Acero: Clasificación y Propiedades - UT4

El acero es un material duro y elástico capaz de absorber impactos y que puede deformarse y extenderse en forma de alambres o chapas. El horno se alimenta de una mezcla de mineral de hierro, carbón de coque y fundente; la proporción de estas tres sustancias suele ser de 1 parte de coque, 2 partes...

El acero es un material duro y elástico capaz de absorber impactos y que puede deformarse y extenderse en forma de alambres o chapas. El horno se alimenta de una mezcla de mineral de hierro, carbón de coque y fundente; la proporción de estas tres sustancias suele ser de 1 parte de coque, 2 partes de fundente, 4 partes de mineral de hierro. Esta mezcla se lleva a una tolva parte superior del horno, mediante una cinta que se llama tangente, el hierro colado o arrabio que no está listo se somete a un proceso llamado AFINO. El proceso dura de 50 a 60 minutos produciendo entre 250 y 300 toneladas por hornada. Estos hornos puede aceptar hasta un 20% de chatarra junto a la carga de arrabio. Tipos de hornos: Pueden ser eléctricos, el calor aportado procede de un arco eléctrico que se hace saltar entre unos electrodos de grafito y la superficie de la chatarra con la que se carga el horno. Cada hornada puede producir 80 y 100 toneladas. Una vez afinado el acero debe ser transformado, lo que se realiza mediante el proceso llamado colada, que puede hacerse de dos formas: Colada convencional. Colada continua para materiales de sección constante y en grandes cantidades. **4.1.1 Clasificación y propiedades** Clasificación atendiendo a su composición: Aceros al carbono (acero extrasuave, suave, semisuave y duro. El carbono oscila entre el 0,1% y el 0,7%. Aceros aleados: Además del carbono contienen oros elementos como cromo, níquel, maganeso, silicio, wolframio, molibdeno, vanadio titanio, etc. Aceros inoxidables: Contienen un mínimo del 10% de cromo y un máximo del 1,2% de cromo y un máximo del 1,2% de carbono y pueden ser ferríticos. Clasificación atendiendo a su composición: Según su calidad: Aceros no aleados de calidad. Aceros no aleados especiales. Aceros aleados de calidad. Aceros aleados especiales. Aceros inoxidables Estos aceros tienen características específicas en cuanto a tenacidad, tamaño del grano. Tienen mayor pureza que los aceros de calidad, buen comportamiento a la formabilidad. Por ejemplo los aceros aleados especiales se utilizan para aparatos de presión. Por otro lado, los aceros inoxidables son resistentes a la corrosión y a la oxidación en caliente y gozan de buena penetración frente a la fluencia. Clasificación atendiendo a su composición: Por su aplicación: Aceros de construcción. (Soldabilidad). Aceros de uso general. (Comercializa estado bruto de laminación). Aceros cementados: Tratamiento termoquímico, da dureza a la pieza. Aceros para temple y revenidos: Estos tratamientos endurece y aumenta la resistencia de los aceros (temple) o disminuye la dureza y elimina tensiones. Aceros inoxidables o para usos especiales. Aceros para herramientas de corte, alta dureza y resistencia. Aceros rápidos, aceros para herramientas de corte. **4,1,2 Designación numérica** La designación numérica de los aceros, según norma UNE-EN 10020, es 1, YY XX (XX). El 1, es el grupo de material (1= aceros ); del 2 al 9 se utiliza para otros materiales. YY sirve para indicar el número del grupo de acero. XX (XX) es el número de secuencia. Los dígitos entre paréntesis son para posibles usos futuros. La designación según la norma UNE-36009 es un código compuesto de cuatros campos distribuidos de la siguiente forma: F-X Y ZZ. La designación de los aceros comienza por F seguida de un guion; la primera cifra X, que es el siguiente campo, se utiliza para indicar los grandes grupos de acero. Hay 8 grupos de codificación del acero. **4.1.3 Tratamientos y ensayos:** Para mejorar las propiedades de los distintos tipos de acero, una vez que se han mecanizado se somete a diversos tratamientos térmicos basados en el diagrama hierro- carbono. Los más empleados son: Temple. Revenido. Recocido. Normalizado. **Temple** Consiste en calentar el acero a una temperatura entre 740° y 1300° e, inmediatamente, enfriarlo en un líquido llamado baño de temple. Se basa en un ciclo de calentamiento y enfriamiento brusco. La finalidad es dar dureza y resistencia a la pieza para soportar los esfuerzos. **Revenido**: Es un tratamiento complementario del temple. Después del templado, se eleva a una temperatura determinada, enfriándolo en agua, en aceite o al aire libre. Mejora la tenacidad disminuyendo fragilidad y elimina las tensiones provocadas por el temple. Las temperaturas de revenido son para materiales duros de 200ºC. **Recodido** Se realiza efectuando el calentamiento de una pieza a una temperatura determinada para luego enfriarla lentamente. La finalidad del recocido es ablandar el acero para que pueda trabajar mejor. Para ello se recuperan las características mecánicas producidas por sobrecalentamientos. **Normalizado** Se realiza para devolver al acero las propiedades después de sufrir calentamientos o enfriamientos irregulares, tras la soldadura o haber sido forjado. Solo se utiliza este tratamiento en los aceros al carbono. Es una mezcla del recocido y el temple. **4.1.3 Tratamientos y ensayos**: Para determinar o comprobar las características y las propiedades de los aceros, se someten a ensayos, estos pueden ser: Ensayo de compresión (Carga de compresión) Ensayo de flexión (Aplica fuerza en un punto medio). Ensayo de compresión: se realiza para comprobar la carga de compresión que soporta una pieza antes de su rotura ara determinar o comprobar las características y las propiedades de los aceros, se someten a ensayos, estos pueden ser: Ensayos de dureza. Ensayos de tracción. Ensayos de compresión. **Ensayo de tracción**: se utiliza para conocer la resistencia a la rotura, el límite de elasticidad y el alargamiento. Para determinar o comprobar las características y las propiedades de los aceros, se someten a ensayos, estos pueden ser: ** Ensayo de fatiga**: Resistencia de las piezas. (flexión rotativa). la rotura de fatiga puede ocurrir a menor tensión que la resistencia a la tracción o el límite elástico Para determinar o comprobar las características y las propiedades de los aceros, se someten a ensayos, estos pueden ser: **Ensayo de resistencia al choque**: Rompe de un solo golpe la probeta sobre la que se va a ensayar, péndulo de charpy.: consiste en romper de un solo golpe la probeta sobre la que se va a ensayar. La máquina para realizarlo se denomina péndulo de Charpy. Consiste en levantar el péndulo a una altura determinada y soltarlo para que golpee en la pieza hasta romperla. **4.Conocimientos de materiales.** **4.1.4 Formas comerciales.** Las diferentes comerciales se obtienen por laminación, con dimensiones determinadas se realizan con acero dulce y con reducido contenido en carbono. En las estructuras, las tolerancias aplicables son las indicadas en el código técnico de la Edificación según el proceso de laminación. Las diferentes formas comerciales del acero se obtienen por laminación; al mercado salen con dimensiones determinadas. Se realizan con acero dulce y con reducido contenido de carbono. **Perfiles de sección rectangular laminados en caliente** **Chapa:** Ancho superior a 600 mm, puede ser fina de 3mm, si mide entre 3 y 6 mm (Media) y si supera los 6 mm (Gruesa). La dimensión más común 2000x1000mm y, por el acabado, la chapa puede ser negra, blanca, galvanizada, estriada, etc. Ejemplo: Chapa 2000x1000x2,5 mm. Fleje. Pletina. Llanta. Plano ancho. **Perfiles de sección rectangular** **laminados en caliente** **PERFILES EN I: (IPN)** Tiene forma de I o doble T. Su altura es mayor que el ancho de las alas suele venir en barra de 6 metros **Perfiles de sección rectangular laminados en caliente PERFILES EN I: (IPE)** Es igual que la doble T, pero se ha laminado con las caras paralelas y los extremos de las alas sin redondear. **PERFILES H:** Puede ser HEB(La más utilizada), HEA y HEM, de ala ancha y caras paralelas, en forma de I o doble T. Su altura es igual a la anchura de las alas. Suele venir en barra de 6 metros. **PERFILES en U**: adopta forma de U y se suele denominar UPN. Las caras interiores de las alas se hallan inclinadas. Suele venir en barras de 6 metros. Ejemplo designación U80. **PERFILES LD:** Tiene forma de L y está formado por dos alas de distinta medida. Suele venir en barras de 6 metros. Ejemplo de designación: L 80x60x8 **PERFIL en T: POSEE FORMA DE T** y la altura es igual al ancho de las alas. Las esquinas nteriores se hallan redondeadas. Suele venir en 6 metros. Ejemplo de designación T 80X80X8 Perfil en TD. Ejemplo de designación TD 100x60x6 **Redondo:** Forma circular de diámetro entre 4 y 200 mm. Los menores de 5mm de diámetro se laman alambres. Suelen venir en barra de 6 metros. Ejemplo de designación: redondo de Ø 10 mm. **Cuadrado:** Sección cuadrada y el lado mide entre 5 y 200 mm. Suele venir en barras de 6 metros. Ejemplo de designación: Cuadrado de 30. Hexagonal: Sección hexagonal. Se mide por la distancia entre caras, con medidas entre 5 y 100 mm Suele venir de 6 metros. Ejemplo de designación: hexágono 20. Perfiles de sección rectangular laminados en caliente **Tubos:** Las formas más usuales de los tubos son: rectangular, circular o cuadrada. Los tubos llamados estructurales tienen las paredes más gruesas y las esquinas más redondeadas. Según su proceso de fabricación, los tubos se clasifican en: tubos sin costura (extrusionados) y tubos con costura (soldados). Encontramos dos tipos de tubos: Tubos sin costura para trabajos a presión. Tubos de costura soldada. **Perfiles de sección rectangular laminados en caliente** **Tubos:** Tubos sin costura para trabajos a presión. Son tubos sólidos, estriados en caliente y frío. ** Tubos de costura soldada**. Se utilizan para líquidos o gases a baja presión. Se obtienen por conformación de chapas. Pueden ser de costura longitudinal o helicoidal (en espiral). **4.2 Fundiciones** Es u material férrico co un contenido en carbono de entre 1,76% y 5% aunque normalmente se fabrica con entre un 2,5% y un 4,5% de carbono. La mayoría se funden sobre los 1200ºC, por lo que son fáciles de moldear, pero poseen menos en asistencia a la tracción que los aceros, son más frágiles y de fácil mecanizado. **4.2.1 Clasificación fundiciones** Las funciones se pueden clasificar de varias formas: una de ellas por su estructura, otra por su proceso de elaboración. Aquí vamos a elaborar una clasificación de las más comunes sin tener en cuenta lo anterior. Norma que determina la designación numérica: UNE 36,003. Empieza con la letra F, de aleaciones férreas. El primer dígito es el tipo de fundición, el siguiente, el moldeo, seguido de un número que representa la resistencia a la tracción, ejemplo: F.1.0.20 UNE 36.111. Fundición nodular: (cubilotes). Fundición maleable: (Fundiciones blancas). Fundición blanca. (Enfriamiento rápido). Fundación atruchada: Mezcla de fundición gris y blanca. Fundición aleada: Contiene elementos como Ni, Cr, Cu...etc. Las fundiciones más comunes: Fundición gris: Se distribuidos en escamas, funde sobre los 1150º y posee una densidad de 7,3 cuando tiene un contenido de carbono de entre el 2,75% y el 5%. Al romper, presenta un color gris con granos oscuros. Fundición nodular: Se produce en cubilotes, con el arrabio y la chatarra mezclados de coque y caliza. Para conseguir nodular, se le añaden pequeñas cantidades de magnesio o cerio, que se aporta determinadas propiedades. Las fundiciones más comunes: Fundición maleable: Se consigue por tratamiento térmico de las fundiciones blancas. La mayor parte del carbono se encuentra en forma de cementita, por lo que es dura y difícil de mecanizar. Se suelen utilizar para piezas muy resistentes, como en trituradoras. Fundición blanca: Se obtiene aplicando un enfriamiento rápido. El porcentaje de carbono no suele ser superior al 3%. Al romper, presenta un color blanco brillante. Su temperatura de fusión 1200ºC, para piezas de grandes rozamientos, desgaste, para piezas de embutir. Las fundiciones más comunes: Fundición atruchada: Se obtiene de la mezcla de fundición gris y fundición blanca en la proporción adecuada. Su color al romper es blanco con betas grises. Se utilizan para piezas moldeadas y es difícil su mecanización. Las fundiciones se pueden clasificar en dos grandes grupos: 1.- De baja y media aleación, pequeñas cantidades de elementos aleantes CR, Ni... 2.- Aleadas especiales de alta dureza, aleadas al cromo, aleadas con aluminio (llaves de cromo-vanadio). **4.3 Cobre aleaciones** El cobre se obtiene reduciendo el óxido de cobre en hornos especiales. Se utilizan para fabricar cables. La denominación del cobre según el instituto de Racionalización del Trabajo es el siguiente, la serie se denomina cobres C-100 - Grupo C-110 Cobres afinados. -Grupo C-130 Cobres exentos de oxígeno. -Grupo C-140 Cobres desoxidados. El cobre se obtiene reduciendo el óxido de cobre en hornos especiales. Su punto de fusión no alcanza los 1100°. **4.3.1 Clasificación y aplicaciones.** Bronces. Latones. La designación numérica de las aleaciones de cobre establece, cuatro dígitos: Aleaciones madre: C-0XXXX Cobres: C-1xxx Designación numérica C-7120; aleación de Cu-Sn para tornillos y muelles, según la norma UNE 37102 de 1984. **\ ** **4.4 Aluminio y aleaciones** El aluminio es un metal de color gris-blanco brillante, de desisdad 2,70 g/cm3 y con un punto de fusión de 660ºC, es dúctil y maleable se suelda con cierta facilidad. Crea en la superficie un óxido llamado alúmina ¿Qué pasa con la alúmina? Por lo que el equipo de soldadura debe tener las características adecuadas. Se obtiene de la bauxita por un proceso electrolítico que lo convierte en aluminio siderúrgico. Tiene un peso específico bajo comparado con el acero, el aluminio puro es bando, poco tenaz y con bajo límite elástico por lo que, aleado, mejora sus propiedades. Elementos que se alean con el aluminio son magnesio, el berilio, el titanio, el cobre, el cinc, etcétera. **4.4.1 Clasificación y aplicaciones** El proceso utilizado para la trasformación del aluminio origina dos grupos o familias: Aleaciones para moldeo: (Aluminio-cobre, Aluminio- cobre-silicio puede contener otros elementos que favorecen el llenado de moldes. El llenado de molde se consigue por tres métodos: El molde de arena y metálico se llena, se deja enfriar y se desmolda. En troquel, entra a presión en un troquel metálico, cuando se solidifica, se desmolda. Aleaciones para carcasas y cárteres de motores. **Aleaciones para forja** Se dividen en las que pueden recibir tratamientos térmicos y las que no lo pueden recibir. Las primeras son las que contiene cobre, magnesio y silicio, cinc, etc. Después del tratamiento, se les agrega la T a la designación seguida de unos números que indican el tratamiento. Se utilizan en miembros estructurales, revestimientos, remaches, etcétera. Aleaciones para forja: La designación numérica de las aleaciones ligeras según la norma UNE 38001 de 1985 es la letra L seguida de cuatro dígitos, que establecen la serie, el grupo y la secuencia de ordenación correlativa dentro del grupo L- 0 0 00. Aleaciones para forja: L-1XXX: metales ligeros y aleaciones madre. L-11XX: aluminio. L-13xx: magnesio. L-15XX: titanio. L-9XXX: Aleaciones de berilio. Hay más aleaciones de forja, pero nosotros veremos estas. **4.5. Plásticos** Los plásticos han alcanzado una importancia comparable a la de materiales como la madera y el metal. Si miramos a nuestro alrededor, veremos la gran cantidad de objetos elaborados con ellos. De las más de 5000 piezas de un coche, más de un tercio son de diferentes tipos de plástico: Según su orígen los plásticos se pueden clasificar en: Plásticos naturales: Materias primas vegetales o animales. Plásticos sintéticos: Se obtienen derivados del petróleo fundamentalmente. Por el comportamiento térmico puede ser: Termoplásticos: Se ablandan con calor y admiten varios modelos. Termoestables: Se ablandan y deforman con calor, pero solo admiten un conformado. Elastómeros: tienen gran elasticidad y recuperan su forma y dimensiones. Se utilizan en elementos constructivos, tuberías, herramientas, ruedas dentadas de máquinas, últimamente han surgido los plásticos reforzados y los laminados. Los plásticos se utilizan como elementos constructivos, estos pueden unirse, además de otros métodos, por soldadura aplicando calor y presión. Identificación para el reciclaje se les asigna una numeración: 1\. PET: polietileno tereftalato. 2\. PEAD: polietileno de alta densidad. 3\. PVC: policloruro de vinilo. Etc... También se usa en la calderería debido a su calidad y fácil manejo. Por el comportamiento térmico puede ser: Termoplásticos: Se ablandan con calor y admiten varios modelos. Termoestables: Se ablandan y deforman con calor, pero solo admiten un conformado. Elastómeros: tienen gran elasticidad y recuperan su forma y dimensiones. **4.5.1 Fabricación de los plásticos** Los métodos para la fabricación de plásticos pueden ser diversos, pero todos los procesos tienen en común el calentamiento del monómero para obtener la forma deseada, debido a su plasticidad. Se pueden fabricar por moldeo por inyección, moldeo por extrusión, moldeo por compresión, moldeo al vacío y moldeo por soplado. Moldeado por inyección (El polímero se introduce por una tolva que cae hasta el husillo). Los plásticos se pueden fabricar por moldeo por inyección, moldeo por extrusión, moldeo por compresión, moldeado al vacío y moldeado por soplado. **4.5.2 Mecanizado de los plásticos** Los plásticos se pueden mecanizar (de forma manual o con máquina): limado, taladrado, corte con diversas máquinas, esmerilado, torneado y fresado. Veremos el torneado y fresado. **Torneado:** En el torneado, la pieza de plástico que vamos a trabajar se coloca en el plato del torno que la hace girar a gran velocidad. Al acercar la cuchilla y hacerla moverse paralela al eje de la pieza se va arrancando la parte del plástico que no queremos en forma de viruta. **Fresado:** En este caso ocurre lo contrario. La pieza no se mueve y es la herramienta de corte, la fresa cilíndrica, la encargada de eliminar el material sobrante de la pieza.