Unidad 3 materiales metealicos

UNIDAD 3                 MATERIALES METÁLICOS

3.1 ALEACIONES FERROSAS

     Más del 90% del peso de los materiales metálicos que utilizamos son aleaciones ferrosas. Existen dos categorías basadas en la cantidad de carbono presente en la composición de la aleación. Por lo regular, el acero contiene entre 0.05 y 2% de peso de Carbono. Los hierros fundidos entre 2 y 4.5%. Dentro de la categoría de los aceros haremos una distinción si se usa o no una cantidad significativa de elementos aleables diferentes al carbono; una composición del 5% de peso total de adiciones distintas del carbono servirá como límite arbitrario entre los aceros de baja aleación y de alta aleación. Estas adiciones de aleación se seleccionan con cuidado ya que representan un incremento en el costo del material. Sólo se justifican con el mejoramiento esencial de las propiedades tales como una mayor resistencia  estructural o una mayor resistencia a la corrosión.

3.1.1 Hierros y aceros

      Hierros fundidos. Como se definió antes son aleaciones ferrosas con una cantidad  de C que excede el 2% de peso. También contienen hasta un 3% de peso de silicio para el control de la cinética de la formación del carburo. Presentan bajas temperaturas de fusión, al igual que las viscosidades de su fase líquida, además de que no se forman películas indeseables en la superficie cuando se vierten y sufren una contracción moderada durante la solidificación y el enfriamiento.

     A un hierro fundido se le da su forma final, vaciando el metal fundido en un molde. La forma del molde es conservada por el metal solidificado, las propiedades mecánicas inferiores resultan de una microestructura menos uniforme, incluyendo algo de porosidad. Las aleaciones forjadas inicialmente son fundidas pero laminadas o forjadas al final en formas relativamente simples (forja significa trabajada).      Hay cuatro tipos generales de hierros fundidos:

hierro blanco tiene una superficie de fractura cristalina, de color blanco característico, durante el fundido se forman grandes cantidades de Fe3C, creándose un material duro quebradizo;

hierro gris tiene una superficie de fractura gris con una estructura finamente faceteada, un contenido significativo de silicio (2 a 3%) provoca la precipitación de grafito (C) en lugar de cementita (Fe3C), las hojuelas de grafito puntiagudas y afiladas contribuyen a su fragilidad característica;

hierro dúctil se produce agregando 0.05% de peso de Magnesio a la fundición de hierro gris, lo que origina precipitados esferoidales de grafito en lugar de hojuelas, su nombre deriva de sus propiedades mecánicas mejoradas, donde la ductilidad se incrementa en un factor de 20 y la resistencia se duplica;

hierro maleable es una forma más tradicional de obtener hierro fundido con ductilidad razonable, el cual primero es fundido como el hierro blanco y después se somete a una tratamiento térmico para producir precipitados nodulares de grafito.

a).- Aceros al carbono y de baja aleación.    Casi todas las aleaciones ferrosas caen en esta categoría. Debido a precio moderado por la ausencia de grandes cantidades de elementos aleables y son lo suficientemente dúctiles para moldearse con facilidad. El  producto final es resistente y durable por lo que se usan para fabricar desde cojinetes de bolas hasta láminas metálicas que forman la carrocería de los automóviles.

     En la tabla 3.1 se da un conveniente sistema de designación para estas aleaciones (AISI American Iron and Steel Institute – SAE Society of Automotive Engineers), en el cual los dos primeros números dan un código para designar el tipo de adiciones de aleación y los dos o tres últimos números dan el contenido promedio de carbono en centésimas de porcentaje de peso. Por ejemplo, un acero al carbono no aleado con 0.40% de peso de C es acero 1040. Se ha desarrollado una clase de aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA) para reducir el peso sobre todo en los vehículos. Un ejemplo típico puede contener 0.2% de peso de C y aproximadamente 1% de peso o menos de elementos como Mn, P, Si, Cr, Ni o Mo. La alta resistencia de estos aceros estriba en los porcentajes de aleación  y el proceso cuidadosamente controlado como el laminado en caliente (deformación a temperaturas lo suficiente elevadas para permitir algo de alivio de esfuerzos).

Tabla 3.1 Sistema de designación AISI – SAE para los aceros al carbono y de baja aleación

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