1 Condicion de Falla

MONITOREADO POR CONDICION DE FALLACONTENIDO

Tema 1. Tema 1. Materiales de Ingeniería y PropiedadesMateriales de Ingeniería y PropiedadesCiencia e Ingeniería de los Materiales. Estructura de los Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Estructura de los Materiales. Propiedades mecánicas de los materiales. Materiales. Propiedades mecánicas de los materiales. Ejemplo en la selección de los materiales.Ejemplo en la selección de los materiales.

Tema 2. Deterioro de los MaterialesTema 2. Deterioro de los MaterialesDeterioro de los Metales por fatiga. Principios de Fractura.Deterioro de los Metales por fatiga. Principios de Fractura.Deterioro de los metales por desgaste. Deterioro de los metales por desgaste. Deterioro de los metales por oxidaciónDeterioro de los metales por oxidaciónInfluencia de la soldadura sobre defectos y fallasInfluencia de la soldadura sobre defectos y fallasTécnicas de análisis.Técnicas de análisis.Laboratorio Laboratorio

DIPLOMADO EN MANTENIMIENTO TECNICO FACULTAD TECNICA U.M.S.A.DIPLOMADO EN MANTENIMIENTO TECNICO FACULTAD TECNICA U.M.S.A.

Tema 1MATERIALES DE INGENIERIA Y

PROPIEDADES

1.1 Ciencia e Ingeniería de Materiales.1.1 Ciencia e Ingeniería de Materiales.La ciencia de los Materiales se dedica a estudiar la La ciencia de los Materiales se dedica a estudiar la relación entre la estructura de los materiales y sus relación entre la estructura de los materiales y sus propiedadespropiedades


La Ingeniería de los materiales se ocupa del diseño de la La Ingeniería de los materiales se ocupa del diseño de la estructura de un material para producir un conjunto estructura de un material para producir un conjunto predeterminado de propiedadespredeterminado de propiedades

Un ingeniero en materiales debe conocer como Un ingeniero en materiales debe conocer como seleccionar los materiales que mejor se ajustan a sus seleccionar los materiales que mejor se ajustan a sus demandas de diseño, estética y economía tanto como a demandas de diseño, estética y economía tanto como a las demandas de resistencia y durabilidad. las demandas de resistencia y durabilidad.


PROPIEDADES

“ESTRUCTURA DEL MATERIAL”Es el arreglo en el que están distribuidos sus

componentes.Estructura AtómicaEstructura CristalográficaEstructura Metalográfica.

“PROPIEDAD”Es la respuesta que da un material frente a un estímulo

o una exigencia del sistema o el medio en el que trabaja.



PROPIEDADES

LOS METALESLOS METALES

Resultan de la combinación de elementos metálicos. Poseen Resultan de la combinación de elementos metálicos. Poseen gran cantidad de electrones nogran cantidad de electrones no--localizados y muchas de sus localizados y muchas de sus propiedades derivan de esta característica. propiedades derivan de esta característica. Conductividad Electricidad y Calorífica.Conductividad Electricidad y Calorífica.

Son fuertes pero deformables por lo que se utilizan en Son fuertes pero deformables por lo que se utilizan en Aplicaciones estructurales mecánicas y civilesAplicaciones estructurales mecánicas y civiles


PROPIEDADES LOS METALESLOS METALES

El Hierro y sus aleaciones (Fundiciones y Aceros)El Hierro y sus aleaciones (Fundiciones y Aceros)El Cobre y sus aleaciones (Latones y Bronces)El Cobre y sus aleaciones (Latones y Bronces)El aluminio y sus aleacionesEl aluminio y sus aleacionesEl zinc y sus aleaciones (El zinc y sus aleaciones (ZamakZamak, ZA), ZA)El titanio y sus aleacionesEl titanio y sus aleacionesLas aleaciones de MagnesioLas aleaciones de Magnesio


PROPIEDADES LOS CERAMICOSLOS CERAMICOS

Son compuestos entre elementos metálicos y noSon compuestos entre elementos metálicos y no--metálicos.metálicos.OxidosOxidos, , NitrutosNitrutos, Carburos., Carburos.

Típicamente aislantes a la electricidad y al calor.Típicamente aislantes a la electricidad y al calor.

Resistentes a altas temperaturas y ambientes agresivos.Resistentes a altas temperaturas y ambientes agresivos.

Son duros pero frágilesSon duros pero frágiles


PROPIEDADES

LOS CERAMICOSLOS CERAMICOSCerámicas de SilicatoCerámicas de Silicato Porcelana Eléctrica, esteatitaPorcelana Eléctrica, esteatitaVidrios silíceos, vidrios de Vidrios silíceos, vidrios de borosilicatoborosilicatoRefractariosRefractarios SiliceSilice, alúmina, magnesia, alúmina, magnesiaCementos y YesosCementos y YesosCarburosCarburos SiCSiC, SiN, , SiN, TiCTiC, , TaCTaCOtrosOtros Ferritas, BNFerritas, BN


PROPIEDADES

LOS POLIMEROSLOS POLIMEROS

Mayoritariamente son compuestos orgánicos en base al Mayoritariamente son compuestos orgánicos en base al carbono, el hidrógeno y algún otro elemento nocarbono, el hidrógeno y algún otro elemento no--metálico.metálico.

Son aislantes a la electricidadSon aislantes a la electricidadSe aplican en condiciones de bajas temperaturasSe aplican en condiciones de bajas temperaturasTípicamente son de baja densidadTípicamente son de baja densidadSon extremadamente flexiblesSon extremadamente flexibles


PROPIEDADES

LOS POLIMEROSLOS POLIMEROSPolietileno (PE)Polietileno (PE)Cloruro de Polivinilo (PVC)Cloruro de Polivinilo (PVC)PolipropilenoPolipropileno RecubrimientosRecubrimientosAcrílicosAcrílicos PMMA, ventanas etc.PMMA, ventanas etc.PolicarbonatosPolicarbonatos Partes maquinariaPartes maquinariaAcetalesAcetales EngranagesEngranagesFluoroplásticosFluoroplásticos TeflonTeflonElastómeros y gomasElastómeros y gomas


PROPIEDADES

En los metales en estado sólido los átomos se acomodan en En los metales en estado sólido los átomos se acomodan en formas ordenadas y bien empaquetadas dando lugar a formas ordenadas y bien empaquetadas dando lugar a estructuras cristalinas bien definidasestructuras cristalinas bien definidas

AluminioAluminio FCCFCC NiquelNiquel FCCFCCCromoCromo BCCBCC PlataPlata FCCFCCCobreCobre FCCFCC CobaltoCobalto HCPHCPOroOro FCCFCC TitanioTitanio HCPHCPHierro (Hierro (αα)) BCCBCC ZincZinc HCPHCP


PROPIEDADES Estructura cristalina FCCEstructura cristalina FCC


PROPIEDADES

Estructura cristalina BCCEstructura cristalina BCC


PROPIEDADES

Estructura cristalina HCPEstructura cristalina HCP


PROPIEDADES

Los materiales cerámicos pueden responder a estructuras Los materiales cerámicos pueden responder a estructuras cristalinas simples o mas complejas que de los metales o cristalinas simples o mas complejas que de los metales o pueden tener estructuras amorfas dependiendo del tipo de pueden tener estructuras amorfas dependiendo del tipo de solidificación que haya experimentadosolidificación que haya experimentado

Los polímeros son moléculas gigantes en la que los átomos Los polímeros son moléculas gigantes en la que los átomos de la columna vertebral de la cadena están enlazados por de la columna vertebral de la cadena están enlazados por enlaces covalentes.enlaces covalentes.Cadenas spaghettiCadenas spaghetti Polímeros amorfosPolímeros amorfosCadenas ordenadasCadenas ordenadas Polímeros cristalinosPolímeros cristalinos


PROPIEDADESCLASES DE PROPIEDADES

Propiedades MecánicasDurezaResistencia a la deformaciónModulo de ElasticidadResistencia a la fluenciaTenacidad a la fracturaResistencia a la fatigaAmortiguamiento de vibracionesEnergía de Impacto




Propiedades No MecánicasPropiedades TérmicasPropiedades ÓpticasPropiedades MagnéticasPropiedades Eléctricas




Propiedades SuperficialesOxidación SuperficialResistencia a la CorrosiónFricciónResistencia al Desgaste




Propiedades de ProducciónFacilidad de ManufacturaFacilidad de TerminadoFacilidad de EnsambladoPrecioDisponibilidad Apariencia Textura



PROPIEDADESPROPIEDADES MECANICASResistencia a la deformación. El Módulo Elástico.

En muchos elementos estructurales se precisa que el material presente significativa deformación elástica; es decir, Módulo Elástico bajo.En la mayoría de las aplicaciones mecánicas, no son deseables las deflexiones y se requiere que el material sea rígido; es decir, de Módulo Elástico Alto.



PROPIEDADESPROPIEDADES MECANICASResistencia a la deformación. El Módulo Elástico.



PROPIEDADESEnsayo tensión – Deformación.



PROPIEDADESCurva tensión – Deformación.



PROPIEDADESLey de Hooke

Unidades de tensión = kgf/mm2, lbf/mm2

N/mm2 =Pa


σ

εσ ∝εσ E≡

[ ]≡σ


PROPIEDADESPropiedades Mecánicas de Aleaciones Comunes


Aleación E (GPa)

Y.S (MPa)

T S (Mpa)

Elong.%)

Acero 1040 200 600 750 17Acero baja Aleación 8630

210 680 800 22

Acero Inox 304 200 700 800 40

Hierro dúctil 165-169

329-580 461-750 9-15

Aluminio 70 40 200 50Aluminio 3003 70 145 150 10

Magnesio AZ31B 45 220 290 15

Aleac.de Zn ZA 100 160-420 200-500 3-10

Cobre 124 60 400 55Bronce al Al 110 320 652 35


PROPIEDADESResistencia comparativa de los materiales:

Baja resistencia σys<250 MPaResistencia Media 250< σys<750 MPaAlta resistencia 750< σys<1500 MPaUltra alta resistencia σys>1500 MPa



PROPIEDADESSelección de Materiales en un motor de combustión interna



PROPIEDADESSelección de Materiales en un motor de combustión interna.El block de cilindros.

Requerimientos:1. La necesidad de enfriamiento, exige que el block sea de forma compleja, hecho por fundición de una aleación que tenga buena fluidez y bajo rango de solidificación.2. Resistencia mecánica media y alta rigidez3. Buena conductividad térmica4. Resistente a la abrasión y al desgaste5. Resistencia a la corrosión6. Baja expansión térmica.



PROPIEDADESSelección de Materiales en un motor de combustión interna.

La fundición gris responde satisfactoriamente casi con todas las condiciones excepto con la densidad.

A fin de mejorar la relación potencia/peso, se ha remplazado el hierro fundido por aleaciones de aluminio por las siguientes razones:

1. Puede ser fabricada por fundición a presión2. Cumple con la resistencia media requerida3. Cumple mejor con la resistencia a la corrosión4. Con pistones de aluminio no hay el peligro de expansión diferencial5. No cumple con la resistencia al desgaste peor aún en la situación de contacto aluminio – aluminio.




Las soluciones a la resistencia al desgaste fue maximizar la diferencia en dureza superficial entre el cilindro y el pistón:

1. Cromar la superficie del pistón en cilindro no tratado2. Cromar la superficie de contacto del cilindro3. Encamisar el cilindro con fundición o acero4. Utilizar una aleación hipereutéctica Al-Si afinada con fósforo



PROPIEDADESSelección de Materiales en un motor de combustión interna.El Cabezal del Cilindro o culata

Normalmente es una pieza fundida de hierro, aleación de aluminio, o aleación de magnesio.

En motores grandes a diesel se utilizan culatas fundidas de aceros de bajo carbono




El Múltiple de IngresoNormalmente son fabricados por fundición a inyección de aleaciones de aluminio. Se ha intentado con un termoplástico reforzado porque presentaba mucha variación en el espesor de las paredes

La caja del cigüeñalLos requerimientos son:1. Alta resistencia mecánica2. Alta rigidezTambién se fabrica de hierro fundido, pero como en el caso del blockse lo fabrica de aleaciones de aluminio o de magnesio como es laLM25 (Al-7Si-0.35Mg)




El PistónLos requerimientos son.1. Resistencia mecánica media2. Bajo coeficiente de fricción 3. Alta resistencia al desgaste4. Bajo coeficiente de expansión térmica.5. Fácil de fabricarse por fundición o por forjado

.




Los materiales para pistones pueden ser hierro fundido, acero o aluminio. En realidad los pistones son multimetálicos. Los de aluminio llevan insertos de acero para limitar la expansión térmica.

Generalmente los pistones son fabricados de aleaciones hiper-eutécticas Al-Si como la aleación LM 13 (1%Cu, 1%Mg, 10-12%Si, 1%Ni, 1%Fe) que puede ser sometida a tratamiento térmico.




El Cigüeñal

Los requisitos son:1. Alta resistencia mecánica2. Elevado módulo Elástico3. Alta resistencia a la fatiga4. Dureza superficial elevada




Debido a su forma geométrica mayormente son fabricados por fundición, pero los cigüeñales de los motores a diesel son fabricados por forja.Los materiales más recurrentes para esta pieza son:1. Fundición esferoidal, hierro Dúctil o Fundición nodular2. Acero forjado que pueda ser endurecido superficialmente



PROPIEDADESSelección de Materiales en un motor de combustión interna.Las Bielas.Los requerimientos principales son1. Alta resistencia mecánica2. Elevado módulo Elástico3. Alta resistencia a la fatiga

El componente es más fácil de fabricar ya sea por fundición o por forja.Generalmente las bielas son fabricadas de aceros forjados de baja aleación que puedan ser templados y revenidos para alcanzar una resistencia de 1000 MPa. El material debe ser íntegro y de grano fino para que tenga una alta resistencia a la fatiga.



PROPIEDADESSelección de Materiales en un motor de combustión interna.El eje de levasLos requerimientos principales son:1. Resistencia mecánica media2. Resistencia a la fatiga3. Resistencia al desgaste

El material de este componente es un acero de bajo carbono que pueda ser carburizado para producir dureza superficial.



PROPIEDADESSelección de Materiales en un motor de combustión interna.Válvulas de Admisión y EscapeLos requerimientos principales son:1. Resistencia mecánica elevada2. Dureza superficial 3. Resistencia a temperaturas elevadas4. Resistencia a la corrosiónLas válvulas se producen por extrusión en caliente o por forjado.Las válvulas de escape trabajan a temperaturas de 700-800 ºEl material mas comúnmente utilizado es un acero austenítico cuya composición es 0.45C, 14Ni, 14Cr, 2.5W, 2Si mas conocido como Silcromo. Otro material de reciente desarrollo es un acero de composición: 0.5C, 9Mn, 21Cr, 3.75Ni. que debe ser templado y envejecido.




Las AnillasGeneralmente son de hierro fundido conteniendo finas láminas de grafito

El carterLa manera mas simple de fabricarlo es el conformado de chapa de acero de bajo carbono.



PROPIEDADES

GRACIAS POR SU ATENCION


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