INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 1
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 2 1. NOMENCLATURA 2. SELECCION DE HERRAMIENTAS Y SU USO 3. TIPOS DE TEMPLADO 4.TIPOS DE MATERIALES INOXIDABLES 5. COMPOSICION DEL ALUMINIO 6. TRATAMIENTO TERMICO 7. TIPOS DE DUREZAS
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 3 NOMENCLATURA DE LOS ACEROS EN SISTEMA AISI, SAE AISI= AMERICAN INSTITUTE STEEL & IRON SAE= SOCIETY AUTOMOTIVE ENGINERS Como la micro estructura del acero determina la mayoría de sus propiedades y aquella está determinada por el tratamiento y la composición química; uno de los sistemas más generalizados en la nomenclatura de los aceros es el basado en su composición química. En el sistema SAE. - AISI, los aceros se clasifican con cuatro dígitos XXXX. Los primeros dos números se refieren a los elementos de la aleación más importantes y los dos o tres dígitos restantes dan la cantidad de carbono presente en la aleación. Ejemplo: AISI =El # 1 Indica el elemento predominante de la aleación 1= Carbón -Manganeso 2=Níquel 3=Níquel Cromo 4=Molibdeno 5=Cromo 6=Cromo Vanadio 8=Triple aleación (níquel, cromo, molibdeno) Principal aleante molibdeno 9=Triple aleación (níquel, cromo, molibdeno) Principal aleante níquel
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 4 Cuando en las clasificaciones se encuentra una letra al principio; indica el proceso que se utilizó para la elaboración de este acero. SELECCIÓN DEL ACERO PARA HERRAMIENTAS • La selección apropiada y el tratamiento térmico adecuado del acero para herramientas son esenciales en el desempeño eficiente de la pieza que se está fabricando, los problemas que pueden surgir en la selección y tratamiento térmico del acero para herramienta incluyen • No ser lo suficientemente tenaz o resistente para el trabajo • No ofrecer la suficiente dureza a la penetración • No tener la suficiente dureza a la penetración • Deformarse durante el tratamiento térmico • Los aceros para herramientas generalmente se clasifican como • Templados en agua • Templados en aceite • Templados al aire • Aceros de alta velocidad ACEROS TEMPLADOS EN AGUA • Los aceros para herramienta templados en agua generalmente contienen de .50% a 1.3 % de carbono junto con pequeñas cantidades de silicio y manganeso esto facilita el forjado y laminado del material este material se templa a una temperatura de 1450º a 1500º F (787º a 815º C) estos aceros se utilizan cuando se requiere de una capa exterior densa y de grano fino, con un núcleo interior tenaz las aplicaciones son para brocas, machuelos, rimas, punzones, boquillas de sujeción y pernos.
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 5 ACEROS TEMPLABLES EN ACEITE • El acero templable en aceite contiene aproximadamente .90 % de carbono 1.6% de manganeso y .20% de silicio. La adición de manganeso en cantidades de 1.5% o más aumenta la templabilidad (penetración de la dureza) del acero hasta alrededor de 1 pulgada (25 mm) en cada superficie, el uso del aceite como medio de templado retarda la velocidad del enfriamiento y reduce los esfuerzos y deformaciones del acero, el cual puede provocar deformaciones y grietas, este material se templa a una temperatura de 1500º a 1550º F (815º a 843º C) la aplicación para los aceros templados al aceite son para los troqueles de corte, de formado y de punzonado, herramientas de precisión brochas y calibres. ACEROS DE TEMPLADO AL AIRE • Un acero templado al aire contendrá aproximadamente 1.00% carbono 0.70% manganeso 0.20 vanadio estos materiales requieren una temperatura de endurecimiento de 1600º a 1775º F (871º a 968º C) debido a la velocidad de enfriamiento mas lenta en los aceros templados al aire los esfuerzos y deformaciones que provocan las grietas y distorsiones se mantienen al mínimo y su aplicación es para grandes troqueles de corte, formado, recorte y acuñado, rodillos, punzones largos, herramientas de precisión y calibres. ACEROS DE ALTA VELOCIDAD • Los aceros de alta velocidad se utilizan en la fabricación de herramientas de corte como brocas, rimas machuelos, fresas y cuchillas para torno contiene .72% de carbono 0.25% manganeso, 0.20% silicio, 4% cromo, 18% tungsteno y 1% vanadio, durante el tratamiento térmico los aceros de alta velocidad deben precalentarse lentamente de 1500º a 1600º F (815º a 871º
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 6 C) en un atmosfera neutra y después transferirse a otro horno y calentarse rápidamente de 2300º a 2400º F (1260º a 1315º C) por lo general se templan en aceite pero las secciones pequeñas y complejas pueden enfriarse al aire. ACEROS INOXIDABLES • El acero inoxidable es esencialmente un acero de bajo carbono, el cual contiene como mínimo un aproximado 10.5% de cromo en peso, lo que le hace un material resistente a la corrosión. ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS • Son la primera rama de los aceros inoxidables simplemente al cromo. Sus características son: • Moderada resistencia a la corrosión Endurecibles por tratamiento térmico y por lo tanto se pueden desarrollar altos niveles de resistencia mecánica y dureza • Son magnéticos Debido al alto contenido de carbono y a la naturaleza de su dureza, es de pobre soldabilidad • Los Martensíticos son esencialmente aleaciones de cromo y carbono. ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS • mantienen una estructura ferrítica estable desde la temperatura ambiente hasta el punto de fusión, sus características son: • Resistencia a la corrosión de moderada a buena, la cual se incrementa con el contenido de cromo y algunas aleaciones de molibdeno
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 7 • Endurecidos moderadamente por trabajo en frío: no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico • Son magnéticos • Su soldabilidad es pobre por lo que generalmente se eliminan las uniones por soldadura a calibres delgados • Usualmente se les aplica un tratamiento de recocido con lo que obtienen mayor suavidad, ductilidad y resistencia a la corrosión • Debido a su pobre dureza, el uso se limita generalmente a procesos de • formado en frío ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS • Este acero constituye la familia con el mayor número de aleaciones disponibles, Su popularidad se debe a su excelente formabilidad y superior resistencia a la corrosión. Sus características son las siguientes: • Excelente resistencia a la corrosión • Endurecidos por trabajo en frío y no por tratamiento térmico • Excelente soldabilidad • Excelente factor de higiene y limpieza ALUMINIO • El aluminio es un material no ferroso y es el elemento metálico más abundante después del Oxígeno y el Silicio, aproximadamente un 8% de la corteza terrestre, el Aluminio es de color blanco y es el metal más ligero de los metales producidos a gran escala, No se encuentra en la naturaleza en forma de metal puro. Ni como mineral que sea de una fácil extracción. • Se obtiene a partir de la Bauxita, que es químicamente tan estable que no puede descomponerse fácilmente.
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 8 Propiedades: • Peso ligero, solamente una tercera parte del peso del acero para un volumen igual. • Fuerte, ciertos grados son tan fuertes como los aceros de bajo carbono. • Reflejan la luz, aceptan acabado de espejo para una gran reflectividad. • Buenos conductores de calor, usados en radiadores y otros intercambiadores de calor. • Resistencia a la corrosión, gracias a la formación de una película de oxido, (Oxido de aluminio o alúmina). • Buena conductividad eléctrica, 60% de efectividad comparada con el Cobre, siendo este mucho más ligero en peso. • Fácil de trabajarlo, por conformado y corte, puede ser estampado, rolado, trefilado o punzado • Fácil de fundir en piezas como, por ejemplo: Bombas de agua para automóvil, pistones, bloques etc. • No toxico, excelente para recipientes y utensilios alimenticios. REVENIDO • El revenido es el proceso de calentar un acero al carbono o aleación endurecido por debajo de su temperatura critica interior y enfriarlo templándolo en liquido o al aire. Esta operación elimina muchos de los esfuerzos y deformaciones que aparecen cuando se endurece el metal. El revenido imparte tenacidad al metal, pero reduce la dureza y la resistencia a la tracción. La temperatura de revenido y recalentado no es la misma para cada tipo de acero, y es afectado por varios factores. • La tenacidad requerida para la pieza • La dureza requerida de la pieza • El contenido de carbono del acero
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 9 Los elementos de aleación presentes en el acero TIPOS DE MATERIALES MAS COMUNES • CRS • H13 • 4140 R • 4140 T • SW55 / O1 • D1 • D2 • COBRE • NYLAMID • ALUMINIO • BRONCE • INOXIDABLE • INCONEL 718 • NOTA. - Estos materiales tienen diferentes aleaciones y tratamientos según su necesidad de uso.
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 10 Tipos de aceros TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS • El tratamiento térmico consiste en una combinación de operaciones de calentamiento, y enfriamiento, con tiempos determinados, aplicados a un metal o aleación en el estado sólido, en una forma tal que producirá las propiedades deseadas. • El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas, o adaptarlas, dándole características especiales a las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta manera se obtiene un aumento de dureza y resistencia mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para facilitar su conformación • Los factores fundamentales que influyen en el tratamiento térmico, son la temperatura y el tiempo, tanto es así que el proceso del tratamiento se caracteriza por la temperatura de calentamiento que es la temperatura hasta
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 11 la cual se calienta el material durante el tratamiento, el tiempo que se mantiene a la temperatura de calentamiento, por las velocidades de calentamiento y de enfriamiento, y este valor se hace extensivo a todo el intervalo de temperaturas deseado. Según sea esta velocidad de enfriamiento, dará una estructura diferente, y unas propiedades físicas y químicas diferentes. DUROMETRO Aparato de medición para durezas Dureza ROCKWELL ROCKWELL.- Muestra del funcionamiento del ensayo Rockwell. El penetrador precarga, luego carga, y luego descarga; la relación entre la precarga más la carga y la descarga indica la dureza del material. La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un 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.
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA 12 Dureza BRINELL Se denomina dureza Brinell a la medición de la dureza de un material mediante el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a estudiar. La bola penetra dejando una marca en Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 milímetros de diámetro, El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material. Siendo el método de dureza más antiguo