Ensayo de Tracción. Deformación unitaria y esfuerzo frente a elongación y fuerza, zonas del ensayo de tracción, Ley de Hooke, módulo de Young, módulo de Poisson, coeficientes de seguridad

Mega Tema 1. Materiales.

Acuerdo de cada alumno con su apartado

Índice de Contenidos.

1. Introducción: Clasificación de materiales. Metales: siderurgia y metalurgia.

2. Siderurgia:Tratamientos Preliminares: Minerales ferrosos. Minas a cielo abierto y subterráneas. Obtención de la mena.

2.1. Productos siderúrgicos: Aceros y fundiciones. Tipos.

2.2. Alto horno.

2.3. Afino mediante horno LD.

2.4. Hornos eléctricos.

2.5. Laminación.

2.6. Producción de la carrocería de un automóvil.

3. Propiedades mecánicas de los materiales. Tipos de esfuerzos.

4. Ensayos mecánicos sobre materiales:

4.1. Conceptos básicos y unidades; esfuerzo, elongación,…

4.2. Ensayo de Tracción. Deformación unitaria y esfuerzo frente a elongación y fuerza, zonas del ensayo de tracción, Ley de Hooke, módulo de Young, módulo de Poisson, coeficientes de seguridad.

4.3. Ensayo de dureza por rayado: tabla de Mohs.

4.4. Ensayo de dureza por penetración (Brinell)

4.5. Ensayo de dureza por penetración (Vickers)

4.6. Ensayo de dureza por penetración (Rockwell)

4.7. Ensayo de resiliencia.

5. Aleaciones. Composición y temperatura:

5.1. Disoluciones sólidas (soluto, disolvente, porcentajes,...) Tipos (inserción, sustitución). Estructura cristalina. Redes de Bravais.

5.2. Solidificación de sustancias puras y aleaciones. Formación del diagrama isomórfico binario. Regla de la palanca.

5.3. Estudio del diagrama de aleaciones totalmente insolubles y parcialmente solubles en estado sólido.

5.4. Estudio del diagrama Fe-C.

6. Trat. Térmicos (temple).

7. Tratamientos termoquímicos (Cementación y Nitruración) (Samuel)

8. Tratamientos mecánicos (Forja,...)

9. Recubrimientos: Galvanizado, Cromado, Niquelado.

10. Anodizado.

11. Otros: …

1. Clasificación de los metales .

Los metales y las aleaciones empleados en la industria y en la construcción pueden dividirse en dos grupos principales:

Materiales ferrosos: Ferroso viene de la palabra Ferrum que los romanos empleaban para el fierro o hierro. Por lo tanto, los materiales ferrosos son aquellos que contienen hierro como su ingrediente principal; es decir, las numerosas calidades del hierro y el acero.

Materiales no ferrosos: Los materiales no ferrosos no contienen hierro. Estos incluyen el aluminio, magnesio, zinc, cobre, plomo y otros elementos metálicos. Las aleaciones el latón y el bronce, son una combinación de algunos de estos metales no ferrosos y se les denomina aleaciones no ferrosas.

Clasificación de los metales no ferrosos:

Son más blandos y con poca resistencia mecánica. Por eso estos se alean con otros metales para conseguir mejor capacidad mecánica y dureza.

Estos materiales no metálicos se pueden clasificar en:

Pesados: Poseen una densidad igual o mayor de 5 Kg/dm^3. Pueden ser el estaño,el cinc,plomo,cromo,niquel,wolframio y cobalto.

Ligeros: Su densidad varía entre 2 y 5 Kg/dm^3 . Pueden ser el aluminio y el titanio.

Ultraligeros: Con una densidad menor de 2 KG/dm3.Magnesio y berilio.

Uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil, más adaptable y más ampliamente usado es el acero. A un precio relativamente bajo, el acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos métodos. Además, sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante aleaciones.

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2. Siderurgia

Tratamientos Preliminares: Minerales ferrosos, Minas a cielo abierto y subterráneas. Obtención de la mena.

Los materiales naturales son materiales que el hombre encuentra en la naturaleza, estos materiales pueden ser renovables como la madera o el algodón o no renovables como los metales, el carbón o petróleo.

Proceso de extracción de los minerales de hierro.

Cuando se extrae de las minas de hierro el mineral está mezclado con otras impurezas, con lo cual a esto se le llama Todouno que se constituye de la Mena (lo útil) y la Ganga (no útil, rocas, piedras, tierra…).

Tratamientos preliminares.

Los metales que se obtienen de los procesos primarios como la extracción, suelen tener impurezas, para poder utilizar los metales se tienen que someter a unos procesos de refinación.

Los procesos son básicamente la separación de las mezclas.

1.-Metal-escoria: Procesos como la oxidación y la eliminación de la escoria.

2.-Metal-metal: Procesos como la licuación y la refinación por zonas.

3.-Metal-gas: Procesos como la destilación de metales gaseosos.

Minas a cielo abierto.

Son minas de las cuales se extraen los minerales, pero es una mina al aire libre.

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Minas subterráneas

Son minas que se encuentran debajo de la tierra con forma de túneles subterráneos.

Obtención de la mena:

1.- Estudio sobre la mina para ver si merece la pena extraer el mineral.

2.- Perforación de la mina para obtener el mineral.

3.- Cuando el mineral está fracturado se remueve por unas palas eléctricas.

4.- Se deposita el mineral en unos camiones para transportarlos.

5.- Se descargan los camiones en una planta de procesamiento para separar los minerales del todouno.

2.1 Productos siderúrgicos: Aceros y fundiciones. Tipos

Tipos de fundiciones: Dependiendo de la cantidad de C que contenga la fundición estas se pueden clasificar en :

 Fundición Blanca: Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Todas ellas son aleaciones hipoeutécticas (aleante<eutéctico) y las transformaciones que tienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de carbono.

 Fundición Gris: La mayoría de las fundiciones grises son aleaciones hipoeutécticas que contienen entre 2,5 y 4% de carbono

 Fundición Maleable: La tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad carbono, constituye la base de la fabricación de la fundición maleable. La reacción de descomposición se ve favorecida por las altas temperaturas, por la presencia de impurezas no metálicas, por contenidos de carbono más elevados y por la existencia de elementos que ayudan a la descomposición del Fe3C.

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 Fundición Nodular: La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de fusión sin necesidad de tratamiento térmico posterior.

Tipos de aceros:

 Aceros al carbono.

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

 Aceros aleados

Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en :

 Estructurales:

Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.

 Para herramientas:

Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.

 Especiales:

Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

 Aceros de baja aleación ultrarresistentes.

Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los

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