Materiales Metales Final

5/21/2018 Materiales Metales Final

1/33

INDICE1 INTRODUCCIN ..................................................................................... 2

2 OBJETIVOS ............................................................................................. 3

3 DEFINICIN ............................................................................................ 4

4 PROPIEDADES ....................................................................................... 4

4.1 Fsicas ..................................................................................................... 4

4.1.1 Propiedades Trmicas ............................................................................. 4

4.1.1.1 Conductividad Trmica. ..................................................................... 5

4.1.1.2 Efectos trmicos. ............................................................................... 5

4.1.2 Propiedades Elctricas ............................................................................ 5

4.2 Mecnicas................................................................................................ 5

4.2.1 Ensayo de traccin. ................................................................................. 5

4.2.2 Fatiga. ...................................................................................................... 7

4.2.3 Soldabilidad. ............................................................................................ 7

4.2.3.1 Soldadura ordinaria o de aleacin. .................................................... 7

4.2.3.2 Soldadura por fusin o autgena. ...................................................... 7

4.3 FsicoQumicas. ................................................................................... 7

4.3.1 Oxidacin y reduccin. ............................................................................ 7

4.3.2 La corrosin ............................................................................................. 8

4.3.2.1 Proteccin contra la corrosin. ........................................................... 8

5 TIPOS DE METALES .............................................................................. 8

5.1 METALES NO FERROSOS ..................................................................... 8

5.1.1 COBRE .................................................................................................... 9

5.1.2 ESTAO ................................................................................................ 10

5.1.3 PLOMO .................................................................................................. 11

5.1.4 OTROS METALES ................................................................................ 12

5.2 METALES FERROSOS ......................................................................... 14

5.2.1 FIERRO COCHINO ............................................................................... 14

5.2.1.1 Principales minerales del hierro ....................................................... 14

5.2.1.2 Tratamiento preliminar de los minerales de hierro. .......................... 15

5.2.1.3 Fundicin del hierro. ........................................................................ 15

5.2.2 HIERRO COLADO ................................................................................. 16


2/33

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO-PUNO

FICA Pgina 1

5.2.2.1 Fabricacin, ..................................................................................... 17

5.2.2.2 Clases de fierro fundido ................................................................... 17

5.2.2.3 Aplicaciones del hierro fundido.- ...................................................... 17

5.2.3 FUNDICION MALEABLE ....................................................................... 18

5.2.4 HIERRO FORJABLE ............................................................................. 18

5.2.4.1 Transformacin mecnica del hierro forjable. .................................. 19

5.2.4.2 Perfiles comerciales. ........................................................................ 19

5.2.4.3 Estructura del hierro dulce y su resistencia. .................................... 20

5.2.4.4 Soldado del hierro dulce .................................................................. 20

5.2.5 ACERO .................................................................................................. 20

5.2.5.1 Clasificacin ..................................................................................... 20

5.2.5.2 Manufactura del acero. .................................................................... 21

5.2.5.3 Tratamiento trmico del acero. ........................................................ 22

5.2.5.4 Materiales de Construccin.............................................................. 23

5.2.5.5 Soldadura del hierro o del acero ...................................................... 23

5.2.5.6 Propiedades mecnicas del acero ................................................... 25

5.2.6 ALAMBRES Y CABLES ......................................................................... 27

5.2.6.1 Cables metlicos. ............................................................................. 28

5.2.6.2 Especificaciones .............................................................................. 28

6 APLICACIONES INDUSTRIALES ......................................................... 28

7 CONCLUSIN: ...................................................................................... 31

8 BIBLIOGRAFA: ..................................................................................... 32


3/33


FICA Pgina 2

1 INTRODUCCINA lo largo de la historia, desde su aparicin en la Tierra, el ser humano se ha

ayudado de instrumentos para modificar la naturaleza a su favor. Desde muy

temprano el hombre utiliz los materiales disponibles a su alrededor: palos,

piedras, pieles, huesos para mejorar su hbitat, fabricar herramientas y armas,

etc. pero sin modificar sus propiedades estructurales.

No es esto lo que ocurre con los metales. La mayor parte de los metales

requieren, para ser utilizados, de una compleja elaboracin. En este sentido, la

aparicin de la metalurgia es un hecho reciente, desde el punto de vista

histrico, pero de tal importancia para el ser humano que no sera posible

entender sin l las sociedades contemporneas.

En 1836 el dans C. J. Thomsen expone un sistema de clasificacin de los

materiales prehistricos:

Etapa Premetalrgica: El primer metal que se trabaj, fue el cobre nativo. Las

primeras evidencias de su trabajo las hallamos en el Tell de Sialk (Irn) y en

Cayn Tepesi (Anatolia), en tiempos del VIII al VII Milenio a C. El cobre nativo

se puede trabajar en fro, por martillado. Otros metales trabajados de manera

premetalrgica son el oro, que es fcil de trabajar por martillado a partir de las

pepitas; el platino y la plata nativa, muy escasa en estado natural.

Edad del Bronce: Aparecen las aleaciones, siendo la ms importante la del

cobre con estao, es decir el bronce. La imposicin del bronce hace que las

armas sean cada vez ms numerosas y ms tiles para la guerra. El bronce

conoci enormes xitos con la aparicin de los primeros grandes imperios

como los orientales, el del Egipto faranico o el de la Creta minoica.

Edad del Hierro: el trabajo del hierro es el ms difcil de realizar de entre todos

los metales, son necesarias temperaturas de alrededor 1.300 C. El mineral de

hierro es muy abundante en la tierra, supone el 5% del peso de la corteza

terrestre, por lo que su aprovisionamiento no es difcil.


4/33


FICA Pgina 3

2 OBJETIVOS Incrementar conocimientos sobre los metales, sobretodo acerca de los

ferrosos, el cual debemos conocer todos los estudiantes de la EPIC.

Identificar los que se le dan los metales.

Conocer las principales caractersticas y propiedades de los metales.

Estudiar sus aplicaciones a la fabricacin del acero, empleados en

construccin general.


5/33


FICA Pgina 4

3 DEFINICINSegn el diccionario de la Real Academia, los metales son materiales con alta

conductividad trmica y elctrica.

Sin embargo, estas caractersticas no son suficientes para definir este grupo demateriales, por lo que se debe ampliar la definicin a:

Grupo de elementos qumicos que presentan todas o gran parte de las

siguientes propiedades fsicas:

Estado slido a temperatura normal, excepto el mercurio que es lquido.

Opacidad, excepto en capas muy finas.

Buenos conductores elctricos y trmicos. Brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estado slido.

4 PROPIEDADES

4.1 Fsicas

4.1.1 Propiedades TrmicasLas propiedades trmicas de los materiales estn relacionadas con losfenmenos de vibracin de los tomos integrantes del material (cristalino oamorfo)

El intercambio de calor entre los cuerpos y sustancias puede hacerse por:

Conduccin.Se realiza directamente, molcula a molcula. En los materialesslidos, especialmente los cristalinos, la transmisin de ondas de energa alrecorrer la red, ponen en vibracin los nudos de la malla.

Conveccin. Son desplazamientos de las masas calientes (gases y lquidos)hacia otras zonas al perder densidad por efectos del calentamiento. El espacioliberado es ocupado por masas fras que al calentarse tienden a desplazarsede nuevo, crendose un movimiento continuado y giratorio.

Radiacin. Es un intercambio energtico de un cuerpo a otro (a diferentetemperatura) a travs de un medio permeable a las radiaciones infrarrojas. Laganancia de calor por radiacin depende del coeficiente de absorcin, que esfuncin del color (los oscuros absorben ms que los claros).


6/33


FICA Pgina 5

4.1.1.1 Conductividad Trmica.Es la capacidad que tiene un material para transmitir a su travs el calor. Esdecir, cuando una cara de un material est expuesta a una fuente trmica, elcalor o fro se transmite a travs de l hasta aparecer en la cara opuesta, a unavelocidad que depende de la composicin y estructura del material.

4.1.1.2 Efectos trmicos.Al incrementarse la temperatura de un slido ste aumentar su volumen oextensin. Esto es debido a que entre tomos contiguos del slido se producenfuerzas atractivas y repulsivas que se anulan en la posicin de equilibrio, parala cual es mnima la energa potencial.

Fusin. Si la cantidad de energa alcanza un valor en que se rompe dichaestructura. Depende de las fuerzas de enlace interatmico y es inversamenteproporcional a su capacidad de dilatacin.

4.1.2 Propiedades ElctricasLa conductividad elctrica es la capacidad de conducir la corriente elctricacuando se aplica una diferencia de potencial. La propiedad que poseen algunassustancias de tener electrones libres (en la Banda de Conduccin), capaces dedesplazarse, se llama conductividad.

4.2 Mecnicas.Definen el comportamiento del material frente a esfuerzos exteriores queactan sobre l.

4.2.1 Ensayo de traccin.Se somete el material a dos fuerzas con la misma magnitud y direccin, perocon sentidos opuestos. Para ello se coloca la probeta sujeta por ambosextremos por mordazas, una fija y otra mvil. Se procede a medir la cargamientras se aplica el desplazamiento de la mordaza mvil


7/33


FICA Pgina 6

Figura 01: Equipo para ensayo de traccin

Lmite elstico terico: Carga mxima por unidad de seccin que al cesarde actuar no produce deformaciones permanentes en el material.

Lmite de proporcionalidad: Carga mxima por unidad de seccin para lacual la carga es proporcional a los alargamientos.

Mdulo de elasticidad: Relacin entre las cargas y deformaciones en elperodo elstico de proporcionalidad. Es constante en cada material ypermite conocer los alargamientos elsticos que experimenta en funcinde las cargas.

DEL ensayo de traccin se pueden obtener medidas de caractersticas como:

Ductilidad, o posibilidad de deformarse, en hilos, sin que se rompa oastille. Cuanto ms dctil es un material, ms fino es el alambre o hilo,que podr ser estirado mediante un troquel para metales, sin riesgo deromperse.

Fragilidad, como se ha dicho, concepto contrario a la ductilidad, Tenacidad, concepto que relaciona la energa aplicada con la

deformacin obtenida.


8/33


FICA Pgina 7

4.2.2 Fatiga.Es la capacidad de soportar una fuerza o presin continuadas. Sirven paradeterminar la carga mxima que puede resistir un material durante un nmeroindefinido de ciclos sin romperse. La rotura por fatiga se produce bajo la accinde cargas muy inferiores a la resistencia a la traccin de un material e inferioresa su lmite elstico. Rompe sin avisar sin deformaciones previas que lo avisen.

El ensayo consiste en hacer girar la probeta por medio de un motor, mientrasse le aplica una carga conocida. La probeta queda sometida a una flexinalternada, que se traduce en que un punto cualquiera de la probeta quedasometido a un ciclo de cargas que va de traccin a compresin

4.2.3 Soldabilidad.Propiedad que tienen algunos metales por las que dos piezas de los mismos,en contacto, pueden unirse ntimamente formando un conjunto rgido

4.2.3.1 Soldadura ordinaria o de aleacin.Es el mtodo utilizado para unir metales con aportacin de aleacionesmetlicas que se funden. Se suele diferenciar entre soldaduras duras yblandas, segn el punto de fusin y resistencia de la aleacin utilizada.

4.2.3.2 Soldadura por fusin o autgena.

Este tipo agrupa muchos procedimientos de soldadura en los que tiene lugaruna fusin entre los metales a unir, con o sin la aportacin de un metal, por logeneral sin aplicar presin y a temperaturas superiores a las que se trabaja enlas soldaduras ordinarias. Existen diferentes procedimientos:

Soldadura por gas:utiliza el calor de la combustin de un gas, que se aplica alas superficies de las piezas y a la varilla de metal de aportacin.

Soldadura por arco:Consiste en crear un arco elctrico entre uno o varioselectrodos aplicados a la pieza, generando el calor suficiente para fundir el

metal.

4.3 Fsico Qumicas.Los metales tienen valencias positivas en la mayora de sus compuestos. Estosignifica que tienden a ceder electrones a los tomos con los que se enlazan.Tambin tienden a formar xidos bsicos.

4.3.1 Oxidacin y reduccin.

Cuando una sustancia se combina con el oxgeno se dice que se oxida; lareduccin ocurre cuando se retira el oxgeno de la sustancia


9/33


FICA Pgina 8

4.3.2 La corrosinLa corrosin metlica es el desgaste superficial que sucede cuando los metalesse exponen a ambientes reactivos. Puede ser de varios tipos:

Corrosin atmosfrica: El metal est alternativamente mojado y seco,

sometido a la luz del sol, variabilidad del tiempo y a la presencia de oxgeno.

Corrosin bajo el agua: Proceso casi inverso al anterior, donde el oxgenonecesario queda limitado en cantidad al obtenerse del aire.

Corrosin por suelo:Aade elementos qumicos que influyen, como las salessolubles.

Corrosin qumica: Producida artificialmente por cidos, bases, solucionesespecficas

4.3.2.1 Proteccin contra la corrosin.Protecciones pasivas.

Se basan en el aislamiento de los elementos constructivos a proteger mediantemateriales dielctricos (pinturas, recubrimientos plsticos, etc.), evitndolesentrar en contacto con el medio conductor (agua, suelo, aire hmedo), oprotegindolo mediante un recubrimiento con otro metal ms resistente a lacorrosin.

Protecciones catdicas.

La proteccin se basa en la generacin de una corriente externa que aplicadaen la superficie del elemento a proteger, elimina la tendencia a diluirse de losiones metlicos de ste

5 TIPOS DE METALES

5.1 METALES NO FERROSOSAunque los metales no ferrosos no son tan utilizados, los metales no ferrososson imprescindibles cada da, se clasifican en tres grupos:

Metales no ferrosos pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5gr/cm3. Se encuentran en este grupo el cobre, estao, plomo, cinc, niquel,cromo y el cobalto.


10/33


FICA Pgina 9

5.1.1 COBREA lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuar monedas yconfeccionar tiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales. Tambin seemplea el cobre en muchos pigmentos, en insecticidas o en fungicidas.

A) Propiedades.

Es blando, maleable y dctil, y puede ser estirado en hilos de dimetrosmuy pequeos (hasta 0.03 mm).

Es el mejor conductor del calor y de la electricidad entre todos los metalesde menor costo, (slo superado por la plata).

Alta resistencia a la corrosin.

B) Obtencin

Extraccin pirometalrgica.

Si la mena consiste en xido o carbonato de cobre, se tritura y se trata concido sulfrico diluido para producir sulfato de cobre disuelto del que se obtieneel metal por electrlisis o, utilizando chatarra, por desplazamiento con el hierro:

Los xidos y los carbonatos tambin se reducen con carbn cuando losminerales tienen bastante riqueza en cobre. Si la mena es rica en sulfuros(contienen entre el 1 y el 12% de cobre) se muele y se concentran por flotacin.Los concentrados se reducen (tostacin) en un horno elctrico o de reverbero,quedando cobre metlico crudo, llamado blster, aproximadamente del 98% depureza.

Posteriormente se realiza el afino electroltico utilizando las placas de cobrecocido como nodo sumergidas en una disolucin sulfrica de sulfato de cobre;como ctodo se usa cobre puro. El cobre del nodo pasa a la disolucin y en elctodo se deposita cobre puro (pureza del 99,99%).

Extraccin hidrometalrgica.

Consiste en la reduccin por del de sus minerales en disolucin

acuosa. El material de partida contiene o que se disuelve con cidosulfrico y se hace burbujear hidrgeno en la disolucin obtenida.

C) Aplicaciones

Por su resistencia a la corrosin se usa para construir calderas, alambiques,monedas, cubiertas, fabricacin de plsticos, cables y lneas de alta tensin,pigmento de pinturas anticorrosin. Las dos aleaciones ms importantes son el

latn, una aleacin con cinc, y el bronce, una aleacin con estao


11/33


FICA Pgina 10

5.1.2 ESTAOA) Propiedades.

El estao es muy dctil y maleable a 100 C de temperatura. Funde a baja temperatura y tiene gran fluidez cuando se funde. Posee un

punto de ebullicin alto. El estao reacciona tanto con cidos fuertes como con bases fuertes, pero

es relativamente resistente a soluciones casi neutras. En presencia de aire se forma una fina pelcula invisible de xido de estao

(IV) [SnO2] que impide una posterior oxidacin. Este hecho se utiliza confrecuencia para recubrir con estao superficies de hierro, acero y cobre yevitar la corrosin de las mismas.

A temperatura ambiente es estable frente al aire y el agua. Si se calientafuertemente arde con llama blanquecina, produciendo SnO2.

B) Obtencin

Las rocas (principalmente casiterita) se muelen, lavan y mediante flotacin seeliminan las impurezas obteniendo un material rico en SnO2, que se tuestapara oxidar los sulfuros de hierro y cobre. Seguidamente se somete a unsegundo lavado para eliminar los restos de sulfato de cobre producidos durantela tostacin y se reduce con carbn a 1200C en un horno elctrico o dereverbero.

El estao fundido se recoge en la parte inferior y se moldea en bloquesconocidos como estao en lingotes. Los lingotes se afinan por electrlisis orefundindolos a temperatura moderada para separar el estao de lasimpurezas, que permanecen sin fundir.

C) Aplicaciones

En forma pura tiene pocas aplicaciones: nodos, condensadores y tapones.

Debido a su estabilidad y su falta de toxicidad se utiliza como recubrimiento demetales, como capa protectora para recipientes para conservar alimentos ybebidas. Se llama hojalata a la lmina de acero de bajo carbono (metal base)recubierta en ambas caras por una capa delgada de estao mediante unproceso electroltico. Como el estao se adhiere firmemente al metal base, lahojalata puede ser prensada, estampada, troquelada y doblada hasta darleformas complejas, sin que se desprenda la capa de estao. Esto consumeaproximadamente el 40% del estao


12/33


FICA Pgina 11

5.1.3 PLOMOConocido y utilizado en construccin desde la ms remota antigedad. Sunombre proviene del latn (plumbum).

A) Propiedades.

Es un metal muy pesado, dctil, maleable, muy denso yextraordinariamente blando.

Puede endurecerse por adicin de pequeas cantidades de antimonio uotros metales.

Tiene un bajo punto de fusin. Pobre conductor de la electricidad y el calor. Finamente dividido se inflama espontneamente al aire. Al aire forma rpidamente una capa protectora de color gris de carbonato

bsico que impide la corrosin posterior.

B) Obtencin.

El metal se obtiene a partir de los sulfuros minerales, los cuales se enriquecenmediante trituracin, flotacin y desecacin. El concentrado se tuesta ysinteriza en un horno para eliminar el azufre siempre presente, pasando unaparte del sulfuro a xido y otra a sulfato . En esta fase del proceso se obtiene y , que se

utiliza en la obtencin de cido sulfrico.Posteriormente se lleva a cabo una fusin reductora en hornos de cuba dondela temperatura es ms elevada y no hay entrada de aire, por lo que el propiomineral acta como reductor del xido y del sulfato . Formados anteriormente. El plomo fundidoobtenido se calienta al aire para oxidar las impurezas de arsnico, cobre yantimonio que forman una escoria que se separa fcilmente.

Finalmente se procede al afino para librarlo del resto de impurezas (cobre,

estao y arsnico, principalmente).C) Aplicaciones

Anteriormente fue muy utilizado para fabricar tuberas para conduccin deagua, pero, debido en parte a su toxicidad, ha sido sustituido ventajosamentepor el cobre y los materiales plsticos. Es muy efectivo en la absorcin desonido y vibraciones (insonorizacin de mquinas) y se emplea como blindajepara la radiacin en reactores nucleares y en equipos de rayos X. Bateras ypilas (se emplea el metal y su xido). Municiones y pirotecnia (nitrato de

plomo). Recubrimiento de cables.


13/33


FICA Pgina 12

5.1.4 OTROS METALESOro: El oro es un metal de color amarillo cuando se halla en bloque, verdosopor transparencia y negro o rojo en estado pulverulento. En los yacimientosprimarios, el oro nativo se encuentra en filones, cristalizado en el sistemaregular, formando octaedros y rombododecaedros, o en forma de granos,acompaado de cuarzo, pirita o baritina, principalmente. A causa de losfenmenos de meteorizacin de los yacimientos primarios, y por transporte ysedimentacin posteriores, el oro se encuentra tambin en yacimientossecundarios (arenas de los ros), asociado a otros minerales como el granate yel corindn, en forma de pepitas.

Plata: Conocida desde muy antiguo y utilizada siempre en joyera y comoartculo de intercambio o moneda, la plata es un metal blanco, muy brillante,sonoro, pesado (densidad 10,5), dctil y maleable, que se encuentra nativo y

combinado en diversos minerales. El proceso metalrgico de obtencin esprincipalmente el de cianuracin, y tambin el antiguo procedimiento decopelacin; el mtodo de amalgamacin ha cado en desuso. Se utiliza enjoyera, en contactos elctricos de aparatos de precisin, en recubrimientoselectrolticos y en la fabricacin de espejos.

Platino:El platino, conocido desde antiguo, es el ms preciado de los metalesusados en joyera. Se encuentra nativo, en forma de grnulos o escamas,aleado con el iridio, el osmio y el cobre en depsitos aluviales, y comocomponente de diversos minerales, por lo general en forma de arseniuro. Es un

metal blanco, brillante, dctil y maleable, muy pesado (densidad 21,4) y buenconductor del calor y de la electricidad.

Zinc: Este metal se presenta en la naturaleza en minerales de los cuales losms importantes son: la blenda o sulfuro de zinc (ZnS), la calamina o carbonatode zinc (ZnCO3), y el silicato de zinc (Zn2SO4). Como una derivacin yaplicacin de las obras del Santa, que actualmente se llevan a cabo, se planeala instalacin de una refinera electrltica en Chimbote destinada al tratamientode los minerales y productos concentrados de zinc, provenientes de las minas yfundiciones nacionales.

Aluminio: Es muy dctil; se encuentra en la naturaleza en muchascombinaciones. Las dos ms importantes son la bauxita, que es un hidratoalumnico mezclado con xido frrico y de la que se ha hecho mencin al tratarde la preparacin del cemento aluminoso fundido; y la criolita, mezcla defluoruro de sodio y de aluminio. El mtodo principal para extraer el aluminio desus minerales, es la electrlisis, la cual se efecta, principalmente sobre lacriolita fundida. El aluminio est prcticamente libre de la corrosin. Sudensidad es de 2.55 para piezas fundidas; y 2.75 para las laminadas. Su

conductibilidad elctrica vara entre 1/2 / 2/3 de las del cobre, etc.


14/33


FICA Pgina 13

Mercurio: Se encuentra ocasionalmente nativo y con mayor frecuenciaformando el sulfuro rojo o cinabrio, del que se extrae por tostacin al aire. Esun metal muy txico, incluso por absorcin cutnea o por inhalacin de susvapores. Con los metales forma las aleaciones denominadas amalgamas, y conlos compuestos carbonados, compuestos organometlicos. Se utiliza en lafabricacin de termmetros y barmetros, en electrotecnia y en la fabricacinde las lmparas de vapor de mercurio.

ESTAO: El principal mineral de estao es la casiterita u xido, (Sn02). Parasu metalurgia, el mineral se concentra primeramente y despus, refinndoseluego el metal. El estao es maleable, poco tenaz y poco dctil. Su densidad esde 7.3. El estao se usa en el estao, para la fabricacin de vlvulas deseguridad en las calderas, gasfitera, artculos de cocina, etc.

Hoja de lata:La hoja de lata u hojalata, es como ya se ha dicho una chapa defierro dulce o fierro negro revestida por una pelcula de estao. Se fabricanchapas de espesores que varan entre 0.24 y 0.65mm. Se venden en cajas quecontienen, por ejemplo, de 112 a 225 chapas, cada uno de 35 x 50 cm. Y conun peso neto, por caja de 25 a 70 kg.

ALEACIONES

Generalidades: una aceleracin es el ligamento, previa fusin, de dos msmetales, adquiriendo la aleacin propiedades intermedias entre las de suscomponentes, pero a veces otras nuevas.

a) Bronce: Aleacin de cobre y estao. La proporcin de cobre en laaleacin nunca es inferior al 75%. La de estao no debe de pasar del 10 12 por ciento si se desea evitar un alto coeficiente de fragilidad. Elcobre proporciona al bronce la dureza y resistencia, en tanto el estao leproporciona ligereza y trabajabilidad, al fluidificar el cobre y permitirleacceder a los extremos ms difciles del molde, al tiempo que retarda elenfriamiento de la pieza, evitando agrietamiento o tensiones excesivasen su superficie. En ocasiones, a esta aleacin se le adiciona una

pequea proporcin de plomo, para mejorar su comportamiento frente alagua, al tiempo que se facilita el trabajo para cincelarlo en fro.b) Laton: En tiempos remotos, al intentar los alquimistas crear

artificialmente metales preciosos, obtuvieron un metal amarillo que sesupuso era oro. Por casualidad haban fundido juntos cobre y cinc en lasproporciones adecuadas para formar lo que hoy conocemos como latn.El latn es ms resistente, ms duro y ms barato que el cobre. Poseelas propiedades para moldearse con facilidad y para resistir el desgastey la corrosin. Si se funden juntos cobre y cinc en proporcionesvariables, entre un 55 y un 63 por ciento de cobre y un 45 y un 37 porciento de cinc, respectivamente, la aleacin que se produce es la que


15/33


FICA Pgina 14

llamamos latn. Algunas veces se agregan pequeas cantidades deestao, hierro o nquel para producir diferentes clases de latn

c) Aleaciones de aluminio:Son muchas las que se usan en la industria,fabricndose aleaciones a base de aluminio con Cu, Zn, Mn, Ni, Etc.Solos o mezclados. Se les llama aleaciones ligeras. Citaremos elduraluminio, que es una aleacin con Cu, y pequea proporcin de Mn,y que da un metal de mayor resistencia que sus componentes (0.95 AL0.45 Cu + 0.05 Mn).

5.2 METALES FERROSOSLos materiales ferrosos o frricos son aquellos cuya constituyente base es elhierro (Fe). Sus aplicaciones son diversas: estructuras de todo tipo, mquinasherramientas, vehculos, etc.

Caractersticas principales: Superficie brillante, de color blanco azulado. Puntode fusin 1535C, aunque disminuye al aumentar el contenido de carbono.Elevada conductividad al calor y a la electricidad Elevada resistencia mecnica,maleabilidad y ductilidad. Densidad: 7.87 g/cm2

El hierro es un metal qumicamente activo (se combina con halgenos, S, P, Cy Si) y expuesto al aire se corroe formando el orn

Existen cuatro variedades alotrpicas del hierro (diferentes tipos de estructurascristalinas) estables a diferentes intervalos de temperatura y de contenido en

carbono, que condicionan sus propiedades.

Temperatura Formaalotrpica

Red cristalina Parmetro de lared

Hasta 768C BCC 2,86 .768C - 910C BCC 2.90 .910C - 1400C FCC 3,60 .1400C - 1535C BCC 2,93 .

5.2.1 FIERRO COCHINOLingote o hierro de primera fusin, es el material que se obtiene de laextraccin de minerales naturales de hierro. Los distintos nombres que recibeindican sus principales caractersticas, es decir que tiene muchas impurezas,que sirve para la preparacin subsiguiente de otros productos frricos, y que seobtiene de una fundicin primeriza de los minerales.

5.2.1.1 Principales minerales del hierroHematina roja, (Fe203).- Sesquixido de hierro.Mineral de color oscuro que

vara de negro a rojo-ladrillo. Contiene hasta 70% de hierro puro. Es muyabundante en la naturaleza y el ms importante en la obtencin de hierro.


16/33


FICA Pgina 15

Hematita parda o limonita, (Fe2O3 H20).- mezcla de hidrato y oxid frrico.Vara en color desde el pardo oscuro hasta el pardo amarillento. Como laformula qumica lo indica contiene agua combinada qumicamente, la cualpuede llegar hasta un 14.5 %. Es una de las pocas sustancias amorfas queexisten en el globo. Este mineral puede tener hasta el 60% de hierro puro; peroel ms abundante solo alcanza a 40 50%.

Magnetita, (Fe304).- Oxido ferroso-frrico.-Es el mineral ms rico y tambinel ms duro, presentndose en forma granular. Contiene hasta 72% de hierropuro. Con frecuencia se encuentra acompaado de xido de titanio, comaimpureza, que es muy difcil y costoso de eliminar porque en este caso elmineral resulta desmejorado.

Siderita, siderosa o hierro esptico, (Fe CO3).- Carbonato de hierro. Esmineral gris o de color pardo; contiene 48% de hierro. Este mineral expuesto ala intemperie se trasforma en limonita y tambin en hematina roja. Su nombrese deriva de la voz sideros que significa hierro, en griego.

5.2.1.2 Tratamiento preliminar de los minerales de hierro.Los minera1es ricos no necesitan tratamiento antes de pasar a Los hornos,pero los dems requieren acciones preliminares previas a su fundicin.

Entre los tratamientos previos se encuentra la trituracin de los minerales atrozos menudos; el lavado, para eliminar las tierras. Y fangos; y la calcinacin o

calentamiento a fin de hacer perder el agua anhdrido carbnico. Otras vecesse oxidan las gangas; y cuando el mineral contiene azufre se le tuesta paraeliminar esta impureza, pero solo se pueden emplear minerales que contenganazufre en pequea cantidad.

5.2.1.3 Fundicin del hierro.La fundicin de minerales de hierro o sea su transformacin en arrabio sepractica en hornos, en los cuales se obtiene el calor quemando combustible ytambin por medios elctricos. A los primeros por sus dimensionesexcepcionales se les llama altos hornos; y a los segundos, hornos elctricossimplemente, y a la industria respectiva electro-siderurgia.

Tanto en un sistema como en otro, lb que se persigue es reducir los xidos porel H, o por el CO; y adems conseguir la desfosforacin y desulfuracin de losminerales. Son pues impurezas del hierro; el 0, P, S y As. Estas purezas, enmayor o menor grado, lo hacen quebradizo.

Por el contrario, para mejorar sus cualidades se le aade exprofeso: C, Si, Mn,Ni, Cr, W, Mo, V y Co.


17/33


FICA Pgina 16

Altos hornos.- Son enormes cavidades metlicas o de albailera de 20.00 a30.00 m. de altura, revestidas interiormente con ladrillos refractarios bsicos.Presentar la forma de dos troncos de cono unidos por sus bases. Por la parteinferior se impele una fuerte corriente de aire, por tubos especiales llamadostaberas, que tiene por objeto facilitar la combustin.

Ya se ha dicho que por las toberas se inyecta en el horno aire, el que porrazones de economa y metalrgicas, se calienta previamente, pero para estainyeccin se aprovecha aire puro mezclado con los gases que se escapan delmismo horno, los cuales son combustibles.

En el dibujo adjunto se da el proceso qumico que sufre el mineral en sudescenso, y que es precisamente el que motiva la gran altura del horno, lastemperaturas desarrolladas en su interior, y algunos otros detalles del horno.

En todas las plantas modernas de estos hornos, se utilizan los gasesdesprendidos de ellos no solo para calentar el aire que va a las toberas, comoya se ha dicho, sino que se les destila obtenindose diversos productos comogas de alumbrado, amoniaco, etc. Segn la clase de combustible empleado.Las escorias se aprovechan para la fabricacin cementos pobres, y tambincomo agregados gruesos para la preparacin de concretos.

Hornos elctricos de fundicin.- En los ltimos aos ha comenzado aemplearse la electricidad para generar calor en loa hornos de fundicin, perocon esta energa se usa siempre carbn, el que acta principalmente comoreductor; tambin se usan los fundentes. La proporcin de carbn necesario esmenor, estimndose que llega a ser un tercio de la que requieren los altoshornos.

La fundicin del metal se obtiene por el calor desarrollado por un arco voltaicoque salta entre electrodos de carbn.

La electro-metalurgia del hierro es relativamente moderna y todava son poconumerosas las instalaciones existentes; pero se asegura que se han obtenidobuenos resultados con ellas.

5.2.2 HIERRO COLADOHierro colado, hierro fundido o fundicin, es aquel que contiene tanto carbn, osu equivalente, que no es maleable prcticamente a ninguna temperatura.

Tambin se le define diciendo que es el que contiene de 2 4% de carbn,variando este porcentaje segn la proporcin de Si, P.S Mn.


18/33


FICA Pgina 17

5.2.2.1 Fabricacin,El hierro colado se obtiene refundiendo hierro cochino, o sea sometiendo alarrabio a una nueva fundicin, Esta operacin se practica en hornos quepueden ser de dos c1ases de cubilote y de reverbero.

Los hornos de cubilote estn formados por un cilindro revestido interiormentepor ladrillos refractarios, dentro del cual se carga el hierro cochino, elcombustible y un fundente. Con frecuencia se adicionan a la carga trozos defierro fundido o desperdicios de este material. Como combustible se usa depreferencia el cok y muchas veces mezclas de cok y antracita Como fundente se emplean piedras calcreas.

El funcionamiento de estos hornos es muy similar al de los altos hornos, As elcubilote o cpula, tiene en su parte inferior toberas para inyeccin de airecarburante, y compuertas para la extraccin del metal fundido y salida de lascenizas y escorias. Muchos de estos hornos son de produccin continua, puesla carga se realiza por la boca superior Sea la opuesta. a la descarga y limpiadel horno.

Los hornos de reverbero se componen de un hogar que tiene a uno de suslados la caja de fuego y al opuesto la chimenea, El hogar es de forma achataday en l se coloca el metal por fundir; en este hogar reverberan o reflejan lasllamas, y de all el nombre que recibe el horno. Las llamas o fuego que seproducen en las parrillas pasan por el hogar y son atradas por la chimenea por

donde se escapan al exterior los humos y gases.

5.2.2.2 Clases de fierro fundidoFundicin gris. La mayor parte del contenido de carbono es separadodespus de la solidificacin, en forma de grafito a consecuencia de la accindel silicio, Es posible influir en la separacin del grafito elevando la temperaturade colada, La superficie de la fractura de esta clase de fundicin es de colorgris. La fundicin gris se prepara en hornos de cubilote, y sirve para piezas demaquinaria.

Fundicin blanca.En esta fundicin casi todo el contenido de carbono estcombinado en forma de Fe3C a consecuencia de un gran contenido demanganeso. El material es ms duro y ms quebradizo que en la fundicin gris.El color de la superficie de fractura es blanco. La fundicin blanca se prepara,de preferencia en hornos de reverbero; se emplea como preparacin paraobtener despus acero y para fabricar piezas duras.

5.2.2.3 Aplicaciones del hierro fundido.-

De acuerdo con los caracteres que hemos indicado, de ser frgil y no maleable,se usa el fierro colado en aquellas piezas estructurales o de maquinaria, que no


19/33


FICA Pgina 18

trabajan a la flexin, que resisten esfuerzos debeles de este carcter. Seemplea por ser ms barato que otras clases de hierro aceros, comoconsecuencia de que su preparacin es la ms simple y econmica en sidurgia:por otro lado, resiste mejor que otros hierros y aceros la accin del fuegodirecto y humos, as como la de los cidos.

Los principales usos del fierro colado son en fumistera (hogares y chimeneas):fabricacin de tubos; piezas de maquinaria de mediana resistencia, comobases y soportes, o de alta resistencia como cilindros de locomotoras a vapor,motores a vapor, a gas, motores de presin; cilindros para laminar, etc.

Resistencia mecnica de la fundicin.

Los siguientes sonlos coeficientes

usuales

Kg/mm2 Traccin Flexin Dureza

Fundicincorriente paramaquinaria

12 24 120 160

Fundicin especial 20 40 180 200

Fundicin deprimera categora

26 46 200 220

Los coeficientes anteriores de traccin y flexin representan esfuerzos a larotura; los de dureza, segn ensayo de Brinnell, es decir de imprenta de bola

de acero. La resistencia del fierro fundido a la compresin es notablementealta, estimndose en unas 4 veces de la traccin. Se considera que la fundicinblanca es uno de los metales de mayor resistencia a la compresin.

5.2.3 FUNDICION MALEABLEEs aquella, que como su nombre lo Indica es flexible, dctil y puede laminarse.En la industria siderrgica se da en general el epteto de dulce, a aquel metalque es ms blando que otro, o que es dctil y maleable, por esta razn a estaclase de fundicin se le llama tambin fundicin dulce.

Se prepara fundiendo un lingote de caracterstica pobre en Si y Mn,colocndolo en moldes de arena, obtenindose a causa de la dbil proporcinde Si una fundicin blanca. Los objetos fundidos se descarburan recocindolos,envolvindolos previamente en una masa oxidante, generalmente formada pormineral de hierro.

5.2.4 HIERRO FORJABLEEl hierro forjable se llama tambin hierro dulce y hierro pudelado. El hierrodulce, es pues un metal dctil, tpico, Contiene aproximadamente 99% dehierro puro, con so1o 0.1% de carbono. Conviene adems que el fsforo no


20/33


FICA Pgina 19

exceda de 0.25% y que el azufre no llegue al 0,05%, Un exceso de fsforoproduce un metal agrio en fro, es decir, quebradizo; y el azufre le comunica. Lamisma propiedad cuando el hierro se calienta al rojo.

Otra caracterstica importante del hierro dulce es que su estructura es fibrosa y

contiene comnmente fibras de escoria que nunca son totalmente eliminadaspor el trabajo mecnico.

5.2.4.1 Transformacin mecnica del hierro forjable.Laminado. Se puede practicar en caliente o en fro. La operacin consiste enpasar las lupias a travs de Juegos de rodillos que paulatinamente van dandoel perfil requerido. Por laminado en caliente se fabrican rieles, durmientes,hierros de ngulo, viguetas, chapas de palastro, etc. El laminado en fro se usaprincipalmente para la fabricacin de flejes o cintas de metal, etc.

Estirado.Esta operacin se practica tambin en caliente o en fro. En calientese usa para fabricar tubos llamados tambin soldados; y en fro para la manofactura de alambres de dimetro inferior de 5mm. Tambin como en el caso dellaminado la manufactura consiste en hacer pasar el metal, en bruto, a travs deunos rodillos que lo estiran longitudinalmente. Las mquinas para fabricaralambres por este sistema se llaman hileras, y consisten en una plancha deacero duro con agujeros decrecientes por los cuales va pasando el hilo,saliendo cada vez ms delgado.

Forjado.Es tambin otro de los sistemas empleados para producir las piezasde hierro. El forjado se puede hacer en caliente, y entonces se usa el martillo ola presa. Tambin se moldea en caliente con estampas, que no son sinomatrices que se golpean a mano.

5.2.4.2 Perfiles comerciales.Por medio de las operaciones reseadas en el prrafo anterior semanufacturan los siguientes perfiles principales:

a. Hierro de ngulo de alas iguales,b. Hierro de ngulo de alas desiguales.c. Hierros o viguetas doble Td. Hierro en canal o U.e. Hierro en T sencilla,f. Viga H, o T de ala ancha,g. Viga con nervio, llamada tambin bao, usada en construcciones navales,h. Hierro Zors,i. Viga en Z.

j. Angular con nervio, usado en coches de ferrocarril,k. Hierro Zors.


21/33


FICA Pgina 20

5.2.4.3 Estructura del hierro dulce y su resistencia.La estructura del hierro forjado, observada en la fractura, aparece fibrosa olamelar, lo cual es el resultado de la laminacin y del forjado del material enbruto; pero el mismo metal, examinado al microscopio, resulta compuestode granos cristalinos.

La resistencia del hierro dulce a los esfuerzos esta influenciada por ladireccin de las fibras, pudindose decir que esta direccin influye tantocomo en la madera, As, a la tensin, la resistencia en direccin normal a lade las fibras es de 60 a 90% de la resistencia en sentido longitudinal,sucediendo lo mismo en los esfuerzos de compresin, esfuerzo cortante,etc.

Un coeficiente usual de resistencia a la traccin, para el hierro forjado es de33 a 40 kg/mm2, a la rotura, en direccin del laminado; y de 28 a 35kg/mm2, para los esfuerzos en sentido perpendicular.

5.2.4.4 Soldado del hierro dulceUna de las propiedades ms importantes que posee el Hierro forjado, es lade soldarse a s mismo, cuando las piezas por unir son calentadas a altatemperatura, pero sin que se llegue a la fusin. La soldadura es efectuadagolpeando a mano la unin, con martillos o combas, o por medio de martillo-piln, y tambin por prensa.

Esta soldadura es posible, en primer lugar, por la ausencia de impurezas, ydespus por la propiedad que posee el fierro forjado de permanecer enestado maleable con grandes cambios de temperatura, es decir que no seendurece tan rpidamente como baja la temperatura o se enfra la unin.

5.2.5 ACEROEs aquel fierro que es maleable a determinada temperatura, y que posee

suficientemente proporcin de carbono para endurecerse fuertementecuando sufre un enfriamiento rpido. La proporcin de C en los aceros varade 0.10 a 1.5%.

5.2.5.1 ClasificacinLos aceros se clasifican, principalmente, desde tres puntos de vista:

A) Por el mtodo de manufactura o proceso metalrgico:1. Por carburacin del hierro forjado:

a) Apero al crisol.


22/33


FICA Pgina 21

b) Acero de cementacin.

2. Por descarburacin del hierro cochino:

a) Acero Bessemer.

b) Acero Martn-Siemens.

c) Acero Elctrico.

d) Acero duplex, triplex, etc.B.- Por el empleo del acero:

Acero de remaches.

Acoro estructural.

Acero para ejes.

Acero para cables, etc.

B) Por la composicin qumica del acero:1. Segn el porcentaje de C:

a) Acero suave 0,10 a 0.20 %

b) Acero medio 0.20 a 0.40 %

c) Acero duro 0,40 a 0.70 %

d) Acero muy duro 0,70 a 1.50 %.

2. Por las aleaciones especiales:

a) Acero al nquel.

b) Acero al manganeso, etc.

5.2.5.2 Manufactura del acero.

Fabricacin al crisol.En un crisol de ladrillos refractarios se coloca hierroforjado y algo de carbn vegetal y minerales de manganeso y se someteesta carga a una fuerte temperatura, capaz de fundir el hierro, por dos o treshoras. Cuando el crisol deja de desprender abundantes gases y cesa laebullicin del metal fundido se da por terminada la operacin. El metallquido se echa en moldes para formar los lingotes.

Fabricacin por cementacin.El fundamento de este mtodo como el delanterior, consiste en hacer absorber carbono al hierro dulce paratransformarlo en acero. Se realiza colocando el fierro forjado y carbn de

palo en un convertidor, que es un recipiente de ladrillos refractarios. Seenciende la carga y se eleva la temperatura a 700, durando la operacin de


23/33


FICA Pgina 22

7 a 12 das. Despus se deja enfriar lentamente el hierro que se hatransformado en acero.

Acero Bessemer.El principio de la fabricacin del acero por este mtodoest basado en la oxidacin del C y otras impurezas que pudiera contener

el hierro cochino. Para el efecto se hace pasar un chorro de aire fro atravs de la masa fundida de arrabio; operacin que se practica en unconvertidor

Acero Martin-Siemens. Esta clase de acero se llama tambin de hogarabierto, denominacin que se usa mucho expresarla en ingls: open

hearth. Para preparar te tipo de acero se inyecta masa fundida de arrabio

una mezcla gaseosa carburante. La accin del gas se realiza en un hornomuy similar al de reverbero, construido de ladrillos refractarios.

Proceso elctrico.Su fundamento qumico es el mismo que el del mtodode hogar abierto, pero en este caso se reemplaza el gas carburante por laelectricidad. La corriente elctrica suministra, pues, el calor necesario pararealizar la oxidacin, no requirindose oxigeno adicional

Proceso Duplex. Consiste en realizar la fundicin, primero en unconvertidor Bessemer cido, y despus pasar el acero en gestacin a unahorno de hogar abierto, bsico. En este ltimo se agrega un elemento derecarburizador. Las principales ventajas de este sistema estn en que sepuede beneficiar un arrabio, con ms alto porcentaje de fsforo, y que esmenor el tiempo necesario para la fundicin total.

Proceso Triplex. Con este nombre se denomina en la industria siderurgicasla preparacin del acero en tres etapas que pueden ser, por ejemplo;primero en un convertidor Bessemer, seguir despus con un horno de hogarabierto, y por ltimo terminar con el horno elctrico.

5.2.5.3 Tratamiento trmico del acero.Para que el acero pueda ser usado en las mltiples aplicaciones que tiene

en la industria se hace necesario someter a los lingotes, provenientes de loshornos de fundicin, a tratamientos posteriores en los cuales se intensificano caracterizan las propiedades que se desean aprovechar.

Los tratamientos posteriores del acero, por el calor, ms importantes son: eltemple, el revenido, la cementacin, y el recocido.

Temple. Es la operacin por la cual mediante un enfriamiento brusco o muyrpido el acero calentado previamente, se eleva su resistencia, volvindoloduro quebradizo, desarrollndose tensiones en su interior.


24/33


FICA Pgina 23

El temple se realiza como se ha dicho calentando la pieza de acero atemperatura conveniente, y sumergindola despus, violentamente, en unlquido.

Revenido. En el calentamiento del acero templado, a fin de reducir su

fragilidad y elevar al mismo tiempo su resistencia. Para el revenido secalienta el acero a temperatura que oscila entre 100 y 700; realizando estecalentamiento por contacto con una plancha, de hierro o por unprocedimiento similar.

5.2.5.4 Materiales de ConstruccinCementacin: Consiste en calentar la pieza de acero envolvindolapreviamente en una sustancia capaz de ceder carbono. Este proceso seefecta de preferencia en aceros al carbono dulce y aceros al nquel ocromo. nquel. Como materia que cede carbono carbono se emplea elaserrn de cuero y prusiato.

Por la cementacin se carbura la superficie de la pieza que adquiere grandureza y puede templarse, mientras que el interior conserva su elasticidadprimitiva.

Recocido:Es la operacin de calentar las piezas de acero para destruir lastensiones desarrolladas por el temple. Se diferencia de ste en que elenfriamiento se hace lentamente.

Tratamiento mecnico del acero, para el aprovechamiento del acero en laindustria, se le puede someter al mismo tratamiento mecnico que se hadescrito para el hierro dulce, es decir, laminado, estirado y forjado. Tambincomo en el caso del hierro dulce, dada una de estas manipulaciones sepuede realizar en fro o en caliente.

5.2.5.5 Soldadura del hierro o del acero1. Soldadura elctrica:

a. Mtodo de Thompsom: El procedimiento est basado en laresistencia que ofrece un circuito. Consiste en apretar fuertemente lasdos superficies que se van a soldar y hacer pasar una corriente de granintensidad y poca tensin, hasta conseguir una temperatura suficientepara la soldadura; entonces se interrumpe la corriente y se mantiene lacompresin de las superficies reblandecidas el tiempo que seanecesario.


25/33


FICA Pgina 24

b. Soldadura por arco elctrico:Consiste en conectar uno de lospolos del dinmico a las chapas por soldar, y el otro a un electrodo decarbn, que se mueva lentamente y a corta distancia sobre la lnea quemarca la soldadura por realizar; se hace saltar as un arco elctrico queva fundiendo el metal y rellenndose la unin por si sola.

2. Soldadura aluminio-trmica:se ha empleado para soldar los rieles delos tranvas en Lima. Para realizar esta unin, las dos plazas que se van asoldar se colocan dentro de un crisol; en el caso de los rieles, las doscabezas por unir se cubren por dos piezas que se pegan a los rieles, comoaclisas, y que dejan una oquedad para formar el crisol. En este crisol seenvuelve la junta con una mezcla ferrosa-frrica y aluminio en polvo; estamezcla se inflama con una cinta de magnesio. Se produce una reaccinexotrmica y una reduccin suficiente para fundir el hierro y la almina. Este

sistema se llama entre nosotros thermit y termita en otros pases. Elsoldador de este tipo produce una temperatura de 3,000.

3. Soldadura autgena: Consiste en caldear la junta por medio de unsoplete hasta obtener la soldadura por fusin de los bordes de las piezaspor unir. En el caso de chapas delgadas basta la accin del soplete; perocuando se trata de chapas o hierros gruesos se hace necesario agregarmetal que se proporciona por medio de una varilla que se va fundiendo amedida que progrese la soldadura.

Los sopletes de soldadura autgena se utilizan tambin para cortar hierro oacero, cualquiera que sea el espesor o dureza de las piezas. Para ello secomienza por calentar la lnea de corte con la mezcla usual y despus secierra la admisin de H acetileno segn los casos, y se proyecta un chorrode 0 puro que produce una fusin instantnea del metal.

En este tipo de soldadura se emplea dos clases principales de sopletes;pero en ambos lo que se persigue es obtener una llama fuertementereductora, lo que se consigue con un exceso de hidrgeno, o de acetilenorespectivamente.

a) Soplete oxhdrico: Se usa una mezcla de oxgeno y de hidrgeno.Origina una temperatura de 2,000 a 2,500.

b) Soplete oxi-acetilnico: El soplete acta con una mezcla deoxgeno y acetileno (C2H2). El acetileno se prepara en un gasgeno, esdecir, un horno de cuba, en el que se hace actuar agua sobre carburo decalcio (C2Ca). Produce 3,000 de temperatura.

4. Soldadura con gas de agua:Se usa especialmente para la unin de

chapas gruesas. Este gas se mezcla con aire atmosfrico en la proporcinde dos volmenes de gas por cinco de aire, y se aplica a las piezas por


26/33


FICA Pgina 25

soldar con un mechero o por medio de soplete. El gas de agua se preparaen un gasgeno, en el cual se hace pasar una corriente de vapor de agua atravs de una capa de carbn de piedra incandescente.

5.2.5.6 Propiedades mecnicas del aceroLas propiedades fsicas y mecnicas del acero dependen principalmente desu composicin qumica, del mtodo de su manufactura, del tratamientocalorfico, y por ltimo del trabajo mecnico.

Influencia de la composicin qumica: Los elementos que influyen sobre laspropiedades del acero son el C, Si, S, P, Mn. En el acero existen otroselementos pero ellos no ejercen influencia apreciable en la prctica, estotratndose de los aceros al C, porque en los aceros aleados, se acentanalgunas de sus caractersticas como se ver al tratar de los aceros al Ni,Mn, V, Cr, etc. el C es el elemento que ms influye en las propiedadesfsicas del acero. Ya se ha dicho que de acuerdo con la proporcin de C losaceros y sus cualidades son las siguientes:

Acero Proporcin de C. Caractersticas

BlandoMedioDuro

Muy duro

0.10 0.200.20 0.400.40 0.70

0.70 1.20

No templable. Fcil de soldar.Difcil de templar. Soldable.Templable. Difcil de soldarTemple fcil. No soldable

La influencia del C sobre las resistencias se expresan por las siguientesecuaciones:

Punto de fatiga:Resistencia de tensin a la rotura:

21+ (35x%C)kg/mm2.

Acero cido hog. Ab. 52+ (76x%C) kg/mm .Acero bsico hog. Ab. 32+ (63x%C) kg/mm2.

La influencia del fsforo y manganeso se expresan por las siguientesrelaciones, relativas a los esfuerzos de tensin a la rotura en kg/mm2.

Acero cido de hogar abierto:

28 + (48x%C) + (70x%P) + (56x%CMn) Acero bsico de hogar abierto:

27 + (47 x%C) + (70x%P) + (6x%Mn) + (28x%CMn)

El Si en proporcin mayor a 0.25% que es la usual, incrementa la dureza, el

punto de fatiga y la resistencia de rotura a la tensin.


27/33


FICA Pgina 26

El S debe estar en proporcin menor de 0.06% para los buenos aceros;mayor proporcin influye desfavorablemente en los aceros calientes por quelos hace quebradizos; en aceros fros esta proporcin mayor no ejerceinfluencia apreciable.

El P en pequea proporcin aumenta ligeramente la resistencia del acero;pero es un elemento daino porque lo hace muy quebradizo e incapaz deresistir golpes o choques; un buen acero rara vez contiene ms de 0.70%.

El Mn en pequeas cantidades incrementa ligeramente la resistencia; peroen cambio aumenta la dureza y maleabilidad en fuerte proporcin. Losefectos del Mn sobre el acero son proporcionables a la cantidad de C queste contiene. Un acero que tiene ms de 6% de Mn se llama ya aceroaleado al Mn.

Resistencia a la tensin:el lmite elstico a la tensin es de 50 a 60% dela resistencia a la rotura y vara entre 18 y 24 kg/mm2, de acuerdo con laclase de acero. El punto de fatiga, a la tensin, es usualmente 2 4kg/mm2. Ms que el lmite elstico.

La resistencia de rotura a la tensin variada de 32 a ms de 140 kg/mm2,segn la clase de acero.

El mdulo de elasticidad a la tensin es de 20, 000 a 21, 000 kg/mm2, y esprcticamente constante para todad clase de aceros.

Resistencia a la compresin:El lmite elstico y el mdulo de elasticidad,a la comprensin son prcticamente los mismos que a la tensin.

El mdulo de elasticidad para el esfuerzo cortante es alrededor de 8,500kg/mm2, para todas las clases de acero.

Dureza del acero: Como dureza del acero se pueden considerar variosconceptos, como por ejemplo, la propiedad que tiene una cuchilla paraconservar su filo de corte, despus de haber sido usada, las resistencia de

las ruedas y rieles de un F.C. al desgaste por la rodadura de las unas sobrelos otros, la resistencia al desgaste por frotamiento, resistencia a la accindel mellado, etc., y de resistencias. Solo mencionaremos dos de los msusados; el de la impronta de bola de acero o de Brinell, y el del taladro deBauer.

Coeficientes de trabajo en el acero estructural: El coeficiente de trabajoque se debe adoptar depende de la clase de acero, en primer lugar, ydespus de las caractersticas de la sobre carga. Por su puesto, estoscoeficientes nunca excedern el lmite elstico del acero por el contrario lo

usual es tomar como coeficiente de trabajo la mitad de aquel lmite.


28/33


FICA Pgina 27

Aceros de aleacin: Aceros de aleacin, aceros compuestos, acerosespecialidades o aleaciones de acero, son los diversos nombres que se ledan a aquellos aceros a los cuales se les ha agregado un metal con elobjeto de comunicarles ciertas propiedades notables, que se acentan yasea reconocindolos, o ya sea templndolos.

Las principales aleaciones de la cero son: nquel, manganeso, vanadio,cromo, silicio, aluminio, tungsteno, molibdeno, cobalto y cobre.A los otrosaceros que no contienen los elementos enunciados se les llama, como yase ha dicho varias veces, aceros A1 C.

Aceros al nquel: Una adicin de nquel al acero de carbn en unaproporcin aproximada de 3.5%, aumenta su lmite elstico de una maneraapreciable; tambin se incrementa la resistencia a la oxidacin y laresistencia elctrica. El acero al nquel tiene una permeabilidad magnticasuperior a la del hierro dulce.

Acero al vanadio: tiene una proporcin de 0.1 0.6% de vanadio. El V leda el acero un mayor lmite de elasticidad y una mayor resistencia, sindisminuir su ductibilidad; por esta razn se usa esta clase de aleacincuando se desea compacidad y resistencia a los choques.

Acero al cromo: Contiene de 1.5 2.0% de Cr, y 0.8 2.0% de C. Elcromo le da al acero una resistencia excepcional a la oxidacin, por lo quese le usa en cuchillera.

Aceros a la silicie, al aluminio:los aceros de estas aleaciones tienen lasmismas propiedades que los aceros al nquel. Se usan en piezas demaquinaria elctrica y en taladros.

Aceros al tungsteno, cobalto y molibdeno: el W el Co se emplean enproporcin de 3.0 5.0%; el Mo, de 0.30 3.0%. las propiedades deresistencia a la tensin aumentan en estos aceros, as como el lmiteelstico; pero son de ductibilidad baja, aunque de gran dureza. Se usan enherramientas para cortar, tales como sierras, brocas, etc.

Aceros al cobre: contiene de 1.0 a 4.0% de Cu. Estos aceros tienen lamisma resistencia que los aleados al nquel; pero resultan ms quebradizosy menos dctiles. El Cu le da al acero mayor resistencia elctrica.

5.2.6 ALAMBRES Y CABLESEs el hilo metlico que forma una sola unida; y cable, el que est constituidopor varias unidades o conjuntos de alambres; tambin se designa con elnombre de cable, a todo aquel elemento de este gnero, que a soportar

esfuerzos adicionales de tensin. Algunas veces, los cables metlicos de cortalongitud y destinados a maniobras, reciben el nombre de cabos.


29/33


FICA Pgina 28

Los alambres se clasifican:

Por su composicin metlica; alambres de fierro negro, de fierro galvanizado,etc.

Por procedimientos especiales de fabricacin: estirado en fro, laminado enfro, recocido, templado, quemado, etc.

Por su seccin transversal: redondo, semi-circular, ovalado, cuadrado, enestrella, etc.

Por su aspecto exterior o presentacin: barnizado, aceitado, de pas, dehilos torcidos, plano torcido, arrollado en espiral, etc.

Por sus usos: alambre para cercas, para clavos, para resortes, paraelectricidad, para telgrafos y telfonos.

Los alambres se venden en el mercado en rollos y en carretes y se cotizan porlongitud y ms comnmente por unidad de peso.

5.2.6.1 Cables metlicos.Estn formados como ya se ha dicho, por varios alambres. Los alambres semanufacturan retorcidos o trenzados en disposicin de hlice formando lostorones, los que a su vez son torcidos constituyendo el cable mismo. El espacioo ncleo que dejan los torones, en el eje, y en ocasiones los alambres de cada

torn, son rellenados con camo o yute y materiales similares. Tambin esteespacio puede estar ocupado por un alma de alambres. Los torones puedenser circulares o achatados

5.2.6.2 EspecificacionesLas especificaciones tcnicas, o condiciones que deben satisfacer los cables,son diversos de acuerdo con la clase de cable que se considera y su empleo.Cuando se trata de cables destinados, a izar, arrastrar o transportar cargas, losfabricantes proporcionan siempre la resistencia de tensin a la rotura de cada

tipo de cable.

En el caso de que se trate de cargas simplemente, el coeficiente usual detrabajo es de 1/5 de la carga de rotura; pero este coeficiente baja a 1/7 y an a1/10 cuando se trata de cables de pozos de minas y ascensores destinados apersonas. En cambio el coeficiente de 1/5 puede aumentar algo cuando setrata de cables fijos o vientos

6 APLICACIONES INDUSTRIALES

Los productos siderrgicos tienen una numerosa y verstil aplicacin.


30/33


FICA Pgina 29

Son elementos resistentes en las estructuras, integrantes de las

instalaciones o bien piezas decorativas.

A) Fundicin: Su aplicacin ms importante, de acuerdo a algunos

autores, es el afino para transformarla en acero o en hierro dulce.

Se emplea, adems, en la obtencin de piezas moldeadas como

tubos, usados mayormente en la conduccin de agua potable; piezas

especiales de fontanera, como codos, reducciones, etc.; Columnas,

las cuales en la actualidad han sido sustituida por perfile; piezas

ornamentales.

B) Hierro Dulce: Los comunes se usan en perfiles, los ordinarios en

trabajos de cerrajera, los finos en piezas en general y los extrafinos

en piezas metlicas.

C) Acero:Segn el contenido de carbono los aceros se clasifican en

extradulce, muy dulce, dulce, semiduro, duro, muy duro, y extraduro.

El acero extradulcese emplea para fabricar clavos y remaches.

El acero muy dulce se emplea en la fabricacin de piezas de

construccin como varilla y perfiles.

El acero dulcese destina a la confeccin de piezas de mquinas y

tornillos.

El acero semidurose utiliza en la fabricacin de piezas mecnicas

de carros.

El acero duro se utiliza en la fabricacin de carriles grandes,

resortes, martillos, cuchillos, ejes y muelles sencillos.

El acero muy duro tiene su principal aplicacin de carriles

pequeos, resorte de gran resistencia, cuchillos finos y sierras.

El acero extraduro tiene su principal utilidad en la confeccin de

herramientas.

La diferencia principal en esos aceros consiste en el porciento de

carbono que contiene. Los aceros extradulce son los que menos por

ciento de carbono contienen, mientras que los extraduro son los que

ms cantidad de carbono contiene y tambin mayor resistencia ydureza.


31/33


FICA Pgina 30

Los aceros tambin se clasifican atendiendo al procedimiento de

obtencin, a sus usos y al elemento aleado que los acompaan.

Atendiendo al proceso de obtencin se clasifican en: Bessemer,

elctricos y duplex.

Por el uso en acero estructural, acero naval, acero de remaches, etc..

Y por medio de elementos en aleacin en aceros Slice, acompaado

de Si, es de alta resistencia y bajo peso; acero manganeso,

acompaado de Mn; acero cromo, aleado con Cr, conocido

comnmente como acero inoxidable por tener esa propiedad; acero

nquel, acompaado de Ni


32/33


FICA Pgina 31

7 CONCLUSIN: Se logr tener mayor conocimiento acerca de los metales.

Los metales son elementos abundantes en la naturaleza que poseen

excelentes propiedades para la construccin.

Se concluye tambin que los metales, en especial el acero posee

mltiples usos y todas nuestras estructuras cuentan con acero de

diferentes clases y proporciones, adems posee muchas otras

aplicaciones.


33/33


FICA Pgina 32

8 BIBLIOGRAFA: Manual completo de materiales de construccin. Ing. Mara Gonzales

El concreto y otros materiales para la construccin. Libia Gutirrez de

Lpez

Materiales de la Construccin. Ing. Alberto Regal M. Lima-Per

http://campus.usal.es/~delcien/doc/GA.PDF

http://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla

http://www.unl.edu.ec/educativa/wp-

content/uploads/2010/06/RELIEVES-Y-VOLUMENES.pdf

http://boletines.secv.es/upload/198524395.pdf

http://www.digibis.com/digimus_demo/es/concepts/50379.html

http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/arcillas.htm
http://campus.usal.es/~delcien/doc/GA.PDFhttp://campus.usal.es/~delcien/doc/GA.PDF

Materiales Metales Final

Documents

Transcript of Materiales Metales Final