Materiales Para La Manufactura

Capítulo I

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1.7 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES PARA MANUFACTURA

La mayoría de los materiales de ingeniería pueden clasificarse en: metales y no metales dentro de

la categoría de los no metálicos se tiene a: los cerámicos y polímeros; entre los metales los cerámicos y

los polímetros se forma un grupo de tres materiales básicos utilizados en la manufactura. Tanto sus

características químicas como sus propiedades físicas y mecánicas son diferentes; estas diferencias

afectan los procesos de manufactura. Además de estas tres categorías básicas existe otra: los materiales

compuestos, los cuales son mezclas no homogéneas de los otros tres tipos básicos de materiales. La

cosificación de materiales y la relación de los grupos de se muestra en la figura 1.3.

1.7.1 METALES

Los metales usados en la manufactura son comúnmente aleaciones, las cuales están compuestas

de dos o más elementos, en donde por lo menos uno es metálico. Los metales pueden dividirse en dos

grupos: 1) ferrosos y 2) no ferrosos.

Metales ferrosos Los metales ferrosos se basan en el hierro; el grupo incluye acero y hierro

colado; éstos constituyen el grupo de materiales comerciales más importantes y comprende más de las

tres cuartas partes del tonelaje de metal que se utiliza en todo el mundo. El hierro puro tiene poco uso

comercial; pero aleado con el carbón tiene más usos y mayor valor comercial que cualquier otro metal.

Las aleaciones de hierro y carbón pueden formar acero y hierro colado.

Los aceros de baja aleación son aleaciones hierro-carbono que contienen elementos aleantes adicionales

en cantidades que totalizan menos del 5% en peso, aproximadamente. Debido a estas adiciones, los

aceros de baja aleación tienen propiedades mecánicas que son superiores a los aceros al carbono para

las aplicaciones dadas. Las propiedades superiores significan usualmente mayor resistencia, dureza,

dureza en caliente, resistencia al desgaste, tenacidad y combinaciones más deseables de estas

propiedades. Con frecuencia se requiere el tratamiento térmico para lograr el mejoramiento de estas

propiedades.

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Los elementos comunes que se añaden a la aleación son el cromo, el manganeso, el molibdeno, el

níquel y el vanadio, algunas veces en forma individual, pero generalmente en combinación. Estos

elementos forman soluciones sólidas con el hierro y compuestos metálicos con el carbono (carburos).

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Suponiendo que exista la cantidad suficiente de carbono para reaccionar. Podemos resumir los efectos

de los principales elementos como sigue:

· Cromo (Cr). Mejora la resistencia, dureza, resistencia al desgaste y dureza en caliente. Es uno de

los más efectivos elementos de aleación para incrementar la templabilidad. El cromo mejora

significativamente las propiedades de resistencia a la corrosión.

· Manganeso (Mn). Mejora la resistencia y dureza del acero. Cuando el acero se trata térmicamente,

el incremento de manganeso mejora la templabilidad. Debido a esto, el manganeso se usa

ampliamente como elemento de aleación en el acero.

· Molibdeno (Mo). Aumenta la tenacidad, la dureza en caliente y la resistencia a la termoinfluencia.

También mejora la templabilidad y forma carburos para resistencia al desgaste.

· Níquel (Ni). Mejora la resistencia y tenacidad. Incrementa la templabilidad, pero no tanto como los

otros elementos de aleación en el acero. En cantidades significativas mejora la resistencia a la

corrosión y es otro de los elementos mayoritarios (además del cromo) en ciertos tipos de acero

inoxidable.

· Vanadio (V). Inhibe el crecimiento de los granos durante el procesamiento a temperaturas elevadas

y durante el tratamiento térmico, lo cual mejora la resistencia y tenacidad del acero. También forma

carburos que incrementan la resistencia al desgaste.

Las especificaciones AISI-SAE de muchos de los aceros de baja aleación se presentan en la tabla

1.5, que indica los análisis químicos nominales. El contenido de carbono se especifica por XX en

porcentaje de carbón

El hierro colado es una aleación de hierro y carbón (2 a 4%) que se utiliza en fundición

(principalmente fundición en arena). En esta mezcla también se encuentra presente el silicio (en

cantidades desde 0.5 a 3%), y frecuentemente se agregan otros elementos para obtener propiedades

deseables en el producto final. El hierro colado se encuentra disponible en diferentes formas, de las

cuales se describen a continuación

Fundición gris La fundición gris representa el mayor tonelaje entre las fundiciones de hierro. Tiene

una composición que varía entre 2.5 y 4 % de carbono y 1 a 3% de silicio. Las reacciones químicas

internas derivan en la formación de hojuelas de grafito (carbono) distribuidas a todo lo largo del producto

fundido en la solidificación. Esta estructura es la causa de que la superficie del metal tenga un color gris

cuando se fractura; de aquí el nombre de fundición gris. La dispersión de las hojuelas de grafito

representa dos propiedades atractivas: 1) buena amortiguación a la vibración, que es una característica

deseable en motores y otras máquinas; y 2) cualidades de lubricación internas, que hacen maquinable la

fundición.

TABLA 1.5 Especificaciones de aceros AISI-SAE

Análisis Tipo Nombre del químico nominal %

Acero Cr Mn Mo Ni V P S Si

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10 XX

11 XX

12 XX

13 XX

20 XX

31 XX

40 XX

41 XX

43 XX

46 XX

47 XX

48 XX

50 XX

52 XX

61 XX

81 XX

86 XX

88 XX

92 XX

93 XX

98 XX

Al carbono

Resulfurado

Resulfurado

Refosforado

Manganeso

Aceros al níquel

Níquel-cromo

Molibdeno

Cromo-molibdeno

Ni-Cr-Mo

Níquel-molibdeno

Ni-Cr-Mo

Níquel-molibdeno

Cromo

...