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Introducción1. Materiales1.1. Tipos de Materiales en Manufactura, Comportamiento y Aplicaciones1.2. Estructura Cúbica Centrada en el Cuerpo2. Propiedades Mecánicas de los Materiales2.1. Ensayo de Tracción2.2. Ensayo de Compresión2.3. Ensayo de Dureza2.4. Ensayo de Flexión2.4.1. Propiedades Elásticas de los Materiales2.4.2. Práctica de la Ley de Hook2.4.3. Problemas de Cálculo de Esfuerzos2.5. Ensayo de Impacto2.6. Ensayo de Torsión2.7. Ensayo de Termofluencia2.8. Pruebas de Corrosión2.9. Pruebas No Destructivas2.10.Resumen3. Propiedades Eléctricas y Magnéticas de los Materiales3.1. Propiedades Eléctricas3.1.1. Conductores3.1.2. Semiconductores3.1.3. Aislantes3.1.4. Superconductores.3.1.5. Aplicaciones Industriales.3.2. Propiedades Magnéticas3.2.1. Tipos de Comportamiento3.2.2. Aplicaciones Industriales4. Proceso de Reducción del Mineral de Hierro y de Refinación del Hierro y Acero4.1. Proceso de Reducción Directa4.2. Clasificación de los Hornos usados para la Fusión de Metales4.3. Tipos Básicos de Hierro4.3.1. Hierro Fundido, Clases y Características4.3.2. Hierro Dulce, Características y Método de Obtención4.4. Clasificación del Acero4.4.1. Aceros al Carbono4.4.2. Aceros de Baja Aleación4.4.3. Aceros Inoxidables4.4.4. Aceros de Herramienta5. Procesos de Fabricación de Piezas Fundidas5.1. Fundición en Arena5.1.1. Tipos de Modelos y Corazones5.1.2. Modelos Removibles5.1.3. Modelos Desechables5.1.4. Materiales y Tolerancias Utilizados5.1.5. Mezclas para Corazones5.1.6. Tipos de arenas5.1.6.1. Aglutinantes.5.1.6.2. Pruebas de Arena5.1.7. Fabricación de Moldes
5.1.7.1. Tipos de Moldes5.2. Procesos de Fundición en Moldes Desechables5.2.1. Moldeo en Concha5.2.2. Fundición por Revestimiento5.2.3. Fundición de Yeso y Cerámica5.3. Procesos de Fundición en Molde Permanente5.3.1. Variantes de la Fundición en Molde Permanente5.3.2. Fundición en Dados (Matrices)5.3.3. Fundición por Electroescoria5.3.4. Fundición Centrifuga5.4. Procesos de Fundición Continua5.4.1. Molde Alternativo5.4.2. Proceso Asarco5.4.3. Molde de Latón5.4.4. Enfriamiento Directo6. Tratamientos Térmicos Aplicados en Ingeniería6.1. Diagramas de Fases6.1.1. Diagramas de Fases Hierro-Carbono6.1.2. Regla de la Palanca Invertida6.1.3. Microconstituyentes6.1.3.1. Austenita6.1.3.2. Cementita6.1.3.3. Perlita6.1.3.4. Bainita6.2. Tratamientos Térmicos Típicos6.2.1. Templado6.2.2. Revenido6.2.3. Recocido6.2.4. Normalizado6.2.5. Esferoidizado6.2.6. Precipitación6.2.7. Endurecimiento por Solución Sólida6.2.8. Endurecimiento por Dispersión6.2.9. Endurecimiento por Deformación6.3. Tratamientos Térmicos Típicos6.3.1. Cementación6.3.2. Carbonitrurado6.3.3. Cianurado6.3.4. Nitrurado
1. Materiales1.1. Tipos de materiales en manufactura, comportamiento y aplicacionesLos materiales se clasifican según sus características físicas y químicas, los cuales seencuentran en tres grandes tipos como lo son:a) MetalesEstos materiales se caracterizan por su alta conductividad térmica y eléctricaSon opacos y por lo general pueden ser pulidos. Los metales deben su comportamiento alhecho de que algunos electrones están deslocalizados y pueden abandonar sus átomospaternos, es decir pueden transferir rápidamente una carga eléctrica así como térmica. Poseeuna gran ductilidad lo que le permite deformarse poco frente a grandes cargas. En la naturalezase encuentran presentes como metales ferrosos: alto contenido de Fierro, como el acero y elhierro; y los no ferrosos es decir que no contiene Fierro como el zinc, estaño y cobre.Aplicaciones: Utensilios de cocina Industriales comercialesb) CerámicosSon de origen inorgánico, tienen una estructura de red covalente, normalmente estos materialesson duros, quebradizos y estables. Los átomos que lo forman están apilados en una distribuciónregular y repetitiva, es por eso su estructura cristalina. Son superconductores del calor.Aplicaciones: Aeronáutica Fabricación de material químico Industrialesc) PolímerosComúnmente llamados plásticos, son moléculas de cadena larga formada por muchosmonómeros entre sí; dúctiles tienen bajo costo de aplicaciones utilizan como aislantes tantotérmicos como eléctricos. Son reflectores de luz, tendiendo a ser transparentes, la mayoríasujetos a deformación, su conductividad térmica y eléctrica son limitadas ya que toda la energíatérmica debe ser transferida de regiones calientes a las frías por medio de vibraciones atómicas.Aplicaciones: Pinturas Caucho Aislantes térmicos y eléctricosd) Compuestos.Formados por una combinación de elementos en una proporción definida. Obtenida por lacombinación de dos o más materiales diferentes. Un material compuesto puede presentarpropiedades mecánicas y físicas especiales, ya que combina las mejores propiedades de suscomponentes y suprime sus defectos.Aplicaciones:La oportunidad para desarrollar productos para la industria del motor y la ingeniería aeroespacial,así como otros usos recreativos, han mantenido el interés en este tipo de materiales.1.2 ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO.
.2. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES2.1. ENSAYO DE TRACCIÓN.Son dos fuerzas en sentido de alejarse de la barra, éstas están actuando a lo largo del cuerpo(tracción), su magnitud es igual pero su sentido es opuesto, ejerciendo así una fuerza en elcentro de las secciones.2.2. ENSAYO DE COMPRESIÓN.
Las fuerzas actúan hacia el centro de la barra provocando un cambio en la estructura delmaterial. La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuandose somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamentefuerzas de tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de suslados se estira y el otro se comprime.2.3. ENSAYO DE DUREZA.Es la capacidad que tienen los cuerpos para resistir el ser rayados en su superficie.La dureza de los materiales metálicos se mide determinando su resistencia a la penetración deuna bola o un penetrador de diamante de forma especial.Los ensayos de dureza se usan comúnmente para valorar las propiedades del material.Existen una gran variedad de métodos de ensayo debido a la diferencia de las durezas de losmateriales: Ensayo de dureza Brinell.El ensayo de dureza Brinell es ampliamente usado para probar metales y no metales de durezamedia y baja. En este ensayo se presiona una bola de acero endurecido (o carburo cementado)de 10 mm. de diámetro contra la superficie de un espécimen usando una carga de 500, 1500 y3000 Kgf. Después se divide la carga entre el área de indentacion para obtener el numero dedureza Brinell (HB)Modelo matemático para determinar la dureza Brinell.HB 2F.p Db {Db – V(Db2 – Di 2)} Ensayo de dureza RockwellEn este ensayo se presiona contra el espécimen un indentador en forma de cono o una pequeñaesfera (1/16 o 1/8 pulg. de diámetro) usando una carga menor a 10 Kg. después se utiliza unacarga mayor de 150 Kg. La maquina ensayadora convierte esta distancia adicional en unalectura Rockwell Ensayo de dureza VickersEl ensayo se basa en el principio de que las impresiones hechas por este indentador tienengeometrías similares, independientemente de las cargas aplicadasHV 1.854 FD2D es la diagonal de la impresiónEnsayo de dureza KnoopSe trata de un ensayo de micro dureza y es apropiado para medir especimenes pequeños ydelgados o materiales duros que podrían fracturarse si se aplicaran grandes cargasModelo matemático para determinar la dureza Knoop.HK 14.2 FD2D es la diagonal mayor2.4. ENSAYO DE FLEXIÓN.
Las pruebas de flexión se usan como métodos simples para probar la ductilidad de los metales.En las estructuras o máquinas en servicio, la flexión puede ir acompañada del esfuerzo directo,el corte transversal, o el corte por torsión.Por conveniencia, sin embargo, los esfuerzos flexionantes pueden considerarse separadamentey en los ensayos para determinar el comportamiento de los materiales en flexión, la atenciónusualmente se limita a las vigas.2.4.1. Propiedades elásticas de los materiales.Un cuerpo elástico se define como aquel que puede recuperar su forma y tamaño originalescuando la fuerza que lo deformó deja de actuar sobre él. Las ligas de hule, pelotas de golf,pelotas de caucho son ejemplos comunes de cuerpos elásticos. La plastilina y la arcilla demodelar son ejemplos de cuerpos inelásticos. Para todos los cuerpos elásticos, será convenienteestablecer relaciones de causa-efecto entre las fuerzas deformantes y las deformacionescorrespondientes.Fx representa la deformación del resorte cuando se le aplica una fuerza F.x F/x Esta expresión nos dice que, mientras mayor sea la constante de fuerza (K) del resortemenor será la deformación (x) que sufre al aplicarle una fuerza (F).2.4.2. Ley de Hooke.Si un resorte montado verticalmente está sostenido de modo rígido por su extremosuperior, y se le agregan pesos en su extremo inferior, la longitud en que se estireresulta proporcional al peso aplicado.El comportamiento elástico de un material es resultado de las fuerzas entre sus moléculas y dela forma en que están organizadas. Por ello, las propiedades elásticas de un material son muysensibles a las impurezas y a la forma de preparación del material. Si pudiéramos conocer losesfuerzos intermoleculares con precisión, podríamos calcular las propiedades elásticas de unmaterial.
Esfuerzo.Es la razón de una fuerza aplicada respecto al área sobre la que actúa.Deformación.Es el cambio relativo de las dimensiones o formas de un cuerpo como resultado de la aplicaciónde un esfuerzo.Módulo de young.2.4.3. Problemas de cálculo de esfuerzo.1. ¿Cuál desarrolló mayor carga? Una barra de aluminio de sección transversal de 2.46 cm. x 3.07 cm.; bajo una carga de7640 Kg. (75000N), Una barra de acero cuyo diámetro de sección transversal es de 1.8 cm., bajo una cargade 5000 Kg.SOLUCIÓN:Unidades: libras/pulg.CÁLCULOS:N/m2 Pascales.
2. Se marca una longitud de 5.08 cm. en una barra de cobre. Esta se estira de modo que lasmarcas calibradas indiquen 5.77 cm. Calcular la deformación:SOLUCIÓN:3. Si el módulo de elasticidad promedio del acero utilizado es de 205,000 MPa. ¿Cuántodeformará un cable de 2.5 mm de diámetro y 3 m de largo cuando soporta una carga de 500Kg. (4900N)SOLUCIÓN:4.- Un cable de cobre presenta una resistencia a la ruptura de 300 MPa y una reducción de áreade 77%. Calcular: La verdadera resistencia a la tensión (carga de ruptura/ área verdadera). La deformación verdadera Ev en el punto de fractura (la deformación instantánea esigual aSOLUCIÓN:5. Una carga de 1000 lb. (4454 N) se suspende de 2 alambres de tamaño idéntico de 0.25 in(6.44mm) de diámetro.6. Un alambre es de acero y el otro de aluminio. Determine la deformación axial técnica que seproduce en los alambres.Para ambos materiales:
Cálculo de la deformación:Práctica de la ley de Hooke.Tamaño del resorte : 10.3 cm.FUERZAgr. f (P)TAMAÑO DELRESORTE ÓNGACIÓN cm.(x)01.52.73.95.16.37.5K constante de fuerza del resorteP Kx180 k (2.7)y mx by-180 66.666 (x-2.7)y-180 66.666x -180y 66.666xF 66.666 xK 66.66 kg /cmk 66.666k m (pendiente)m 180 k/2.7cmm 66.66 k/cm.2.5. ENSAYO DE IMPACTO.Son muchos los métodos usados aunque los más comunes son el de Izod o el de Charpy. Elensayo Charpy permite calcular cuánta energía logra disipar una probeta al ser golpeada por unpesado péndulo en caída libre.Máquina de pruebas de impactoProbetas de un ensayo de impacto
2.6. ENSAYO DE TORSIÓNEl ensayo de torsión constituye una dura prueba para el metal compuesto. Dicho ensayoconsiste en girar los flejes del área de unión metálica repetidas veces por su propio eje, sin queel material compuesto muestre ningún tipo de daño.Incluso el duro ensayo de choques térmicos no debe afectar la unión metálica. En dichaspruebas, el material se somete a ensayos de incandescencia de una hora de duración y atemperaturas de hasta 520ºC. A continuación, el material se enfría bruscamente en agua. Esteprocedimiento se repite hasta 40 veces y nunca ha provocado ninguna merma en el material.Gracias a sus buenas características, las barras de metal compuesto pueden recubrirsedirectamente con iridio o platino.2.7. ENSAYO DE TERMO FLUENCIA.El ensayo de termo fluencia proporciona información sobre la capacidad de un material parasoportar cargas a altas temperaturas. La rapidez de termo fluencia y el tiempo de ruptura sonpropiedades importantes obtenidas a partir de estos ensayos.Ensayo de termo fluencia: Comportamiento de un material cuando se aplica un esfuerzoconstante a una probeta calentada a una alta temperatura.Curva típica de termo fluencia que muestra la deformación producida como una función deltiempo para esfuerzo y temperatura constante.Ascenso de las dislocaciones: las altas tº permiten que las dislocaciones de borde del metalasciendan en una dirección perpendicular a los planos de deslizamiento, lo que provocadeformación aun con esfuerzos reducidos.
Rapidez de la Termo fluencia: es la pendiente de la porción estable de la curva de termofluencia.(2º Etapa).Parámetro de Larson-Miller : es usado para condensar la relación esfuerzo - temperatura tiempo de ruptura en una sola curva.T tº en grados Kelvin.t tiempo en horasA y B constantes del material2.8. PRUEBAS DE CORROSIÓN.Las dos áreas principales de pruebas a la corrosión son (1) pruebas de laboratorio y (2)pruebas de campo. Las pruebas de laboratorio son más formales y estandarizadas que laspruebas de campo.Las pruebas de laboratorio a la corrosión incluyen tres tipos principales de prueba. El primero esla prueba de inmersión total para el acero inoxidable y metales no ferrosos y aleaciones. Elsegundo es la prueba de inmersión alterna, la cual requiere inmersión cíclica y el retiro de losespecimenes. Por último, cabe mencionar la prueba de aspersión con sales, la cual se lleva acabo en una cámara cerrada que tiene una atmósfera con niebla de sal húmeda en aire. Latemperatura y composición de los corrosivos deben controlarse en forma cuidadosa en las trespruebas.Las pruebas a la fatiga también pueden realizarse en condiciones corrosivas colocando unamecha sumergida en el corrosivo, en contacto con el espécimen. En otra versión de esta prueba,el espécimen puede sumergirse en un corrosivo, el cual esta contenido en una caja a prueba defugas. Las pruebas de este tipo se conocen como pruebas de corrosión-fatiga, y su intención esmostrar el efecto acelerador de la corrosión en la falla por fatiga.La corrosión-esfuerzo es un fenómeno en el cual la corrosión, combinada de esfuerzosestáticos a la tensión en la superficie de un objeto metálico, produce grietas. Una forma comúnde prueba para corrosión-esfuerzo es sumergir un espécimen tipo barra plana flexionada en elcorrosivo. Los pueden calcularse mediante las dimensiones del espécimen y la extensión de laflexión. Puede resultar una tendencia hacia la corrosión-esfuerzo por los esfuerzos residuales ala tensión introducidos por las operaciones de formado en frío.Las pruebas de corrosión en campo tienen en objeto determinar la resistencia a la corrosiónen condiciones ambientales que se esperan en un servicio real. Por tanto, los especimenes semontan en estantes aislados y se exponen a la atmósfera. Las pruebas se llevan a cabo enatmósferas marina y atmósferas industriales, ya que estas representan condiciones muyseveras. Los especimenes montados en estantes por lo común se sumergen en agua de mar.Los especimenes también se sepultan en tierra para estudiar su resistencia a largo plazo. Ya quelas composiciones de losa suelos tienen gran variación, las pruebas hechas en un sitio nopueden ser útiles para predecir el comportamiento en otro sitio. Las pruebas de corro
Endurecimiento por Dispersión 6.2.9. Endurecimiento por Deformación 6.3. Tratamientos Térmicos Típicos 6.3.1. Cementación 6.3.2. Carbonitrurado 6.3.3. Cianurado 6.3.4. Nitrurado. 1. Materiales 1.1. Tipos de materiales en manufactura, comportamiento y aplicaciones Los materiales se clasifican según sus características físicas y químicas .
