TECNOLOGO EN

DISEÑO DE ELEMENTOS MECANICOS PARA SU FABRICACION CON MAQUINAS

HERRAMIENTAS CNC

INTEGRANTES

TITO PARRA TRUJILLO

JUAN SEBASTIAN MUÑOZ ARISTIZABAL

JOSE LUIS CONDE IPUZ

JEAN PAUL ROJAS FERNANDEZ

ANGELO CORTES CARRILLO

TEMA

ACEROS Y FUNDICIONES

ACEROS Y FUNDICIONES Historia

ESTRUCTURA ATOMICA: COMPOSICION Y PROPIEDADES

OBTENCION

TIPOS Y CLASIFICACION

DESIGNACION

APLICACIONES

ACEROS

HISTORIA DEL ACERO

1400 AC: primeros vestigios de uso de acero en África.

Hacia el 1.000 A.C. se fabricaba acero en el próximo y Medio Oriente y en la India.

200 A.C: los indios, fabricantes de acero", los artesanos de la India dominaban ya un método mejor para producir acero.

En Benjamin Huntsman redescubrió el procedimiento indio por casualidad , inventor del horno eléctrico.

En 1856, el inventor inglés Henry Bessemer patentó un método más barato para fabricar acero en gran escala. Fue el inventor del convertidor Bessemer.

En 1856, el inventor inglés Henry Bessemer patentó un método más barato para fabricar acero en gran escala. Fue el inventor del convertidor Bessemer.

¿ QUE ES EL ACERO ?

Fe y C / d.a = 2,48 Å

Hierro puro, elemento del acero .

mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita.

carbono no excede (1,76 % hasta 2 %)

Mayor contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: si se tiene 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita.

Se obtiene a partir de hierro líquido, descarburándolo y regulando al mismo tiempo su contenido en azufre, fósforo y otros elementos.

Se funde entre 1400 y1500°C,y se moldea con más facilidad que el hierro.

ESTRUCTURA ATOMICA

El acero esta constituido por 2 estructuras principales:

la estructura cúbica centrada en la cara (face centred cubic structure, fcc) se produce arriba de los 910 °C.

Está indicada por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel.

la estructura cúbica centrada en el cuerpo (body centred cubic structure, bcc). se produce abajo de los 910 °C.

Cada átomo de la estructura, está rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las diagonales del cubo.

Se dice que las dos anteriores estructuras no pueden ser las mas densas que puede tener un metal, existe la estructura hexagonal compacta.

estos cambios son fundamentales en la tecnología metalúrgica del acero.

COMPOSICIÓN DEL ACERO

La estructura del acero se compone de una mezcla de fases:

Estas fases se obtienen a temperatura ambiente mediante el enfriamiento lento de un acero. Las principales son:

- Ferrita - sorbita - bainita

- Cementita - troostita - rara vez la auestenita

- Perlita - martensita

Ferrita o hierro alfa :

es blanda y dúctil. Su estructura es bcc, tiene 0,008% C, a temperatura ambiente, Max. solubilidad es de 0,02% a 723°C, D: 90 brinell.

cristales blancos de ferrita

Cementita:

Compuesto de hierro y 7% C, gran dureza y quebradiza, FE3C, 6,67% C y 93,33% Hierro D: 700 brinell.

red blanca de cementita

Perlita:

Es la mezcla de ferrita y cementita, comparten propiedades, compuesto 88% ferrita, 12% cementita. Cantidad carbono 0,8% D: 250 brinell.

cristales oscuros de perlita

Austenita : Formado por cantidades de carbono que varia 0,8% a 2% C a temp. Max 1130 C. su estructura cristalina es de FCC. Su dureza es de 300 Brinell. No es magnética.

Martensita:

constituye aceros templados, enfriamiento rápido, varia carbono hasta 1% propiedad física depende de cantidad de carbono. D:50 a 68 rockwell C.

QUE ES PROPIEDAD ?

La propiedad de un metal son el conjunto de características que hace que se comporte de una determinada manera ante fenómenos externos como la luz, calor, fuerzas, electricidad etc.

Clasificaciones:

PROPIEDADES DE LOS ACEROS

Propiedades físicas:- densidad: relación entre la masa de un material

y su volumen. Acero bastante elevado.- conductividad eléctrica: permitir y no permitir el

paso de corriente.- Acústica: capacidad de conducir o no, el

sonido.(plástico / metal ).

Propiedad mecánica:

- dureza: resistencia de un material al ser rayado.

- Tenacidad/fragilidad: capacidad de un material al romperse cuando es golpeado ejemplo: el metal. La fragilidad es la propiedad contraria ejemplo: vidrio.

- Maleabilidad: capacidad de un material para deformarse en forma de laminas.

- Ductilidad: capacidad de un material para deformarse en forma de hilos.

- Elasticidad o plasticidad: la capacidad de un material de recuperar su forma original cuando cesa la fuerza que lo deforma.

- Resistencia mecánica: es la resistencia a la rotura que presenta un cuerpo ante fuerzas externas.

Propiedad química: - Oxidación y corrosión: es la propiedad de

ciertos materiales sufren cuando están en contacto con el oxigeno del aire o del agua. Los mátales son muy sensibles a la oxidación y a la corrosión.

Propiedad ópticas:

-Porosidad: es la capacidad de ciertos materiales (que tienen poros) de absorber líquidos.

Propiedad térmica: - La conductividad térmica: capacidad de un

material para transmitir o no el calor. los metales son buenos conductores de calor mientras que la madera y los minerales plásticos son aislantes térmicos.

- Dilatación / contracción: capacidad que tiene ciertos materiales de aumentar o disminuir su volumen con la temperatura.

- Fusibilidad: algunos materiales pueden pasar de estado solido a liquido.

OBTENCIÓN DEL ACERO

ARRABIO SE CONVIERTE EN ACERO, MEDIANTE LOS SIGUIENTES PROCESOS:

• CONVERTIDOR BESSEMER.

• HORNO SIEMENS-MARTIN.

• HORNO ELECTRICO DE ARCO.

•CONVERTIDOR DE SOPLADO CON OXIGENO.PROCEDIMIENTO L.D. ( LINZ Y DONAWITZ )

• CONVERTIDOR THOMAS.

Ver diapositivas Anexas..

OBTENCIÓN POR CONVERTIDOR

En 1856, el inventor inglés Henry Bessemer. Descarburación del arrabio que sale del alto

horno. Quemando el carbono con el oxig. del aire.

No se emplea combustible, Lo proporciona las reacciones químicas que se producen.

Gran recipiente acorazado exteriormente de acero.

Tiene un revestimiento de ladrillos refractarios de 40 a 50 cm.

Se oxida el Fe, Si y Mn en forma de escoria. Se quema el carbón y manifiesta una gran

llamarada.

OBTENCION POR SOLERA ABIERTA

Con horno de solera abierta, en el cual la mayor parte del calor proviene de la combustión del gas o aceite pesado utilizado como combustible; el éxito de este proceso se basa en los recuperadores de calor para calentar el aire y así alcanzar las altas temperaturas eficaces para la fusión de la carga del horno.

PROCESOS DE FABRICACION

La conformación de los metales sin arranque de viruta se puede realizar enfrío o en caliente. Los principales procesos de conformado son:

1. fundición

2. Forja

3. Laminación

4. trefilado

5. extrusión

FUNDICION:Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena.

1.Fundición por gravedad

a.Moldeo en arena

b.Moldeo a la cera perdida

2.Fundición por presión

FUNDICION Fabricación Molde

FUNDICION Fabricación Molde

FUNDICION Colado del Molde

FORJA:

Trabajo de los metales a temperatura de incandescencia con martillo o prensa en el que además de darle forma deseada, se aumenta la resistencia (estructura mas compacta).

- Utilizado para la fabricación de árboles, cigüeñales y bielas.

- Dentro de los metales forjables se encuentran el acero, aluminio y sus aleaciones, cobre y sus aleaciones.

Laminación:

Proceso de fabricación que tiene por objeto transformar los materiales en estado bruto, haciéndolo pasar a través de cilindros o rodillos de laminación tantas veces hasta conseguir forma y medida deseadas.

Este proceso puede realizarse enfrió o caliente.

Mediante el laminado en caliente se aumenta la resistencia y el alargamiento del acero.

Trefilado:

Se realiza para dar forma exacta y regular enfrío a semiproductos que han recibido laminación previa hasta aprox. 5 mm de diámetro (barras de acero,alambres,tubos). La pieza se hace pasar por una o varias hileras (matrices de estirado), ejerciendo para ello tracción.

MAQUINARIA PARA TREFILADO

Extrusión:

Proceso donde se obliga a una sustancia, especialmente un metal, a pasar por un troquel, creando distintas formas utilizadas en la industria, La extrusión en caliente es más habitual que la extrusión en frío. En ocasiones también se tratan de esta forma el acero y el hierro.

EXTRUSION LIBRE

TIPOS DE ACEROS

5 clases principales Aceros al carbono, aceros aleados, aceros de

baja aleación ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.

Mas del 90% son aceros al carbono. Diversas cantidades de C y menos del 1,65%

de Mn, el 0.60% de Si y el 0,60% Cu.

TIPOS DE ACEROS

Acero al Carbono: Es aquel que tiene entre 0,1 y 1,9% de carbono en su contenido, El aumento en carbono eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad.

Aceros aleados: Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

Aceros baja aleación y ultrarresistentes:- Es el mas reciente de las cinco clases.- Son mas económicos que los aceros aleados

por contener cantidades menores de los costosos elementos de aleación.

- Reciben tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que el acero al C.

Aceros inoxidables:- Contienen cromo, níquel y otros elementos de

aleación esto los hace brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación.

- Son duros otros son resistentes y contiene sus resistencia durante largos periodos a T° extrema.

- Casi siempre se emplean con fines decorativos.

Aceros para herramientas: Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS

Hay varias maneras de clasificar, de acuerdo con su composición, utilización y calidad.

1. De acuerdo con su composición: estos se pueden dividir en aceros al carbono y aceros, aleados y estos a su vez se subdividen en aceros de baja, media y alta aleación.

2. De acuerdo a su utilización: según su utilización los aceros se pueden dividir en varios grupos así:

A. aceros estructurales al carbono

B. Aceros para herramientas

C. Aceros austeniticos tipo hadfield

3. De acuerdo con su calidad:

Aceros inoxidables son aquellas aleaciones ferrosas contienen un mínimo del 12% de cromo para lograr resistencia a las corrosión.

DESIGNACION DE LOS ACEROS

NORMAS

AISI : American iron and Steel institute. SAE : Society of automotive engineers . ASTM:American society for testing and

material. UNS : Unified numbering system.

Las designaciones AISI/SAE consta de 4 dígitos que indican el tipo de acero y su contenido de carbono.

El primero de los 4 dígitos indica el tipo al que pertenece el acero

1 Aceros al carbono 6 Aceros al Cr- V

2 Aceros al níquel 3 Aceros al NI-CR 8 Aceros al CR-NI-Mo

4 Aceros al molibdeno 9 Aceros al Si-Mn

5 Aceros al cromo

El segundo digito significa el porcentaje aproximado del elemento principal de aleación

ACEROS AL CARBONO:

- Al carbono simple 10xx- Aceros maquinables, con alto %S 11xx- Aceros maquinables, con alto %P y S 12xx- Aceros al Manganeso, con 1,75 % Mn 13xx

ACEROS AL NIQUEL :

0,50% de níquel 20xx

3,50% de níquel 23xx

5,00% de níquel 25xx

ACEROS AL NIQUEL-CROMO:

1.25% níquel, 0.65% cromo 31xx

1.75% níquel, 1.00% cromo 32xx

3.50% níquel, 1.57% cromo 33xx

3.00% níquel, 0.80% cromo 34xx

Aceros resistentes a la corrosión y al calor. 303xx

Los dígitos tercero y cuarto denotan siempre el porcentaje de carbono en centésimas.

EJEMPLO:

SAE1055: 1 Acero al carbono

0 Acero no aleado

55 porcentaje de carbono,0,55%

SAE2345:

2 acero al nique

3 elemt. Predominante, níquel 3%

45 porcentaje de carbono, 0,45%

SAE3310

3 acero al Níquel-Cromo

3 elemento predominante Níquel 3%

10 porcentaje de carbono, 0,10%

ejemplo:

acero aleado con aproximadamente 5% de Ni

Acero 2520

y con un contenido promedio de 0.2% de C

En Colombia los aceros : I.N.N. y se rigen a la Norma Chilena Oficial NCh 203. Of77.

los aceros estructurales nacionales han adoptado tres grados

de aceros, según sus características mecánicas; estos son el- A37-24ES A42-27ES A52-34ES.- A : acero al carbono

Los números: tracción y al limite de fluencia mínimo por tracción Kgf/mm²- E : indica que es un acero estructural - S : el acero es de soldabilidad garantizada.

DESIGNACIÓN ACEROS INOXIDABLES

- Según la norma AISI consta de 3 dígitos:

- AUSTENICOS: 2xx y 3xx Son aceros al Cr-Ni-Mo

Ej.: 304, 316.

- FERRITICOS: 4xx Son aceros al cromo

Ej.: 431

- MARTENSITICOS: 4xx, 5xx Son aceros al cromo

Ej.: 420, 440A, 502.

ACEROS PARA HERRAMIENTAS

- Son de fabricación especial . Son forjados o laminados. La mayoría de alta aleación.

- Se clasifican según la norma AISI con una letra seguida de 1 o 2 dígitos.

- La letra indica el tipo de acero según el medio de temple, el uso o un elemento o característica especial.

CLASIFICACION NORMA AISIACEROS DE HERAMIENTAS

- W ( temple): templable en agua Ej.: W1- S (shock): Resistencia al impacto. Ej.: S4

PARA TRABAJO EN FRIO- O ( oíl ) templable en aceite Ej.: O1- A ( air ) templable al aire, Ej.: A2- D (deformación) indeformable , alto C, alto Cr

EJ: D6

PARA TRABAJO EN CALIENTE

- H (hot) para trabajo caliente Ej.: H13

PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

- T (tungsteno) al tungsteno Ej.: T4- M (molibdeno) al molibdeno Ej.: M4

APLICACIONES

se presenta en forma abrumadora en nuestras vidas.

en formas de herramientas, equipos mecánicos, viviendas, automóviles etc.

FUNDICIÓN

- Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo.

- importantes son:- Son más fáciles de maquinar que los aceros.- Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.- En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.

COMPOSICION DE LAS FUNDICIONES

- Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo.

MICROCONSTTITUYENTES DE LAS FUNDICIONES

- Las fundiciones se caracterizas por sus micro constituyentes los cuales le dan características especiales.

- Ledeburita: Es el constituyente eutéctico que se forma al enfriar la fundición líquida de 4.3% C desde 1145°C.

- Está formada por 52% de cementita y 48% de austenita de 2% C.

- La ledeburita no existe a temperatura ambiente en las fundiciones ordinarias

- Esteatita: Es un constituyente de naturaleza eutéctica duro, frágil (300 a 350 Vickers) y de bajo punto de fusión (960°C), que aparece en las fundiciones de alto contenido en fósforo (más de 0. l5 % P)

PROPIEDADES DE LAS FUNDICIONES

Buena resistencia a la comprensión

Baja resistencia a la tracción

Resistencia a las vibraciones

Fragilidad

Moldeabilidad en caliente

Resistencia al desgaste.

Debido a sus propiedades, las fundiciones suelen utilizarse para la realización de bloques, bancadas de máquinas, herramientas, soportes, bloques de motores, cuerpos de bombas etc.

TIPOS DE FUNDICIONES

- FUNDICION ALEADA

- Las fundiciones aleadas son aquellas que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o para comunicarles alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión,

a1 calor etc.

FUNDICION MALEABLE

- Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado una microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y muy dificil de maquinar.

FUNDICION BLANCA

- Se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro desde el estado líquido, siguiendo el diagrama hierro-cementita metaestable ; durante el enfriamiento, la austenita solidifica a partir de la aleación fundida en forma de dendritas. A los 1130°C el líquido alcanza la composición eutéctica (4.3%C) y se solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado ledeburita. Este eutéctico aparece en su mayor parte como cementita blanca que rodea las dendritas de forma de helecho.

FUNDICION ATRUCHADA

- Se caracteriza por tener una matriz de fundición blanca combinada parcialmente con fundición gris. El carbono se encuentra libre y combinado, siendo difícilmente maquinable.

LA FUNDICIÓN NODULAR

- La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza.

- Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad.

FUNDICIÓN GRIS

- La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables.

OBTENCIÓN

- Se obtiene por el proceso de fundición el cual necesita de un molde y de una materia prima que en este caso con las aleaciones de hierro, carbono y otros elementos presentes en pequeñas cantidades

DESIGNACION

- Designación según UNE-EN 1560-97- En la norma UNE-EN 1560-97, se distinguen dos codificaciones, una- Designación simbólica y otra numérica que, en ambos casos, son

totalmente- Distintas a la codificación propuesta por la norma UNE 36003-71 a la

que- Sustituye.- La designación simbólica establece un máximo de seis posiciones o- Caracteres alfanuméricos, algunos de los cuales no son obligatorios.-  

- EN-GJSA-360-12S-W.- EN.- Material normalizado (obligatorio).- GJ.- Fundición de hierro (obligatorio).- S.- Estructura grafítica esferoidal (opcional).- A.- Austenita (opcional)- 360.- Resistencia a la tracción mínima expresada en N/mm2. (Obligatorio)- 12.- Límite de alargamiento expresado en porcentaje.- S.- Condiciones de ensayo de la muestra, en este caso fundida - Independientemente.- W.- Pieza apta para soldar.- La designación numérica debe comprender nueve posiciones o caracteres- Alfanuméricos. Los cinco primeros son una combinación de cuatro letras- Mayúsculas separadas por un guión, y los demás corresponden a números- Arábigos.

- EN-JL1013- EN- .- Material normalizado.- J.- Fundición de hierro.- L.- Estructura grafítica laminar.- 1.- Característica principal de su carga de

rotura.- 01.- Número de orden dentro del grupo al que

pertenece.- 3.- Muestra de ensayo obtenida de una pieza

moldeada.

APLICACIONES

- Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son:

- - Son más fáciles de maquinar que los aceros.- - Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.- - En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.- - Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como auto lubricantes.- - Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena

resistencia al desgaste.- De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser

grises, blancas, atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.

GRACIAS POR LA ATENCION PRESTADA