MATERIALES INDUSTRIALESTRABAJO COLABORATIVO 2

PRESENTADO POR:LILIANA GONZALEZ EFREZGINA MILENA DIAZ SERRANOYASMETH LILIANA BARBOSAYULY ALEJANDRA RAMIREZ

GRUPO: 256599_ 69

PRESENTADO A: EDWIN RA RAMREZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIALOCTUBRE DE 2014

INTRODUCCINA travs de la historia el hombre ha encontrado la forma de dar solucin a las necesidades de su entorno, como lo ha sido la vivienda, la alimentacin el vestido, para ello ha tenido que aprender a utilizar los materiales que les permiten mejorar su calidad de vida a travs de la transformacin de los mismos en herramientas que han permitido que la sociedad evolucione.En la actualidad el acero es la columna vertebral de la industria, ya que es un material que es de fcil acceso y bajo precio. Adicionalmente la mayora de los productos contiene como componente el acero.En este trabajo se pretende dar a conocer de una manera generalizada los distintos tipos de materiales disponibles para comprender un poco de su comportamiento, sus capacidades y poderlos aprovechar de una manera ms eficiente, as como ampliar el panorama de las personas de la ingeniera en materiales y su relevancia en la industria. . El tema que ms se aborda en este trabajo es referente a los metales, tales como la Fundicin gris, Fundicin blanca, Hierro maleable, Aceros, Aluminio, Cobre, Magnesio, Nquel, Plomo, Estao y Zinc. Se mencionan sus propiedades, sus usos tpicos y los tipos de estructuras.

OBJETIVOSGENERALAnalizar y comprender Las propiedades fsicas de los materiales industriales, tales como temperatura de fusin, su composicin y las estructuras. ESPECFICOS Investigar la importancia de los materiales industriales y las aleaciones. Establecer canales de comunicacin con todos los actores que interviene en el curso aplicando el mtodo Gunawardena. Reconocer los cambios que genera la temperatura en los materiales. Reconocer los procesos de transformacin de los materiales en su fabricacin.

2. Diagrama de fase de sustancias puras: Haga una breve descripcin de los diagrama de fases (p-T) y diagrama p-v-T de los estados de equilibrio de una sustancia pura.

Diagrama de fase (p T) Es uno de los diagramas ms sencillo donde se muestra la presin y la temperatura. La figura 1. Muestra el diagrama p-t de una sustancia pura, llamado diagrama de fase puesto que las tres fases se separan entre s mediante tres lneas.

Fig. 1. Diagrama P-T de sustancias puras.

Resulta de la proyeccin de la superficie PvT de una sustancia sobre el plano P-T. La lnea de sublimacin separa las regiones slida y de vapor, la lnea de vaporizacin divide las regiones lquida y de vapor, y la lnea de fusin separa las regiones slida y lquida. Estas tres lneas convergen en el punto triple, donde las tres fases coexisten en equilibrio. La lnea de vaporizacin finaliza en el punto crtico porque no se pueden distinguir las fases lquida y de vapor arriba del punto crtico. Las sustancias que se expanden y contraen al congelarse difieren solo en la lnea de fusin en el diagrama P-T.

DIAGRAMA P v T

Las sustancias reales pueden existir en fase gaseosa slo a temperaturas suficientemente altas y presiones suficientemente bajas. A bajas temperaturas y altas presiones se presentan transiciones a las fases lquida y slida, estos cambios de fase pueden representarse grficamente en superficies 2D y 3D. La superficie PvT y los diagramas derivados de sta muestran grficamente las relaciones que hay entre las propiedades termodinmicas de sustancias puras en sus diferentes fases.

Datos experimentales han demostrado que existe un patrn similar en el comportamiento de sustancias simples compresibles en las fases slida, lquida y gaseosa. Desde el punto de vista matemtico, cualquier ecuacin en la que intervengan dos variables independientes puede representarse en un espacio rectangular tridimensional.

Diagrama T-v

En este diagrama se pueden apreciar inicialmente tres regiones: la regin de lquido comprimido, que es la regin a la izquierda de la campana, la regin de vapor sobrecalentado que es regin a la derecha de la campana y la regin de Lquido + Vapor saturados que es aquella que se halla dentro de la campana. La que se encuentra marcada como lnea de P constante es toda la lnea que comienza en la regin de lquido comprimido, pasa por dentro de la campana y termina en la regin de vapor sobrecalentado. No es solo el ltimo segmento sino la lnea completa.Ntese el carcter ascendente que tiene la lnea de presin constante de izquierda a derecha, ya que en el diagrama P-v, sta no sube sino que baja.A la lnea que pertenece a la campana y baja hacia la izquierda del punto crtico la podemos llamar lnea de lquido saturado, y a la lnea que baja hacia la derecha del punto crtico la podemos llamar lnea de vapor saturado.Es importante mencionar que la campana est formada por los puntos de lquido saturado y de vapor saturado de infinitas lneas de presin constante, de modo que el que se presenta en el grfico es solo un caso particular a cierta T y P determinadas

3. Describa las diferentes reglas y diagramas de fases para sustancias puras o binarias con materiales ferrosos o no ferrosos.

Diagrama de Fase Binarios:Como su nombre lo indica son diagramas de sistemas son dos componentes los cuales permiten un mejoranlisisde las fases a estudiar, de igual manera estos diagramas son sumamente importantes en reas como la metalurgia o la qumica-fsica

DIAGRAMA CU-NI

Cuando aparecen varias sustancias, la representacin de los cambios de fase puede ser ms compleja. Un caso particular, el ms sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentracin, normalmente en masa. En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones: Slido puro o disolucin slida. Mezcla de disoluciones slidas (eutctica, eutectoide, peritctica, peritectoide). Mezcla Slido Lquido. nicamente lquido, ya sea mezcla de lquidos inmiscibles (emulsin) o sea un lquido completamente homogneo. Mezcla lquido gas. Gas (lo consideraremos siempre homogneo, trabajando con pocas variaciones de altitud).

Hay puntos y lneas en estos diagramas importantes para su caracterizacin: Lnea de lquidus, por encima de la cual solo existen fases lquidas. Lnea de slidus, por debajo de la cual solo existen fases slidas. Lnea eutcticay eutectoide. Son lneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutcticas y eutectoides, respectivamente. Lnea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolucin slida () de A y B deja de ser soluble para transformarse en ()+ sustancia pura (A B). [1]

SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SLIDOPresentan nicamente lneas de lquidus y slidus, formansoluciones slidassubstitucionales.

Diagrama de solubilidad total

Este diagrama presenta 3 zonas diferentes:2 Regiones monofsicas L (Liquido):nicafase liquida (A Y B son totalmente solubles). :nicafase slida:Solucinslida con una estructura cristalina definida (A y B son completamente solubles).

1ReginBifsica: Coexistencia de dos fases: lquida +slida. (L + )Los diagramas de equilibrio son grficas que representan las fases y estado en que pueden estar diferentes concentraciones de materiales que forman diagramas que se componen de aleaciones, estas aleaciones son una mezcla solida homognea, de uno o ms metales con algunos elementos no metlicos que pueden darse a diferentes temperaturas.Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material est en fase liquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales estn en estado slido.Los elementos como el cobre y nquel tienen solubilidad total tanto en estado lquido como slido.DIAGRAMA COBRE-NIQUEL

El diagrama de fases de este sistema en el que se representa la composicin qumica de la aleacin en tanto por ciento en peso en abscisas y la temperatura en C en ordenadas. Este diagrama se ha determinado bajo condiciones de enfriamiento lento y a presin atmosfrica y no tienen aplicacin para aleaciones que sufren un proceso de enfriamiento rpido. El rea sobre la lnea superior del diagrama, lnea de lquidus, corresponde a la regin en la que la aleacin se mantiene en fase lquida. El rea por debajo de la lnea inferior, lnea slidus, representa la regin de estabilidad para la fase slida. Entre ambas lneas se representa una regin bifsica en la que coexisten las fases lquida y slida. La cantidad de cada fase presente depende de la temperatura y la composicin qumica de la aleacin.Para una determinada temperatura puede obtenerse aleaciones totalmente en fase slida, en fase(slida + lquida)y en fase totalmente lquida segn la proporcin de sus componentes. De la misma manera, para una determinada proporcin de la mezcla, se puede definir una temperatura por debajo de la cual toda la aleacin se encuentre en fase slida, un intervalo de temperaturas en donde la aleacin se encuentre en dos fases (slida y lquida) y una temperatura a partir de la cual toda la aleacin est lquida.

Solubilidad parcial

En el sistema binario de solubilidad parcial habr solubilidad total hasta un determinado porcentaje de cada elemento (lmite de solubilidad), y luego de este lmite habr un estado de insolubilidad. Dejando aparte el caso en la regin donde coexisten lquido y slido, en la regin del slido se puede determinar el porcentaje (%) de y de usando la regla de la palanca. As mismo se puede determinar tambin la composicin qumica de estas dos fases que van variando debido a la presencia de la curva solvus.DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

Las aleaciones hierrocarbono pertenecen al tipo de aleaciones que forman una composicin qumica. El carbono se puede encontrar en las aleaciones hierrocarbono, tanto en estado ligado (Fe3C), como en estado libre (C, es decir, grafito), por eso, el diagrama comprende dos sistemas: FeFe3C (metaestable); este sistema est representado en el diagrama con lneas llenas gruesas y comprende aceros y fundiciones blancas, o sea, las aleaciones con el carbono ligado, sin carbono libre (grafito). FeC (estable); en el diagrama se representa con lneas punteadas; este sistema expone el esquema de formacin de las estructuras en las fundiciones grises y atruchadas donde el carbono se encuentra total o parcialmente en estado libre (grafito).REGLA DE LA PALANCA.

Esta frmula matemtica consiste en encontrar las cantidades de % de sustancia en los diagramas de fases, Estas cantidades normalmente se expresan como porcentaje del peso (% peso), y es vlida para cualquier diagrama de fase binario. La regla de la palanca da a conocer la composicin de las fases y es un concepto comnmente utilizado en la determinacin de la composicin qumica real de una aleacin en equilibrio a cualquier temperatura en unaregin bifsica.En regiones de una sola fase, la cantidad de la fase simple es 100%. En regiones bifsicas se deber calcular la cantidad de cada fase. Y la tcnica es hacer un balance de materiales.Para calcular las cantidades de lquido y de slido, se construye una palanca sobre la isoterma con su punto de apoyo en la composicin original de la aleacin (punto dado). El brazo de la palanca, opuesto a la composicin de la fase cuya cantidad se calcula se divide por la longitud total de la palanca, para obtener la cantidad de dicha fase.

Si como en el ejemplo del diagrama estamos a una temperatura T1y con una composicin del sistema X1% de B tendremos una mezcla de dos fases, L y S (lquido y slido), determinaremos la composicin qumica de cada una y sus cantidades relativas. As: Habr en la fase L (lquido) a T1,un X2% en peso de B y (1- X2) % de A. La composicin de la fase S (slido) a T1ser de un X3% de B y un (1 X3)% de A.

Para determinar las cantidades relativas de L (lquido) y S (slido) que hay a una temperatura y composicin prefijadas usaremos laregla de la palanca:

Se puede utilizar la regla de la palanca en cualquier regin bifsica de un diagrama de fases. En regiones de una fase no se usa el clculo de la regla de la palanca puesto que la respuesta seria obvia ya que sera existente un 100% de dicha fase presente.Ley De Fases De Gibbs.Es una ecuacin que permite calcular el nmero de fases que pueden coexistir en equilibrio en cualquier sistema. Esta ecuacin llamadaregla de las fases de Gibbs, es

P + F = C + 2 Donde,P = nmero de fases que pueden coexistir en el sistemaC = nmero de componentes en el sistemaF = grados de libertadUsualmente, un componente C es un componente, un compuesto o una solucin en el sistema. F son los grados de libertad, es decir nmero de variables como (presin, temperatura y composicin) que se pueden cambiar independientemente sin variar el nmero de fases en equilibrio en el sistema.Considere la aplicacin de la regla de Gibbs al diagrama a continuacin de fases presin-temperatura PT del agua pura ver (figura5) en el punto triple coexisten tres fases en equilibrio y como hay un componente en el sistema (agua), se puede calcular el nmero de grados de libertad.

P + F = C + 23 + F = 1 + 3F = 0

Como ninguna de las variables (presin o temperatura) se puede cambiar manteniendo el equilibrio al punto triple se le llamapunto invariante.Ahora consideremos la curva de congelacin solido-liquido de la (figura 3). En cualquier punto de esa lnea coexisten dos fases. As, aplicamos la regla de las fases,2 + F = 1 + 2F = 1Este resultado indica que hay un grado de libertad y, por tanto, una variable (P o T) puede cambiarse de forma independiente manteniendo un sistema con dos fases que coexisten.

4. Efecto de la temperatura de deformacin: Muestre en un cuadro comparativo (ver caja de herramientas para el aprendizaje) los efectos de la temperatura sobre los diferentes tipos de materiales.TIPO DE TRABAJOCARACTERISTICAS

Trabajo en frioFormado de metalTemperatura= ambiente o de fusin

VentajasDesventajas

Mejora acabado superficiesMejora dureza y resistenciaProceso bajo costoGenera esfuerzos residualesPotencia para operacionesDisminuye ductilidad

Trabajo en tibioTrabajo por encima de temperatura ambiente por debajo de recristalizacin (0.3 y 0.5)

Ventajas

Fuerzas bajas, menor potencia.Para trabajos ms complejos que los de temperatura fra.

Trabajo en calienteEncima de la temperatura de recristalizacin (0.5 y 0.75).

Ventajas

Se eliminan las porosidades por la alta presin del trabajo.Las inclusiones se destrozan y se distribuyen a travs del metal.Mayor ductilidad.Resistencia isotrpica.

5. Tipos de aceros y sus aplicaciones: Elaborar un mapa conceptual utilizando el software CmapTools del contenido de la unidad 2 pdf, desde la pgina 39 hasta la pgina 47 relacionada con los aceros. (Ver en la caja de herramientas para el aprendizaje la estrategia de aprendizaje mencionada)

MATERIAL Y SU ALEACIN CARACTERSTICAS TRMICAS

CARACTERSTICAS FSICAS CARACTERSTICAS MECNICAS APLICACIONES

ALUMINIOSe derrite a los 1.220,576 Fahrenheit (660,32 Celsius) y hierve a los 4.472,33 (2.466,85 Celsius)color blanco plateadoVara considerablemente dependiendo el tipo de aleacin

Debido a su elevada proporcin resistencia-peso es muy til para construir aviones, vagones ferroviarios y automviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservacin de energa

COBREAlta conductividad elctrica, deformabilidad e insensibilidad a las atmosferasColor rojizo brillanteBuenas propiedades elctricas y trmicasConstruccin(tuberas, para agua gas)

NIQUEL{metal brillante plateado-blanco con un ligero matiz doradocomercialmente puras con propiedades mecnicas buenas en un rango amplio de temperaturas y excelente resistencia a muchos corrosivoscuerdas de la guitarra elctrica, los imanes y bateras recargables

MAGNESIOtienen propiedades entre las que est el ser blandos, coloreados y tener una baja densidad El punto de fusin del magnesio es de 923 grados Kelvin o de 650,85 grados Celsius o grados centgradosblanco plateadoEl magnesio es a la vez fuerte y ligeroSe utiliza para obtenertitanio.

uso en piezas de automviles y camionescompatible con los tejidos del organismo humano para aplicaciones mdicas, como prtesis de cadera y rodilla, tornillos seos, placas anti trauma e implantes dentales, componentes para la fabricacin de vlvulas cardacas ymarcapasos,gafas

TITANIOTiene punto de fusin 1675Color plateado grisceoMecanizado, maleable, dctil, tenacidad y saldable

7. Aluminio, Cobre, Nquel, Magnesio, Titanio y sus aleaciones: Complete la siguiente matriz apoyado en la unidad 2, (modulo 2 pdf) del contenido del curso.

7. Aluminio, Cobre, Nquel, Magnesio, Titanio y sus aleaciones:Complete lasiguiente matriz apoyado en la unidad 2, (modulo 2 pdf) del contenido del curso.