1 Materiales Conocimientos GeneralesTecnología 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

2 MATERIALES- CONOCIMIENTOS GENERALESESTRUCTURAS ATÓMICAS ESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS MATERIALES COMPUESTOS TECNOLOGÍA DE MATERIALES MATERIALES METÁLICOS DEFECTOS EN LOS MATERIALES

3 La estructura electrónica del átomodetermina el tipo de enlace entre varios átomos. esto produce distintas microestructuras La microestructura determina las propiedades del material Ing ALBA OBRUTSKY

4 UNIONES ATOMICAS COVALENTES: átomos que comparten uno o mas electrones. 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) METALICA: átomos con pocos electrones en la capa exterior, luego estos son fácilmente separables, formando una ”nube” que es compartida. Van der WAALS: uniones débiles, formados por dipolos (formados por desequilibrio entre cargas positivas y negativas del núcleo)

5 ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALES Principales características de las uniones

6 ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALES Principales características de las uniones

7 ORDENAMIENTO ATÓMICO (cristales)

8 ORDENAMIENTO ATÓMICO EN METALES-MODELO DE ESFERAS RIGIDAShcp fcc bcc

9 MATERIALES METALICOS Granos

10 Metales- Propiedades Elasticidad y buena resiliencia: resortesBuena ductilidad y resistencia Pueden ser conformados en frío o caliente. Elasticidad y buena resiliencia: resortes Buena resistencia a la corrosión: aleación cobre-niquel Biocompatibilidad (buena resistencia a la corrosión y óseo-integración) : titanio, cobalto, circonio y sus aleaciones

11 Materiales Cerámicos Resistencia a la corrosión en ambientes corrosivos. Bajo coef. De rozamiento Buena resist. Al choque térmico. Buena tenacidad (modernos) Oxido de Circonio y Alúmina Mala conductividad térmica y eléctrica (Aislantes).Alto punto de fusión

12 Polímeros- PropiedadesReemplazo del acero y cerámicos en múltiples aplicaciones, UHMW-PE (polietileno de alto peso molecular) Bajo costo, poco peso, facil de conformar Baja conductibilidad térmica y eléctrica

13 Polímeros-Aplicacionesmuelles de altas prestaciones Juntas de expansión Elastómeros de alta elasticidad

14 DIAGRAMAS DE FASES DE ALEACIONESLos 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.

15 DIAGRAMAS DE FASES DE TerminologíaFASE: 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.

16 CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO DIAGRAMAS DE FASESSOLUCION SÓLIDA TOTAL

17 CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO DIAGRAMAS DE FASES SOLUCION SÓLIDA PARCIAL

18 DIAGRAMAS DE FASES ---Fe-C

19 Fases producidas en Hierro y Acero

20 Temperaturas de cambio de fases-terminología

21 DIAGRAMAS DE FASES Fe-C

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23 DIAGRAMAS DE FASES Fe-C

24 MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOEnfriamiento Lento

25 MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOEnfriamiento lento Acero Eutectoide

26 MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOEnfriamiento lento Acero HipoEutectoide

27 MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOEnfriamiento lento Acero HiperEutectoide

28 Curvas de Transformación Temperatura TiempoTransformación del acero (no hay difusión atómica) Sobre los 914°C estructura fcc, bajo esta temperatura estructura bcc Tasa de transformación depende de la temperatura

29 Curvas TTT Indican las transformaciones con respecto a la velocidad de enfriamiento Desde el inicio al final de la transformación

30 Curvas TTT - Acero al carbonoLínea 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 Bainita = ferrita + cementita Ing ALBA OBRUTSKY 30

31 Microestructura-Curva TTT

32 Microestructura-Curva TTT

33 Tratamientos TérmicosTemplado: Se calienta el acero hasta obtener austenita. Luego se enfría rápidamente para obtener martensita.

34 Tratamientos TérmicosRecocido: 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.

35 Tratamientos TérmicosNormalizado: 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.

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37 Ejercicio Ing ALBA OBRUTSKY 37

38 Efecto de % carbono en Curvas TTT

39 Efecto de aleantes en Curvas TTT

40 Endurecimiento por PrecipitaciónSolubilidad 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

41 RIGIDEZ DE UN MATERIAL Ley de Hooke σ = E.ε E=Módulo Elástico

42 MATERIALES COMPUESTOSDos 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 cerámicos el 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

43 MATERIALES COMPUESTOSCerámicos compuestos Fibras de vidrio en matriz polimérica Placas de alúmina en metal

44 MATERIALES COMPUESTOS

45 MATERIALES COMPUESTOS

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

47 Tipos de defectos producidos por los pegamentos

48 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.

49 POLIMEROS

50 POLIMEROS

51 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS METALURGICOSFabricación primaria Fabricación Secundaria Procesos de Terminación Procesos de transformación DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS

52 CONFORMADO DE METALES SOLIDIFICACION O SINTERIZADOCONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA CONFORMADO CON ARRANQUE DE VIRUTA.

53 PROCESOS DE FABRICACION PRIMARIACilíndricos Palanquilla 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. En la fundición de lingotes es importante controlar cuidadosamente el sistema de enfriamiento, ya que se debe realizar en forma gradual y progresiva Ing ALBA OBRUTSKY

54 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 Ing ALBA OBRUTSKY

55 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

56 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.

57 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.

58 FABRICACION PRIMARIA Inclusiones exógenos o trozos de electrodos no fundidos pueden caer en el baño y producir problemas en el forjado posterior

59 ESTRUCTURA DE UN LINGOTELa segregación en forma de "V" se encuentra en las secciones longitudinales de los grandes lingotes. Presenta trozos angulares, en forma de "v", normal o invertida que se producen por una segregación positiva. Aparecen como líneas convergentes de una vena liquida, lo cual sugiere que estas líneas se han originado a partir de corrientes existentes en un metal líquido que solidifico rápidamente. Ing ALBA OBRUTSKY

60 ORIGEN DE LAS DISCONTINUIDADESLINGOTES LINGOTES CILINDRICOS “BILLET” Ing ALBA OBRUTSKY

61 DEFECTOS EN LINGOTES FISURAS SEGREGACIONES INCLUSIONES POROSIDADRECHUPES DESGARRO LAMINAR Ing ALBA OBRUTSKY

62 DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDASIng ALBA OBRUTSKY

63 DEFECTOLOGÍA EN PIEZAS FUNDIDASPOROSIDAD (SUPERFICIAL Y SUBSUPERFICIAL) MICRO– RECHUPES (SUBSUPERFICIAL) RECHUPES INTERNOS (CAVIDADES SUPERFICIALES O SUBSUPERFICIALES) GOTA FRÍA (SALPICADURA DE METAL EN LA PARED DEL MOLDE) DESGARRO LAMINAR EN CALIENTE SOPLADURAS (SUPERFICIALES) COSTURAS (GRIETAS ALARGADAS) VENAS (INCLUSIONES NO METÁLICAS DEFORMADAS EN LA DIRECCIÓN DEL LAMINADO) En una pieza fundida pueden aparecer distintos tipos de defectos dependiendo del diseño de la pieza y del sistema de alimentación de metal liquido, cálculo de la bajada y del canal de colada, y de los agujeros de escape de gases. Ing ALBA OBRUTSKY

64 DISCONTINUIDADES EN PIEZAS FUNDIDASIng ALBA OBRUTSKY

65 CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

66 PROCESOS DE FABRICACION SECUNDARIAIng ALBA OBRUTSKY

67 DISCONTINUIDADES DE FABRICACION SECUNDARIAINCLUSIONES AGUJEROS INTERNOS COSTURAS DESGARROS PLIEGUES LAMINACIONES SEGREGACIONES INCLUSIONES COSTURAS INCLUSIONES COSTURAS Y PLIEGUES Ing ALBA OBRUTSKY

68 LAMINACIÓN a)Poca deformación b)Alta deformaciónc)Deformación repetida y defectos (ej. Segregaciones) Defectos por la expanción lateral

69 DISCONTINUIDADES DE LAMINACIONLas costuras son discontinuidades superficiales y en las barras terminadas presentaran como líneas rectas o espiraladas continuas o interrumpidas Estas pueden ser ocasionadas por pliegues en el metal debidos a un laminado incorrecto Ing ALBA OBRUTSKY

70 DICONTINUIDADES DE LAMINACIONIng ALBA OBRUTSKY

71 DISCONTINUIDADES DE LAMINACION DE BARRAS

72 DISCONTINUIDADES DE LAMINACION DE BARRASDiez tipos de defectos que pueden encontrarse en laminación de barras

73 DISCONTINUIDADES DE FORMA Y LAMINACIONIng ALBA OBRUTSKY

74 FORJADO

75 FORJADO-Defectos típicos

76 DISCONTINUIDADES DE FORJALa forja es un proceso por el que se da una forma al metal martillándolo a presión. La mayoría de las operaciones de forja se efectúan en caliente, aunque algunos metales también se trabajan en frío. Se utiliza en la fabricación de piezas de forma sencilla y uniforme que requieren buenas propiedades mecánicas. La forja es uno de los procesos realizados con el material a temperaturas superiores a la de su recristalización. La temperatura de recristalización se define como aquella en la que los cristales deformados se recristalizan en una estructura libre de tensiones. Ing ALBA OBRUTSKY

77 DISCONTINUIDADES DE FORJABURST Ing ALBA OBRUTSKY

78 DISCONTINUIDADES DE FORJA

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

80 DISCONTINUIDADES TIPICAS DE PIEZAS FABRICADAS POR PMDiferencia de densidades Fisura durante enfriamiento

81 DISCONTINUIDADES TIPICAS DE PIEZAS FABRICADAS POR PMZonas no sinterizadas

82 PROCESOS DE TERMINACION Y MAQUINADOFISURA BAJO CORDON POROSIDADES FALTA DE FUSION MARCAS DE MECANIZADO GRIETAS Y FISURAS Ing ALBA OBRUTSKY

83 MAQUINADO

84 Maquinado por métodos no tradicionalChorro de agua

85 PROCESOS DE SOLDADURA Manual con electrodo revestidoAutomática por arco sumergido con aporte y gas activo (MAG) Automática por arco sumergido con aporte y gas inerte (MIG) Automática sin aporte y gas inerte (TIG) Ing ALBA OBRUTSKY

86 DEFECTOS EN SOLDADURA FISURA BAJO CORDON Ing ALBA OBRUTSKY

87 DEFECTOS EN SOLDADURA

88 DEFECTOS EN SOLDADURA Ing ALBA OBRUTSKY

89 DISCONTINUIDADES EN EL AMOLADOIng ALBA OBRUTSKY

90 PROCESOS DE TRANSFORMACIONTRATAMIENTOS TERMICOS RECUBRIMIENTOS METALICOS Ing ALBA OBRUTSKY

91 TRATAMIENTOS TERMICOSTRATAMIENTOS 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 Ing ALBA OBRUTSKY

92 DISCONTINUIDADES DE TRANSFORMACIONRECUBRIMIENTOS METALICOS TRATAMIENTOS TERMICOS Ing ALBA OBRUTSKY

93 DISCONTINUIDADES PRODUCIDAS EN TRATAMIENTOS TERMICOSIng ALBA OBRUTSKY

94 RECUBRIMIENTOS METÁLICOSNIQUELADO CROMADO 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 Falta de adherencia Espesor de la capa de recubrimiento no uniforme. Ing ALBA OBRUTSKY

95 DISCONTINUIDADES POR FATIGAIng ALBA OBRUTSKY

96 Defectos producidos en servicio por corrosión

97 Cuando controlo los defectos? Como?AREA DE END PORQUE USAR UN DETERMINADO PROCEDIMIENTO? 1.-Aceptable en pasos de fabricación 2.-Aceptable en la inspección final 3.-Aceptable en servicio Verificar que tipo de defecto es aceptable.(Evaluación de Integridad)

98 Que hay que controlar? END PUEDE SER DIVIDIDA EN NUEVE AREAS DIFERENTES:

99 Unidades en el sistema internacional (SI)