temperatura característico de cada
plástico en su estado suave puede ser moldeado por inyección o por
extruccion.
El desperdicio o rebaba de un termoplástico puede ser mezclado con un
plástico virgen pero en porcentajes pequeños además se puede reciclar todo
el producto siempre y cuando se convierta en otro o diferente.
Las piezas hechas en termoplásticos pueden ser maquinadas, estampadas,
pegadas, soldadas o moldeadas por termo formación y puede ser disueltas
por solventes orgánicos específicos para cada plástico. Ejemplo de
termoplásticos:
Polietileno (PE), Polipropileno (PP), Cloruro de Polivinilo (PVC),
Policarbonato (PC), Acetato de Celulosa (CA).
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS
POLÍMEROS REALES
Puede verse en la curva verde,
que plásticos rígidos como el
poliestireno, el poli(metil
metacrilato o los
policarbonatos pueden
soportar una gran tensión,
pero no demasiada elongación
antes de su ruptura. No hay
una gran área bajo la curva.
Decimos entonces que estos
materiales son resistentes,
pero no muy duros. Además,
la pendiente de la recta es
muy pronunciada, lo que
significa que debe ejercerse
una considerable fuerza para
deformar un plástico rígido.
Los termoplásticos pueden ser rígidos o flexibles y los mas
comunes son conocidos como prolen. El material prolen
consiste en agregar en secuencia los componentes a la mezcla
en una maquina centrifugadora logrando una temperatura
elevada y combinarlos cuando ya están mezclados se les
nombra compuestos poliméricos, termoplásticos o
simplemente compuestos.
Las características se modifican de acuerdo a la zona de trabajo y
pueden ser características anticorrosivos de filtro,
estabilizadoras térmicas, mejoramiento de Impacto,
Lubricación, Retardadores de Flama y inhibidores de humo,
etc.
Los plásticos flexibles como el polietileno y el
polipropileno difieren de los plásticos rígidos en el
sentido que no soportan tan bien la deformación, pero
tampoco tienden a la ruptura. El módulo inicial es
elevado, o sea que resisten por un tiempo la
deformación, pero si se ejerce demasiada tensión
sobre un plástico flexible, finalmente se deformará.
Usted puede comprobar esto en su casa con una bolsa
plástica. Si la estira, será difícil al comienzo, pero una
vez que la ha estirado lo suficiente, lo hará cada vez
con mayor facilidad. Como conclusión, podemos
decir que los plásticos flexibles pueden no ser tan
resistentes como los rígidos, pero son mucho más
duros.
EFECTO DE LAS TEMPERATURAS SOBRE
LOS POLIMEROS
A temperaturas altas, los polímeros se vuelven líquidos muy
viscosos en los que las cadenas están constantemente en
movimiento cambiando su forma y deslizándose unas
sobre las otras. A temperaturas muy bajas, el mismo
polímero serpia un sólido duro, rígido y frágil.
El polímero puede solidificarse formando un sólido amorfo
o uno cristalino. Como se sabe los polímeros con fuertes
irregularidades en su estructura tienden a formar sólidos
amorfos y los polímeros con cadenas muy simétricas
tienden a cristalizar, por lo menos parcialmente.
TERMOFIJOS
Son inmodificables y están formados por os por cadenas de polímeros
con una gran cantidad de enlaces cruzados que forman la estructura
de red adimensional. En vista de que las cadenas no pueden girar ni
deslizarse, estos polímeros poseen buena resistencia, rígidos y
dureza; sin embargo, los termofijos también tienen malas
propiedades de ductibilidad e impacto, así como una temperatura de
transición vítrea elevada. En un ensayo a la tensión los polímeros
termo estables despliegan el mismo comportamiento de un metal o
material cerámico Estable.
Los polímeros termo estables suelen iniciarse como cadenas lineales.
Dependiendo del tipo de unidad de repetición y del grado de
polimerización inicial puede ser una resina sólida y liquida al calor,
la presión, la mezcla de varias resinas y otros métodos iniciados con
el proceso de enlaces cruzados que no son reversibles; una vez
formados los termofijos no pueden utilizarse ni reciclarse
convencionalmente.
Ejemplo de termofijos: FENDICOS, AMINAS, POLIESTERES,
EPOXIS, UREFANOS, SILICONES
NYLAMID M Y 5L.
• M.- De uso general resistente al impacto y a la abrasión
• 5L .- Muy resistente a la tensión
•
• Formas de fabricación
• Placa, barra hueca, tubo o buje. barra cuadrada y barra cilíndrica.
• Características:
• Mayor facilidad de maquinado, mayor resistencia a la corrosión, mayor eficacia para la
eliminación de ruido y mayor resistencia a la abrasión que el celorón, el bronce y el acero. Menor
coeficiente de fricción y mayor resistencia al impacto que el bronce, el teflón, el celorón y otros
polímeros. Nylosteel absorbe cargas que puede fracturar a los metales, así como el ruido
producido por partes metálicas. Resulta de dos a siete veces más ligero que los metales; se
mantiene por años sin necesidad de lubricación, no produce chispas, es aislante autoextinguible.
•
• Aplicaciones:
• Ideal para el maquinado de piezas y partes que requieren trabajar: en condiciones silenciosas;
donde el peso sea prioritario; cuando la lubricación sea de difícil acceso o poco frecuente; en
casos de desgaste excesivo de las piezas. Ampliamente utilizado en equipos eléctricos. Sus
aplicaciones más usuales son engranes, chumaceras, poleas, ruedas, catarinas, suajes, rodillos y
guías de desgaste, entre otras muchas.
POLIMEROS
El consumo de polímeros o plásticos ha aumentado en los
últimos años. Estos petroquímicos han sustituido parcial y a
veces totalmente a muchos materiales naturales como la
madera, el algodón, el papel, la lana, la piel, el acero y el
cemento. Los factores que han favorecido el mercado de los
plásticos son los precios competitivos y a veces inferiores a
los de los productos naturales, y el hecho de que el petróleo
ofrece una mayor disponibilidad de materiales sintéticos que
otras fuertes naturales. La crisis petrolera de 1974 también
influyó en el aumento del consumo de los plásticos, sobre
todo en la industria automotriz. Los plásticos permitían
disminuir el peso de los vehículos, lo cual repercutía en un
ahorro en el consumo de combustible por kilómetro
recorrido. Entre los polímeros usados para reducir el peso de
los automóviles se encuentran los poliésteres, polipropileno,
cloruro de polivinilo, poliuretanos, polietileno, nylon y ABS
(acrilonitrilo-butadienoestireno). Sin embargo, el mercado
más grande de los plásticos es el de los empaques y
embalajes.
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
Los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que
cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a
presión. Representan el 78-80% de consumo total.
Polietileno
Éste es el termoplástico más usado en nuestra sociedad. Los productos hechos
de polietileno van desde materiales de construcción y aislantes eléctricos hasta
material de empaque. Es barato y puede moldearse a casi cualquier forma,
extruírse para hacer fibras o soplarse para formar películas delgadas.
Polietileno de Baja Densidad. Se emplean los llamados iniciadores de radicales
libres como catalizadores de polimerización del etileno. El producto obtenido es el
polietileno de baja densidad ramificado; Cuando se polimeriza el etileno a baja
presión se emplean catalizadores tipo Ziegler Natta y se usa el buteno-1 como
monómero. De esta forma es como se obtiene el propileno de baja densidad
lineal, que posee características muy particulares, como poder hacer películas
más delgadas y resistentes.
Polietileno de alta densidad (HDPE). Cuando se polimeriza el etileno a baja
presión y en presencia de catalizadores ZieglerNatta, se obtiene el polietileno de
alta densidad (HDPE). La principal diferencia es la flexibilidad, debido a las
numerosas ramificaciones de la cadena polimérica a diferencia de la rigidez del
HDPE.
Se emplea para hacer recipientes moldeados por soplado, como las botellas y los
caños plásticos(flexibles, fuertes y resistentes a la corrosión).
Polipropileno
El polipropileno se produce desde hace más de veinte años, pero su aplicación
data de los últimos diez, debido a la falta de producción directa pues siempre fue
un subproducto de las refinerías o de la desintegración del etano o etileno.
Como el polipropileno tiene un grupo metilo (CH3) más que el etileno en su
molécula, cuando se polimeriza, las cadenas formadas dependiendo de la
posición del grupo metilo pueden tomar cualquiera de las tres estructuras
siguientes:
1. Isotáctico, cuando los grupos metilo unidos a la cadena están en un mismo
lado del plano.
2. Sindiotáctico, cuando los metilos están distribuidos en forma alternada en la
cadena.
3. Atáctico, cuando los metilos se distribuyen al azar.
Posee una alta cristalinidad, por lo que sus cadenas quedan bien empacadas y
producen resinas de alta calidad.
El polipropileno se utiliza para elaborar bolsas de freezer y microondas ya que
tienen una buena resistencia térmica y eléctrica además de baja absorción de
humedad. Otras propiedades importantes son su dureza, resistencia a la abrasión
e impacto, transparencia, y que no es tóxico. Asimismo se usa para fabricar
carcazas, juguetes, valijas, jeringas, baterías, tapicería, ropa interior y ropa
deportiva, alfombras, cables, selladores, partes automotrices y suelas de zapatos.
• Cloruro de polivinilo (PVC)
• Este polímero se obtiene polimerizando el cloruro de
vinilo. Existen dos tipos de cloruro de polivinilo, el
flexible y el rígido. Ambos tienen alta resistencia a la
abrasión y a los productos químicos. Pueden
estirarse hasta 4 veces y se suele copolimerizar con
otros monómeros para modificar y mejorar la
calidad de la resina. Las resinas de PVC casi nunca
se usan solas, sino que se mezclan con diferentes
aditivos.
• El PVC flexible se destina para hacer manteles,
cortinas para baño, muebles, alambres y cables
eléctricos; El PVC rígido se usa en la fabricación de
tuberías para riego, juntas, techado y botellas.
Poliestireno (PS)
• El poliestireno(ps) es el tercer termoplástico de mayor uso debido a
sus propiedades y a la facilidad de su fabricación. Posee baja
densidad, estabilidad térmica y bajo costo. El hecho de ser rígido y
quebradizo lo desfavorecen. Estas desventajas pueden remediarse
copolimerizándolo con el acrilonitrilo (más resistencia a la tensión).
• Es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos de
fusión. Fluye fácilmente, lo que favorece su uso en el moldeo por
inyección; Posee buenas propiedades eléctricas, absorbe poco agua
(buen aislante eléctrico), resiste moderadamente a los químicos, pero
es atacado por los hidrocarburos aromáticos y los clorados. Se
comercializa en tres diferentes formas y calidades:
• De uso común, encuentra sus principales aplicaciones en los
mercados de inyección y moldeo.
• Poliestireno de impacto(alto, medio y bajo) que sustituye al de uso
general cuando se desea mayor resistencia. Utilizada para fabricar
electrodomésticos, juguetes y muebles.
• Expandible se emplea en la fabricación de espuma de poliestireno que
se utiliza en la producción de accesorios para la industria de
empaques y aislamientos.
Los usos más comunes son:
Poliestireno de medio impacto: Vasos, cubiertos y platos descartables,
empaques, juguetes.
Poliestireno de alto impacto: Electrodomésticos(radios, TV, licuadoras,
teléfonos lavadoras), tacos para zapatos, juguetes.
Poliestireno cristal: piezas para cassettes, envases desechables,
juguetes, electrodomésticos, difusores de luz, plafones.
Poliestireno Expandible: envases térmicos, construcción (aislamientos,
tableros de cancelería, plafones, casetones, etc.).
Estireno-acrilonitrilo (SAN)
Este copolímero tiene mejor resistencia química y térmica, así como
mayor rigidez que el poliestireno. Sin embargo no es transparente por lo
que se usa en artículos que no requieren claridad óptica. Algunas de sus
aplicaciones son la fabricación de artículos para el hogar.
Copolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS)
Estos polímeros son plásticos duros con alta resistencia mecánica, de
los pocos termoplásticos que combinan la resistencia con la dureza. Se
pueden usan en aleaciones con otros plásticos. Así por ejemplo, el ABS
con el PVC nos da un plástico de alta resistencia a la flama que le permite
encontrar amplio uso en la construcción de televisores. Sus cualidades
son una baja temperatura de ablandamiento, baja resistencia ambiental y
baja resistencia a los agentes químicos
• BIO-POLIMEROS
• AROMAS
• FRAGANCIAS
ADYUVANTES EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
BIO- POLIMEROS
Macromoleculas sintetizadas por un proceso biologico.
Funcion: textura
Naturales: exudados de plantas, extractos de algas, las semillas, los
cereales, los extractos de plantas, de origen animal y de origen
microbiano
Semi- sinteticos: Celulosas modificadas, almidones modificados,
pectinas modificadas, alginato de propilenglicol
Sinteticos: PVP (unica aprobada para su empleo en alimentos)
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  • 1. CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES
  • 2.  UNIDAD 1 ESTRUCTURA, ARREGLOS Y MOVIMIENTO DE LOS ATOMOS.  UNIDAD 2 PROPIEDADES GENERALES.  UNIDAD 3 METALES Y ALEACIONES.  UNIDAD 4 POLIMEROS.  UNIDAD 5 CERAMICOS Y COMPUESTOS.  UNIDAD 6 TABLEROS DE METERIALES.
  • 3. UNIDAD 1 ESTRUCTURAS, ARREGLOS Y MOVIMENTO DE LOS ATOMOS.
  • 4. ARREGLOS ATÒMICOS Y IÒNICOS LOS ARREGLOS DE LOS ATOMOS Y DE IONES DESEMPEÑAN UN PAPEL MUY IMPORTANTE EN LA DETERMINACION DE LA MICROESTRUCTURA Y LAS PROPIEDADES DE UN MATERIAL. LOS PRINCIPALES OBJETIVOS DE ESTE CAPITULO SON: A) EXPLICAR LA CLASIFICACION DE LOS MATERIALES CON BASE EN LOS ARREGLOS ATOMICOS O IONICOS. B) DESCRIBIR LOS ARREGLOS EN LOS SÓLIDOS CRISTALINOS DEACUERDO CON LAS ESTRUCTURAS DE RED, BASE Y CRISTALINA.
  • 5. SIN ORDEN No tienen orden llenan el espacio de manera amorfa (gases). ORDEN DE CORTO ALCANCE (SRO) Un material tiene un orden de corto alcance si el arreglo especial de los átomos solo se extiende a su vecindad inmediata (líquidos). ORDEN DE LARGO ALCANCE (LRO) Se da solo en sólidos ya que los átomos se extiende por todo el material forman un patrón repetitivo.
  • 6. SÓLIDOS CRISTALINOS Y AMORFOS Según la distribución espacial de los átomos, moléculas o iones, los materiales sólidos pueden ser clasificados en: Cristalinos: compuestos por átomos, moléculas o iones organizados de una forma periódica en tres dimensiones. Las posiciones ocupadas siguen una ordenación que se repite para grandes distancias atómicas (de largo alcance). Amorfos: compuestos por átomos, moléculas o iones que no presentan una ordenación de largo alcance. Pueden presentar ordenación de corto alcance.
  • 8. MATERIALES CRISTALINOS Si un material cristalino esta formado por un solo cristal grande, se le llama material monocristal o monocristal. Un material policristalino esta formado por muchos cristales pequeños con diversas orientaciones en el espacio. Estos cristales mas pequeños se llaman granos. Un material policristalino se parece a un collage de varios monocristales diminutos. Los bordes entre los cristales diminutos, donde los cristales están desalineados entre sì, se llaman limites de grano. Las propiedades de los materiales monocristalinos dependen de su composicion quimica y de las direcciones especificas dentro del crsiatl (llamadas direcciones cristalograficas). El orden de largo alcance en los materiales cristalinos se puede detectar y medir con tecnicas como la difraccion de rayos x o la difraccion de electrones.
  • 9. REDES, CELDAS UNITARIAS, BASES Y ESTRUCTURAS CRISTALINAS Una red es una colección de puntos, llamada puntos de red, ordenados en un patron periodico de tal modo que los alrededores de cada punto de la red son identicos. Una red puede ser uni, bi o tridimencional. En la ciencia e ingenieria de los materiales se usa el concepto de red para describir los arreglos de atomos o de iones. Un grupo de uno o mas atomos ubicados en forma determinada entre si, y asociados con cada punto de red, se llama motivo, mofit o base. Se obtiene un estructura cistalina sumando la red y la base; es decir: ESTRUCTURA CRISTALINA= RED + BASE.
  • 10. Celda unitaria: Es el menor grupo de átomos representativo de una determinada estructura cristalina. Al apilar celdas unitarias idénticas se puede construir toda la red. Sólido cristalino CFC Celda unitaria representada por esferas rígidas Celda unitaria de un reticulado cristalino.
  • 11. SISTEMAS CRISTALINOS (REDES DE BRAVAIS) Aunque existen 14 posibles celdas cristalinas, Existen siete combinaciones diferentes en las cuales están agrupadas en dependencia de los parámetros de red. Cada una de esas combinaciones constituye un sistema cristalino.
  • 12. SISTEMA CÚBICO CÚBICO DE CUERPO CENTRADO (CCC) CÚBICO DE CARA CENTRADAS (CFC) CUBICO SIMPLE
  • 14. SISTEMA TETRAGONAL TETRAGONAL SIMPLE TETRAGONAL DE CUERPO CENTRADO
  • 16. SISTEMA ORTORRÓMBICO ORTORRÓMBICO DE CARA CENTRADAS ORTORRÓMBICO DE CUERPO CENTRADO ORTORRÓMBICO SIMPLE ORTORRÓMBICO DE BASES CENTRADAS
  • 17. SISTEMA MONOCLÍNICO MONOCLÍNICO SIMPLE MONOCLÍNICO DE BASES CENTRADAS
  • 18. PUNTOS, DIRECCIONES Y PLANOS EN LA CELDA UNITARIA Coordenadas Celda Unitaria : se pueden localizar puntos en una celda estableciendo un sistema de coordenadas, con un eje 0,0,0 que sirva de referencia. Un punto cualquiera se designa (x,y,z).
  • 19. DIRECCIONES EN LA CELDA UNITARIA Direción cristalográfica: vector que une dos puntos de la red cristalina.  Procedimento para determinación de los índices de Miller de una direción cristalográfica:  Transladar el “vector dirección” de manera que pase por el origen del sistema de coordenadas.  Determinar la proyección del vetor en cada uno de los tres ejes coordenados. Esas proyecciones deben ser medidas en terminos de los parámetros de red (a,b,c)  Multiplicar o dividir esos tres números por un fator comun, de tal forma tal que los tres números resultantes sean los menores enteros posibles.  Representar la direción escriviendo los tres números entre corchetes: [u v w].
  • 20. PLANOS CRISTALOGRÁFICOS Determinación de los índices de Miller de un plano cristalográfico:  Determinar los interceptos del plano con los ejes del sistema de coordenadas en términos de los parámetros de red a,b y c. Si el plano pasa por el origen, se debe transladar el plano a una nueva posición en el sistema de coordenadas.  Obtener los recíprocos de esos tres interceptos. Si el plano es paralelo a uno de los ejes, el intercepto se considera en el infinito y el su recíproco será cero.  Representar los índices de Miller en la forma ( h k l ) Nota: A veces es necesário multiplicar o dividir esos tres recíprocos por un factor común, tal que los tres números resultantes sean los menores enteros posibles.
  • 21. PLANOS CRISTALOGRÁFICOS NOTA: UNA FAMÍLIA DE PLANOS, COMO POR EJEMPLO (111), (111), (111), (111), (111), (111), (111) Y (111) ES REPRESENTADA POR {111}
  • 22. DEFECTOS  A) DEFECTOS PUNTUALES.  B) DISLOCACIONES.  C) DEFECTOS SUPERFICIALES.
  • 23. DEFECTOS PUNTUALES Son interrupciones localizadas en arreglos atómicos o iónicos que, si no fuera por ellos, serian perfectos en una estructura cristalina. La alteración afecta una región donde intervienen varios átomos o iones. Las impurezas son elementos o compuestos presentes en las materias primas o en el procesamiento. Los dopantes son elementos o compuestos que se agregan en forma deliberada y en concentraciones conocidas, en lugares específicos de la micro estructura, buscando un efecto benéfico sobre las propiedades o el procesamiento. En general, el efecto de las impurezas en las propiedades de los materiales es nocivo, mientras que el de los dopantes es útil.
  • 25. VACANTE Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco creado por la perdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales. También puede producirse por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos. (Figura 1)
  • 26. Las vacantes pueden trasladarse cambiando su posición con sus vecinos. Este proceso es importante en la migración o difusión de los átomos en el estado sólido, sobre todo a altas temperaturas donde la movilidad de los átomos es mayor. (Figura 1)
  • 27. DEFECTOS INSTERSTICIALES Algunas veces, un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red en una posición que normalmente no está ocupada formando un defecto llamado “Defecto intersticial” . Generalmente este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto que normalmente el átomo es sustancialmente más grande que la posición intersticial en la que se sitúa. Consecuentemente la formación de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiación. (Figura 2) Figura 2. Defecto Intersticial
  • 28. DEFECTO SUSTITUCIONAL Se introduce un defecto sustitucional cuando un átomo o Ion es sustituido con un tipo distinto de átomo o Ion. Los átomos o iones sustitucionales ocupan el sitio normal en la red. Pueden ser mayores que los átomos o iones normales en la estructura cristalina, en cuyo caso se reducen los espacios interatómicos vecinos, o pueden ser menores, lo cual causara que los átomos vecinos tengan distancias interatómicas mayores. En ambos casos, los defectos sustitucionales perturban al cristal que los rodea.
  • 29. DISLOCACIONES Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes. Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las helicoidales. También puede darse una combinación de ambas, denominada dislocación mezcla
  • 30. DISLOCACIÓN DE CUÑA Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red. Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados. Los átomos por encima de la línea de dislocación, que se encuentra perpendicular al plano de la página, en el punto donde termina el semiplano insertado, se encuentran comprimidos y los que están por debajo se encuentran apartados. Esto se refleja en la leve curvatura de los planos verticales de los átomos mas cercanos del extra semiplano. La magnitud de esta distorsión decrece con la distancia al semiplano insertado.
  • 31. DISLOCACIÓN HELICOIDAL Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante.
  • 32. DISLOCACIONES MIXTAS Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones anteriores. Su vector de Burgers no es ni perpendicular ni paralelo a la línea de dislocación, pero mantiene una orientación fija en el espacio. La estructura atómica local en torno a la dislocación mixta es difícil de visualizar, pero el vector de Burgers proporciona una descripción conveniente y sencilla.
  • 33. DEFECTOS SUPERFICIALES Son los límites o bordes o planos que dividen un material en regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalina pero diferente orientación. SUPERFICIE EXTERNA Las dimensiones exteriores del material representan superficies en las cuales la red termina abruptamente. Los átomos de la superficie no están enlazados al número máximo de vecinos que deberían tener y por lo tanto, esos átomos tienen mayor estado energético que los átomos de las posiciones internas. Los enlaces de esos átomos superficiales que no están satisfechos dan lugar a una energía superficial, expresada en unidades de energía por unidad de área (J/m2 o Erg/cm2). Además la superficie del material puede ser rugosa, puede contener pequeñas muescas y puede ser mucho mas reactiva que el resto del material.
  • 34. BORDES DE GRANO Se puede definir como la superficie que separa los granos individuales de diferentes orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos. El límite de grano es una zona estrecha en la cual los átomos no están uniformemente separados, o sea que hay átomos que están muy juntos causando una compresión, mientras que otros están separados causando tensión. De cualquier forma los limites de grano son áreas de alta energía y hace de esta región una mas favorable para la nucleación y el crecimiento de precipitados.
  • 35. MACLAS Una macla es un tipo especial de límite de grano en el cual los átomos de un lado del límite están localizados en una posición que es la imagen especular de los átomos del otro lado. Cristales de yeso sin maclar Macla de yeso
  • 36. MOVIMIENTO DE ATOMOS A) APLICACIONES DE LA DIFUSION B) MECANISMOS DE LA DIFUSION APLICACIONES DE LA DIFUSION La difusión indica el flujo neto de cualquier especie, como iones, átomos, electrones, vacancias y moléculas. La magnitud de este flujo depende del gradiente inicial de concentraciones y de la temperatura. El proceso de la difusión es fundamental en una gran cantidad de tecnologías importantes de hoy.
  • 37. Hay cientos de aplicaciones y de tecnologías que dependen ya sea de mejorar o de limitar la difusión. Los siguientes son solo unos pocos ejemplos:  CEMENTACION O CARBURIZACION PARA EL ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DE LOS ACEROS.  DIFUSION DE DOPANTES PARA DISPOSITIVOS SEMI CONDUCTORES.  CERAMICOS CONDUCTORES.  MATERIALES MAGNETICOS PARA DISCOS DUROS.  FABRICACION DE BOTELLAS DE PLASTICO PARA BEBIDAS Y DE GLOBOS DE MYLAR TM.  OXIDACION DE ALUMINIO  RECUBRIMIENTOS Y PELICULAS DELGADAS.  RECUBRIMIENTOS DE BARRERA TERMICA EN ALABES DE TURBINA.  FIBRAS OPTICAS Y COMPONENTES MICROELECTRONICOS.  TRATAMIENTO DE AGUA Y AIRE.  ARRASTRE Y DIFUSION.
  • 38. MECANISMOS DE DIFUSION • Autodifusión: movimiento de átomos idénticos entre posiciones reticulares de la estructura cristalina del material (Au197 y Au198). • Heterodifusión: distintos átomos intercambian sus posiciones en la red (soldadura de dos materiales Ni y Cu). • Difusión por vacantes: un átomo abandona su posición en la red para ocupar alguna vacante próxima y dejando una nueva. – Se crea una corriente de átomos y otra de vacantes en sentidos contrarios. • Difusión intersticial: los átomos intersticiales se difunden a otros puntos intersticiales: – Se crea una corriente de átomos y otra de puntos intersticiales vacantes en sentidos contrarios. – Este proceso de difusión es más rápido y fácil que el debido a las vacantes pues los intersticios existen siempre (no se necesita una energía adicional para su creación).
  • 39. Energía de activación en la difusión • Un átomo debe abrirse paso entre los átomos circundantes para su difusión a otro sitio. Este proceso requiere superar cierta barrera energética (energía de activación), E*. • Sólo los átomos con una energía térmica mayor o igual a E* podrán difundirse de un punto a otro del material.
  • 41. Dos características primordiales son la elasticidad y la plasticidad. Deformación Elástica. Si nosotros sometemos un material a una tensión las estructuras atómicas de este se empezaran a deformar por lo tanto pueden llegar a deformarse solo por un instante o de forma permanente. Si se deforma solo por un instante regresando a su forma natural se le conoce como deformación elástica. Deformación Plástica. Cuando se somete un material a una tensión logrando pasar de una zona elástica a una deformación constante sin llegar a la ruptura se le conoce como deformación plástica o permanente. Además toda zona plástica de un material requiere de un incremento de temperatura.
  • 42. DEFORMACION PLASTICA ESFUERZO=F/Aº. F=fuerza o carga presta. Aº= área original antes de la prueba. Lº=longitud. E T DEFORMACION ESFUERZO
  • 43. PUNTO DE FLUENCIA Es aquel punto en el que el desplazamiento atómico se hace notorio o importante. PUNTO DE FLUENCIA DEFORMACION (Plg/Plg) ESFUERZO (Pa)
  • 44. PUNTO DE FLUENCIA CONVENCIONAL Es el esfuerzo de comportamiento plástico y elástico que no se detecta con facilidad y por lo tanto la única forma de aproximarse a el es calculándolo trazando una paralela a la forma de la curva partiendo de una deformación de 0.002 sin embargo no se puede asegurar que sea exacto el punto. PUNTO DE FLUENCIA COVENCIONAL 0.002 0.004 0.006 0.008 2000 3000 4000 5000 APARTIR DE 0.002 plg/plg SE TRAZA UNA PARELELA
  • 45. DOBLE PUNTO DE FLUENCIA Algunos materiales y generalmente las aleaciones tienen características de doble punto de fluencia, es decir algunas moléculas de aleación empiezan a ceder con un determinado esfuerzo sin embargo las otras estructuras que existen en la aleación retiene la deformación de la anterior esperando una tensión mayor para poder rebasar el siguiente punto de fluencia. PUNTO DE FLUENCIA INFERIOR PUNTO DE FLUENCIA SUPERIOR
  • 46. Modulo de joule Es la pendiente reconocida también como modulo de elasticidad generada de la cuerva esfuerzo deformación además este modulo esta relacionado con la fuerza que une a los átomos internos de un material. Una pendiente muy acentuada indica que requieren grandes fuerzas para poder modificar el material además si comparamos el modulo de elasticidad de un acero el cual será mas pequeño que el modulo de elasticidad de un aluminio sin embargo el acero soporta mayor tensión que el aluminio. Ductibilidad: mide el grado de deformación que un material puede soportar sin romperse.
  • 47. DUREZA Dentro de los proceso industriales la característica de dureza es fundamental debido a que las maquinas pasan de eslabón a eslabón transfiriendo fuerzas, velocidades y aleaciones pero suficiente fricción. Las durezas mas comunes son: La Rockwell (A, B, C, D, E, F, G) La dureza Brinells La dureza Vickers Estas durezas solo nos dan un parámetro superficial pero sumamente importante dentro de todos los procesos. Dureza: se puede considerar como la oposición o resistencia que presenta un material a ser penetrado.
  • 48. IMPORTANCIA DE LA MEDICION DE DUREZA Nos indica la calidad del tratamiento térmico que recibe el material, la calidad del material nos puede indicar dureza sobre soldaduras y lo mas importante es una prueba no destructiva por lo tanto se le puede aplicar a todas las piezas de la producción.
  • 49. DUREZA ROCKWELL Método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico de radio 0,20mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros.
  • 50. DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL Es una variante del Ensayo Rockwell cuyo fin es únicamente analizar la superficie de los materiales. Por ejemplo, para analizar la superficie de un acero que ha sido tratado por carburación y medir así su dureza. Su técnica es básicamente reducir el esfuerzo aplicado para sólo penetrar en la superficie. Para este ensayo se utiliza una precarga menor de 3kg, seguida de una carga mayor de 15, 30 o 45kg. Estas escalas se identifican mediante número (15, 30 o 45) y una letra (N, T, W o Y) en función del penetrador.
  • 51. ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL Símbolo de la escala Penetrador Carga mayor (kg) Aplicaciones A Diamante 60 Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas. B Bola de 1/16 pulgada 100 Aceros recocidos y normalizados. C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente. D Diamante 100 Aceros cementados. E Bola de 1/8 pulgada 100 Metales blandos y antifricción. F Bola de 1/16 pulgada 60 Bronce recocido. G Bola de 1/16 pulgada 150 Bronce fosforoso y otros materiales. H Bola de 1/8 pulgada 60 Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro. K Bola de 1/8 pulgada 150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
  • 52. ESCALAS DE LA DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL Símbolo de la escalaº Penetrador Carga mayor (kg) Aplicaciones 15N Diamante 15 Aceros nitrurados, cementados y herramientas de gran dureza. 30N Diamante 30 Aplicaciones análogas al tipo anterior. 45N Diamante 45 Aplicaciones análogas al tipo anterior. 15T Bola de 1/16 pulgada 15 Bronce, latón y aceros blandos 30T Bola de 1/16 pulgada 30 Bronce, latón y aceros blandos 45T Bola de 1/16 pulgada 45 Bronce, latón y aceros blandos 15W Bola de 1/8 pulgada 15 Bronce, latón y aceros blandos 30W Bola de 1/8 pulgada 30 Bronce, latón y aceros blandos 45W Bola de 1/8 pulgada 45 Bronce, latón y aceros blandos
  • 53. DUREZA BRINELLS Se basa en la aplicación de una carga fija mediante un penetrador esferito que se abre pasa sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que se quita la carga, se determina el área de la penetración, lo cual indica la resistencia a la carga. Las cargas son aplicadas por sistemas hidráulicas hasta 3000 Kg.; los penetradores generalmente están constituidos de acero endurecido o de carburo de tungsteno aproximadamente de 10mm de diámetro. INDENTADORES: La bola para ello ensayo de dureza brinell debe tener 10 mm. de diámetro con una desviación no mayor de 0.005 en cualquiera de los diámetros. Las bolas mas pequeñas tienen diámetros y tolerancias como se muestran en la siguiente tabla. Diámetro de la bola (mm.) Tolerancia (mm.) Desde 1 a 3 incluido + 0.0035 Mas de 3 hasta 6 incluido + 0.004 Mas de 6 hasta 10 incluido + 0.0045
  • 54. DUREZA VICKERS Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. IMPACTO Dureza al impacto significa la capacidad de absorción de energía de un cuerpo. Cuando hablemos del impacto consideraremos que los materiales dúctiles tiene mayor desempeño en esta área pero sin olvidarse del valor de dureza generalmente se van dando en Joules.
  • 55. PROPIEDADES DE LOS METALES  Propiedades físicas: la mayoría de los metales tiene un color grisáceo y pocos tienen color distinto como el cobre o el oro.  Entre otros metales aparecen mas de un color esto se llama pleocroismo.  Densidad: relación entre masa y volumen.  Estado físico: todos son sólidos a temperatura ambiente excepto el mercurio.  Brillo: reflejo de luz.  Maleabilidad: capacidad de los metales para hacerse en minas.  Ductibilidad: para moldear en alambres.  Tenacidad: resistencia que presentan los metales a romperse por tracción.  Conductividad: buenos conductores de electricidad y calor.
  • 56. UNIDAD 4 TRATAMIENTOS TERMICOS DE DUREZA TRATAMIENTOS DE ENDURECIMIENTO EN GENERAL. Existen tratamientos de templado que son los mas comunes. 1) Templado prolongado El cual se enfría despacio en el aire y puede ser subdividido en 2 métodos: A) Mar templado: además de retirarlo de que se enfrié en el aire se coloca en un lugar cerrado con temperatura constante logrando un temple uniforme en toda la pieza.
  • 57. B) Austemplado: después de ser retirada la pieza se enfría con el aire y se le aplica un baño de sal o metal de rebaba lo que hace que el material templado pierda con mayor velocidad temperatura sin tener flujos de corriente o cambios drásticos de aire. 2) Templado rápido Generalmente este templado se apoya en arena por ser un material mas frió que el ambiente. Nota: todo tratamiento de templado hace una dureza mas general.
  • 58. TRATAMIENTOS DE DUREZA SUPERFICIAL 1) Cementado: consta de calentar la pieza pero apoyada en compuestos de carbono el cual reacciona con el acero modificando la estructura superficial y logrando una mayor dureza. Tambien este metodo se le conoce como carbonizacion utilizando en este proceso carbon vegetal, mineral (coque) y gases de carbono o se puede utilizar apoyados en baños de sal de cianuro.
  • 59. 2) Nitrurizado: el método mas antiguo es utilizar líquidos los cuales contengan este tipo de gas con características de nitrura. Ejemplo: orina, sangre. En la actualidad se realiza en una cámara cerrada en la cual se coloca la pieza a endurecerse y se le aplica un gas el cual puede ser amoniaco logrando incrementar la cantidad de nitruros en la parte superficial.
  • 61. ACEROS Son aquellos productos ferrosos cuyo tanto por ciento de carbono esta comprendido entre 0.05% y 1.7%; el acero endurece por el temple y una vez templado, tiene la propiedad de que si se calienta de nuevo y se enfría lentamente, disminuye su dureza. El acero funde entre los 1400 y 1500°C, y se puede moldear con mas facilidad que el hierro. Aceros se pueden clasificar según se obtengan en estado sólido: ensoldados, batidos o forjados; o, en estado liquido, en hierros o aceros de fusión y homogéneos. También se clasifican según su composición química, en aceros originarios, al carbono y especiales. La proporción de carbono influye sobre las características del metal. Se distinguen dos grandes familias de acero: los aceros aleados y los no aleados. Existe una aleación cuando los elementos químicos distintos al carbono se adicionan al hierro según una dosificación mínima variable para cada uno de ellos. Por ejemplo el 0.5% para el silicio, el 0.08% para el molibdeno, el 10.5% para el cromo. De esta manera una aleación del 17% de cromo mas 8% níquel constituye un acero inoxidable. Y por eso no hay un acero sino múltiples aceros.
  • 62. PROPIEDADES MECANICAS DE LOS ACEROS  Resistencia al desgaste. Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de fricción con otro material. Tenacidad. Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras (resistencia al impacto).  Maquinabilidad. Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.  Dureza. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre.
  • 63. PROCESOS DE OBTENCION Y PRODUCCION DE ACERO El acero se fabrica partiendo de la fundición o hierro colado; éste es muy impuro, pues contiene excesiva cantidad de carbono, silicio, fósforo y azufre, elementos que perjudican considerablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones. La fabricación verdadera del acero se inició hacia 1856, cuando se introdujo en la siderurgia el empleo del convertidor Bessemer, en la catualidad existen diferentes tipos hornos para la obtencion de acero.
  • 64. TIPOS DE HORNOS  EL ALTO HORNO.  HORNO BESSEMER.  HORNO BASICO DE OXIGENO (BOF).  HORNO DE HOGAR ABIERTO.  HORNO DE ARCO ELECTRICO.  HORNO DE REFINACION.  HORNO DE INDUCCION.  HORNO DE AIRE O CRISOL.  HORNO DE CUBILOTE
  • 65. EL ALTO HORNO En general los altos hornos tienen un diámetro mayor a 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 m. Están revestidos de refractario de alta calidad. Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 h. La caliza, el coque y el mineral de hierro se introducen por la parte superior del horno por medio de vagones que son volteados en una tolva. Para producir 1000 toneladas de arrabio, se necesitan 2000 toneladas de mineral de hierro, 800 toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y 4000 toneladas de aire caliente. Con la inyección de aire caliente a 550°C, se reduce el consumo de coque en un 70%. Los sangrados del horno se hacen cada 5 o 6 horas, y por cada tonelada de hierro se produce 1/2 de escoria.
  • 66. HORNO BESSEMER Es un horno en forma de pera que está forrado con refractario de línea ácida o básica. El convertidor se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF, el que a continuación se describe.
  • 67. HORNO BÁSICO DE OXÍGENO (BOF) Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire, con lo que surgió el convertidor Bessemer, el que ya fue descrito.
  • 68. HORNO DE HOGAR ABIERTO Es uno de los hornos más populares en los procesos de producción del acero. Un horno de este tipo puede contener entre 10 y 540 toneladas de metal en su interior. Tiene un fondo poco profundo y la flama da directamente sobre la carga, por lo que es considerado como un horno de reverbero. Su combustible puede ser gas, brea o petróleo, por lo regular estos hornos tienen chimeneas laterales las que además de expulsar los gases sirven para calentar al aire y al combustible, por lo que se consideran como hornos regenerativos. Los recubrimientos de los hornos de hogar abierto por lo regular son de línea básica sin embargo existen también los de línea ácida ((ladrillos con sílice y paredes de arcilla). Las ventajas de una línea básica de refractario, sobre una ácida son que con la primera se pueden controlar o eliminar el fósforo, el azufre, el silicio, el magnesio y el carbono y con la línea ácida sólo se puede controlar al carbono. El costo de la línea básica es mayor que el de la ácida.
  • 69. HORNO DE ARCO ELECTRICO Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos de la línea básica. Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza. Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A. Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una grúa viajera. Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.
  • 70.  HORNO DE REFINACION Estos hornos pueden ser de varios tipos, en realidad puede ser cualquier horno al que por medio de aire u oxígeno se obtenga hierro con carbón controlado, sin embargo se pueden mencionar dos de los hornos más conocidos para este fin.  HORNO DE INDUCCION Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol en el cual se funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema de motogenerador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas. El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales.
  • 71. HORNO DE AIRE O CRISOL Es el proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión. Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.
  • 72. HORNO DE CUBILOTE Son equipos muy económicos y de poco mantenimiento, se utilizan para hacer fundición de hierros colados. Consisten en un tubo de más de 4 metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a 1.4 m de diámetro, se cargan por la parte superior con camas de chatarra de hierro, coque y piedra caliza. Para la combustión del coque se inyecta aire con unos ventiladores de alta presión, este accede al interior por unas toberas ubicadas en la parte inferior del horno. También estos hornos se pueden cargar con pelets de mineral de hierro o pedacería de arrabio sólido. Por cada kilogramo de coque que se consume en el horno, se procesan de 8 a 10 kilogramos de hierro y por cada tonelada de hierro fundido se requieren 40kg de piedra caliza y 5.78 metros cúbicos de aire a 100 kPa a 15.5°C. Los hornos de cubilote pueden producir colados de hasta 20 toneladas cada tres horas. Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno, sólo sus dimensiones disminuyen notablemente. El mayor problema de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones contaminantes es más costoso que el propio horno, por ello no se controlan sus emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su operación.
  • 73. SOLUBILIDAD En todos los materiales existen características especificas cuando los estamos manejando tanto en sustancias como en los líquidos a esto se le conoce como solubilidad. Solubilidad limitada: cuando se tienen 2 materiales puros y si importa la cantidad de cada uno de ellos. Ya que se llega a un momento en donde se limita la cantidad de uno de ellos. Solubilidad ilimitada: esta mezcla no tiene ningún reparo en mezclar cualquier porcentaje de cada uno de ellos.
  • 75. ALEACIONES HIERRO-CARBONO El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con el carbono (además de otros elementos), es el metal más utilizado en la industria moderna. A la temperatura ambiente, salvo una pequeña parte disuelta en la ferrita, todo el carbono que contienen las aleaciones Fe-C está en forma de carburo de hierro( CFe3 ). Por eso, las aleaciones Fe-C se denominan también aleaciones hierro-carburo de hierro. Las aleaciones con contenido de C comprendido entre 0.03% y 1.76% tienen características muy bien definidas y se denominan aceros. Los aceros de cualquier proporción de carbono dentro de los límites citados pueden alearse con otros elementos, formando los denominados aceros aleados o aceros especiales. Algunos aceros aleados pueden contener excepcionalmente hasta el 2.5% de C. Los aceros generalmente son forjables, y es ésta una cualidad muy importante que los distingue. Si la proporción de C es superior a 1.76% las aleaciones de Fe-C se denominan fundiciones, siendo la máxima proporción de C aleado del 6.67%, que corresponde a la cementita pura. Las fundiciones, en general, no son forjables.
  • 76. TIPOS DE ACEROS En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes, que se denominan: ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, troostita sorbita, bainita, ledeburita, steadita y grafito.
  • 77. FERRITA Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Además de todas estas características, presenta propiedades magnéticas. En los aceros aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de grano más irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita se ha formado en una transformación en estado sólido, mientras que la austenita, procede de la solidificación. La ferrita en la naturaleza aparece como elemento proeutectoide que acompaña a la perlita en: - Cristales mezclados con los de perlita (0.55% C) - Formando una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a 0.85% de C) - Formando agujas en dirección de los planos cristalográficos de la austenita.
  • 78. CEMENTITA Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas. Aparece como: - Cementita proeutectoide, en aceros hipereutectoides, formando un red que envuelve a los granos perlíticos. - Componente de la perlita laminar. - Componente de los glóbulos en perlita laminar. - Cementita alargada (terciaria) en las uniones de los granos (0.25% de C) PERLITA Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces la denominación de perlita globular.
  • 79. AUSTENITA Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC.La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC. También puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y perlita. Excepcionalmente, hay algunos aceros al cromo-niquel denominados austeníticos, cuya estructura es austenítica a la temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos de hierro gamma con los átomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas.
  • 80. MARTENSITA Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los átomos de C pueden difundirse hacía afuera de la estructura austenítica. De este modo, los átomos de Fe se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCC. Esta transformación gamma-alfa tiene lugar mediante un proceso de nucleación y crecimiento dependiente del tiempo (si aumentamos la velocidad de enfriamiento no habrá tiempo suficiente para que el carbono se difunda en la solución y, aunque tiene lugar algún movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no podrá llagar a ser BCC, ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La estructura resultante denominada martensita, es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura reticular altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza de la martensita, ya que como los átomos en la martensita están empaquetados con una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformación (que nos lleva a la martensita) ocurre una expansión que produce altos esfuerzos localizados que dan como resultado la deformación plástica de la matriz. Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89% aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de 175 a 250 Kg/mm2 y su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.
  • 81. BAINITA Se forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la austenita en bainita. LEDEBURITA La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono. La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, decomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita
  • 82. CLASIFICACION DE LOS ACEROS Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono aceros aleados aceros de baja aleación ultra resistentes aceros inoxidables aceros de herramientas.
  • 83. 1. ACEROS AL CARBONO El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, pasadores de pelo, etc.
  • 84. 2. ACEROS ALEADOS Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.
  • 85. Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:  Aceros de construcción: Aceros de gran resistencia Aceros de cementación Aceros para muelles Aceros de nitruración Aceros resistentes al desgaste Aceros para imanes Aceros para chapa magnética Aceros inoxidables y resistentes al calor  Aceros de herramientas: Aceros rápidos Aceros de corte no rápidos Aceros indeformables Aceros resistentes al desgaste Aceros para trabajos de choque Aceros inoxidables y resistentes al calor.
  • 86. 3. ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRA RESISTENTES Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor. Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.
  • 87. 4. ACEROS INOXIDABLES Son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy versátiles. La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus características: · Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas. · Propiedades mecánicas del acero · Características de los procesos de transformación a que será sometido. · Costo total (reposición y mantenimiento) - Disponibilidad del acero.
  • 88. 4.1 CLASIFICACION DE LOS ACEROS INOXIDABLES Los aceros inoxidables no son indestructibles, sin embargo con una selección cuidadosa, sometiéndolos a procesos de transformación adecuados y realizando una limpieza periódica, algún integrante de la familia de los aceros inoxidables resistirá las condiciones corrosivas y de servicio más severas.  Serie 400 Aceros Inoxidables Martensíticos  Serie 400 Aceros Inoxidables Ferríticos  Serie 300 Los Aceros Inoxidables Austeníticos.  Aceros inoxidables endurecidos por precipitación.
  • 89. SERIE 400 ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS Son la primera rama de los aceros inoxidables, llamados simplemente al Cromo y fueron los primeros desarrollados industrialmente (aplicados en cuchillería). Tienen un contenido de Carbono relativamente alto de 0.2 a 1.2% y de Cromo de 12 a 18%. Los tipos más comunes son el AISI 410, 420 y 431 Las propiedades básicas son: Elevada dureza (se puede incrementar por tratamiento térmico) y gran facilidad de maquinado, resistencia a la corrosión moderada. Principales aplicaciones: Ejes, flechas, instrumental quirúrgico y cuchillería.
  • 90. SERIE 400 ACEROS INOXIDABLES FERRÍTICOS También se consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de Carbono es bajo <0.2%. Los tipos más comunes son el AISI 430, 409 y 434 Las propiedades básicas son: Buena resistencia a la corrosión. La dureza no es muy alta y no pueden incrementarla por tratamiento térmico. Principales aplicaciones: Equipo y utensilios domésticos y en aplicaciones arquitectónicas y decorativas.
  • 91. SERIE 300 LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS. Son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades, se obtienen agregando Níquel a la aleación, por lo que la estructura cristalina del material se transforma en austenita y de aquí adquieren el nombre. El contenido de Cromo varia de 16 a 28%, el de Níquel de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a 6%. Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310 y 317. Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de higiene - limpieza, fáciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas. Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso doméstico, hospitalario y en la industria alimentaría, tanques, tuberías, etc.
  • 92. CEROS INOXIDABLES ENDURECIDO POR PRECIPITACION Aceros similares a los austeniticos pero con la presencia de aluminio, niobio o tantanio que se pueden endurecer por solución sólida por deformación o envejecimiento y la forma de dar tratamiento térmico es por templado.
  • 93. 5. ACEROS DE HERRAMIENTAS Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.
  • 95. HIERRO COLADO • El hierro colado o fundición se fabrica en los llamados altos hornos. Se caracteriza por servir para moldeo, ser resistente a la compresión y tener fragilidad. Se puede obtener varias clases de hierro colado dependiendo del proceso de fabricación, del enfriamiento, de la materias primas y de la ganga del mineral, pudiéndose dividir en dos grupos: fundiciones ordinarias y fundiciones especiales. Las Fundiciones Ordinarias están formadas principalmente de hierro y carbono. Puede ser: la fundición gris, la fundición blanca y la fundición maleable. Las Fundiciones Especiales pueden ser: ferromanganesas y ferrosilíeas.
  • 97. BRONCE PARA EMBUTICIÓN Se trata de un bronce especial que resuelve los problemas de la embutición (rayado de piezas, embuticiones profundas, calidad de acabado, etc.). Tiene las propiedades intrínsecas de los bronces (desplazamiento y bajo punto de fricción) mas la dureza y resistencia de los aceros templados y revenidos. El bronce para embutición, debido a sus características es el material perfecto para este trabajo. Por la mayor profundidad, velocidad de la embuticióny duración, permite una rápida amortización en acero inoxidable, aluminio, plata, níquel, etc.
  • 99. APLICACIONES DE LOS BRONCES EMBUTIDOS
  • 100. BRONCES S.A.E Bronce Estándar 884 Características: Comúnmente conocido como bronce fosforado, estándar o comercial, este bronce, aunque sin ninguna norma internacional, tiene excelentes características físicas, gran maquinabilidad y resistencia a la tensión y al esfuerzo. Recomendaciones de uso: para trabajos ligeros, como en la elaboración de casquillos, chumaceras pequeñas y stoperos
  • 101. Bronce SAE-62 (UNS C 90500) Características: Es una aleación de uso general con antifricción de gran resistencia para condiciones fuertes de trabajo y alta carga. Es duro con gran resistencia al desgaste al ataque químico-ácido y a la corrosión ambiental; resiste presiones hidráulicas aun con agua salada. Posee resistencia a la tracción de 45,000 psi y una dureza de entre 75 y 85 Brinell. Recomendaciones de uso: Para piezas que requieren un bronce fino y estable especial para la elaboración de coronas tornillos sin fin elementos de maquinaria de servicio pesado y bajas velocidades, en instalaciones de ingenios azucareros plantas de refinación y en general en sistemas de vapor o gas a presión.
  • 102. Bronce SAE-64 (UNS C 93700) Características: Un bronce con excelentes características físicas para el trabajo pesado con excelente característica antifricción por su alto contenido de plomo, (lubricante seco). Posee una resistencia a la tracción de 35,000 psi y una dureza de entre 60 y 70 Brinell. Recomendaciones de uso: Cojinetes, bujes para altas velocidades y fuertes presiones, bombas, impulsores, aplicaciones donde se requiera alta resistencia a la corrosión, fundiciones a presión, bujes para molinos, hornos de cemento, troqueladoras, laminadoras, compresores, bujes con babbit. Posee una resistencia a la tracción de 35,000 psi y una dureza de entre 60 y 70 Brinell.
  • 103. Bronce SAE-65 (UNS C 90700) Características: Llamado también bronce para engranes. Es una aleación de alta dureza para usos industriales. Ofrece magníficos resultados para trabajos pesados con condiciones normales de lubricación. Posee una resistencia a la tracción de 55,000 psi y una dureza de entre 98 y 105 Brinell. Recomendaciones de uso: Excelente para fabricar coronas, engranes, cojinetes en donde se espera soportar altas cargas y velocidades relativamente bajas.
  • 104. Bronce SAE-660 (UNS C 93200) Características: Es una aleación generalizada para usos industriales, que ofrece magníficos resultados para trabajos semipesados y condiciones normales de lubricación. Es fino, compacto y uniforme, con buenas características antifricción y con gran resistencia al desgaste bajo presiones fuertes con velocidades medias. Posee resistencia a la tracción de 35,000 psi y una dureza de entre 60 y 65 Brinell.  Recomendaciones de uso: Excelente para fabricar pequeños engranes, partes de bombas, asientos de válvula y maquinaria en general que necesite un bronce fino y estable.
  • 105.
  • 106. PROPIEDADES DE LOS BRONCES AL ALUMINIO
  • 107. PROPIEDADES DE LOS BRONCES AL MANGANESO
  • 108. PROPIEDADES DE LOS BRONCES ANTIFRICCION
  • 109. PROPIEDADES DE LOS BRONCES FOSFOROSOS
  • 110. PROPIEDADES DE LOS BRONCES FOSFOROSOS
  • 112. ALUMINIOS tiene una alta conductividad eléctrica y térmica, y su resistencia a la corrosión es excelente debido a la formación de una película superficial dura y delgada de óxido. Es un metal muy dúctil y notable por su facilidad de formado. El, aluminio puro tiene una resistencia relativamente baja, pero puede alearse y tratarse térmicamente para competir con algunos de los aceros, especialmente cuando el peso es una consideración de importancia.
  • 113. ALEACIONES DEL ALUMINIO Sustituye en gran parte de la producción a cualquier colado, aceros al carbón, que son materiales que se pueden igualar en resistencia, dureza u otras características contra las aleaciones del aluminio. Algunas aleaciones son las siguientes: 1100, 1350, 3003, 5000, 5005, 5052, 5083, 5086, 5454, 5456, 2024, 6061, 7075.
  • 114. CARACTERISTICAS DE ALGUNAS ALEACIONES  1100: Propiedades de diseño esta aleación es aluminio puro comercial con excelentes características de con formalidad de aplicaciones. Usado común mente en canastillas, recipientes de almacenamiento, utensilios de cocina.  5005: Es una aleación de aluminio con contenido de magnesio no tratable térmicamente, el trabajo en frío aumenta la resistencia de la aleación.  5456: Aleación de aluminio y magnesio, buena resistencia. No responde al endurecimiento por tratamiento térmico recocido a 650 ºF.  7075: Tiene capacidad de desarrollar alta resistencia por tratamiento térmico. Buenas propiedades a bajas temperaturas de 36% de conductividad eléctrica.  5086: Aleación Estructural de alta resistencia no tratable térmicamente.  6061: Es probablemente una aleación de Aluminio tratable térmicamente.  5054: Aleación de aluminio y magnesio no tratable térmicamente, resistencia media que puede ser endurecida en frió.
  • 115. COBRE  Es un material pesado y al igual que el aluminio sirve como conductor pero este es mas pesado que el hierro es decir, si comparamos la aleación de resistencia a la fatiga. Además el Cu abrasivos (corrosión) y se comporta mejor a los tratamientos térmicos, el Cu puro es de color rojizo que si se le agrega una aleación de zinc toma un color amarillo dorado y si es aleado con níquel toma un color plateado.  El Cu puro es cuando tiene 1% de impurezas y se aplica en el área eléctrica algunas veces se conviene alear con aluminio para aumentar dureza y mantener la conducción.
  • 116. MANGANESO A comparación del aluminio este tiene una densidad de 1.74 gr/cm3 pero a diferencia de los anteriores sus aleaciones no tienen la misma resistencia sin embargo se utiliza en aplicaciones parciales y generalmente en motores de combustión interna, su modulo de elasticidad es mas bajo que el aluminio y tiene menos resistencia a la fatiga.
  • 117. ALEACIONES DE BERILIO Su densidad del berilio es de 1.848 gr/cm3 sin embargo es mas tenaz que el acero y su relación resistencia-peso se puede mantener aun a temperaturas elevadas. Tiene una desventaja por que es un material toxico y tiene mayor fragilidad al impacto, sin embargo su uso ideal es en el área térmica (calderas, generador de vapor, intercambiador de calor).
  • 118. NIQUEL Y COBALTO Son utilizados para protección contra corrosión y contiene una característica de resistencia a la deformación a temperaturas muy elevadas generalmente son aplicados en el desarrollo de prótesis debido a que soportan fluidos humanos.
  • 119. SUPER ALEACIONES EXISTEN 3 TIPOS DE SUPER ALEACIONES COMUNES: 1. A BASE DE NIQUEL. 2. A BASE DE HIERRO-NIQUEL. 3. A BASE DE COBALTO. Estas en general al mezclar una aleación ya hecha con nuevos porcentajes de otros materiales aumentando principalmente el cromo, molibdeno, tungsteno, así como el circonio, el boro o algún otro en especial.
  • 120. Excelente resistencia a la corrosión alta resistencia al peso (4.55gr/cm3) teniendo al principal como titanio puro el cual es relativamente débil pero con gran resistencia a la corrosión aplicada para intercambiadores de calor, reactores, válvulas de flujos para tuberías industriales, principalmente petroquímicas. Existen 3 aleaciones de titanio y son : Aleación de titanio alfa. Aleación de titanio beta. Aleación de titanio alfa-beta. TITANIO
  • 121.  Aleación de titanio ALFA: 5% de aluminio, el cual lo endurece, manteniendo su resistencia a la tensión.  Aleación de titanio BETA: Tiene mayor contenido de vanadio y molibdeno teniendo mayor resistencia que los anteriores, utilizado para la elaboración de sujetadores, vigas y estructuras para el uso Aéreo especial.  Aleación de titanio ALFA-BETA: Material extremadamente duro, tratable térmicamente, permite soldabilidad, fácil forma de fundición.
  • 122. • La ciencia de materiales define a un metal como un material en el que existe un traslape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica. Esto les da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz lo cual les da su peculiar brillo. • El concepto de metal refiere tanto a elementos puros, por ejemplo aluminio, así como aleaciones con características metálicas. Ejemplos comunes de metales no elementales son el acero y el bronce. Los metales elementales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación a los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización.
  • 123. LATÓN • Es una aleación de cobre y zinc. El latón es más duro que el cobre, es dúctil y puede forjarse en planchas finas. Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas. Algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros sólo en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. • Las aplicaciones de los latones abarcan los campos más diversos, desde el armamento, pasando por la ornamentación, hasta los tubos de condensador y terminales eléctricos.
  • 124. MERCURIO • A temperatura ordinaria el mercurio es un líquido brillante, denso, de color blanco plateado. Es ligeramente volátil a temperatura ambiente, y sometido a una presión de 7.640 atmósferas (5.800.000 mm Hg) se transforma en sólido, habiéndose elegido esta presión como medida tipo para presiones extremadamente altas. Se disuelve en ácido nítrico y en ácido sulfúrico concentrado, pero es resistente a los álcalis. Tiene un punto de fusión de -39 °C, un punto de ebullición de 357 °C y una densidad relativa de 13,5. Su masa atómica es 200,59. • Se utiliza en termómetros, también se usa en las bombas de vacío, barómetros, interruptores y rectificadores eléctricos. Las lámparas de vapor de mercurio se utilizan como fuente de rayos ultravioletas en los hogares y para esterilizar agua.
  • 125. TUNGSTENO • Metal duro, cuyo color varía del gris acero al blanco. Posee el punto de fusión más alto de todos los metales. Se emplea en filamentos incandescentes para tubos de vacío y luces eléctricas. También como electrodos, punto de contacto en carros, cabezas de cohetes y motores de aviones. Combinado con el calcio y el magnesio se utiliza en luces fluorescentes. • El carburo de wolframio o tungsteno (WC), es extremadamente duro y se emplea en la fabricación de herramientas para cortar, brocas y piedras de afilar. Por su dureza, el 40% del tungsteno o wolframio se emplea en aleaciones.
  • 126. PLOMO • El plomo forma aleaciones con muchos metales y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Todas las aleaciones formadas con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cloro, cloroformo, ésteres, cadmio y sodio tienen importancia industrial. Los compuestos del plomo son tóxicos y han producido envenenamiento de trabajadores por su uso inadecuado, por una exposición excesiva a los mismos. • Propiedades • Es blando y dúctil • No es buen conductor de la electricidad • Es resistente a las radiaciones • Tiene una temperatura de fusión baja • Es bastante resistente a la corrosión.
  • 127. ESTAÑO • Propiedades del estaño: El estaño es muy dúctil y maleable a 100 °C de temperatura y es atacado por los ácidos fuertes. Ordinariamente es un metal blanco plateado, pero a temperaturas por debajo de los 13 °C se transforma a menudo en una forma alotrópica (claramente distinta) conocida como estaño gris, que es un polvo amorfo de color grisáceo con una densidad relativa de 5,75. • Debido al aspecto moteado de los objetos de estaño que sufren esta descomposición, a esta acción se la denomina comúnmente enfermedad del estaño o peste del estaño. Al doblar una barra de estaño ordinaria, ésta emite un sonido crepitante llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales. El estaño ocupa el lugar 49 entre los elementos de la corteza terrestre. El estaño ordinario tiene un punto de fusión de 232 °C, un punto de ebullición de 2.260 °C y una densidad relativa de 7,28. Su masa atómica es 118,69.
  • 128. ALUMINIO • El aluminio es el metal que más se utiliza después del acero, debido a las buenas propiedades mecánicas que tiene. • Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es de 2,7 kg/dm3 • Tiene un punto de fusión bajo 660ºC (933ºK) • El peso atómico del aluminio es de 26,9815 • Es de color blanco brillante. • Buen conductor del calor y de la electricidad. • Inoxidable y resistente a la corrosión. • Material abundante en la Naturaleza • Material fácil y barato de reciclar. • Características mecánicas De fácil mecanizado. • Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas. • Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos. • Material blando (Escala de Mohs2-3). Límite de resistencia en tracción 16-20 kg/mm2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 140-600 kg/mm2. El duraluminio es una aleación particularmente resistente. • Material que forma aleaciones con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas. • Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo. • Material soldable
  • 129. EL ZINC • Es un metal, a veces clasificado como metal de transición aunque estrictamente no lo sea, que presenta cierto parecido con el magnesio y el berilio además de con los elementos de su grupo. Este elemento es poco abundante en la corteza terrestre pero se obtiene con facilidad. Una de sus aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero. • Es un elemento químico esencial. La principal aplicación del zinc es el galvanizado del acero para protegerle de la corrosión, protección efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como ánodo de sacrificio.
  • 130. COBRE • Es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo. • Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567 °C, y tiene una densidad relativa de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es 63,846. • El cobre ha sido utilizado para una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades como son la conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad, además de su belleza. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, desde 0,025 mm en adelante. La resistencia a la tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4.200 kg/cm2. Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.
  • 131. BRONCE • El bronce es el nombre con el que se denominan toda una serie de aleaciones metálicas que tienen como base el cobre, entre un 3-20% de estaño y proporciones variables de otros elementos como zinc, aluminio, antimonio, fósforo. Otros elementos con características de dureza superiores al cobre hacen mejorar sus propiedades mecánicas. • El bronce se utiliza en todas las industrias, cuando se requiere de excelente resistencia al desgaste. Sus principales aplicaciones son: engranes, coronas, flechas, chumaceras, conexiones y cuerpos de válvulas y accesorios para tubería de aceite y gasolina, entre otros.
  • 132. BRONCE SAE 62 • Barra de bronce fabricada mediante el proceso de colada continua; de excelente desempeño y amplia variedad de usos; con maquinabilidad superior, mayo rresistencia a la tracción y al impacto. • • Formas y Acabados: • Barra sólida y tubular. • • Características: • Buena resistencia al esfuerzo; baja conductividad térmica; altas propiedades físicas; resistencia a la corrosión de ácidos; excelente resistencia al desgaste, al impacto y a la abrasión en altas velocidades. • • Aplicaciones: • Cargas pesadas y velocidades altas; cojinetes; componentes de válvulas, de bombas para agua y gasolina, de motores eléctricos y de motores ubicados a la interperie.
  • 133. ACETAL • El acetal, o polyoxymethylene (POM), refiere a dos distintos, pero similares, productos: acetal homopolímero y acetal copolímero. La cadena molecular principal del acetal homopolímero es la espina dorsal de la cadena del acetal copolímero, pues el acetal copolímero agrega el óxido de etileno aleatoriamente a través de la cadena del acetal homopolímero. • Las características del acetal pueden ser resumidas como sigue: • resistencia de desgaste excelente • fuerza muy buena, tiesura • buena resistencia térmica • resistencia química excelente • opaco • precio medio a alto • proceso restricto en ciertos casos • • USOS DEL ACETAL • engranajes, levas, y cojinetes • ruedas industriales ligeras • accesorios de la plomería • componentes del carburador • componentes del transportador • plumas y hebillas
  • 134. ACEROS AL CARBONO • El principal producto siderúrgico es el acero, siendo aproximadamente el 90% de la producción acero al carbono y el 10%, acero aleado. Por lo tanto, el material metálico más importante para la industria es el acero al carbono. El acero al carbono es una aleación de composición química compleja. Además de hierro, cuyo contenido puede oscilar entre 97,0-99,5%-, hay en él muchos elementos cuya presencia se debe a los procesos de su producción (manganeso y silicio), a la dificultad de excluirlos totalmente del metal (azufre, fósforo, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo, níquel, cobre y otros). El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. • Son los aceros que se utilizan para la fabricación de piezas, órganos o elementos de maquinas, motores, instalaciones, carriles, vehículos, etc. • Aceros al carbono que se usan en bruto de laminación para construcciones metálicas y para piezas de maquinaria en general. • En general los aceros ordinarios contienen: Mn < 0.90%, Si < 0.50%, P < 0.10%, S < 0.10%
  • 135. ACERO 1018 • El acero 1018 está entre los grados más comúnmente disponibles en el mundo. Es ampliamente disponible en secciones circulares, cuadradas, barras planas y hexágonos. A pesar de sus bajas propiedades mecánicas, la aleación es fácilmente conformada, mecanizada, soldada y fabricada. Debido a su alto contenido de manganeso, se permite que secciones delgadas puedan ser endurecidas a Rc 42. • Aplicaciones: E una aleación de mecanizado libre, frecuentemente empleada en grandes volúmenes como material de aporte en máquinas roscadoras. Es comúnmente empleada en ejes, pernos, pines, barras y engranajes • Maquinabilidad: El acero 1018 es valorado al 62% de la maquinabilidad del acero al carbono 1112. Esta aleación puede ser fácilmente llevada a un acabado fino, sus granos son continuos y duros. Puede ser mecanizado en todas las condiciones. • Soldadura: El acero 1018 ha sido soldado con éxito usando la mayoría de las prácticas comunes incluyendo gas, resistencia, oxiacetileno y soldadura por fusión sumergida. • Tratamiento térmico: El acero 1018 puede, en secciones delgadas ser endurecido a Rc 42. En secciones más gruesas, sobre 4", se puede obtener una dureza entre Rc 28 a 30. • Forja: Esta aleación se forja en el rango de 1825 a 2300 F.
  • 136. ACERO 1045 • El 1045 es un acero al carbono de aleación media, usado cuando la resistencia y la dureza deseada es mayor que en la condición laminada. Extrema precisión en el tamaño, rectitud y concentricidad se combinan para minimizar el desgaste en aplicaciones de alta velocidad. Barras torneadas, rectificadas y pulidas de barras pueden ser mecanizadas de forma asimétrica con una mínima distorsión. • Aplicaciones: Usado en engranajes, ejes, árboles, pernos, espárragos y piezas de máquinas. • Tratamiento térmico: decuado para endurecimiento por llama o inducción. • Forja: Puede ser forjado por martilleo y responder a un tratamiento térmico.
  • 137. ACERO 12L14 • Acero de bajo carbón resulfurado y refosforado y al plomo. • Formas y Acabados: Barra redonda, cuadrada y hexagonal, estirada en frío. • Características: El plomo en este material proporciona lubricación en el trabajo de maquinado, además de las facilidades que el azufre y el fósforo le confieren, con lo que se logra reducir en forma importante la fricción entre la herramienta y la rebaba, permitiendo muy altas velocidades de maquinado sin quemar el filo de la primera. Dentro del grupo de aceros de "libre maquinado" el 12L14 es sin duda el más popular para este tipo de labores. Normalmente se utiliza estirado en frío. • Aplicaciones: Se utiliza generalmente en torno automático para producción de piezas de alto volumen que requieren alto grado de maquinabilidad, tolerancias cerradas y un acabado fino. No se recomienda para formados en frío ni para partes sujetas a fatigas severas. • Tratamientos térmicos: Aunque por su análisis químico puede responder adecuadamente a los tratamientos térmicos a los que se someten los aceros de bajo carbón, este tipo de acero no está diseñado para esto y por lo tanto no se considera ningún tipo de tratamiento. Otros aceros de bajo carbón como el 1018 dan mejores resultados en estos casos.
  • 138. ACERO 4140R • Acero grado maquinaria al Cromo-Molibdeno. Para piezas y partes de maquinaria de uso general. • APLICACIONES GENERALES: • Piezas para Maquinaria en General • Cigüeñales • Engranes • Engranes de Transmisión • Ejes • Bielas • Portamoldes • TRATAMIENTOS SUPERFICIALES • El Acero SISA 4140R puede ser nitrurado o recubierto con cromo duro. • TRATAMIENTO TÉRMICO • Forjar • 1050-850°C (1920-1560°F) No forjar por debajo de 825°C (1520°F), enfriamiento • lento en horno o material termoaislante. • Recocer • Calentamiento a 680-720°C (1250-1300°F) Mínimo 4 horas con enfriamiento lento en horno. • Relevado de Tensiones • Material Recocido 550-600°C (1020-1110°F) Mantener 2 horas después de alentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire. • Material Templado Calentar 15-30°C (25-50°F) por debajo de la temperatura de revenido, mantener 2 horas después de calentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire. Recomendable para reducir las tensiones causadas por un extenso maquinado. • TEMPLE • Precalentar • 595-650°C (1100-1250°F) - Normalizar. • Temple (Austenización) • 840-860°C (1540-1580°F) - 1/2 hora por 1 pulgada de sección más 15 minutos por cada pulgada adicional. • Enfriamiento Al aceite. • Revenir • 205-650°C (400-1200°F) Debe llevarse a cabo inmediatamente después del temple. Preferentemente dar doble revenido con un tiempo de permanencia de 2 horas en cada revenido.
  • 139. ACERO 4140T • Acero grado maquinaria al Cromo-Molibdeno. Tratado (bonificado). Para piezas y partes de maquinaria de uso general. Normalmente no requiere un tratamiento térmico adicional, sin embargo el acero SISA 4140T se puede templar a durezas mayores para incrementar su resistencia. Debe ser recocido antes de un temple posterior. • APLICACIONES TÍPICAS • Piezas para Maquinaria en General • Cigüeñales • Engranes • Engranes de Transmisión • Ejes • Bielas • Portamoldes • TRATAMIENTOS SUPERFICIALES • El Acero SISA 4140T puede ser nitrurado o recubierto con cromo duro. • Tratado, con las siguientes propiedades mecánicas: • Límite elástico:60 - 65 kg /mm2 (80,000 -90,000 lbs/pulg2) • Elongación (L=5d): 20% mínimo • Reducción de área: 50% mínimo
  • 140. ACERO 8620 • Acero grado maquinaria al Níquel-Cromo-Molibdeno para cementado. Ofrece muy buena dureza superficial y gran tenacidad al núcleo. El proceso de cementado se aplica para incrementar el contenido de carbón en la superficie para que con un tratamiento térmico adecuado, la superficie sea substancialmente mas dura que el núcleo. • APLICACIONES TÍPICAS • Cigüeñales • Piñones • Engranes • Engranes para • Reductores • Tornillos Sin Fin • Pernos • Pistones • Flechas • TRATAMIENTO TÉRMICO • Forjar • 1050-850°C (1920-1560°F) No forjar por debajo de 825°C (1520°F), enfriamiento lento en horno o material termoaislante. • Recocer • Calentar a 870°C (1600°F), mantener 2 horas, enfriamiento lento de 30°C (50°F) por hora hasta 650°C (1200°F), dejar enfriar en el horno o en aire quieto a temperatura ambiente. • Dureza en Estado Recocido • Aprox. BHN 143/163 • Relevado de Esfuerzos • Piezas Recocidas: Calentar a 1100-1300°F (595-740°C), mantener 2 horas, dejar enfriar en aire quieto. • Piezas Templadas: Calentar a 30-55°C (50-100°F) debajo de la temperatura original de revenido, mantener 2 horas, dejar enfriar en aire quieto. • Enderezado: Recomendable hacerlo entre 205-425°C (400-800°F) • TEMPLAR • 840-920°C (1540-1580°F), al aceite o agua. Si por alguna razón el acero SISA 8620 es templado tal cual (enfriado al agua o al aceite sin cementar), el revenido es efectuado a 200-700°C (400-1300°F). Se obtiene mayor dureza usando las temperaturas mas bajas de revenido. Revenir inmediatamente durante 1 hora mínimo. • CEMENTAR - Carburizado • En caja o en sales a la profundidad deseada a 880-925°C (1615-1700°F). Enfriamiento en aceite o al ambiente. Revenir inmediatamente. • Revenir
  • 141. ACERO 9840T • Acero grado maquinaria al Cromo-Niquel- Molibdeno, de muy buen rendimiento. Se surte Pre-Templado (Tratado - Bonificado). Para ser usado en flechas o piezas que por su tamaño o diseño no pueden templarse. Sus elementos debidamente balanceados lo hacen de buena resistencia a la fatiga. Normalmente no requiere un tratamiento térmico adicional, sin embargo el acero SISA VSP-40T (9840T) se puede templar a durezas mayores para incrementar su resistencia. Debe ser recocido antes de un temple posterior. • APLICACIONES TÍPICAS • Piezas para Maquinaria en General • Cigüeñales • Engranes • Engranes de Transmisión • Ejes • Bielas • Portamoldes • Moldes y Corazones para la Industria del • Plástico • TRATAMIENTOS SUPERFICIALES • El Acero VSP-40T puede ser nitruradoo recubierto con cromo duro. • Tratado, con las siguientes propiedadesmecánicas: • Límite elástico:70 - 80 kg /mm2 (100,000 -115,000 lbs/pulg2) • Elongación (L=5d): 14% mínimo • Reducción de área: 60% mínimo
  • 142. ACEROS INOX. 304 y 316 Serie 300 Los Aceros Inoxidables Austeníticos. • Son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades, se obtienen agregando Níquel a la aleación, por lo que la estructura cristalina del material se transforma en austenita y de aquí adquieren el nombre. El contenido de Cromo varia de 16 a 28%, el de Níquel de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a 6%. • Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310 y 317. • Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de higiene - limpieza, fáciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas. • Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso doméstico, hospitalario y en la industria alimentaría, tanques, tuberías, etc.
  • 143. ACEROS INOX. 413 Y 430 Serie 400 Aceros Inoxidables Ferríticos • También se consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de Carbono es bajo <0.2%. Los tipos más comunes son el AISI 430, 409, 413 y 434. • Las propiedades básicas son: Buena resistencia a la corrosión. La dureza no es muy alta y no pueden incrementarla por tratamiento térmico. Principales aplicaciones: Equipo y utensilios domésticos y en aplicaciones arquitectónicas y decorativas.
  • 144. ACERO D2 • Acero al alto carbón y alto cromo. Dimensionalmente estable de excelente rendimiento al corte y resistencia al desgaste. Especialmente apto para temple al aire. • APLICACIONES TÍPICAS • Estampado y Formado • Matrices y Punzones • Troquelado y Perforado • Rodillos • Troquelado Fino • Dados para Acuñado • Herramientas de Roscado • Trituradoras de Llantas • Herramientas para Rebabear • Partes de Desgaste • Dados de Laminación • Insertos para Moldes • Cuchillas, Slitters y Cizallas • Husillos y Puntas para Inyección de Plástico • Cuchillas para Molino de Plástico • TRATAMIENTO TÉRMICO • Forjar • 1050-850°C (1920-1560°F) No forjar por debajo de 825°C (1520°F), enfriamiento lento en horno o material termo aislante. • Recocer • Calentamiento a 870°C (1600°F), mantener 2 horas, enfriamiento lento 15°C (25°F) por hora hasta alcanzar 540°C (1000°F), posterior enfriamiento al aire. • Templado Calentar 15-30°C (25-50°F) por debajo de la temperatura de revenido, mantener 2 horas después de calentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire. • Recomendable para reducir las tensiones causadas por un extenso maquinado en caso de herramientas de configuración complicada y para reducir las tensiones después de un proceso de electro-erosión.
  • 145. ACERO PLATA AL ACEITE • Acero grado herramienta para temple al aceite, el cual puede ser templado a temperaturas bajas exhibiendo poca distorsión. Combina cualidades de penetración al temple con una estructura de grano fino. Tiene una buena combinación de alta dureza superficial y tenacidad después del temple y revenido. Ofrece buenas corridas iniciales de producción y buena continuidad de producción entre rectificados. • APLICACIONES TÍPICAS • Estampado y Formado • Troquelado y Perforado • Dados para Rebabear • Calibres • Matrices y Punzones • Cuchillas para Corte de Papel • Herramientas para Roscar (a mano) • Clavos de Joyero • MAQUINABILIDAD Y RECTIFICABILIDAD • La maquinabilidad y rectificabilidad en estado recocido es aproximadamente un 75% de un acero tipo W1 (1% C). • TRATAMIENTOS SUPERFICIALES • Al Acero SISA O1 se le puede aplicar cromo duro. Generalmente el nitrurado no es práctico por que resulta en una sustancial reducción en dureza en el núcleo.
  • 146. ACERO SW 55 • Es un menta de fácil maquinado y ya una vez desarrollado el trabajo se le aplica un tratamiento térmico de templado y por la cantidad de carbono que posee adquiere una dureza de alto impacto. • El acero es común encontrarlo en la corteza terrestre y llevado par su modificación a los altos tornos en donde ya salen en forma de lingote. México se encuentra entre unos principales productores de acero en el mundo, siendo Coahuila el principal productor de hierros para la producción de maquinarias y herramientas.
  • 148. TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales esta creado. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido. SON 3: TEMPLE, REVENIDO Y RECOCIDO.
  • 149. TEMPLE El temple tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.
  • 150. REVENIDO Es un tratamiento habitual a las piezas que han sido previamente templadas. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.
  • 151. RECOCIDO Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
  • 152. TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS DE LOS ACEROS En el caso de los tratamientos térmicos, no solo se producen cambios en la Estructura del Acero, sino también en su COMPOSICION QUIMICA, añadiendo diferentes productos químicos durante el proceso del tratamiento. Estos tratamientos tienen efecto solo superficial en las piezas tratadas. SON 2: CEMENTACION Y NITRURACION.
  • 153. CEMENTACIÓN Mediante este tratamiento se producen cambios, en la composición química del acero. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. Lo que se busca es aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.
  • 154. NITRURACIÓN Este tratamiento Termo Químico busca endurecer superficialmente un acero con nitrógeno, calentándolo a temperaturas comprendidas entre 400-525ºC, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno. º
  • 156. POLIMEROS Es a partir de polvos granulados o productos semi acabados como placas o películas que son fabricados o reciclables convirtiendo los termoplásticos. Es un plástico que puede ser reblandecido por calentamiento y endurecido por enfriamiento a través de un rango de temperatura característico de cada plástico en su estado suave puede ser moldeado por inyección o por extruccion. El desperdicio o rebaba de un termoplástico puede ser mezclado con un plástico virgen pero en porcentajes pequeños además se puede reciclar todo el producto siempre y cuando se convierta en otro o diferente. Las piezas hechas en termoplásticos pueden ser maquinadas, estampadas, pegadas, soldadas o moldeadas por termo formación y puede ser disueltas por solventes orgánicos específicos para cada plástico. Ejemplo de termoplásticos: Polietileno (PE), Polipropileno (PP), Cloruro de Polivinilo (PVC), Policarbonato (PC), Acetato de Celulosa (CA).
  • 157. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS REALES Puede verse en la curva verde, que plásticos rígidos como el poliestireno, el poli(metil metacrilato o los policarbonatos pueden soportar una gran tensión, pero no demasiada elongación antes de su ruptura. No hay una gran área bajo la curva. Decimos entonces que estos materiales son resistentes, pero no muy duros. Además, la pendiente de la recta es muy pronunciada, lo que significa que debe ejercerse una considerable fuerza para deformar un plástico rígido.
  • 158. Los termoplásticos pueden ser rígidos o flexibles y los mas comunes son conocidos como prolen. El material prolen consiste en agregar en secuencia los componentes a la mezcla en una maquina centrifugadora logrando una temperatura elevada y combinarlos cuando ya están mezclados se les nombra compuestos poliméricos, termoplásticos o simplemente compuestos. Las características se modifican de acuerdo a la zona de trabajo y pueden ser características anticorrosivos de filtro, estabilizadoras térmicas, mejoramiento de Impacto, Lubricación, Retardadores de Flama y inhibidores de humo, etc.
  • 159. Los plásticos flexibles como el polietileno y el polipropileno difieren de los plásticos rígidos en el sentido que no soportan tan bien la deformación, pero tampoco tienden a la ruptura. El módulo inicial es elevado, o sea que resisten por un tiempo la deformación, pero si se ejerce demasiada tensión sobre un plástico flexible, finalmente se deformará. Usted puede comprobar esto en su casa con una bolsa plástica. Si la estira, será difícil al comienzo, pero una vez que la ha estirado lo suficiente, lo hará cada vez con mayor facilidad. Como conclusión, podemos decir que los plásticos flexibles pueden no ser tan resistentes como los rígidos, pero son mucho más duros.
  • 160. EFECTO DE LAS TEMPERATURAS SOBRE LOS POLIMEROS A temperaturas altas, los polímeros se vuelven líquidos muy viscosos en los que las cadenas están constantemente en movimiento cambiando su forma y deslizándose unas sobre las otras. A temperaturas muy bajas, el mismo polímero serpia un sólido duro, rígido y frágil. El polímero puede solidificarse formando un sólido amorfo o uno cristalino. Como se sabe los polímeros con fuertes irregularidades en su estructura tienden a formar sólidos amorfos y los polímeros con cadenas muy simétricas tienden a cristalizar, por lo menos parcialmente.
  • 161. TERMOFIJOS Son inmodificables y están formados por os por cadenas de polímeros con una gran cantidad de enlaces cruzados que forman la estructura de red adimensional. En vista de que las cadenas no pueden girar ni deslizarse, estos polímeros poseen buena resistencia, rígidos y dureza; sin embargo, los termofijos también tienen malas propiedades de ductibilidad e impacto, así como una temperatura de transición vítrea elevada. En un ensayo a la tensión los polímeros termo estables despliegan el mismo comportamiento de un metal o material cerámico Estable. Los polímeros termo estables suelen iniciarse como cadenas lineales. Dependiendo del tipo de unidad de repetición y del grado de polimerización inicial puede ser una resina sólida y liquida al calor, la presión, la mezcla de varias resinas y otros métodos iniciados con el proceso de enlaces cruzados que no son reversibles; una vez formados los termofijos no pueden utilizarse ni reciclarse convencionalmente. Ejemplo de termofijos: FENDICOS, AMINAS, POLIESTERES, EPOXIS, UREFANOS, SILICONES
  • 162. NYLAMID M Y 5L. • M.- De uso general resistente al impacto y a la abrasión • 5L .- Muy resistente a la tensión • • Formas de fabricación • Placa, barra hueca, tubo o buje. barra cuadrada y barra cilíndrica. • Características: • Mayor facilidad de maquinado, mayor resistencia a la corrosión, mayor eficacia para la eliminación de ruido y mayor resistencia a la abrasión que el celorón, el bronce y el acero. Menor coeficiente de fricción y mayor resistencia al impacto que el bronce, el teflón, el celorón y otros polímeros. Nylosteel absorbe cargas que puede fracturar a los metales, así como el ruido producido por partes metálicas. Resulta de dos a siete veces más ligero que los metales; se mantiene por años sin necesidad de lubricación, no produce chispas, es aislante autoextinguible. • • Aplicaciones: • Ideal para el maquinado de piezas y partes que requieren trabajar: en condiciones silenciosas; donde el peso sea prioritario; cuando la lubricación sea de difícil acceso o poco frecuente; en casos de desgaste excesivo de las piezas. Ampliamente utilizado en equipos eléctricos. Sus aplicaciones más usuales son engranes, chumaceras, poleas, ruedas, catarinas, suajes, rodillos y guías de desgaste, entre otras muchas.
  • 163. POLIMEROS El consumo de polímeros o plásticos ha aumentado en los últimos años. Estos petroquímicos han sustituido parcial y a veces totalmente a muchos materiales naturales como la madera, el algodón, el papel, la lana, la piel, el acero y el cemento. Los factores que han favorecido el mercado de los plásticos son los precios competitivos y a veces inferiores a los de los productos naturales, y el hecho de que el petróleo ofrece una mayor disponibilidad de materiales sintéticos que otras fuertes naturales. La crisis petrolera de 1974 también influyó en el aumento del consumo de los plásticos, sobre todo en la industria automotriz. Los plásticos permitían disminuir el peso de los vehículos, lo cual repercutía en un ahorro en el consumo de combustible por kilómetro recorrido. Entre los polímeros usados para reducir el peso de los automóviles se encuentran los poliésteres, polipropileno, cloruro de polivinilo, poliuretanos, polietileno, nylon y ABS (acrilonitrilo-butadienoestireno). Sin embargo, el mercado más grande de los plásticos es el de los empaques y embalajes.
  • 164. POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS Los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a presión. Representan el 78-80% de consumo total.
  • 165. Polietileno Éste es el termoplástico más usado en nuestra sociedad. Los productos hechos de polietileno van desde materiales de construcción y aislantes eléctricos hasta material de empaque. Es barato y puede moldearse a casi cualquier forma, extruírse para hacer fibras o soplarse para formar películas delgadas. Polietileno de Baja Densidad. Se emplean los llamados iniciadores de radicales libres como catalizadores de polimerización del etileno. El producto obtenido es el polietileno de baja densidad ramificado; Cuando se polimeriza el etileno a baja presión se emplean catalizadores tipo Ziegler Natta y se usa el buteno-1 como monómero. De esta forma es como se obtiene el propileno de baja densidad lineal, que posee características muy particulares, como poder hacer películas más delgadas y resistentes. Polietileno de alta densidad (HDPE). Cuando se polimeriza el etileno a baja presión y en presencia de catalizadores ZieglerNatta, se obtiene el polietileno de alta densidad (HDPE). La principal diferencia es la flexibilidad, debido a las numerosas ramificaciones de la cadena polimérica a diferencia de la rigidez del HDPE. Se emplea para hacer recipientes moldeados por soplado, como las botellas y los caños plásticos(flexibles, fuertes y resistentes a la corrosión).
  • 166. Polipropileno El polipropileno se produce desde hace más de veinte años, pero su aplicación data de los últimos diez, debido a la falta de producción directa pues siempre fue un subproducto de las refinerías o de la desintegración del etano o etileno. Como el polipropileno tiene un grupo metilo (CH3) más que el etileno en su molécula, cuando se polimeriza, las cadenas formadas dependiendo de la posición del grupo metilo pueden tomar cualquiera de las tres estructuras siguientes: 1. Isotáctico, cuando los grupos metilo unidos a la cadena están en un mismo lado del plano. 2. Sindiotáctico, cuando los metilos están distribuidos en forma alternada en la cadena. 3. Atáctico, cuando los metilos se distribuyen al azar. Posee una alta cristalinidad, por lo que sus cadenas quedan bien empacadas y producen resinas de alta calidad. El polipropileno se utiliza para elaborar bolsas de freezer y microondas ya que tienen una buena resistencia térmica y eléctrica además de baja absorción de humedad. Otras propiedades importantes son su dureza, resistencia a la abrasión e impacto, transparencia, y que no es tóxico. Asimismo se usa para fabricar carcazas, juguetes, valijas, jeringas, baterías, tapicería, ropa interior y ropa deportiva, alfombras, cables, selladores, partes automotrices y suelas de zapatos.
  • 167. • Cloruro de polivinilo (PVC) • Este polímero se obtiene polimerizando el cloruro de vinilo. Existen dos tipos de cloruro de polivinilo, el flexible y el rígido. Ambos tienen alta resistencia a la abrasión y a los productos químicos. Pueden estirarse hasta 4 veces y se suele copolimerizar con otros monómeros para modificar y mejorar la calidad de la resina. Las resinas de PVC casi nunca se usan solas, sino que se mezclan con diferentes aditivos. • El PVC flexible se destina para hacer manteles, cortinas para baño, muebles, alambres y cables eléctricos; El PVC rígido se usa en la fabricación de tuberías para riego, juntas, techado y botellas.
  • 168. Poliestireno (PS) • El poliestireno(ps) es el tercer termoplástico de mayor uso debido a sus propiedades y a la facilidad de su fabricación. Posee baja densidad, estabilidad térmica y bajo costo. El hecho de ser rígido y quebradizo lo desfavorecen. Estas desventajas pueden remediarse copolimerizándolo con el acrilonitrilo (más resistencia a la tensión). • Es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos de fusión. Fluye fácilmente, lo que favorece su uso en el moldeo por inyección; Posee buenas propiedades eléctricas, absorbe poco agua (buen aislante eléctrico), resiste moderadamente a los químicos, pero es atacado por los hidrocarburos aromáticos y los clorados. Se comercializa en tres diferentes formas y calidades: • De uso común, encuentra sus principales aplicaciones en los mercados de inyección y moldeo. • Poliestireno de impacto(alto, medio y bajo) que sustituye al de uso general cuando se desea mayor resistencia. Utilizada para fabricar electrodomésticos, juguetes y muebles. • Expandible se emplea en la fabricación de espuma de poliestireno que se utiliza en la producción de accesorios para la industria de empaques y aislamientos.
  • 169. Los usos más comunes son: Poliestireno de medio impacto: Vasos, cubiertos y platos descartables, empaques, juguetes. Poliestireno de alto impacto: Electrodomésticos(radios, TV, licuadoras, teléfonos lavadoras), tacos para zapatos, juguetes. Poliestireno cristal: piezas para cassettes, envases desechables, juguetes, electrodomésticos, difusores de luz, plafones. Poliestireno Expandible: envases térmicos, construcción (aislamientos, tableros de cancelería, plafones, casetones, etc.).
  • 170. Estireno-acrilonitrilo (SAN) Este copolímero tiene mejor resistencia química y térmica, así como mayor rigidez que el poliestireno. Sin embargo no es transparente por lo que se usa en artículos que no requieren claridad óptica. Algunas de sus aplicaciones son la fabricación de artículos para el hogar. Copolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) Estos polímeros son plásticos duros con alta resistencia mecánica, de los pocos termoplásticos que combinan la resistencia con la dureza. Se pueden usan en aleaciones con otros plásticos. Así por ejemplo, el ABS con el PVC nos da un plástico de alta resistencia a la flama que le permite encontrar amplio uso en la construcción de televisores. Sus cualidades son una baja temperatura de ablandamiento, baja resistencia ambiental y baja resistencia a los agentes químicos
  • 171. • BIO-POLIMEROS • AROMAS • FRAGANCIAS ADYUVANTES EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
  • 172. BIO- POLIMEROS Macromoleculas sintetizadas por un proceso biologico. Funcion: textura Naturales: exudados de plantas, extractos de algas, las semillas, los cereales, los extractos de plantas, de origen animal y de origen microbiano Semi- sinteticos: Celulosas modificadas, almidones modificados, pectinas modificadas, alginato de propilenglicol Sinteticos: PVP (unica aprobada para su empleo en alimentos)