Diapositivas - U2 - Metales
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Tecnología I –
DI -
FAUDI
Metales1.
Diagramas de estado y PM
2.
Aleaciones base Fe
3.
Aleaciones base Cu
4.
Aleaciones base Al
Diagramas de estado
Pb puro: 327ºC
Sn puro231ºC
Líquido
αβ
L +
βL + α
Sólido α
+ β
Curva Tensión -
Deformación
Período elástico
Deformaciones no permanentes
Módulo elástico E
Fluencia
Inicio deformaciones permanentes
Período plástico
Deformaciones permanentes
Zonas: deformación y colada
Aleaciones para deformar
Bajo % aleantes
Aleaciones para colar
Alto % aleantes
Aleaciones metálicasbase Fe
Fe-C Diagrama
Aceros < 1,8 % de C
Aceros de bajo % C < 0,25
Aceros de medio % C
Aceros de alto % C > 0,80
Fundiciones > 2 % de C
Eutéctico →
4,3 % de C
CE →
% C + % Si
3
Fundiciones hipoeutécticas
Fundiciones eutécticas
Fundiciones hipereutécticas
Aceros Fundiciones
Aceros al C
Aceros bajo carbono →
< 0.25% (Sae 1005 / 1025): fácilmente deformables, mecanizables, soldables. Aceros para deformación (espesores delgados) para todo tipo de industrias (automotriz, naval, alimentos), para refuerzos de hormigón, para estructuras (edificios, puentes), para herreros.
Aceros medio carbono →
0.25% < C < 0.6% (SAE 1025/1060):mayor resistencia, aún dúctiles, soldadura con cuidados
especiales. Elementos de máquina: ejes, levas, engranes.
Aceros alto carbono →
0.6% < C < 1.2% (SAE 1060/1120):de muy alta resistencia, pero fragilidad notoria y difíciles de soldar. Muchas herramientas son de acero de alto carbono: picos,
palas, hachas, martillos, cinceles, sierras, etc. Los rieles de ferrocarril también se fabrican con aceros de ese tipo.
Aceros al C
Aceros aleados
Aceros que además de: C, Si, Mn, P y S, tienen Cr, Ni y Mo.Mejoran la resistencia mecánica y la dureza.
Piezas de gran espesor, con resistencias elevadas en el interior, aún a altas temperaturas. Ejemplos: matrices, troqueles complejos que no deformen ni agrieten en el temple.Aceros al Cr-Ni, 100 kg/mm2: C 0,30%, Cr 1,25%, Ni 4,25%, templado y revenido, con HB 280-305. Para cigüeñales, bielas, ejes solicitados.Aceros al Cr-Mo, 90 kg/mm2: C 0,35%, Cr 1,20%, Mo 0,3%, templado y revenido, con HB 295-325. Para piezas de resistencia media, piezas de maquinaria y motores de poco espesor.Aceros al Cr-Ni-Mo, 120 kg/mm2: C 0,30%, Cr 0,65%, Ni 2,50%, Mo 0,40%. Templado y revenido, 295-325 HB. Para pequeñas piezas de gran resistencia y responsabilidad.Aceros al Cr-Va, 200-220 kg/mm2: C 1,10% C, Cr 1,60%, V 0,25%.Templado y revenido, 60-63 HRc. Tiene poca ductilidad pero gran resistencia al desgaste y la fatiga. Para cojinetes, rodamientos, engranajes de alta resistencia.
Obtención aceros y fundición
Fundiciones C>0,18%Aceros C<0,18%
Moldes de arena
Piezas fundidas
Cubilotes
Chatarra
Alto horno → ArrabioReducción directa →
Acero
Colada continua
Convertidor Bessemer
HornoEléctricode arco
Horno BOF
Obtención arrabio y acero
Obtención arrabio
Fabricación aceros
Ciclo de fabricación
Horno eléctrico
Fabricación aceros
Sistemas de colada continua
Fabricación aceros
Colada continua vertical –
“Tundish”
Fabricación aceros
Horno lanza básico de O
Fabricación aceros
Hornos de refinación tipo Bessemer
Aceros vs Fundiciones
Menor costo: menor temperatura de fusión y costo de materia prima
Mayor colabilidad (menor intervalo L-S)
Menor contracción
Mejor maquinabilidad
Buenas propiedades anti-fricción (Gr libre)
Buena propiedades para admitir vibraciones
Buena conductibilidad térmica
Amplio rango de propiedades mecánicas
Morfologías de grafito
Aleaciones metálicasbase Cu
Apariencia:
metal seminoble, típico color rojizoDensidad:
metal pesado →
8,93 gr/cm3; % Sn ↓
7,8; % Zn ↓
8,0 Conductividad Eléctrica:
↑↑↑↑
alta →
todo tipo de uso eléctricoConductividad Térmica:
↑↑↑↑
alta →
todo tipo de uso térmicoResistencia a la Tracción:
Cu puro →
224 MPaAleantes + Tratamiento Térmico →
314 MpaDuctilidad:
desde 5% hasta 40% en aquellos p/deformar:embutido, embutido p/impacto, laminación
Temperatura de Fusión:
1083°CAleantes → ↓ T + eutéctico, ↑↑
propiedades para fundirResistencia a la Corrosión:
↑↑↑↑
alta en medio clorados / salinosTípico óxido superficial color verdoso
Efecto bactericida:
barandas, muebles, caños, etc.
Cu: propiedades
Cu: extracción
Cu: obtención
Cu: utilizaciones
Generalmente fundidos, también forjados y/o extruídos
Sn<9%: Bronces maleables →
ε: 20-60%Estampados, acuñados, rara vez fundidos
9%<Sn<23%: Bronces de uso mecánico, fundidos y forjadosRecristalizables por encima de 500ºC
23%<Sn<30%: Bajas PM, muy alta colabilidad →
estatuaria, adornos, campanas
↑↑
Zn: desde 5-10%, para disminuir el costo
Cu-Sn-Al: con Al<12%, muy buenas PMcon Al<8%, deformables en frío, muy buena resistencia medios clorados
Cu + Sn: Bronces
Cu + Sn: Bronces
Bronces deformables
Bronces colables
Bronces hipercolables
Fundidos y deformables: perfiles, chapas y alambres
Zn<30%: Latones deformables en fríoDeformables en caliente, bajo acabado superficial
30%<Zn<45%: Bajo costo, alta colabilidadNecesidad de recubrimiento superficialRecristalizables a 800ºC
Cu-Zn-Pb: 1-2%Pb, mejora maquinabilidad
Cu-Zn-Sn: Latón naval, resistente medios clorados
Cu + Zn: Latones
Cu + Zn: Latones
Latones deformables
Latones colables
Cu: reciclado
Aleaciones metálicasbase Al
Densidad:
metal liviano →
2,68 gr/cm3; % Mg ↓
2,5; % Cu ↑
2,9Conductividad Eléctrica:
60% de la del Cu↓↓
δ
→
gran ventaja para tendido de conductores aéreosConductividad Térmica:
4,5 > de aceroDeseable p/disipar calor: pistones, tapa de cilindros, ollas, etc.
Expansión Térmica:
2 > de aceroNo ventajoso para estabilidad dimensional
Módulo de Elasticidad:
70300 MPa, 1/3 de la del aceroNo es afectado por elementos de aleación
Temperatura de Fusión:
660°CAleantes → ↓ T + eutéctico, ↑↑
propiedades para fundirResistencia a la Tracción:
el Al puro →
60 MPaAleantes + Tratamiento Térmico →
550-600 MPaDuctilidad:
hasta 40%↑↑↑↑
p/deformar: embutido, embutido p/impacto, laminaciónResistencia a la Corrosión:
presencia de Al2O3Se incrementa mediante anodizado
Corrosión Galvánica:
↓↓
valor en tabla de ElectropotencialesA con otros metales + electrolito →
actúa como ánodo
Al: usos
Bauxita –
Al2
O3
– Aluminio
Latas en lugaresde consumo
Recolecciónlatas vacías
Separación entrecuerpos (Al 1000)y tapas (Al 3000)
Fusión en plantaLaminado de Al
Conformado decuerpos y tapas
Llenado
Engrapado entre cuerpos y tapas
Distribución hacia lugares de consumo
Al: reciclado
Reciclado de latas
Al: reciclado
Elemento aleaciónprincipal
AluminiumAssociation
Tratamiento
Sin alear, Al > 99% 1XXX MecánicoCobre 2XXX Térmico
Manganeso 3XXX MecánicoSilicio 4XXX Mecánico
Magnesio 5XXX MecánicoMagnesio y Silicio 6XXX Térmico
Zinc 7XXX TérmicoOtros elementos 8XXX
Al: aleaciones para deformar
Al: piezas por deformación
Elemento aleaciónprincipal
AluminiumAssociation
Aluminio sin alear 1XX.XCobre 2XX.X
Silicio c/Cu y/o Mg 3XX.XSilicio 4XX.X
Magnesio 5XX.XNo Utilizada 6XX.X
Zinc 7XX.XSn 8XX.X
Al: aleaciones para colar
Al-Cu: 4-5% de Cu. Mg →
tratable térmicamente y ↑↑
resistencia y ductilidad
Al-Cu-Si: más común; Cu ↑↑
PM; Si ↑↑
colabilidadGeometrías complicadas y moldes permanentes → ↑↑↑↑
% Si
Al-Si: Muy buena colabilidad y resistencia a la corrosión
Al-Mg: ↑↑
resistencia corrosión; ↓↓↓
colabilidad y oxidación Mg
Al-Zn-Mg: envejecimiento natural, Máx. Resis. →
20-30 días
Al-Sn: 6 % Sn p/cojinetes, no es muy difundida.
Al: aleantes para colar
Al: piezas coladas
Aleaciones metálicasbase Au
Au puro → 24k, blando para ser usadoAu 18k (75%) + 6k otros metalesAu 14k (58%) + 10k otros metalesAu 10k (42%) + 14k otros metales
Reservas de oro: puro (24k), en lingotes
En joyería fina, oro alto (18k) y oro medio (14k)
Amarillo
75% Au –
12,5% Ag –
12,5% CuRojo
75% Au –
25% CuRosa
75% Au –
5% Ag –
20% CuBlanco
75% Au –
9% Ag –
16% PdGris
75% Au –
15% N –
10% CuVerde
75% Au –
25% Ag
Au: propiedades
Au: productos