Materiales de Construcción: Metales y Aceros (PDF)

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CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN UNIDAD TEMATICA 3: METALES Y ACEROS PARA LA CONTRUCCIÓN 3.1. Metales Clasificación. Estructura cristalina. Grano cristalino. Principios fundamentales de la estructura metálica. Tipos de enlace. Estructura macro y microscópica. Comportamiento elasto – plástico. Distintos tipos de metales: sus características. Productos comerciales. Usos en la construcción. 3.2. Aleaciones metálicas Concepto. Diagramas de equilibrio. Diagrama hierro – carbono. Interpretación y usos de los mismos. 3.3. Aceros para construcción Principales tipos de acero usado en la construcción. Normas de ensayo. Ensayos de aptitud. 3.4. Tratamientos de los aceros CONTENIDO 1 METALES................................................................................ 4 1.1 DEFINICIÓN........................................................................................... 4 1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS METALES.................................................................. 5 1.3 ESTRUCTURA DE LOS METALES..................................................................... 6 1.3.1 ETAPAS DE SOLIDIFICACIÓN........................................................................ 8 1.3.2 ENLACE METÁLICO.................................................................................. 10 1.3.3 PROPIEDADES DE LOS METALES DEBIDA AL ENLACE METALICO............................... 10 1.4 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES METÁLICOS................................... 11 1.4.1 ENSAYO TRACCIÓN................................................................................. 12 1.4.2 COMPORTAMIENTO TENSIÓN-DEFORMACIÓN................................................... 13 1.4.3 DIAGRAMA REAL Y CONVENCIONAL............................................................... 16 1.5 DEFORMACIONES................................................................................... 17 1.5.1 INTERPRETACIÓN A TRAVÉS DE LA ESTRUCTURA INTERNA..................................... 17 1.5.2 RECUPERACIÓN ELÁSTICA DURANTE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA............................. 19 1.5.3 DUCTILIDAD......................................................................................... 20 1.5.4 RESILIENCIA........................................................................................ 21 1.5.5 TENACIDAD.......................................................................................... 22 1.6 DISTINTOS TIPOS DE METALES. CARÁCTERÍSTICAS Y USOS.................................. 23  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 1.6.1 METALES FERROSOS............................................................................... 23 1.6.2 METALES NO FERROSOS.......................................................................... 23 1.6.2.1 Aluminio........................................................................................ 23 1.6.2.2 Cobre........................................................................................... 25 1.6.2.3 Plomo........................................................................................... 27 1.6.2.4 Estaño.......................................................................................... 28 1.6.2.5 Zinc.............................................................................................. 29 2 ALEACIONES METÁLICAS.......................................................... 31 2.1 GENERALIDAD....................................................................................... 31 2.2 ALEACIÓN HIERRO-CARBONO..................................................................... 31 2.2.1 COMPOSICIÓN DE LA ALEACIÓN HIERRO-CARBONO........................................... 31 2.2.2 ESTRUCTURA........................................................................................ 32 2.2.3 CONSTITUCIÓN DE LAS ALEACIONES HIERRO-CARBONO..................................... 32 2.2.3.1 Fase  (Ferrita):............................................................................. 33 2.2.3.2 Fase Fe3C (Cementita):................................................................... 33 2.2.3.3 Fase  (Austenita):.......................................................................... 34 2.2.3.4 Perlita:......................................................................................... 34 2.3 DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO-CARBONO................................................. 34 2.3.1 EJE Y: ESTADO DEL HIERRO CON LA TEMPERATURA........................................... 35 2.3.2 EJE X. FORMACIONES POR ADICIÓN DE CARBONO............................................. 36 2.3.3 COMPOSICIONES SINGULARES.................................................................... 36 2.3.3.1 Aceros hipoeutectoides (contenido de C menor de 0,89 %).................... 38 2.3.3.2 Aceros hipereutectoides (contenido de C mayor de 0,89 %)................... 39 2.3.3.3 Fundiciones................................................................................... 39 2.4 ACEROS ESPECIALES O ALEADOS................................................................. 41 2.5 IDENTIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN SAE.................................................. 42 3 ACEROS PARA CONSTRUCCIÓN................................................... 43 3.1 ACEROS COMUNES. CLASIFICACION SEGÚN %CARBONO...................................... 43 3.1.1 ACERO DE BAJO CARBONO........................................................................ 43 3.1.2 ACERO AL CARBONO (O ACERO DE CONSTRUCCIÓN)........................................... 45 3.1.2.1 Aceros de medio carbono................................................................. 45 3.1.2.2 Aceros de alto carbono.................................................................... 47 3.2 OBTENCIÓN DE LOS PRODUCTOS................................................................. 47 3.3 ENSAYOS DEL ACERO................................................................................. 50 3.3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN............................................................................. 50  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 3.3.2 ENSAYO DE DUREZA................................................................................ 50 3.3.2.1 Dureza Brinell................................................................................ 51 3.3.2.2 Dureza Vickers............................................................................... 52 3.3.2.3 Dureza Rockwell............................................................................. 54 3.3.3 ENSAYO DE IMPACTO............................................................................... 57 3.3.3.1 Flexión por choque sobre barras simplemente apoyadas (Método Charpy) 58 3.3.3.2 Flexión por choque de barras empotradas (Método Izod)....................... 59 3.3.4 ENSAYO DE DOBLADO.............................................................................. 60 4 TRATAMIENTOS DE LOS METALES PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES.... 61 4.1 TRATAMIENTOS TÉRMICOS......................................................................... 61 4.1.1 TEMPLADO........................................................................................... 62 4.1.2 RECOCIDO........................................................................................... 62 4.1.3 NORMALIZADO...................................................................................... 63 4.1.4 REVENIDO........................................................................................... 63 4.1.5 TEMPLE Y REVENIDO................................................................................ 63 4.2 TERMOQUÍMICOS................................................................................... 63 4.2.1 CEMENTACIÓN:..................................................................................... 63 4.2.2 NITRURACIÓN....................................................................................... 64 4.2.3 CIANURACIÓN Y CARBONITRURACIÓN........................................................... 65 4.3 TRATAMIENTOS MECÁNICOS....................................................................... 65 4.3.1 EN FRIO.............................................................................................. 66 4.3.2 EN CALIENTE........................................................................................ 67 4.3.3 DIFERENCIAS DEL ACERO TRATADO EN CALIENTE Y RESPECTO AL TRATADO EN FRIO....... 68 4.4 TRATAMIENTO DE SUPERFICIES METÁLICAS...................................................... 68 4.4.1 ELECTRODEPOSICIÓN:............................................................................. 68 4.4.2 DEPÓSITOS QUÍMICOS............................................................................. 69 4.4.3 INMERSIÓN EN CALIENTE.......................................................................... 69 4.5 SÍNTESIS TRATAMIENTOS......................................................................... 70  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 1 METALES 1.1 DEFINICIÓN En general se definen metales al grupo de elementos químicos con características particulares que los hacen muy útiles en la industria de la construcción entre las que destacan: la conductividad (caso del cobre) y la resistencia mecánica (hierro y acero). Todos ellos son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio. En Figura 1 se presenta la tabla periódica donde los elementos sombreados en verde son los inherentemente metálicos. Figura 1: Tabla periódica Los metales se diferencian de los cuerpos no metálicos por una serie de características que les son propias. Los metales poseen propiedades fácilmente observables: Físicas:  Estado de agregación sólidos a excepción del mercurio que se encuentra líquido  Brillo metálico  Ductilidad: se les puede dar forma sin romperse  Maleables: se les puede dar forma de láminas  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN  Tenacidad: resistente a la ruptura  Conductores de la electricidad  Conductores de calor  Densidad elevada comparada con los no metales  Punto de fusión elevado Químicas:  Al ionizarse adquiere carga eléctrica positiva  Al combinarse con el oxígeno forman óxidos básicos  Tienen tendencia a perder electrones y convertirse en cationes 1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS METALES Los metales, desde el punto de vista tecnológico y de sus aplicaciones en ingeniería, se pueden clasificar en: – ACEROS METALES FERROSOS – FUNDICIONES – ALUMINIO – COBRE METALES NO FERROSOS – PLOMO – ZINC – ESTAÑO Los metales difícilmente se encuentran en estado puro en la naturaleza, sino combinados químicamente con otros elementos formando compuestos como óxidos, silicatos, carbonatos, etc, que reciben el nombre de minerales. A su vez estos minerales metalíferos aparecen en los yacimientos naturales mezclados con impurezas inútiles para su explotación, llamadas gangas.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 1.3 ESTRUCTURA DE LOS METALES Los metales y aleaciones presentan la apariencia externa de materiales homogéneos en estado sólido, pese a ello están constituidos por pequeños cristales que se forman al solidificarse la masa líquida de la que derivan por enfriamiento. En la masa líquida, los átomos se hallan libres de moverse en todas direcciones, pero al comenzar la solidificación se restringe la libertad de las mismas, ligándose entre si por fuerzas especiales en un ordenamiento regular que se denomina estructura cristalina. Los átomos se fijan a igual distancia en todas las direcciones formando figuras geométricas. Figura 2: Red cristalográfica Como se aprecia en la Figura 2, en toda red cristalográfica, es siempre posible elegir ocho puntos (átomos) próximos que unidos forman un cuerpo geométrico que se repite a lo largo de la red. Las aristas de este cuerpo geométrico (celda estructural) constituyen los parámetros, vectores o constantes de malla. Según el tipo de celda estructural, el metal pertenece a un sistema cristalográfico determinado. Como la celda estructural se repite un número muy grande de veces, se puede tomar cualquier átomo como centro del sistema de coordenadas, para definir las constantes de malla, y los ejes interaxiales. En el caso de un cubo, las tres constantes de mallas son iguales (sistema cúbico), es decir a=b=c, cosa que no ocurre en un prisma de base rectangular por ejemplo (sistema tetragonal). Por lo tanto, sintetizando, podemos decir que un sistema cristalográfico queda definido por los tres vectores o constantes de malla y por los tres ángulos interaxiales entre ejes. En Tabla 1 se indican los siete sistemas cristalográficos con sus variantes, sus vectores de malla y sus ángulos interaxiales.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Tabla 1: Sistemas cristalográficos. Vectores de malla y ángulos interaxiales SISTEMA VARIANTES EJES ÁNGULOS CRISTALINO Simple CÚBICO A cuerpo centrado a=b=c  =  =  = 90 A cara centrada Simple TETRAGONAL a=bc  =  =  = 90 A cuerpo centrado Simple A cuerpo centrado ORTORROMBICO A base centrada abc  =  =  = 90 A caras centradas ROMBOÉDRICO Simple a=b=c  =  =   90 Simple HEXAGONAL a1 = a2 = a3  c  =  = 90  = 120 Compacto Simple MONOCLÍNICO abc  =  = 90   A base centrada TRICLÍNICO Simple abc       90 En Tabla 2 se aprecian algunos ejemplos de los metales más utilizados, y el sistema cristalográfico al que pertenecen.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Tabla 2: Sistemas cristalográficos de los metales SISTEMA EJEMPLOS Cromo, Hierro, Cúbico de cuerpo centrado Molibdeno, Wolframio, BCC Hierro  Cúbico de caras centradas Aluminio, Cobre, Níquel, FCC Platino, Plata, Hierro  Cobalto, Magnesio, Hexagonal compacto Titanio Los metales y aleaciones pertenecen en su mayoría, al sistema cubico o al hexagonal. En el sistema cúbico la celda elemental es un cubo, con un átomo en cada vértice, en el centro del sistema o también uno en el centro de cada cara. Cuando además del átomo en cada vértice, posee uno en el centro se denomina cúbico de cuerpo centrado, y cuando tiene un átomo en cada vértice y uno en el centro de cada cara, se denomina cúbico de cara centrada. 1.3.1 ETAPAS DE SOLIDIFICACIÓN La formación de los cristales metálicos por enfriamiento de una masa líquida pueden comprenderse observando la Figura 3.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Figura 3: Etapas de solidificación Primeramente aparecen núcleos de cristalización o celda unitaria (conjunto mínimo de átomos cuya distribución en el espacio es semejante y se repite reiterada veces), formados en la zona líquida, donde existe un comienzo de orden regular. Alrededor de estos núcleos, se agrupan átomos dispersos, llegando a formar pequeños cristales; continuando el enfriamiento aparecen nuevos núcleos. Cuando los cristales formados a partir de distintos núcleos chocan entre si, el crecimiento se detiene y aparecen contornos regulares como se aprecian en la figura. Los cristales así formados se denominan granos cristalinos o simplemente granos, y pueden ser observados en un trozo de metal cuya superficie sea convenientemente preparada, requiriéndose generalmente del microscopio, dado el tamaño reducido de los cristales. Dentro de cada grano el ordenamiento es el mismo si se trata de un metal puro, quedando cada grano orientado en forma distinta, como se aprecia en la figura. En condiciones especiales, los granos pueden adquirir una orientación que les permita unirse entre si para formar cristales de mayores dimensiones, esto se conoce como crecimiento del grano y se consigue sin volver al estado líquido, por tratamientos térmicos y mecánicos. A la  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN inversa, también por medio de tratamientos térmicos, se puede conseguir un grano de menor tamaño. 1.3.2 ENLACE METÁLICO Las estructuras y propiedades de los cristales, como punto de fusión, densidad y dureza están determinadas por el tipo de fuerzas que mantienen unidas a las partículas. Se clasifican en: iónico, covalente, molecular o metálico. La estructura de los cristales metálicos es más simple porque cada punto reticular del cristal está ocupado por un átomo del mismo metal. Los átomos se caracterizan por tener pocos electrones débilmente ligados a sus capas más externas. Los electrones del orbital de enlace externo están deslocalizados (pertenecen a todos y ninguno a la vez) y son los que se contribuye al conjunto. Los electrones se mueven libremente en un mar de electrones. 1.3.3 PROPIEDADES DE LOS METALES DEBIDA AL ENLACE METALICO Todos los metales son materiales cristalinos y poseen enlace metálico. Las principales características del enlace metálico que influye en las propiedades del material:  Gran Movilidad de electrones.  Conducción Eléctrica: al aplicar un voltaje a través de un cristal, los electrones de la ―nube‖ débilmente enlazados, se moverán con facilidad produciendo una corriente.  Ductilidad: Si observamos los átomos ordenados y empacados compactamente por planos, es fácil imaginar lo que ocurriría al aplicar un esfuerzo cortante; un plano se deslizara sobre el otro, sin producir fractura, pues las mismas fuerzas interatómicas operan después del desplazamiento.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN  Son altamente maleables.  Conductividad Termica: Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas (esto se explica por la enorme movilidad de sus electrones de valencia). 1.4 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES METÁLICOS Es importante conocer cómo se miden las diversas propiedades mecánicas y lo que esas propiedades representan. Ese conocimiento resulta esencial para diseñar las estructuras y componentes de los equipos usados en Ingeniería. Muchos materiales, cuando están en servicio, están sometidos a fuerzas o cargas. En tales situaciones, es necesario conocer las características del material para diseñar la pieza de tal manera que la deformación no resulte excesiva y evitar el fenómeno de fractura. Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan mediante la realización de experimentos de laboratorio cuidadosamente diseñados que replican los mejor posible las condiciones de servicio. El comportamiento mecánico de un material refleja la relación entre su respuesta o deformación a una carga o aplicada. Algunas propiedades mecánicas importantes son la resistencia, la dureza, ductilidad y la rigidez. Las propiedades mecánicas son de interés para una gran variedad de partes (productores y consumidores de materiales, organizaciones de investigación, agencias gubernamentales). En consecuencia, es necesario que exista cierta consistencia en la manera en que los ensayos se llevan a cabo, y en la interpretación de los resultados. Esta consistencia se logra mediante el uso de técnicas de ensayo normalizados. (IRAM, ASTM, ISO,etc). Los ingenieros necesitan producir materiales para satisfacer determinados requisitos de servicio. Los requisitos de servicio imponen determinados esfuerzos mecánicos que la pieza debe soportar. Necesariamente, entonces, se requiere una comprensión de las  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN relaciones entre la microestructura de los materiales metálicos y de sus propiedades mecánicas. El comportamiento mecánico se estudia mediante un ensayo de esfuerzo- deformación. Uno de los ensayos más comunes de tensión-deformación se realiza en tracción. Como se verá, el ensayo de tracción se puede utilizar para determinar las propiedades mecánicas de distintos materiales. 1.4.1 ENSAYO TRACCIÓN Una muestra se deforma, por lo general hasta la fractura, con una carga de tracción gradualmente creciente que se aplica uniaxialmente según el eje más largo de un espécimen. Una probeta de tracción estándar ("Hueso de perro―) se muestra en la siguiente figura. Normalmente, la sección transversal es circular, pero los especímenes rectangulares también se utilizan. Figura 4: Probeta para ensayo a tracción La probeta con forma de "Hueso de perro‖ se elige para que, durante la prueba, la deformación se limite a la región central estrecha (que tiene una sección transversal uniforme a lo largo su longitud), y, también, para reducir la probabilidad de fractura en los extremos. La máquina de tracción está diseñada para alargar la muestra a una velocidad constante, de forma continua y medir simultáneamente la carga instantánea aplicada y las elongaciones resultantes. Un ensayo de tensión-deformación suele tardar varios minutos y es destructivo, ya que la probeta sufre una deformación permanente y suele fracturarse. Los resultados del ensayo se presentan como un gráfico de carga o fuerza vs elongación. La forma de esa curva depende de las dimensiones de la muestra. Por ejemplo, se requerirá el doble de la carga para producir el mismo alargamiento si se duplica el área de la sección transversal. Por ello, para minimizar los efectos de la geometría de la probeta, se normalizan la carga y el alargamiento definiendo: Tensión ζ = F/SO F: Carga aplicada en cada instante  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN S0: área original de la sección transversal y Deformación unitaria ε= (li – lo)/ lo = ∆l/lo l : longitud instantánea l : longitud original i o 1.4.2 COMPORTAMIENTO TENSIÓN-DEFORMACIÓN Para muchos metales a tensiones bajas hay una relación lineal entre la tensión y la deformación: σ=E.ε Esa expresión se conoce como ley de Hooke, E es el módulo de elasticidad o módulo de Young. Cuando la deformación y la tensión que la causa cumplen la ley de Hooke, se dice que la deformación es elástica, en ese caso, un gráfico de tensión vs deformación resulta una línea recta, la pendiente de esa línea recta es el módulo de elasticidad E. Este módulo puede ser pensado como la resistencia del material a la deformación elástica. Cuanto mayor sea el módulo más rígido es el material o menor la deformación para una tensión aplicada determinada. El módulo de elasticidad es un parámetro importante para calcular deformaciones elásticas. La deformación elástica no es permanente, si se deja de aplicar la carga, la muestra vuelve a su forma original, como se indica en Figura 5, al dejar de aplicar la carga la línea recta es recorrida en sentido inverso hasta el origen. Figura 5: Gráfico tensión-deformación en el período elástico Para algunos metales como la fundición gris la parte elástica de la curva no es lineal, en consecuencia, no es posible definir un módulo de elasticidad como antes. En este caso, se utiliza o el módulo tangente o el módulo secante. El módulo tangente se toma como  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN la pendiente de la curva tensión-deformación para un valor especificado de tensión, el módulo secante es la pendiente de una secante trazada desde el origen a algún punto de la curva. En Figura 6 se esquematiza un diagrama Tensión-Deformación típico del acero. Luego del período proporcional que cumple con la ley de Hooke comienza el período de fluencia que da inicio a la etapa de deformaciones permanentes. En este período se ve que para los valores pequeños de incrementos en cargas, son grandes los aumentos en las deformaciones. Se puede afirmar entonces, que el período de fluencia se da cuando el material pasa de tener deformaciones elásticas a plásticas, notándose en la práctica un descascaramiento de la probeta y un fluctuar de la aguja en el dial de la máquina de ensayos. En ese mismo momento (período de fluencia), aparece el fenómeno conocido como acritud, (reacomodamiento cristalino del material), debiéndose para continuar el ensayo, incrementar la carga hasta ingresar en el período plástico o de grandes deformaciones. El valor correspondiente al punto 5 es el máximo alcanzado por el material, ya que a partir de ese momento comienzan a hacerse más pronunciadas y visibles las deformaciones transversales (estricción), que se localizan en la zona de rotura. Al decrecer en forma notoria la sección, decrece también la resistencia hasta la rotura de la probeta (punto 6 en Figura 6). Se denomina Resistencia a la Tracción a la tensión en 5, es la máxima tensión de tracción que soporta la probeta, si se aplica de manera sostenida se produce la rotura. Mientras la tensión sea inferior a la resistencia a la tracción, la deformación es uniforme en la probeta. Cuando la tensión es igual a la resistencia a la tracción se comienza a producir una disminución localizada en el área de la sección transversal en algún punto de la probeta: estricción o cuello, a partir de ese momento toda la deformación estará confinada en la estricción.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 5 et 6 f 3 4 e 2 p 1 Figura 6: Puntos Característicos del Diagramo Tensión Deformación En Figura 6 los puntos característicos corresponden a: – (1) Límite de proporcionalidad (p): máxima tensión que un material es capaz de soportar sin que las deformaciones dejen de ser proporcionales a los esfuerzos. – (2) Límite de elasticidad (e): máxima tensión que un material es capaz de soportar sin que las deformaciones dejen de ser elásticas, es decir que producida la descarga, la probeta recupera su longitud inicial. – (3) Límite de fluencia (f): Tensión a la cual se produce el primer alargamiento permanente de la probeta, sin aumento o con disminución de carga. La fluencia tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada. – (5) Resistencia a la tracción (et): tensión normal a la sección, correspondiente a la carga máxima. – (6) La resistencia a la rotura corresponde a la tensión de fractura. Cuando se habla de la resistencia de un metal para el diseño de una estructura o pieza se indica el límite de fluencia pues al llegar a la resistencia a la tracción, la deformación plástica de la probeta sería demasiado grande como para resultar útil. En los aceros de alta resistencia el límite de fluencia es de difícil determinación por lo que se define un límite convencional de fluencia (0,2): tensión en la que se produce, una   CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN vez suprimida la carga, un alargamiento permanente del 0,2 %. Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación permanente igual a la convencional (0,2%). et 0,2%   p  Figura 7: Determinación del Límite Convencional de Fluencia 1.4.3 DIAGRAMA REAL Y CONVENCIONAL Como la tensión necesaria para continuar con la deformación una vez superado el máximo (punto 5 en Figura 6) disminuye pareciera que la resistencia a la deformación plástica disminuye. En realidad, ocurre todo lo contrario. Lo que sucede es que el área de la sección transversal disminuye rápidamente en la estricción. Al indicar la tensión en el gráfico se sigue teniendo en cuenta el área inicial de la sección transversal, el diagrama así obtenido se denomina ―Convencional‖ mientras que el ―Real‖ sería aquel en que la resistencia se calcula considerando la sección real en cada punto y no la inicial. En Figura 8 se muestra las modificaciones en la sección de la probeta a medida que se deforma por incremento en la carga y en Figura 9 se superpone un diagrama convencional y el real para una misma probeta.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Figura 8: Variación de la sección de la probeta durante el ensayo de tracción Diagrama real Diagrama convencional Figura 9: Diagrama σ-ε CONVENCIONAL Y REAL 1.5 DEFORMACIONES 1.5.1 INTERPRETACIÓN A TRAVÉS DE LA ESTRUCTURA INTERNA En escala atómica, la deformación elástica macroscópica se manifiesta como pequeños cambios en la distancia interatómica y en el estiramiento de los enlaces interatómicos. En consecuencia, la magnitud del módulo de elasticidad es una medida de la resistencia a la separación de los átomos adyacentes, es decir, las fuerzas de enlace interatómicas. Para muchos materiales metálicos la deformación elástica persiste sólo hasta deformaciones del orden de 0,005. Cuando el material es deformado más allá de ese nivel, la relación lineal tensión-deformación ya no es válida y se produce una deformación permanente, no recuperable llamada deformación plástica.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Desde una perspectiva atómica, la deformación plástica corresponde a la ruptura de uniones entre átomos vecinos y a la formación de uniones ya que muchos átomos sufren desplazamientos importantes. Cuando la magnitud de los corrimientos entre los átomos sometida a esfuerzos tangenciales permiten establecer nuevos enlaces atómicos se producen deformaciones plásticas. Al cesar la tensión ya no pueden regresar a su posición original. La deformación plástica se realiza principalmente a través de los movimientos de imperfecciones cristalinas denominadas dislocaciones. El aumento de esfuerzo requerido para continuar la deformación plástica, producida por interacciones entre numerosas dislocaciones, se denomina endurecimiento por trabajo. Las dislocaciones pueden existir en cristales debido a fallas de crecimiento, pero en general las producen las fuentes de dislocaciones que operan bajo la acción de un esfuerzo sometiéndolas de manera sucesiva. En síntesis, al aplicar un esfuerzo cortante, en un plano cristalino, se produce un desplazamiento atómico con respecto a las posiciones originales. Si el desplazamiento es pequeño, la deformación es elástica; esto es, al eliminar el esfuerzo los átomos retroceden y ocupan sus posiciones originales. Sin embargo, si el desplazamiento es tan elevado que traslade al átomo a una posición intermedia entre otros átomos, pasa a ocupar ahora una posición de equilibrio metaestable con respecto a aquellos, y puede colocarse con igual facilidad en la posición lindante con cualquier otro átomo. Si dos planos atómicos completos y perfectos se deslizan uno sobre otro, el esfuerzo cortante deberá sobrepasar la fuerza de atracción entre cada átomo en un plano y su vecino inmediato en el plano adyacente. El comportamiento plástico de materiales cristalinos depende en el movimiento e interacción de las dislocaciones.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Figura 10: Deformación de la estructura cristalina (a) Retícula original, (b) deformación elástica sin cambio permanente en la posición de los átomos, (c) deformación plástica en la cual los átomos de la retícula son forzados a tomar nuevas posiciones 1.5.2 RECUPERACIÓN ELÁSTICA DURANTE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA Si se deja de aplicar la tensión durante el ensayo de tracción una fracción de la deformación total se recupera como deformación elástica. En Figura 11 se muestra el diagrama Tensión-deformación de un ensayo de tracción durante el cual se realiza una descarga (punto D), al cesar la carga la curva sigue una geometría prácticamente recta desde el punto de descarga (D) y su pendiente es prácticamente igual al módulo de elasticidad E del material. La magnitud de la deformación elástica, que es recuperada durante la descarga, corresponde a la deformación de recuperación. Si se vuelve a aplicar la carga, el camino que se seguirá será el mismo pero en sentido opuesto al seguido durante la descarga. La fluencia volverá a ocurrir a la carga en que se inició la descarga.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Figura 11: Diagrama  con recuperación elástica 1.5.3 DUCTILIDAD Es una medida del grado de deformación plástica que puede soportar un metal hasta fracturarse. Si el metal que sufre poca o ninguna deformación plástica se considera frágil. En la siguiente figura se muestra la curva tensión deformación para materiales dúctiles y frágiles. Figura 12: Gráfico Tensión-Deformación de un material dúctil y uno frágil Es importante conocer la ductilidad de un metal por dos razones:  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN - indica hasta donde una estructura en servicio puede deformarse sin llegar a la fractura - indica hasta que punto se puede deformar un metal en el proceso del conformado de piezas. Se suele decir que los materiales dúctiles son indulgentes pues si se produce un error de diseño el material no se fractura, se deforma. En general, se consideran frágiles los materiales si se fracturan con deformaciones 0,35% (Acero calmado) P < 0,03% S < 0,03% Características: Presenta dificultad para ser soldado. Mejores propiedades mecánicas que el acero de bajo carbono. Adquiere dureza frente al templado. Barra de Acero ADN-420 Se trata de barras destinadas a la construcción de acero al carbono, laminadas en caliente, de acuerdo a los requisitos de la Norma Argentina IRAM-IAS-U-500-528 u otras normas internacionales de este producto. Los aceros ADN solamente tienen especificados por la norma los contenidos de Azufre y Fósforo, por lo que la composición queda a elección del fabricante. (Azufre (S) máximo: 0.058 %, Fósforo (P) máximo 0.048%) En general los diámetros menores se fabrican con un acero similar al SAE 1045 (C: 0,43 / 0,50; Mn: 0,60 / 0,90, hipoeutectoides) y los diámetros mayores con un grado aproximado al SAE 1541 (C: 0,36 / 0,44; Mn: 1,35 / 1,65, hipoeutectoides). En las medidas 25 y 32 mm se utiliza frecuentemente acero microaleado; con Niobio Nb ó Vanadio V (Vanadio y Niobio: se usan para disminuir el tamaño de grano y aumentar resistencia y ductilidad). Las características mecánicas se obtienen mediante el manejo de su composición química y correctos procesos de laminado con equipos de alta tecnología a fin de satisfacer los requerimientos del mercado de la construcción.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN La superficie de las barras está conformada con dos nervaduras longitudinales, y nervaduras transversales a la barra, dispuestas en espina de pescado a 45° con respecto al eje de la misma, lo cual asegura una alta adherencia al hormigón. En el mercado se pueden encontrar, además de la barra ADN-420, una variante que presenta características especiales de soldabilidad, denominada ADN-420-S. En las imágenes se pueden observar como vienen designadas la barras de ADN-420, en el frente o uno de los lados de la barra se encuentra el nombre del fabricante, que en este caso es ACINDAR, mientras que en el dorso se pueden ver los números 420 y 12, el primero de ellos hace referencia a la tensión límite de fluencia en MPa, mientras que el segundo de ellos especifica el diámetro en milímetros. Tabla 5: Características comerciales Diám. nominal Perim. nominal Peso nominal Peso por barra 12 m (mm) (cm) (kg/m) (Kg) 6 1.88 0.222 2.6 8 2.51 0.395 4.74 10 3.14 0.617 7.4 12 3.77 0.888 10.7 16 5.03 1.58 18.9 20 6.28 2.47 29.6 25 7.85 3.85 46.2 32 10.1 6.31 75.7 40 12.6 9.86 118.3 Tabla 6: Características mecánicas Limite de fluencia Resistencia a la tracción Alargamiento porcentual (MPa) (MPa) de rotura caract. (%) 420 500 12  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Usos: su aplicación se da principalmente en la confección de armaduras para cualquier tipo de estructura de hormigón armado (losas y muros, vigas y columnas, muros de contención, tanques y reservorios de agua, edificios en altura, puentes, diques, centrales eléctricas, obras industriales, pavimentos de hormigón en general, aeropuerto, etc), debido a que la presencia de nervaduras garantiza una buena adherencia del hormigón. 3.1.2.2 ACEROS DE ALTO CARBONO C: 0,6% a 1,76%. Mn 0,6 a 0,9% Si > 0,35% (Acero calmado) P < 0,03% S < 0,03% Características: Elevada resistencia, dureza y fragilidad Baja ductilidad Pueden ser sometidos a temple y revenido para dotarlos de mayor resistencia al desgaste, aunque debe cuidarse el enfriado para evitar fisuras. Aplicaciones: Se lo usa donde es necesario incrementar la resistencia al desgaste y conseguir altos niveles de dureza. Fabricación de herramientas de corte: Hojas de sierra, cuchillos, mechas, tenazas, pinzas. Elementos de tensión: alambres, tensores. 3.2 OBTENCIÓN DE LOS PRODUCTOS Los aceros obtenidos en las acerías se somete a un proceso de colada continua en que el acero líquido se vierte en un molde sin fondo, cuya sección transversal es la misma que la del semiproducto que se desea fabricar como palanquillas de sección cuadrada, redondos y secciones especiales, planchas y chapas de pequeño espesor. Se llama continua porque el producto sale sin interrupción de la máquina hasta que la cuchara (o cucharas en caso de coladas secuenciales) haya vaciado todo el acero líquido que contiene mientras los productos se desplazan sobre rodillos. En esta etapa se obtienen productos intermedios llamados: - desbastes planos (planchones de gran espesor),  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN - tochos y palanquillas (barras de sección cuadrada o rectangular). Luego se realiza un proceso de laminado para obtener productos comerciales. El proceso de laminado consiste en calentar previamente los planchones o palanquilla de acero a una temperatura que permita la deformación por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminación. Estos cilindros van conformando el perfil deseado hasta conseguir las medidas adecuadas. Las dimensiones del acero que se consigue no tienen tolerancias muy ajustadas y por eso muchas veces a los productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para ajustar su tolerancia. Los productos que se obtienen son:  chapas planas: en hojas rectangulares (espesores máximos de 2 pulgadas o 50 mm) o en bobinas de gran longitud.  chapas conformadas: acanaladas de perfil ondulado, trapezoidal, etc.; habitualmente reciben a posteriori un tratamiento de protección metálica (galvanizado).  perfiles de sección normalizada: perfiles "doble T", "U", "L", "T", etc.; son barras cuya sección transversal (o perfil) tiene un diseño característico pensado para obtener un óptimo funcionamiento en distintas aplicaciones, ya que brindan excelente rigidez a la flexión, a la compresión, etc.  barras redondas y cuadradas.  planchuelas: son barras de sección rectangular cuyas medidas se especifican normalmente en múltiplos y submúltiplos de pulgadas.  tubos y caños: con diferentes espesores de pared para los distintos diámetros; existen una gran variedad de estos caños según el proceso de fabricación, el destino que van a tener (estructuras, conducción de fluidos), etc.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Además de estos productos obtenidos por laminación existe una infinidad de productos y accesorios de acero tales como mallas y tejidos, clavos, tornillos, grampas, herrajes, etc. Existen también productos de acero laminado en frío que es esencialmente acero laminado en caliente que ha pasado por más procesamiento. Una vez el acero laminado en caliente se ha enfriado, se relamina a temperatura ambiente para alcanzar dimensiones más exactas y mejores cualidades de superficie. El acero laminado en frío puede con frecuencia ser identificado por las siguientes características: - Se logran menores espesores - Superficies mejores y más acabadas con tolerancias más cercanas - Las barras son cuadradas con bordes y esquinas bien definidas - Los tubos tienen mejor uniformidad concéntrica y rectitud Los perfiles tubulares son obtenidos por laminado en frio  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Perfiles tubulares de acero laminados en frio 3.3 ENSAYOS DEL ACERO Dentro de los ensayos a que se someten los aceros, destacaremos los más utilizados:  Ensayo de tracción  Ensayo de dureza  Ensayo de impacto  Ensayo de doblado 3.3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN Debido a la gran cantidad de información que puede obtenerse a partir de este ensayo, es sin duda alguna, uno de los test mecánicos más empleados para el acero. La versatilidad del ensayo de tracción radica en el hecho de que permite medir al mismo tiempo, tanto la ductilidad, como la resistencia. El valor de resistencia es directamente utilizado en todo lo que se refiere al diseño. Los datos relativos a la ductilidad, proveen una buena medida de los límites hasta los cuales se puede llegar a deformar el acero en cuestión, sin llegar a la rotura del mismo. Los detalles del ensayo se han desarrollado en el punto 1.4. ―Propiedades Mecánicas de los Materiales Metálicos‖. 3.3.2 ENSAYO DE DUREZA El ensayo de dureza mide la resistencia de un material a la penetración de un punzón. Este penetrador es también llamado durómetro. El durómetro usualmente consta de una bolita, pirámide o un cono de un material mucho más duro que el acero que se está midiendo. La dimensiones de la impronta que deja el durómetros en el material ensayado permite medir la dureza del dicho material. Su uso está ampliamente extendido, especialmente dentro de las áreas de conformado y de tratamiento térmico de los aceros. Una utilización práctica, es la de dar una buena correlación entre las medidas que entrega y otras propiedades que pueden medirse directamente, como la penetración del temple de un acero.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Dado que el ensayo de dureza puede hacerse fácilmente, la información obtenida puede ser evaluada inmediatamente. Por estas razones y por su carácter no destructivo se le usa ampliamente para control de calidad en producción. Existen tres principales formas de realizar este ensayo las cuales son: 3.3.2.1 DUREZA BRINELL El método Brinell básicamente consiste en comprimir sobre la superficie del material a ensayar una bolilla de acero muy duro durante un cierto tiempo (t) produciendo una impresión en forma de casquete esférico. Para evitar determinaciones erróneas es conveniente calcular el número Brinell a partir de la medición del diámetro “d” de la impronta con un microscopio graduado. P D h d Con el diámetro “d” de la impronta y teniendo en cuenta la carga empleada se determina el número de dureza Brinell como la relación entre la carga P y el área de la superficie de la huella como se indica en ecuación (1) 𝑃 2. 𝑃 𝐻𝐵 = = (1) 𝑆 𝜋. 𝐷. 𝐷 − 𝐷² − 𝑑² Donde: P= carga aplicada en Kg S= superficie dada del casquete en mm² D= diámetro de la bolilla en mm d= diámetro de la impronta en mm Equipos y condiciones de ensayo  Equipo: durómetro Brinell  Penetradores: Bolilla de acero diámetro 15; 10; 5; 2,5; 2; 1 mm  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Como penetrador normal del método puede considerarse a la bolilla de 10 mm de diámetro, de acero muy duro, pudiéndose emplear en probetas de poco espesor las bolillas de 5 y 2,5 mm. Material: - de acero para durezas menores a 450 HB - de carburos (tungsteno) para durezas de hasta 630 HB  El tiempo de aplicación: en aceros: 5 seg. , en metales blandos: 30seg (no deben producirse efectos dinámicos).  Cargas empleadas: 3000kg, 1500kg, 500kg  Expresión del resultado: El resultado se expresa como: XXX HB (D/P/t) Donde: XXX: Número de dureza resultante de la de la ecuación (1) D/P/t: diámetro de la bolilla empleada/carga/tiempo de aplicación en segundos Ejemplo: 260 HB 10 500 30 260: dureza obtenida HB: método (Dureza Brinell) 10: diámetro de la bola en mm 500: carga empleada en Kg 30: tiempo en segundos que la pieza ha estado bajo la carga 3.3.2.2 DUREZA VICKERS Es semejante al ensayo de dureza Brinell, su valor depende de la carga aplicada y de la superficie de la impronta o huella. Las cargas varían de 1 a 120 kg y el penetrador El  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN penetrador es una pirámide de diamante de base cuadrada, cuyo ángulo en el vértice es de 136° (Figura 21). Figura 21: Identador piramidal Vickers El penetrador es forzado en la superficie de la muestra, la marca resultante se observa al microscopio y se mide la longitud ―d‖ de las diagonales de dicha impronta. El método Vickers presenta las siguientes características:  Los espesores de las piezas pueden ser muy pequeños (hasta 0.2 mm).  Puede medir dureza superficial por la poca profundidad de la huella.  Los espesores de los materiales pueden ser mucho más pequeños que los del ensayo Brinell.  Se puede utilizar en superficies cilíndricas o esféricas.  Se puede utilizar tanto para materiales muy duros como en materiales blandos. El ensayo de dureza Vickers tiene por objetivo, al igual que el Brinell, la determinación de la superficie lateral ―S‖ de la huella y que es calculada a partir de la longitud ―d‖ por la ecuación (2). 𝑑2 𝑆= (2) 2. 𝑠𝑒𝑛𝑜 68º La dureza Vickers se expresa como la relación entre la carga P aplicada y la superficie de la impronta resultando la ecuación (3). 𝑃 2. 𝑃. 𝑠𝑒𝑛𝑜 68º 𝑃 𝐻𝑉 = = 2 = 1,854. 2 (3) 𝑆 𝑑 𝑑  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN El resultado se expresa como: nHV/P/t Donde: n: número de dureza resultante de (3) HV: siglas identificatorias del método P: carga utilizada t: tiempo de permanencia 3.3.2.3 DUREZA ROCKWELL El método consiste en hacer una indentacion en una probeta con un penetrador de diamante esferocónico o un penetrador esférico de acero, aplicando sucesivamente dos cargas y determinándose la profundidad permanente de la huella que se produjo bajo las condiciones específicas de una carga menor, y una mayor. La máquina de prueba consiste en un soporte rígido o yunque, sobre el que se coloca la probeta y un dispositivo que aplica las cargas prefijadas a un penetrador en contacto con la misma. Se diferencia de los anteriores en que la medida de la dureza se hace en función de la profundidad de la huella y no de su superficie. Es válido para materiales duros y blandos. Es un ensayo rápido y fácil de realizar pero menos preciso que los anteriores. Las características son:  Cargas utilizadas: la carga es la suma de una carga inicial fija de 10 kg más una carga adicional, que puede ser de 50, 90 y 140 Kg, en función de la dureza del material a ensayar.  Penetradores: Para metales y aleaciones duras, se utiliza un cono de diamante con un ángulo de 120º con punta redondeada de diámetro 0,2 mm.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Para metales y aleaciones semiduras y blandas, se emplean bolillas de acero extraduro de diámetros 1/16‖, 1/8‖, ¼‖ y ½‖. Para materiales no muy duros, como bronce, aceros blandos, fundiciones, etc. se utiliza una bolilla de 1/16‖.  Escalas de dureza: a partir de las combinaciones posibles de distintos penetradores y cargas se definen 15 escalas diferentes de durezas Rockwell que se distinguen con lestras. Las escalas más difundidas son la B y C. Rockwell B (HRB) se aplica a materiales blandos y se utiliza el penetrador de bola de 1,59 mm (1/16‖) de diámetro y una carga adicional de 90 Kg. Rockwell C (HRC) se aplica a materiales más duros, el penetrador es un cono de diamante con un ángulo de 120º terminado en casquete esférico de radio 0,2 mm y se realiza con y una carga adicional de 140 Kg Símbolo Carga de la Total Penetrador Aplicaciones típicas de las escalas escala F (kg) Aceros al carbono, cementados, productos de acero A 60 Diamante delgado, y aceros de superficies endurecidas poco profundas. Bola de acero Aleaciones de cobre, aceros de bajo carbono; aleaciones B 100 de aluminio, fundición maleable, etc. (1,588 mm) Aceros, fundiciones blancas, fundición maleable perlítica, titanio, aceros de superficies endurecidas profundas y C 150 Diamante otros materiales con una dureza mayor a 100 HBR. La carga total no se aplica en forma continua, hay una carga inicial, que asegura la fijación de la pieza y un buen contacto del penetrador, fijando uno de los extremos de la escala (el mayor); y otra adicional que varía según las condiciones de ensayo. La dureza está dada por el incremento de penetración debido a la acción de la carga adicional y una vez suprimida ésta. El valor se obtiene en forma directa del dial indicador de la máquina. En la siguiente figura se representa esquemáticamente la secuencia de un ensayo de dureza Rockwell.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Figura 22: Secuencia ensayo dureza Rockwell  Expresión del resultado: El resultado se expresa como: n HR letra Dónde: n: es número de dureza resultado del ensayo HR: es el identificador del ensayo Rockwell Letra: identifica la escala usada Tabla 7: Tabla comparativa de durezas Rockwell Resistencia Rockwell Resistencia a Brinell Vickers a la tracción Brinell Vickers la tracción x C B x 1000 psi C B 1000 psi 898 440 223 223 20 97 110 857 420 217 217 18 96 107 817 401 212 212 16 96 104 780 1150 70 384 207 207 14 95 101 745 1050 68 368 202 202 12 94 99 712 960 66 352 197 197 10 93 97 682 885 64 337 192 192 9 92 95 653 820 62 324 187 187 8 91 93 627 765 60 311 183 183 7 90 91 601 717 58 298 179 179 6 89 89 578 675 57 287 174 174 4 88 87 555 633 55 120 276 170 170 3 87 85 534 598 53 119 266 166 166 2 86 83 514 567 52 119 256 163 163 1 85 82  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Rockwell Resistencia Rockwell Resistencia a Brinell Vickers a la tracción Brinell Vickers la tracción x C B x 1000 psi C B 1000 psi 495 540 50 117 247 159 159 84 80 477 515 49 117 238 156 156 83 78 461 494 47 116 229 153 153 82 76 444 472 46 115 220 149 149 81 75 429 454 45 115 212 146 146 80 74 415 437 44 114 204 143 143 79 72 401 420 42 113 196 140 140 78 71 388 404 41 112 189 137 137 77 70 375 389 40 112 182 134 134 76 68 363 375 38 110 176 131 131 74 66 352 363 37 110 170 128 128 73 65 341 350 36 109 165 126 126 72 64 331 339 35 109 160 124 124 71 63 321 327 34 108 155 121 121 70 62 311 316 33 108 150 118 118 69 61 302 305 32 107 146 116 116 68 60 293 296 31 106 142 114 114 67 59 285 287 30 105 138 112 112 66 58 277 279 29 104 134 109 109 65 56 269 270 28 104 131 107 107 64 56 262 263 26 103 128 105 105 62 54 255 256 25 102 125 103 103 61 53 248 248 24 1025 122 101 101 60 52 241 241 23 100 119 99 99 59 51 235 235 22 99 116 97 97 57 50 229 229 21 98 113 95 95 56 49 3.3.3 ENSAYO DE IMPACTO Esta prueba consiste en impactar una probeta estándar mediante un péndulo que se deja caer desde cierta altura es sometida a un fuerte impacto instantáneo, producto del cual ésta se rompe muy rápidamente. El resultado es la energía que se debe aplicar para su fractura, lo que se traduce en un índice de su tenacidad. Si bien los resultados de los ensayos de impacto no se utilizan directamente para el diseño, son muy útiles como herramienta de la producción, ya que permiten la comparación de un acero con otro que ha dado resultados satisfactorios. Existen dos tipos de ensayo que han alcanzado gran difusión: Charpy e Izod. El resultado se mide en Joules o en Libra-Pie. El metal debe actuar en las más severas condiciones posibles, para lo cual se le debe hacer una entalladura, que al generar un estado compuesto de tensiones, disminuyen  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN aún más su plasticidad, debido a que la desigualdad en los valores de las tensiones origina una diferencia en la velocidad de deformación entre los puntos de la sección afectada ( =  / E), la que no llega a ser compensada plásticamente, por la acción instantánea de la carga. Este ensayo también permite comprobar los distintos grados de revenido que pueden alcanzar los aceros, como verificar el correcto recocido o forjado de los mismos, lo que muchas veces no es posible deducir de ensayos estáticos. 3.3.3.1 FLEXIÓN POR CHOQUE SOBRE BARRAS SIMPLEMENTE APOYADAS (MÉTODO CHARPY) El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la rompe. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (H) y la final tras el impacto (h) permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. El resultado de este método es el trabajo gastado por unidad de sección transversal para romper al material de un solo golpe o energía absorbida por el material. 𝜏 = 𝑃. 𝐻 − ℎ = 𝑃. 𝐿. cos 𝛽 − cos 𝛼. 𝑔 Donde: =es la energía empleada en la rotura en Joules P= es la masa del péndulo en kg g= gravedad (9,8 m/s²) H= altura inicial del péndulo h= altura final del péndulo L= longitud del péndulo en metros  y =ángulos que forma el péndulo con la vertical antes y después de soltarlo, respectivamente.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 3.3.3.2 FLEXIÓN POR CHOQUE DE BARRAS EMPOTRADAS (MÉTODO IZOD) Varía la forma de sujeción de la probeta. En este caso la probeta se encuentra empotrada. Figura 23: Máquina Ensayo Prueba de Impacto IZOD (ASTM D256)  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Figura 24: Prueba de Impacto IZOD (ASTM Figura 25: Comparación Método IZOD y D256) CHARPY 3.3.4 ENSAYO DE DOBLADO Este ensayo sirve para obtener una idea aproximada sobre el comportamiento del acero al esfuerzo de doblado. La probeta a ensayar se ubica sobre dos apoyos que pueden girar para permitir el movimiento de la probeta y su doblado. Estos apoyos tienen diámetros que están regulados por normas entre un máximo y un mínimo. Se aplica luego, una fuerza controlada y que aumenta paulatinamente hasta que la probeta se dobla completamente o comienzan a aparecer las primeras grietas. Este ensayo es importante para verificar que el acero pueda ser doblado sin agrietarse. Interpretación: El ensayo dará resultado satisfactorio o, en otras palabras, el material será aceptado si ―no presenta‖ sobre su parte estirada grietas o resquebrajaduras a simple vista. En caso contrario, el ensayo se considera negativo‖. Aplicación: El ensayo es solicitado por las especificaciones en la recepción de aceros en barras y perfiles, para la comprobación de la tenacidad de los mismos y después de haber sido sometido al tratamiento térmico de recocido  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 4 TRATAMIENTOS DE LOS METALES PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES Los metales se pueden someter a una serie de tratamientos para potenciar sus propiedades. En unos casos se busca mejorar su dureza y resistencia mecánica; en otros, mejorar su ducilidad para facilitar su conformado. 4.1 TRATAMIENTOS TÉRMICOS Son procedimientos, a que se someten los metales, de calentamientos y enfriamientos controlados que tienen por objeto conseguir variar la estructura cristalina y obtener así propiedades especiales como por ejemplo mayor dureza, mayor resistencia, mejorar la ductilidad, etc. SIN TRATAMIENTO TEMPLADO TERMICO RECOCIDO REVENIDO Los tratamientos térmicos se diferencian por las temperaturas de calentamiento y por la velocidad de enfriamiento:  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 4.1.1 TEMPLADO Consiste en someter a los metales a una temperatura por encima de un punto denominado crítico y luego enfriar bruscamente por inmersión en agua, aceites o soluciones acuosas de ciertas sales. Los aceros para ser templados deben ser de alto porcentaje de carbono (de medio a alto) El templado involucra un calentamiento hasta la región de estabilidad de la austenita (temperatura de austenitización), mantener el material durante un cierto tiempo a esta temperatura de austenitizacion y después un enfriamiento continuo desde esta temperatura a una velocidad de enfriamiento tan grande (mayor que la crítica) que la transformación a perlita se inhibe y el producto de la transformación será la martensita modificándose la estructura de Cubica de Cara Centrada (FCC) de la Austenita a tetragonal centrada en el cuerpo (TCC). Esto sucede porque debido al enfriamente rápido gran número de átomos de carbonos quedan atrapados en la red de la austenita y la estructura solida pasa a ser tetragonal. El propósito de este tratamiento es el de obtener, para cada composición de acero, la dureza máxima y el incremento de la resistencia mecánica. Estos incrementos se deben a una deformación de la estructura cristalina. Los cristales o granos metálicos se agrandan cuando se someten a temperaturas elevadas durante prolongado tiempo, ese tamaño se mantiene si se enfría lentamente, en cambio se reduce o afina cuanto mayor es la velocidad de enfriamiento. A menor tamaño de grano mayor resistencia. Aumenta de la dureza y la resistencia mecánica, pero con una sensible disminución de la ductilidad y la resistencia a los impactos. El templado puede ser superficial o profundo, y puede variar de acuerdo al tipo de baño de inmersión, su duración y la diferencia de temperaturas. 4.1.2 RECOCIDO Es el proceso inverso del templado y consiste en someter al metal a una temperatura superior a la del punto crítico y a la de templado y luego dejar enfriar lentamente. Se practica el recocido dentro de túneles con los artículos avanzando a contracorriente con aire. Con el recocido se pierde dureza pero se recupera ductilidad, eliminándose los efectos de tratamientos térmicos anteriores o de tratamientos mecánicos en frío (estirado, torsionado, etc).  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 4.1.3 NORMALIZADO Se enfría con una velocidad intermedia entre la del templado y la del recocido. Se saca la pieza del horno en que se ha calentado por encima de la temperatura crítica superior y se deja enfriar al aire (calmo o en movimiento), en montón o individualmente, según la velocidad deseada. La microestructura es una perlita fina. Los aceros con perlita fina son mucho más duros y resistente que con perlita gruesa (aceros enfriados a velocidad muy lenta). Con el normalizado se consigue: una mayor resistencia con poca disminución de la ductilidad, sin llegar al endurecimiento por temple. 4.1.4 REVENIDO Es un tratamiento intermedio consistente en someter al metal a una temperatura inferior a la crítica y luego enfriar a velocidad controlada. De esta manera se consigue eliminar algunos efectos del templado como ser la fragilidad, las tensiones internas, etc, conservándose la dureza y la resistencia mecánica. 4.1.5 TEMPLE Y REVENIDO La martensita formada en el templado presenta una ductilidad prácticamente nula por lo cual como tal es inservible en la mayoría de aplicaciones. Se le aplica un tratamiento de revenido, calentando a temperatura inferior al eutectoide, transformándose en partículas extremadamente pequeñas de cementita dispersas en una matriz de ferrita. La estructura es similar a la esferoidita, pero de menor tamaño. 4.2 TERMOQUÍMICOS Son procedimientos donde los procesos de calentamiento y enfriamiento indicados anteriormente se completan con aporte de diversas sustancias químicas para mejorar características superficiales como la dureza. Los más comunes son: 4.2.1 CEMENTACIÓN: Consiste en incrementar la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en su superficie. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste, buena tenacidad en el núcleo y aumento de la resiliencia. Se realiza en piezas de acero al bajo carbono que deben ser resistentes a golpes y a la vez al desgaste.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN La cementación permite endurecer la superficie de la pieza sin modificación del núcleo, dando lugar así a una pieza formada por dos materiales, la del núcleo de acero con bajo índice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie, de acero con mayor concentración de carbono, más dura, resistente al desgaste y a las deformaciones, siendo todo ello una única pieza compacta. El procedimiento consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someterla durante varias horas a altas temperatura de 900 °C. En estas condiciones es cuando tiene mayor capacidad de disolución el carbono, que irá penetrando en la superficie que recubre a razón de 0,1 a 0,2 milímetros por hora de tratamiento. Una vez absorbido por la capa periférica del acero, comienza el proceso de difusión del carbono hacia el interior de la pieza (el espesor de la capa cementada depende de la temperatura y del tiempo que dure la operación). La pieza así obtenida se le da el tratamiento térmico correspondiente, de temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirirá las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono. En ocasiones se dan dos temples, uno homogéneo a toda la pieza y un segundo temple que endurece la parte exterior. La cementación se aplica a piezas que deben de ser resistentes al desgaste y a los golpes. Dureza superficial y resistencia. Síntesis de las características de la cementación:  Endurece la superficie No afecta al corazón de la pieza  Aumenta el carbono de la superficie  Se coloca la superficie en contacto con polvos de cementar ( Productos cementantes)  El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico posterior Aplicación: engranajes 4.2.2 NITRURACIÓN Es un proceso de endurecimiento del acero por absorción de nitrógeno a una temperatura determinada. Además, proporciona una buena resistencia a la corrosión. Aumenta la dureza superficial en mayor medida que la cementación. La nitruración puede ser en horno o iónica. Nitruración en horno: la pieza se introduce en un horno en el que se llena la atmósfera con amoníaco y luego se calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C. Esto hace que el amoníaco se descomponga en nitrógeno e hidrógeno; el hidrógeno se separa del  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN nitrógeno por diferencia de densidad y el nitrógeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro. Nitruración iónica: las moléculas de amoníaco se rompen mediante la aplicación de un campo eléctrico. Esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para formar el nitruro de hierro, Fe2N. Aplicación: la nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, bielas, cigüeñales, etc. Estas aplicaciones requieren que las piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste. Las piezas cpm proceso de nitruración se pueden usar en trabajos con temperaturas de hasta 500 °C (temperatura de nitruración), temperatura a la cual el nitrógeno comienza a escaparse de la pieza, eliminando los efectos de la nitruración y disminuyendo la dureza de la pieza. 4.2.3 CIANURACIÓN Y CARBONITRURACIÓN Son tratamientos intermedios entre los dos anteriores, endurecer la superficie del material introduciendo carbono y nitrógeno. En la cianuración se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760ºC y 950ºC. Se utiliza en piezas pequeñas La carbonitruración, a diferencia del anterior, la deposición del carbono y el nitrógeno se realiza mediante gases (en la cianuración por medio de baños) utilizándose hidrocarburos como metano, etano o propano; amoniaco y monóxido de carbono. En este proceso se aplican temperaturas entre 650ºC y 850ºC. Es necesario realizar un temple y un revenido posterior. 4.3 TRATAMIENTOS MECÁNICOS Estos tratamientos mejoran las características de los metales por deformación mecánica, en frío o en caliente. Con ellos se pretende modificar la estructura interna al homogeneizar el material, eliminando tensiones internas y posibles fisuras y cavidades existentes. La conformación de los aceros para brindar las formas comerciales deseadas puede darse a través de distintas operaciones (laminado, forjado, etc), estos procedimientos pueden ser realizados en caliente o en frío.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN En frio Aumenta la dureza y la resistencia mecánica. Disminuye la ductilidad y la plasticidad. En caliente: Elimina sopladuras y cavidades internas. Se obtiene una estructura interna más homogénea. 4.3.1 EN FRIO Cuando el proceso de conformación se hace en frío (a temperatura ambiente), se producen dislocaciones en la estructura cristalina del acero las cuales originan modificaciones en las propiedades mecánicas de los aceros, ya que se produce un aumento en la resistencia a tracción y una disminución en la ductilidad. Cuando un metal ha recibido este tratamiento se dice que tiene acritud (aumento de la dureza, fragilidad y resistencia a la tracción, por efecto de las deformaciones en frío). El acero de dureza mecánica (ADM) es acero dulce que ha sido obtenido por laminación en caliente y luego es sometido a un proceso de estirado y torsionado en frio que logra aumentar su límite elástico sin variar la composición, pero su ductibilidad se reduce por debajo del acero de dureza natural (ADN), no poseen escalón de fluencia, sus estrías son helicoidales, debido al proceso de torsionado. Las barras ADM son barras de sección cuadrada de aristas redondeadas, laminadas en caliente y torsionadas en frío para aumentar su resistencia. Las ventajas del tratamiento en frio con respecto al conformado en caliente son: alta calidad del acabado superficial, mejores propiedades mecánicas, y más variadas, y gran control dimensional de la pieza acabada.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Acero de dureza natural (ADN) Acero de dureza mecánica (ADM) Figura 26: Aceros ADN y ADM Figura 27: Comportamiento a tracción de aceros Dulce, ADN y ADM 4.3.2 EN CALIENTE La deformación se efectúa a temperaturas por encima de la recristalizacion (temperatura de recristalización es a la cual los granos de la microestructura comienzan a transformarse en nuevos granos sin dislocaciones, esta temperatura esta entre los 400 a 700ºC). El acero es sometido a una temperatura de 1200°C aproximadamente para producirse la conformación, luego es enfriado lentamente.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN Con el laminado en caliente disminuye la resistencia y aumenta la ductilidad pero es posible obtener piezas de forma más compleja que no sería posible con el laminado en frio. En el conformado en caliente sucede que cuando el acero se enfría, se encoge levemente, por ello el control del tamaño y de la forma del producto terminado es menor. Los productos de acero laminados en caliente se usan en la construcción para fabricar rieles de tren y perfiles, entre otros productos. 4.3.3 DIFERENCIAS DEL ACERO TRATADO EN CALIENTE Y RESPECTO AL TRATADO EN FRIO El acero laminado en caliente típicamente requiere mucho menos procesamiento que el acero laminado en frío, lo que lo hace mucho más barato. Debido a que al acero laminado en caliente se le permite enfriarse a temperatura ambiente, es prácticamente normalizado-quiere decir que está libre de estrés interno que puede surgir de los procesos de templar o endurecer mecánicamente. El acero laminado en caliente es ideal donde las tolerancias dimensionales no son tan importantes como la fuerza del material en general, y donde el acabado superficial no es una preocupación clave. Donde el acabado superficial es una preocupación, la rugosidad puede ser removida por molido, arenado o decapado por baño en acido. Una vez se remueve la rugosidad, varios acabados de cepillo o espejo pueden ser aplicados también. El acero con rugosidad removida también ofrece una mejor superficie para pintura y otras cubiertas de superficie. 4.4 TRATAMIENTO DE SUPERFICIES METÁLICAS Los aceros no poseen una adecuada resistencia a la oxidación y a la corrosión, una manera de superar esta desventaja (además de la aplicación de pinturas), consiste en la aplicación de recubrimientos metálicos en su superficie, con metales que sí posean esa propiedad. Entre los procedimientos más importantes de este tipo tenemos: 4.4.1 ELECTRODEPOSICIÓN: Consiste en la formación de una delgadísima capa metálica sobre el material base a través de un proceso electroquímico. La pieza a tratar se sumerge en un baño de compuestos que contienen el metal a aplicar (estaño, cromo, níquel) y mediante la aplicación de corrientes eléctricas este metal se deposita sobre la pieza (generalmente de acero). Así se realizan el cromado y el niquelado.  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN El proceso consiste en sumergir el acero (cátodo) y el metal de protección (ánodo) en un baño de una solución de sales del elemento químico que utilizamos para recubrir el objeto. Ambos están conectados a un suministro externo de corriente continua, el cátodo, artículo a recubrir, estará conectado al terminal negativo, mientras que el ánodo, conectado al terminal positivo. El ánodo irá aportando iones a la solución a medida que se oxida sustituyendo a los que se están consumiendo en la reacción electroquímica. Cuando se enciende la fuente de alimentación externa, el metal del ánodo se oxida a partir de un estado de valencia cero para formar cationes con carga positiva. Los cationes se reducen en el cátodo depositándose en el estado metálico, valencia cero. Por ejemplo, en una solución ácida, el cobre se oxida en el ánodo a Cu2+ perdiendo dos electrones. El Cu2+ asociado con el anión SO42- en la solución forman el sulfato de cobre. En el cátodo, el Cu2+ se reduce a cobre metálico al obtener dos electrones. El resultado es la transferencia efectiva de cobre de la fuente de ánodo a una película que recubre el cátodo. 4.4.2 DEPÓSITOS QUÍMICOS En este caso el depósito no se produce por la acción de una corriente eléctrica sino por una reacción química directa entre el baño y la pieza a tratar. 4.4.3 INMERSIÓN EN CALIENTE El material base a tratar se sumerge en un baño del metal a aplicar en estado líquido (fundido) que generalmente tiene un bajo punto de fusión, tales como el estaño, el plomo y el cinc. Los espesores de recubrimiento son relativamente elevados. Así se produce el galvanizado (aplicación de baño de cinc sobre acero común) y la hojalata (baño de estaño sobre acero).  CARRERA: ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INGENIERIA CIVIL DOCENTE: MG. ING. MARÍA INÉS MASTAGLIA UT: 03 METALES Y ACEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN 4.5 SÍNTESIS TRATAMIENTOS TERMICOS TERMIQUIMICOS MECÁNICOS SUPERFICIALES TEMPLADO CEMENTACIÓN EN FRIO ELECTRODEPO- RECOCIDO NITRURACIÓN Conformado SICIÓN NORMALIZADO CARBONITRURA- Trefilado DEPÓSITOS REVENIDO CIÓN Laninado QUÍMICOS EN CALIENTE INMERSIÓN EN CALIENTE Conformado Extrusión Laminado