Materiales Conocimientos Generales 1.2 Tecnología de materiales 1.2.1 Defectos en materiales 1.2.2...

Materiales Conocimientos Generales

1.2 Tecnología de materiales 1.2.1 Defectos en materiales 1.2.2 Propiedades. 1.2.3 Naturaleza y cambios en estado sólido 1.2.4 Metales ferrosos, noferrosos y plásticos 1.2.5 Manufactura. 1.2.6 Procesos de fundición y soldadura. 1.2.7 Procesos con deformación plástica. 1.2.8 Laminación, Forjado, pulvimetalúrgia, otros. 1.2.9 Maquinado y terminación superficial

MATERIALES- CONOCIMIENTOS GENERALES

ESTRUCTURAS ATÓMICASESTRUCTURAS

MICROESTRUCTURAS

MATERIALES COMPUESTOSTECNOLOGÍA DE MATERIALES

MATERIALES METÁLICOS

DEFECTOS EN LOS MATERIALES

esto produce distintas microestructuras

La microestructura determina las propiedades del material

determina el tipo de enlace entre varios átomos.

La estructura electrónica del átomo

UNIONES ATOMICAS

a) COVALENTES: átomos que comparten uno o mas electrones.

b) IONICAS: los átomos pierden o ganan uno o varios electrones. (igual que el caso anterior, cuanto menos electrones posee el átomo mayor es la energía de ligadura)

c) METALICA: átomos con pocos electrones en la capa exterior, luego estos son fácilmente separables, formando una ”nube” que es compartida.

d) Van der WAALS: uniones débiles, formados por dipolos (formados por desequilibrio entre cargas positivas y negativas del núcleo)

ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALES

Principales características de las uniones

ORDENAMIENTO ATÓMICO (cristales)

ORDENAMIENTO ATÓMICO EN METALES-MODELO DE ESFERAS RIGIDAS

hcp fcc bcc

MATERIALES METALICOS

Granos

Metales- Propiedades

Elasticidad y buena resiliencia: resortes

Biocompatibilidad (buena resistencia a la corrosión y óseo-integración) : titanio, cobalto, circonio y sus aleaciones

Buena resistencia a la corrosión:

aleación cobre-niquel

Buena ductilidad y resistencia

Pueden ser conformados en frío o caliente.

Materiales Cerámicos

Oxido de Circonio y Alúmina

Mala conductividad térmica y eléctrica (Aislantes).Alto punto de fusión

Resistencia a la corrosión en ambientes corrosivos.

Bajo coef. De rozamiento

Buena resist. Al choque térmico.

Buena tenacidad (modernos)

Polímeros- Propiedades

Reemplazo del acero y

cerámicos en múltiples

aplicaciones,

UHMW-PE (polietileno de alto peso molecular)

Bajo costo, poco peso, facil de conformar Baja Baja conductibilidad térmica conductibilidad térmica

y eléctricay eléctrica

Polímeros-Aplicaciones

muelles de altas prestaciones

Juntas de expansión

• Elastómeros de alta elasticidad

DIAGRAMAS DE FASES DE ALEACIONES

Los diagramas de fase son una herramienta muy útil para los metalurgistas y se utilizan en los siguientes temas:

Diseño de nuevas aleaciones Selección de temperaturas de trabajado en caliente

durante la fabricación. Selección de temperaturas para realizar los tratamientos

térmicos de aleaciones. Análisis de fallas cuando no se cumple con una

especificada performance en servicio.

DIAGRAMAS DE FASES DETerminología

FASE: Todos los materiales que existen en estado sólido,líquido o gaseoso.

EQUILIBRIO: Estable, metaestable e inestable. FASES METAESTABLES: determinadas estructuras

cristalinas obtenidas por ej. con enfriamientos rápidos. SISTEMAS: Substancias o grupos de substancias

ailadas del medio. DIAGRAMA DE FASES: sinónimo de diagrama

constitucional o diagrama de equilibrio. COMPONENTES DE UN SISTEMA: binario(dos

componentes) ternarios (tres componentes) etc.

CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO DIAGRAMAS DE FASES

SOLUCION SÓLIDA TOTAL

CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO DIAGRAMAS DE FASES

SOLUCION SÓLIDA PARCIAL

DIAGRAMAS DE FASES ---Fe-C

Fases producidas en Hierro y Acero

Temperaturas de cambio de fases-terminología

DIAGRAMAS DE FASESFe-C

MICROESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOACERO AL CARBONO

Enfriamiento Lento


Enfriamiento lentoAcero Eutectoide


Enfriamiento lentoAcero HipoEutectoide


Enfriamiento lentoAcero HiperEutectoide

Curvas de Transformación Curvas de Transformación Temperatura TiempoTemperatura Tiempo

Transformación del acero (no hay difusión atómica)

Sobre los 914°C estructura fcc, bajo esta temperatura estructura bcc

Tasa de transformación depende de la temperatura

Curvas TTTCurvas TTT

Indican las transformaciones con respecto a la velocidad de enfriamiento

Desde el inicio al final de la transformación

Curvas TTT - Acero al Curvas TTT - Acero al carbonocarbono Línea I: No hay

transformación perlítica, pasa directo a martensita

Línea II: Transformación incompleta de perlita, la fracción de austenita que queda se transforma en martensita

Línea III: Acero Perlítico

Microestructura-Curva TTTMicroestructura-Curva TTT

Tratamientos TérmicosTratamientos Térmicos

Templado: Se calienta el acero hasta obtener austenita. Luego se enfría rápidamente para obtener martensita.

Tratamientos TérmicosTratamientos Térmicos Recocido: Cuando hay deformación en

frío, se calienta hasta la transformación austenítica y se enfría lentamente en un horno. Libera las tensiones, baja la densidad de dislocaciones, disminuye la dureza, se afina el grano.

Revenido: Se calienta el acero después del temple a una temperatura menor a la de transformación austenítica y se deja enfriar al aire o aceite.

Tratamientos TérmicosTratamientos Térmicos Normalizado: Se calienta el acero unos

pocos grados sobre la temperatura de transformación austenítica, se mantiene ahí el tiempo suficiente para obtener una completa transformación en austenita. Luego se deja enfriar al aire.

EjercicioEjercicio

Efecto de % carbono en Curvas Efecto de % carbono en Curvas TTTTTT

Efecto de aleantes en Curvas Efecto de aleantes en Curvas TTTTTT

Endurecimiento por Endurecimiento por PrecipitaciónPrecipitación

Solubilidad sólida disminuye a medida que la temperatura decrece

Enfriamiento lento, baja fuerza impulsora, baja tasa de nucleación, núcleos gruesos bastante separados

Enfriamiento rápido, alta fuerza impulsora, alta tasa de nucleación, núcleos pequeños separados por poca distancia

RIGIDEZ DE UN MATERIAL

Ley de Hooke

σ = E.ε

E=Módulo Elástico

MATERIALES COMPUESTOS Dos o más materiales distintos se combinen para formar un

material compuesto cuyas propiedades sean superiores.

De acuerdo al material de la matriz: compuestos poliméricos metálicos o cerámicosel segundo elemento puede presentarse como:* fibras (fibras de carbono, de boro de aluminio de vidrio)* partículas (SiC, Al2O3, TiC, TiB2, B4C)

Ejemplos tradicionales : Ladrillos de adobe, hormigón armado, fibra de vidrio, la baquelita reforzada con resina epoxídica

MATERIALES COMPUESTOS

Fibras de vidrio en matriz polimérica

Cerámicos compuestos

Placas de alúmina en metal

MATERIALES COMPUESTOS

Adhesivos son usados extensamente para unir materiales, los cuales son usados “principalmente en la industria aeronautica

Tipos de defectos producidos por los pegamentos

POLIMEROS

Según sus propiedades mecánicas a temperatura se clasifican en:

Termoplásticos: ablandan al calentarse

Termoestables: endurecen al calentarse y no se ablandan si siguen calentándose.

Sensibles a radiación, temp., velocidad de deformación, medio ambiente.

POLIMEROS

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

METALURGICOS• Fabricación primaria• Fabricación Secundaria• Procesos de Terminación• Procesos de transformación

DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS

CONFORMADO DE METALES SOLIDIFICACION O SINTERIZADO

CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

CONFORMADO CON ARRANQUE DE VIRUTA.

1. Cilíndricos 2. Palanquilla

PROCESOS DE FABRICACION PRIMARIA

Si el metal fundido no se destina a la

fabricación de piezas, entonces lo corriente

es verterlo en un molde para la obtención de

lingotes.

FABRICACION PRIMARIA El metal fundido se

vierte en un molde en el cual el metal solidifica generalmente es cilíndrico o en forma de barra de sección poligonal.

Los lingotes y las palanquillas se destinan a procesos de transformación. forja, laminado y extrusión.

Se emplean para la fabricación posterior de alambre, tubos y perfiles

FABRICACION PRIMARIA

Segregaciones en el lingote producen bandeado durante el laminado o forjado, lo cual origina propiedades inhomogéneas y hasta comportamientos inesperados en los tratamientos posteriores

FABRICACION PRIMARIA

Rechupes pueden ser eliminados en los lingotes, pero si se producen puentes y tubos éstos no son fácilmente detectables en planta y pueden producir laminados o forjados defectuosos.

FABRICACION PRIMARIA LINGOTES: FISURAS INTERGRANULARES POR

H (mas de 5 ppm disuelto de los moldes) 1ppm puede producir caída de tenacidad en aceros

de alta resistencia.

FABRICACION PRIMARIA Inclusiones exógenos o trozos de electrodos no

fundidos pueden caer en el baño y producir problemas en el forjado posterior

ESTRUCTURA DE UN LINGOTE

LINGOTES

LINGOTES CILINDRICOS“BILLET”

ORIGEN DE LAS DISCONTINUIDADES

DEFECTOS EN LINGOTES

FISURAS

SEGREGACIONES

INCLUSIONES

POROSIDAD

RECHUPES

DESGARRO LAMINAR

DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS

DEFECTOLOGÍA EN PIEZAS FUNDIDAS

1. POROSIDAD (SUPERFICIAL Y SUBSUPERFICIAL)

2. MICRO– RECHUPES (SUBSUPERFICIAL)

3. RECHUPES INTERNOS (CAVIDADES SUPERFICIALES O

SUBSUPERFICIALES)

4. GOTA FRÍA (SALPICADURA DE METAL EN LA PARED DEL

MOLDE)

5. DESGARRO LAMINAR EN CALIENTE

6. SOPLADURAS (SUPERFICIALES)

7. COSTURAS (GRIETAS ALARGADAS)

8. VENAS (INCLUSIONES NO METÁLICAS DEFORMADAS EN LA

DIRECCIÓN DEL LAMINADO)

DISCONTINUIDADES EN PIEZAS FUNDIDAS

CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

PROCESOS DE FABRICACION SECUNDARIA

INCLUSIONESAGUJEROS INTERNOS

COSTURAS

DISCONTINUIDADES DE FABRICACION SECUNDARIA

LAMINACIONES SEGREGACIONES

INCLUSIONESCOSTURAS Y PLIEGUES

DESGARROS PLIEGUES

INCLUSIONES COSTURAS

LAMINACIÓN

a)Poca deformación

b)Alta deformación

c)Deformación repetida y defectos (ej. Segregaciones)

Defectos por la expanción

lateral

DISCONTINUIDADES DE LAMINACION

DICONTINUIDADES DE LAMINACION

DISCONTINUIDADES DE LAMINACION DE BARRAS

DISCONTINUIDADES DE LAMINACION DE BARRAS

Diez tipos de defectos que pueden encontrarse en laminación de barras

DISCONTINUIDADES DE FORMA Y LAMINACION

FORJADO

FORJADO-Defectos típicos

DISCONTINUIDADES DE FORJA


BURST

DISCONTINUIDADES TIPICAS DE FORJA DE ALEACIONES DE ALUMINIO (o Mg)

DISCONTINUIDADES TIPICAS DE PIEZAS FABRICADAS POR PM

Fisura durante enfriamiento Diferencia de densidades

DISCONTINUIDADES TIPICAS DE PIEZAS FABRICADAS POR PM

Zonas no sinterizadas

FISURA BAJO CORDONFISURA BAJO CORDONPOROSIDADESPOROSIDADES

FALTA DE FUSIONFALTA DE FUSION MARCAS DE MARCAS DE MECANIZADOMECANIZADO

GRIETAS Y FISURAS GRIETAS Y FISURAS

PROCESOS DE TERMINACION Y MAQUINADO

MAQUINADO

Maquinado por métodos no tradicional

Chorro de agua

PROCESOS DE SOLDADURA

1. Manual con electrodo revestido

2. Automática por arco sumergido con aporte y gas

activo (MAG)

3. Automática por arco sumergido con aporte y gas

inerte (MIG)

4. Automática sin aporte y gas inerte

(TIG)

FISURA BAJO CORDONFISURA BAJO CORDON

DEFECTOS EN SOLDADURA

DEFECTOS EN SOLDADURA

DEFECTOS

EN

SOLDADURA

DISCONTINUIDADES EN EL AMOLADO

PROCESOS DE TRANSFORMACION

TRATAMIENTOS TERMICOS

RECUBRIMIENTOS METALICOS

TRATAMIENTOS TERMICOS

TRATAMIENTOS TERMICOS DE

TRANSFORMACION

Recocido : de ablandamiento

Normalizado: con enfriamiento lento

Temple por enfriamiento brusco

Tratamiento de Endurecimiento:

desde la temperatura critica

(aceite, agua y aire) Temple por inducción

(Calentamiento Local,

enfriamiento brusco)

Revenido: Tratamiento de alivio de

tensiones.

TRATAMIENTOS

TERMOQUIMIC0S:

Cementación,

Nitruración.

RECUBRIMIENTOS

METALICOS:

Niquelado,

Cromado, Plateado

RECUBRIMIENTOS METALICOSTRATAMIENTOS TERMICOS

DISCONTINUIDADES DE TRANSFORMACION

DISCONTINUIDADES PRODUCIDAS ENTRATAMIENTOS TERMICOS

RECUBRIMIENTOS METÁLICOS

1. NIQUELADO

2. CROMADO

3. PLATEADO

Se realizan: En una pieza para protegerlas superficialmente contra el desgaste y la corrosión.

Requieren :Buena preparación de la superficie limpieza y decapado mediante ataque químico.

DISCONTINUIDADES DISCONTINUIDADES

Falta de adherencia

Espesor de la capa de recubrimiento no uniforme.

DISCONTINUIDAD

ES POR FATIGA

Defectos producidos en servicio por corrosión

Cuando controlo los defectos? Como?

AREA DE ENDPORQUE USAR UN DETERMINADO PROCEDIMIENTO?

1.-Aceptable en pasos de fabricación2.-Aceptable en la inspección final3.-Aceptable en servicio

Verificar que tipo de defecto es aceptable.(Evaluación de Integridad)

Que hay que controlar?

END PUEDE SER DIVIDIDA EN NUEVE AREAS DIFERENTES:

Unidades en el sistema internacional (SI)

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