Cuestionario Resuelto CM Maranzana

UTN FRBA Ing. Industrial Final Ciencia de los Materiales 2011-2012 Rodrigo Maranzana

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1 – DESCRIPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD-BOHR. OBSERVACIONES Modelo de Rutherford ratificado por Bohr. Partículas subatómicas en el núcleo: Protones (+) y Neutrones. Los Electrones (-) giran alrededor del núcleo en órbitas precisas. Es imposible determinar la posición y momento de los e (Principio de incertidumbre de Heisemberg). El electrón salta de una capa a otra de mayor energía, cuando vuelve a su órbita inicial desprende la energía sobrante en forma de fótón. Partícula Masa (gramos) Carga (C) Protón 1,673x10-24 +1,602x10-19 Neutrón 1,675x10-24 0 Electrón 9,109x10-28 -1,602x10-19

2 – ¿QUÉ SE ENTIENDE POR ELECTRONEGATIVIDAD Y ELECTROPO SITIVIDAD? CONSECUENCIAS

El carácter electropositivo (metal) se presenta en aquellos elementos que tienden a ceder electrones, transformándose en cationes. Cuando en la última órbita de un átomo hay un solo electrón la estabilidad (por atracción del núcleo) es mínima, y por ende las posibilidades de que este electrón se pierda por la atracción de otro átomo son altas. El carácter electronegativo (no metal) se presenta en aquellos elementos que tienden a captar electrones, transformándose en aniones. Cuando en la última órbita hay siete electrones, máxima cantidad de electrones antes del átomo inerte, la estabilidad del átomo es máxima y la fuerza residual del núcleo puede captar electrones de otro átomo.

3 – ENUMERE Y EXPLIQUE BREVEMENTE LOS TIPOS DE VINCULAC IONES ENTRE ÁTOMOS. JUSTIFIQUE LAS VINCULACIONES.

Los átomos tienden a ser inertes, 8 electrones en su última órbita. Para obtener esto hay intercambio de electrones. Enlaces Primarios o fuertes:

o Iónico o Covalente o Metálico

Enlaces Secundarios o débiles:

o Dipolo instantáneo o Dipolo Permanente: Puente de hidrógeno

ENLACES PRIMARIOS • Enlace Ionico:

-Se da en elementos muy electronegativos y otros muy electropositivos. -Es duro y resistente. -No son conductores de calor. -Es aislante y no conductor de electricidad. Los electrones no circulan libremente. No hay espacios libres en la estructura para conducir los electrones. -Se da en CesionesCede electrones. -Enlace eléctrico. CaCa(2+)+2e(-) Cl2+2e(-)Cl(-)

• Enlace Covalente:

-Son aislantes, no tienen electrones libres que circulan -No son conductores de calor. -Enlace débil.


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-Se da compartición de electrones. -Enlace químico. CH4 (Metano)

• Enlace Metálico

-En los metales no se ven Átomos sino Iones. -Se forma una nube electrónica de electrones libres compartidos por toda la estructura. -Uno de los enlaces de mayor estabilidad. -En general duros, alto punto de fusión y ebullición. -Todos los Iones de los metales son Cationes. -Son conductores.

ENLACES MOLECULARES SECUNDARIOS

• VAN DERWAALS: -Hay areas de cargas. Las cargas están repartidas en forma desigual aunque la carga total del átomo sea neutro. -Son átomos neutros pero hay concentración. -Es una unión física. -Es débil. -A pesar de que el átomo es neutro en el espacio y tiempo se producen concentraciones de cargas positivas o negativas que crean atracciones de otros electrones de otros átomos.

• Enlace de dipolo oscilante o Transitorio→ Es provocada por las condiciones del sistema,

desaparecen luego que se restituyen las condiciones normales. • Enlace de dipolo permanente → Enlace secundario producido por la atracción de moléculas con

dipolos permanentes. Esto es, cada molécula tiene centros de carga positiva y negativa separados por una distancia considerable.

• Enlace Puente de Hidrogeno → Tipo de unión dipolar permanente, que se presenta entre un

átomo de hidrógeno enlazado a dos elementos muy electronegativos (O, F, N, CL) → Agua, alcoholes, polímeros.

4 – CLASES DE MATERIALES. ¿CUÁLES SON? Tipos de materiales

Metálicos: Ferrosos y No Ferrosos Polímetros Cerámicos Compuestos

Metálicos: Sustancias inorgánicas que están formadas por uno o más elementos metálicos. También pueden contener algunos elementos no metálicos. Los metales tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos ordenadamente. Alta dureza, resistencia, conductividad eléctrica y térmica. Polímeros: Constituidos por largas cadenas de átomos que forman macromoléculas. Se caracterizan por la repetición de una estructura básica o Monómero (unidad química repetitiva). Pueden presentar diferentes formas y se constituyen principalmente a partir de la unión covalente de átomos de carbono. Malos conductores térmicos y eléctricos. → Termoplásticos → Se modifican por acción del calor. Estructuras amorfas. → Termorígidos → Forma definitiva x acción del calor Estructuras ordenadas. → Elastómeros → Dimensión varía repetidamente/vuelven a la forma original. Elásticos. Cerámicos: -Son materiales inorgánicos


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-Constituídos por materiales Metálicos y no Metálicos. -Enlaces covalentes e iónicos. -Duros y frágiles. No resisten el impacto. -Hay óxidos en la composición. -Resistentes a la abrasión. -No son conductores de calor, ni eletricidad. Electrónicos: -Alto valor unitario, pero baja producción mundial. Ej: Silicio, Paladio, Oro, Germanio, etc. -Alto costo, producción baja. -Incidencia en tecnología de avanzada. 5 – ¿QUÉ FACTORES HAY QUE TENER EN CUENTA EN LA ELECCIÓ N DE UN MATERIAL? Disponibilidad: Hay algunos que no están disponibles por factores políticos o distintas razones (huelgas, etc.). Esto se complementa a los factores económicos. Costo: Siempre se elige el menor costo que cumpla con las necesidades del cliente. Propiedades mecánicas: Resistencia a la tracción, dureza, resiliencia, conformabilidad, o facilidad e producción (mayor capacidad para fabricar sin tanto esfuerzo.) Propiedades químicas: Resistencia a la corrosión, etc. Contaminación

6 – CONDICIONES DE ESTADO METÁLICO. CONCEPTOS. • Los átomos provienen de elementos electropositivos. • Los átomos están cargados eléctricamente, hay Iones positivos (Cationes). • Los Iones no están distribuidos al azar. Hay un orden espacial predeterminado en distribución

geométrica) y una distancia mutua característica (parámetro de red). Forman una estructura cristalina (Patrón repetitivo de ubicación de los iones.

• Los electrones producto de la ionización permanecen libres dentro de la estructura formando una nube electrónica. dando origen a la conductividad térmica y eléctrica.

7 – MODELOS DE ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES. CA RACTERÍSTICAS.

La estructura física de los materiales sólidos depende principalmente de la disposición de los átomos, iones o moléculas que constituyen el sólido y de las fuerzas de enlace entre ellos. Si los átomos o iones de un sólido están ordenados según una forma que se repite en el espacio, forma un sólido que posee estructura cristalina.

Cúbica: 1 átomo por celda.

Cúbica centrada en el Cuerpo (base center cubic) o bcc: 2 átomos por

celda.

Cúbica centrada en las Caras (face center cubic) o fcc: 4 átomos por

celda.

Tetragonal simple: 1 átomos por celda.

Tetragonal centrado en el Cuerpo: 2 átomos.


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Hexagonal compacta: 6 átomos.

8 – ESTABILIDAD DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS META LES. JUSTIFICAR

Los iones, al estado sólido, se disponen ordenadamente según un modelo geométrico, y a una distancia mutua característica, ya que forman una estructura. Dentro de la estructura los iones se repelen entre sí, obligando a los iones interiores a permanecer estables en su posición. Los electrones producto de la ionización, permanecen libres dentro de la estructura y se encuentran en constante movimiento de atracción hacia las cargas positivas y de repulsión de las cargas negativas. Los iones, particularmente los de la capa exterior, son retenidos por la nube de electrones que los rodean estabilizando la estructura.

9- ORIGEN DE LA RESISTENCIA MECÁNICA DE LOS MATERIALES METÁLICOS El origen de la resistencia mecánica de los materiales mecánicos está en el tipo de unión característica de los metales en estado puro o en aleaciones: el enlace metálico. En este tipo de unión no ocurre transferencia de electrones por la baja electronegatividad de los metales. Los átomos se encuentran tan juntos que los electrones no están asociados a un átomo en particular sino que son atraídos por los núcleos de los átomos vecinos. Los e constituyen una nube o gas electrónico, en la superficie metálica, que se desplaza por la estructura cristalina. Es un enlace muy fuerte entre átomos. Para romper este enlace hay que entregar mucha energía. Por eso el punto de fusión, resistencia mecánica y evaporación es elevado.

10 – ¿QUÉ SE ENTIENDE POR COMPORTAMIENTO ELÁSTICO Y PLÁS TICO EN LOS METALES?

La deformación elástica se da cuando al aplicar una carga, se produce deformación, luego se retira la carga y el material recobra sus dimensiones originales. La deformación inelástica se produce cuando al aplicar una carga, se produce deformación, y al retirar la carga el material no recupera sus dimensiones originales. El origen de la capacidad de deformarse sin fracturarse de los metales esta dado por la estructura cristalina que esta ordenada en forma de capas. Al verse sometidas a una carga estas se deslizan una sobre otras. Estos son los llamados planos de deslizamiento que se deslizan en direcciones que son todas aquellas direcciones cristalográficas que cuentan con la mayor densidad atómica lineal, es decir con la mayor cantidad de átomos o iones con unidades de longitud. Obviamente por lo dicho los materiales o metales con mayor cantidad de sistemas de deslizamiento tenderán a tener una mayor capacidad de conformación plástica. Si la carga produce un desplazamiento donde los átomos de las capas no alcanzan posiciones nuevas dentro de la estructura, al desaparecer la solicitación, estos volverán a ocupar su lugar original. Esta deformación será elástica. En cambio, si el desplazamiento de capas es tal que los átomos llegan a ocupar lugares nuevos dentro de la estructura, la deformación será permanente, y la denominamos plástica. El período de transición entre la deformación plástica y la elástica se denomina límite elástico. En los materiales reales existen defectos cristalinos que por su existencia facilitan el movimiento de los mecanismos de deformación plástica. La estructura se deforma en distintas etapas y se facilita la conformación.

11 – ORIGEN DE LA PLASTICIDAD Y FRAGILIDAD EN LOS METALE S Fragilidad: Rotura del material sin deformación. Su estructura es compacta. Plasticidad: Permite que el material tenga deformación permanente sin llegar a la rotura.


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Cuando el metal se deforma aumenta la distancia entre iones y la fuerza de atracción se debilita. Entonces cuando se aplica una carga no tan grande el material puede recobrar su forma original. Cuando se aplica una carga mayor y la distancia entre iones es más grande el enlace pierde fuerza. A medida que se aplica más carga el material se endurece ya que: -La red cristalina queda deformada. -Los sistemas de enlace se van deformando. -El defecto lineal cristalino se acaba. La fluencia es tal que el material se resiste y hay que aumentar la carga para seguir deformándolo y rompiéndolo.

12 – ¿QUÉ SE ENTIENDE POR DUCTILIDAD Y FRAGILIDAD EN LOS METALES? JUSTIFIQUE ¿CÓMO SE EVALÚA?

Ductilidad es la capacidad de deformación plástica en alargamiento, es decir sentido longitudinal. Se evalúa colocando la probeta para que sufra una deformación longitudinal en un ensayo de Tracción y se alargue hasta que se rompe. Buscando en el ensayo diferentes tipos de roturas según el material: estricción, rotura en un punto, etc.

Fragilidad: Rotura del material sin deformación. Su estructura es compacta. Los ensayos se realizan a probetas que presentan muescas o entallos. El motivo de la muesca es para generar una fisura normalizada.

Tipos de probetas:

Método Charpy: Probeta horizontal. Impacto sobre la probeta en forma vertical.

Método Izod: Probeta en posición vertical. Impacto sobre la probeta como péndulo.


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13 – ¿A QUÉ SE DEBE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN LOS META LES? Cuando una estructura se ve sometida a un gradiente térmico, los iones y electrones modifican su estado de movimiento, intensificándose en la zona de mayor temperatura. Al aumentar el estado de movimiento de los iones, aumentan el volumen ocupado generándose una dilatación, y al aumentar su distancia inter iónica disminuye su estabilidad, por lo que el metal se ablanda y puede ser moldeado con menor energía que si fuera en frío. Los electrones por su parte, aceleran su desplazamiento por lo cual se producen impactos disipándose calor hacia el exterior, y a medida que se continúa agregando calor los impactos se vuelven más intensos y frecuentes llegando a fundir el material. A medida que la nube electrónica se desplaza, el material aumenta su temperatura en otras zonas, transmitiendo el calor.

14 – ¿A QUÉ SE DEBE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA EN LOS ME TALES? Es la característica propia de los metales, el átomo cede electrones, queda un ion electropositivo, los electrones libres forman la nube electrónica. La electricidad es un flujo de electrones, por lo tanto, los metales conducen la electricidad.

15 – RESISTENCIA ELÉCTRICA. CONCEPTO. RELACIÓN CON TEMPE RATURA. La resistencia eléctrica de los materiales metálicos depende principalmente de dos factores: El parámetro de Red y el tipo de Iones. La resistencia eléctrica es la oposición de una estructura al paso de la corriente. A temperatura ambiente los electrones se desplazan por el conductor en forma desordenada y chocando con los iones. La estructura entonces detiene su circulación. Para asegurar su circulación es necesario aplicar una diferencia de potencial. Al aplicarse un campo eléctrico al material, los electrones libres se transportan a la zona de menor potencial. Parte de estos chocan con los iones y pierden su energía cinética que es disipada como calor. Luego el electrón volverá a acelerarse producto de la permanencia del campo eléctrico. A Medida que va aumentando la temperatura desde el cero absoluto aparecen vibraciones en la red atómica (Fonones) que influyen en la propagación de electrones. La repulsión entre los electrones incrementa la dispersión apareciendo el fenómeno de resistencia eléctrica que aumentará con la temperatura.

16 – ¿POR QUÉ EL ALUMINIO PUEDE SUSTITUIR AL COBRE EN CI ERTOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS?

Un conductor de aluminio de misma longitud y peso es más conductivo que uno de cobre y más barato. Sin embargo el cable sería más grueso. Medida en volumen la conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre. Su mayor ligereza reduce el esfuerzo que deben soportar las torres de alta tensión y permite una mayor separación entre torres, disminuyendo los costes de la infraestructura. En aeronáutica también sustituye al cobre.

17– ¿POR QUÉ LOS FENÓMENOS DE SUPERCONDUCTIVIDAD SE DAN A BAJAS TEMPERATURAS?

La resistividad eléctrica de un metal decrece al disminuir la temperatura. A temperaturas cercanas al 0 absoluto (-273ºC) y con materiales muy puros, la energía vibratoria atómica llega a un mínimo, el espacio entre los electrones es máximo y la resistencia eléctrica mínima, ya que el grado de orden de la estructura cristalina tiende a ser el máximo posible con lo cual los electrones se pueden mover con mayor facilidad. En ciertos materiales a temperaturas cercanas a 0ºK la resistencia eléctrica disminuye bruscamente ya que el material adopta el estado de condensado de Bose-Einstein donde los electrones se asocian de a pares para desplazarse libremente sobre las estructuras cristalinas, logrando una resistencia eléctrica prácticamente nula.


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18 – DEFORMACIÓN EN FRÍO. DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS. Conformación en Frío: Se logra una mayor exactitud dimensional y una mejor terminación superficial y destacada mejora de las propiedades mecánicas. Asimismo aumenta la resistencia pero disminuye la ductilidad. Se obtienen piezas o productos de determinadas formas y tamaños pero sin pasar por la etapa de fusión. Clasificación:

1. Forja 2. Laminación

Extrusión Estampado Embutido Profundo Trefilación

La principal razón de este agrupamiento es que en el segundo grupo el esfuerzo siempre es simétrico a un eje. Mientras que en la forja no es así. A su vez la forja puede ser: a. Libre: Cuando le aplican impacto al material y fluye libremente.

b. De matriz: Los movimientos de formación del material están limitados por la matriz.

Otra clasificación de forja: a. Por impacto: Un martillo le pega desde determinada altura. b. Por prensa (lentamente). LAMINACIÓN: Dos cilindros giran en sentido contrario. Cuando el material pasa por los cilindros se llama pase. La última pasada es en frío para endurecer y se llama temple. Trenes de laminación: -Dúo: El material gira para un solo lado (blooming).

-Dúo Reversible: Gira en dos sentidos para volver a pasarlo más fácil (blooming reversible).


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-Trío: El del medio gira por rozamiento

-Cuarto: Cuanto más chico el rodillo de contacto, más presión ejerce. Pero puede romperse por eso se apoyan sobre grandes para que éstos hagan el esfuerzo.

El grande realiza el esfuerzo, el chico transmite la presión.

EXTRUDE: -Directa: El material fluye en el mismo sentido que se aplica la carga. A veces

se usa lubricante para que pase


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-Inversa: El fin de la matriz es ciego.

ESTAMPADO: Para espesores pequeños.

EMBUTIDO PROFUNDO: Para mayores espesores.

TREFILACIÓN: El material es traccionado por un objeto que lo fuerza a pasar a través de una matriz

dura y fija.


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19 – DEFORMACIÓN EN CALIENTE. CONSECUENCIAS. Conformación en Caliente: Permite obtener elevadas deformaciones, ya que en estas condiciones el material pierde su rigidez característica, llegando a un estado de extrema ductilidad y escasa resistencia. De esta manera es necesaria una baja energía para deformar. Las altas temperaturas dan lugar a un proceso de recristalización dinámica, motivo por el cual la estructura se debilita y se permite a los iones reubicarse en nuevas posiciones con facilidad. Este proceso presenta dos desventajas:

• Los fenómenos de oxidación superficiales se ven muy favorecidos por las altas temperaturas • Se logra una mala terminación superficial por lo que se requiere mecanizado posterior.

• 20 – ¿QUÉ SE ENTIENDE POR SOBREENFRIAMIENTO EN LA SOLIDI FICACIÓN DE UN

METAL REAL? En la realidad la temperatura de fusión y solidificación no coinciden. En caso de estar calentando, la temperatura de transformación de fusión se corre hacia arriba. En caso de estar enfriando, la temperatura de transformación de solidificación se corre hacia abajo. En los metales ideales o puros el sobreenfriamiento no existe y el intervalo de solidificación es “0”.

21 – ESTRUCTURA DENDRÍTICA. DESCRIPCIÓN. CONSECUENCIAS. Cuando se cuelan las aleaciones fundidas, se inicia la solidificación en las paredes del molde en el que están siendo enfriadas. La solidificación de la aleación no se da a una temperatura determinada sino que solidifica en un rango de temperaturas. Mientras la aleación se encuentra en este rango, tiene una forma pastosa que consiste en un sólido llamado dendrita y metal líquido. Las estructuras dendríticas tienen un desarrollo ramificado que irá aumentando al enfriarse el material.

• Enfriamiento rápido: Estructuras dendríticas muy finas de ramificaciones muy pequeñas. Mejoran las propiedades mecánicas.


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• Enfriamiento lento: Fragilización del material ya que en su desarrollo chocan con otros frentes

de crecimiento de otras estructuras.

22 – ¿QUÉ SON LOS RECHUPES Y LAS SOPLADURAS Y CÓMO SE ORIGINAN?

Rechupe: Consiste en un vacío que se produce en la pieza en la zona que solidifica en último término y se debe a que, salvo la excepción del H20, los materiales se dilatan cuando su temperatura aumenta y se contraen cuando la temperatura desciende. A su vez, el fenómeno de contracción se hace más marcado en el momento que el material pasa del estado líquido al sólido y en el caso de los metales y las aleaciones metálicas es cuando los defectos de contracción citados son más importantes. Lo que ocurre es que las zonas que están en contacto con las paredes del molde, y que por lo tanto tienen mayor velocidad de enfriamiento, ya que su capacidad de disipación del calor es mayor, a medida que solidifica pueden cubrir el volumen faltante originado por la contracción alimentándose de las zonas aledañas que todavía están líquidas. En cambio, la zona que solidifica último carece de otro líquido que la alimente para compensar su contracción, por lo tanto, en esa zona queda un vacío que equivale a la contracción volumétrica total de la pieza. Sopladura: Oclusión de gas que no puede ser eliminado del molde y que queda retenida en la pieza. El gas tiene gran difusión y se mete en el molde y quedan esferas donde el material no pudo entrar. Evitar las sopladuras: la forma es haciendo un correcto sistema de eliminación de gases (en el molde por ejemplo) y además se tiene en cuenta eliminar la humedad. Las sopladuras tienen forma esférica, y donde está la sopladura hay mucha presión.

23 – ¿CÓMO SE DESARROLLA LA MACROESTRUCTURA DE UNA PIEZA FUNDIDA DURANTE LA SOLIDIFICACIÓN?

Al enfriarse la lingotera, se produce un gradiente de temperatura a partir del contacto con las paredes, donde la velocidad de enfriamiento es mayor ya que su capacidad de disipación del calor es mayor. A medida que se solidifica se produce próximo a las paredes el CHILL por el contacto a velocidades rápidas de enfriamiento y se forma una cámara, en el chill se forma un grano muy fino por nucleación, formándose un nucleo, luego crece y da origen al cristal que resulta en el grano. Luego del CHILL se forma la estructura dendrítica: La solidificación de la aleación no se da a una temperatura determinada sino que solidifica en un rango de temperaturas. Mientras la aleación se encuentra en este rango, tiene una forma pastosa que consiste en un sólido llamado dendrita y metal líquido. Las estructuras dendríticas tienen un desarrollo ramificado que irá aumentando al enfriarse el material. Al seguir bajando la temperatura algunas zonas pueden cubrir el volumen faltante originado por la contracción alimentándose de las zonas aledañas que todavía están líquidas. En cambio, la zona que solidifica último carece de otro líquido que la alimente para compensar su contracción, por lo tanto, en esa zona queda un vacío que equivale a la contracción volumétrica total de la pieza, y se forma el Rechupe. Para ello se adiciona más material llamado mazarota en esta zona.

24 – LIMITE DE GRANO. COMPORTAMIENTO EN LA ZONA. El límite de grano es la zona de encuentro de los frentes de crecimiento de los cristales, al crecer los cristales de una forma imperfecta. La zona de encuentro no es regular y posee un alto contenido energético. Al aplicarse una fuerza mecánica, esta actuará en todo el sólido, pero las zonas de mayor distancia inter iónica serán más débiles. Los granos grandes tienen tendencia a la fragilización y los granos chicos mejoran el comportamiento resistente. En estas zonas se favorece la corrosión (fenómenos químicos) y es donde se depositarán gran parte de las impurezas. Se definen como zonas anódicas.


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25 – ¿QUÉ ES MATERIAL MONOCRISTALINO Y POLICRISTALINO? C OMPORTAMIENTO Son tipos de formaciones cristalinas.

• Materiales Monocristalinos: En el estado cristalino se forma un gérmen de crsitalización que luego crece y forma un cubo. Los cubos se van juntando de manera perfecta en un monocristal, siempre hablando de metal puro. Se hace en condiciones de laboratorio. El cubo crece en iguales direcciones. Constituidos por un solo tipo de red cristalina. Son sistemas homogéneos de grano único. Sin discontinuidades. Alta resistencia y baja capacidad de deformación.

• Materiales Policristalinos: Se producen varios gérmenes que crecen en distintas direcciones.

Cuando en el crecimiento chocan se produce el borde de grano. Tienen más de un tipo de ordenamiento o estructura cristalina. Cada una de esas estructuras se llaman granos. Estos se van ordenando en forma regular. Durante la solidificación hay competencia entre los cristales para ocupar el mayor espacio posible.

Granos grandes: Frágiles. Granos chicos: Resistente.

26 – DEFECTOS CRISTALINOS. ORIGEN Y DESCRIPCIÓN

Los defectos cristalinos son alteraciones de la regularidad de la estructura cristalina originadas por la presencia de impurezas en la materia prima y condiciones de trabajo, afectando las propiedades mecánicas, químicas y físicas del material. Defectos de punto o dimensión cero: Vacancia: Es un hueco en la red creado por la pérdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación, por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales o por un reordenamiento de un cristal ya formado. Defectos intersticiales: Un átomo extra o molécula se inserta en la estructura de la red en una posición que normalmente no está ocupada. Este tipo de defecto introduce grandes tensiones en los alrededores ya que normalmente el átomo es más grande que el intersticio. Frenkel: Defecto en el cual aparece como intersticial con el átomo/ion que tendría que estar en una posición distinta de la red. Se genera una vacancia porque se va un átomo de la red. Se forma en iones catiónicos o aniónicos. Shotky: Se forma en cristales iónicos. Se forman 2 vacancias, una aniónica y otra catiónica. Defectos de línea o de una dimensión: Llamados dislocaciones, son distorsiones en la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación o por deformación plástica.

Dislocación: La dislocación es un defecto lineal que está representado por la recta que resulta de la intersección entre el plano de deslizamiento y el plano extra en la red que da origen al defecto de dislocación.

Recordemos que el plano de deslizamiento es aquel que divide al espacio en dos zonas, la que contiene el plano extra y la que no lo contiene. Se llama plano de deslizamiento porque cuando por efecto de la deformación plástica la dislocación comienza a moverse, es en ese plano donde se desarrolla su movimiento.

Dislocación de borde: Se generan por la intrusión en forma de cuña de una línea de átomos en una red cristalina. El efecto decrece a medida que nos alejamos del mismo.

Dislocación de hélice o helicoidal: Se produce al aplicar una fuerza de corte o cizallamiento generando un desplazamiento relativo de la red.


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Límite o borde de grano: Se refiere al límite que separa los cristales que tienen diferente orientación. Maclado: No todos presentan este efecto. Característica particular que consiste en que cuando el material recibe un efecto, los átomos del material o iones se reagrupan de una manera tal que a cada lado del plano, llamado plano de maclado, la estructura cristalina de un lado resulta ser la imagen especular de la otra zona según su distribución gráfica que sigue Defectos de impurezas en los sólidos: Se aprecian a simple vista. Generan grietas, poros e inclusiones de materiales durante la fabricación.

27 – ¿POR QUÉ LA RESISTENCIA MECÁNICA DE UN MONOCRISTAL PURO SIN DEFECTOS, ES MUY SUPERIOR A LA DE UN MATERIAL POLIC RISTALINO?

La razón de por qué es más fácil deformar materiales policristalinos, es que los defectos lo que generan es que la estructura se vaya deformando en distintas etapas. El movimiento de las dislocaciones facilita la conformación plástica, también las vacancias y el maclado.

28 – ¿QUÉ ES CORROSIÓN INTERCRISTALINA? Es un deterioro por corrosión localizada y/o adyacente a los límites de grano de una aleación, causada por la presencia de impurezas en el mismo. Puede controlarse a través de tratamientos térmicos o elementos de aleación. 29 – ¿QUÉ SE ENTIENDE POR SOLUCIÓN SÓLIDA? TIPOS DE SOLUCIÓN SÓLIDA. BREVE

EXPLICACIÓN DE CADA UNA Solución sólida: Material sólido constituido por dos o más elementos dispersos atómicamente en una estructura cristalina de fase única, sistema homogéneo. El material base (solvente) es el que se encuentra en mayor proporción y establece la estructura cristalina. Sustitucional: Tiene la característica de que el ion del soluto va a ocupar la misma posición en la red cristalina que ocupaba el solvente. Para que se de: Se tienen que dar las condiciones de Hume Rotery: en la medida que haya una similitud entre radios iónicos y estructura electrónica. Estos últimos generan las atracciones entre iones. Intersticial: el soluto ocupa las posiciones que se encuentran disponibles desde el punto de vista de la configuración teórica del cristal.


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29 – DIBUJE COMPLETO UN DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE SOLUBI LIDAD TOTAL EN

ESTADO LÍQUIDO Y SÓLIDO. Es un sistema formado por dos elementos, los cuales forman una solución sólida en cualquier proporción, tanto en estado líquido como sólido.

31 – CONCEPTO DE DIFUSIÓN. FUNDAMENTO Es el viaje de los átomos, moléculas o iones de una sustancia a través de la microestructura de la otra. Los factores que incluyen en la difusión son:

• Temperatura: El crecimiento de la difusión en relación a la temperatura es exponencial. (Factor exógeno)

• Coeficiente de difusión: A mayor coeficiente de difusión, mayor difusión. Depende de la temperatura. Los coeficientes son relativos a cada material. (Factor endógeno)

La movilidad de los átomos requiere dos condiciones:

• Existencia de un lugar vacío • Átomos tengan la suficiente energía para desplazarse en la red.

La difusión genera cambios muy importantes en la estructura cristalina de los metales ya que variarán las propiedades mecánicas. Existen dos mecanismos de difusión: • Difusión por vacantes: Requiere vacantes, producto de imperfecciones y defectos en la red

cristalina. • Difusión intersticial: Difusión de partículas desde una posición intersticial a otra. Lo producen

solutos pequeños como H2, O2, C y N2.


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32 – DIBUJE COMPLETO UN DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE SOLUBI LIDAD TOTAL EN ESTADO LÍQUIDO E INSOLUBILIDAD TOTAL EN SÓLIDO. FAS ES, Y LÍNEAS Y PUNTOS

CARACTERÍSTICOS.

Estos sistemas están formados por dos elementos que forman una solución sólida, aunque cada uno solidifica en forma separada. Cada componente constituye una fase. Al enfriarse el material, el de mayor temperatura de fusión permanece líquido y el de menor temperatura de fusión se va solidificando. La aleación estará constituida por una alternativa de granos de uno y otro componente. Comúnmente ocurre en aleaciones tipo Hierro-Níquel, Plata-Platino. El punto eutéctico, es un punto de transformación que cuenta con dos fases en equilibrio. 1-No tiene intervalo de solidificación. Solidifica igual que un metal puro. 2-La temperatura de fusión de la aleación eutéctica es la más baja. 3-El eutéctico tiene una estructura globular. 4-La temperatura de fusión es una sola. 5-Hay una sola composición que corresponde al eutéctico. 6-El eutéctico en el microscopio se observa como un microconstituyente bifásico. El grano de eutéctico está formado por dos fases. 7-Hay tres fases en equilibrio líquido y microconstituyente sólido A y B. 8-Es un punto invariante: Cuando el grado de libertad es 0. 33– ¿CUÁL ES LA CONDICIÓN MICROSCÓPICA DE LAS FASES EN UN SISTEMA BINARIO

DE INSOLUBILIDAD? Como los dos elementos solidifican separadamente, los granos que se forman son distintos, cada uno de los elementos forma una fase distinta y así se lo observa en el microscopio. Al solidificar se forman distintos microconstituyentes: Eutéctico (A+B)+A libre y Eutéctico (A+B) +B libre.

34 – CONCEPTO DE EUTÉCTICO. CARACTERÍSTICAS Eutéctico: Es un componente metalográfico en el cual coexisten íntimamente cristales de distintas fases en equilibrio. En el caso de ser un material formado por dos elementos, tiene temperatura de solidificación dada y no un rango de temperaturas, por lo tanto existe una composición y temperatura eutéctica determinada. 1-No tiene intervalo de solidificación. Solidifica igual que un metal puro. 2-La temperatura de fusión de la aleación eutéctica es la más baja.


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3-El eutéctico tiene una estructura globular. 4-La temperatura de fusión es una sola. 5-Hay una sola composición que corresponde al eutéctico. 6-El eutéctico en el microscopio se observa como un microconstituyente bifásico. El grano de eutéctico está formado por dos fases. 7-Hay tres fases en equilibrio líquido y microconstituyente sólido A y B. 8-Es un punto invariante: Cuando el grado de libertad es 0.

35 – CONCEPTO DE EUTECTOIDE. CARACTERÍSTICAS. Es un componente metalográfico en el cual la reacción eutectoide tiene lugar completamente en estado sólido. Los elementos son en solución sólida a alta temperatura. A la temperatura eutectoide varias fases se forman que tienen cada una una diferente composición. Por ejemplo para el aceros esta transformación a lugar a 727°C. La austenita se transforma en cementita (Fe3C) y en ferrita. El compuesto laminar obtenido se nombra “perlita".

36 – DEFINA LAS CURVAS DE LIQUIDUS, SOLIDUS Y SOLVUS Curva de Líquidus: Línea sobre la cual solo existe el estado líquido. Curva de Sólidus: Línea debajo de la cual solo existe el estado sólido. Curva de Solvus: línea de solubilidad que separa una región que tiene una fase sólida (solución) de otra que tiene dos fases sólidas (solución y precipitado). 37– DIBUJE COMPLETO UN DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE SOLUBI LIDAD TOTAL EN ESTADO LÍQUIDO Y SOLUBILIDAD PARCIAL EN ESTADO SÓLI DO. FASES, LÍNEAS Y

PUNTO CARACTERÍSTICOS.

Es un sistema formado por dos elementos los cuales solubilizan hasta una determinada composición (límite de solubilidad), a partir de la cual no hay más solubilidad. Suelen encontrarse varias fases correspondientes a las soluciones sólidas.


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En el diagrama binario de solubilidad parcial, las letras α y β representan las restricciones de solubilidad de cada elemento para disolver al otro. Y existirá una zona de transición donde habrá una mezcla de sólidos α o β con aleación liquida (α + L o β + L). Si la velocidad de enfriamiento es mayor que la establecida por las condiciones de equilibrio entonces ocurre la Segregación, que es la distribución no uniforme de los componentes Para eliminar la segregación, se realiza la homogeneización, que consiste en el calentamiento hasta cerca del punto de fusión donde ocurre el reacomodamiento de las partículas.

38 – ESTADOS ALOTRÓPICOS DEL HIERRO. COMPONENTES QUE SE FORMAN. 1-El hierro alfa se transforma de magnético a no magnético. Siendo hierro con estructura bcc. Se ordenan los dipolos magnéticos, se desmagnetiza y se consume la energía. 2-Se transforma el Hierro alfa no magnético (bcc) en Hierro gama (fcc). 3-Se transforma el hierro gama (fcc) en Hierro delta (bcc). 4-Se transforma el Hierro delta en Hierro líquido.


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Estado Estruct. % C máx. Temp. Magnet. Otros Alfa α BCC 0,02% 727 °C Difuso Ferrita. Poca dureza.

Beta β CC 0,02% 790 °C Difuso

Gamma γ FCC 1,67% 911 °C No Austenita. Dúctil. Delta δ BCC 0,07% 1394 °C No Austenita

Cementita Fe3C 6,67% Dura y Frágil. Metaestable.

39 – DIBUJE EL DIAGRAMA DE EQUILIBRIO FE-C. INDIQUE LOS PUNTOS CORRESPONDIENTES AL PERITÉCTICO, EUTÉCTICO, EUTECTO IDE, LAS

TEMPERATURAS Y LOS PORCENTAJES DE CARBONO CORRESPONDIENTES A LOS MISMOS Y LAS FASES PRESENTES EN CADA ZONA.

A temperatura ambiente la fase estable → Ferrita o Hierro α → estructura BCC → C se solubiliza poco → Poca dureza y Propiedades magnéticas. 723°C → la ferrita pasa a la forma de Austenita o Hierro γ 1394°C → Vuelve a la fase BCC → Hierro δ → Similar al Hierro α pero solo existe a altas temperaturas Cuando se excede el limite de solubilidad del Carbono en la Ferrita Hierro → Compuesto intermetálico → Cementita (Fe3C) → 6.67% de C → Extremadamente duro y Frágil → otorga dureza a los aceros Eutéctico: Ledeburita con 4,3% de C a una temperatura de 1132°. Eutectoide: Perlita con 0,89 de C aproximadamente. A 723°. Un microconstituyente. Formada por Carburo de hierro y Ferrita. Peritéctico: Líquido+Solución sólida delta: genera austenita.

Fe3C ferrita (α) + C (grafito)


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Clasificación de las aleaciones ferrosas Aleaciones de alrededor de 0,89% C: Aceros Hipoeutectoides → menos de 0,89% C Aceros Eutectoides → 0,89% C Aceros Hipereutectoides → mas de 0,89% C Aleaciones de alrededor de 4,3% C Aceros Hipoeutécticos → menos de 4,3%C Aceros Eutécticos → 4,3% C Aceros Hipereutécticos → mas de 4,3% C

40 – ¿CUÁLES SON LOS MICROCONSTITUYENTES MONOFÁSICOS QUE APARECEN EN LOS ACEROS? DEFINA CADA UNO.

Ferrita: Solución sólida intersticial de C en Fe alfa, estructura bcc. A temperatura ambiente absorbe 0,008 de Carbono. Máxima solubilidad del Carbono en Ferrita es a 723° (temp. Eutectoide). La ferrita disuelve 0,025 de Carbono.

Es muy ductil y blanda. Tiene una dureza de 90HB, 28Kg/mm2 de rotura y 35% de alargamiento. Resistencia mecánica baja.

A temperatura ambiente es magnética, al pasar el punto de Courie (770°) deja de ser magnética.

Aparece en los aceros de diversas formas:

1-Perlita proeutectoide, en forma de granos o red acompañando a la perlita en aceros hipoeutectoides.

2-Como agujas orientadas en los planos de la austenita, llamada estructura Widmastaten, en los aceros brutos de colada.

3-Como fase componente de la perlita en láminas alternadas con la cementita.

4-como matriz de las estructuras globulares de aceros recocidos.

Austenita: Solución sólida intersticial de carbono en hierro gamma. Se encuentra en aceros por encima de la Temperatura crítica superior con una solubilidad máxima de 2,11% a 1148°C. La solubilidad decrece con la temperatura hasta 0,88% a 723°C, descomponiéndose en Perlita (Ferrita+Cementita)

La resistencia a la tracción es de 88-105Kg/mm2, y alargamiento de 20-30%. Es no magnética, dúctil y tenaz.


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Cementita: Es un compuesto intermetálico, Carburo de Hierro, que contiene 6,67% de C y 93,33% de Hierro. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, HRc>68. Ferromagnética por debajo de los 210°C.

Hay tres tipos según el origen y distinta morfología:

1. Primaria: originada en la solidificación de las fundiciones.

2. Secundaria: Originada por la pérdida de solubilidad del Carbono en la Austenita a medida que desciende la temperatura.

3. Terciaria: Variación de la solubilidad del carbono en la Ferrita.

Micrográficamente la encontramos:

a. Cementita proeutectodie en los aceros hipereutectoides en red, alrededor de la perlita.

b. En láminas junto a la ferrita formando la Perlita.

c. Como glóbulos en los aceros recocidos a temperaturas cercanas a los 720°C.

d. Como Glóbulos en una matriz martensítica.

e. Como Cementita terciaria en los bordes de grano de la ferrita en los aceros de muy bajo carbono.

41 – ¿CUÁLES SON LOS MICROCONSTITUYENTES BIFÁSICOS QUE APARECEN EN LOS ACEROS? DEFINA CADA UNO.

Perlita: Microconsituyente polifásico eutectoide de aproximadamente 0,88% de C, formada por láminas alternadas de Ferrita y Cementita, provenientes de la descomposición de la Austenita por enfriamiento lento al pasar los 723°C.

Contiene 13% de Fe3C y 87% de Fe Alfa, con una resistencia de aproximadamente 80Kg/mm2 y un alargamiento del 15%.

La finura de estas láminas y separación, depende de la velocidad de enfriamiento e influyen sobre las características mecánicas. En función de ello se clasifica en: Perlita gruesa y Perlita Normal o Fina.

Ledeburita: Componente de dos fases sólidas (austenita y cementita) que aparece en el punto eutéctico. La cementita necesita enfriamiento rápido para su aparición, sin embargo la austenita ya está saturada de carbono, por lo que ambos se hacen presentes en este punto. Con 4,3% de C a una temperatura de 1132°.

42 – DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DE FE-C METAESTABLE Bainita: La vainita no es una fase sino una mezcla de ferrita y carburo de hierro. Difiere notablemente en sus aspecto de las dos estructuras de temple anteriores. Tiene una apariencia acicular, con placas formadas por un volumen de ferrita en las cuales están incrustadas las partículas de carburo de Hierro.

Tipos de Bainita: Superior que se forma a una temperatura de transformación relativamente elevada, aproximadamente a 460° y la Bainita inferior que se forma a temperaturas más bajas, alrededor de 250°C. La transformación bainítica, es decir, de Austenita a Bainita es isotérmica. Puede aparecer también en el martempering.

Esferoidita: se forma si durante un periodo largo un acero de forma política se calienta cerca de la temperatura inferior al eutectoide. Las partículas de cementita aparecen esferas incrustadas en una matriz continua de ferrita. Extremadamente dúctiles y tenaces. Dureza y resistencia menor que perlita.

Martensita: Es una solución sólida sobresaturada de Carbono en Hierro Alfa, que puede o no contener carburos. Es el constituyente típico de los aceros templados. Contiene en general hasta el 1% de


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carbono, en casos especiales de aceros hipereutectoides, encontramos valores de hasta 1,3% de C. Sus propiedades varían en su composición, aumentando su dureza, resistencia y fragilidad con el contenido de Carbono. Después de los carburos y la Cementita es el microconstituyente más duro de los aceros.

Resistencia: 170 a 250 Kg/mm2

Dureza: 50 a 68 HRc

Alargamiento: 0,5 a 2,5%

Es magnética, presenta una estructura marcadamente acicular, en forma de agujas. Las agujas forman ángulos de 60°. Su estructura cristalina es tetragonal.

Martensita revenida: con el tratamiento térmico revenido se incrementa la ductibilidad y tenacidad de la austenita y las tensiones internas se reducen. Para ello se calienta el acero hasta cerca del eutectoide. La estructura queda con partículas pequeñas de cementita dispuesta en una matriz ferrítica.

Troostita: Es una estructura intermedia de temple. Agregado extremadamente fino de cementita y hierro alfa. Se produce por enfriamiento a velocidad menor que la crítica de temple. Sorbita: Es un agregado fino de cementita y hierro alfa. Se obtiene por enfriamiento de la austenita a velocidad considerablemente menor que la crítica de temple. Es el microconstituyente de máxima resiliencia de los aceros.

43 – DEFINICIÓN DE MARTENSITA. CARACTERÍSTICAS. Martensita: Es una solución sólida sobresaturada de Carbono en Hierro Alfa, que puede o no contener carburos. Es el constituyente típico de los aceros templados. Contiene en general hasta el 1% de carbono, en casos especiales de aceros hipereutectoides, encontramos valores de hasta 1,3% de C. Sus propiedades varían en su composición, aumentando su dureza, resistencia y fragilidad con el contenido de Carbono. Después de los carburos y la Cementita es el microconstituyente más duro de los aceros.

Resistencia: 170 a 250 Kg/mm2

Dureza: 50 a 68 HRc

Alargamiento: 0,5 a 2,5%

Es magnética, presenta una estructura marcadamente acicular, en forma de agujas. Las agujas forman ángulos de 60°. Su estructura cristalina es tetragonal.

44 – ¿PARA QUÉ SE UTILIZAN LOS DIAGRAMAS TTT Y CÓMO SE O BTIENEN? Establece las transformaciones metalograficas en función del tiempo y de la temperatura.

Se realiza porque para templar se utilizan velocidades que no son las de equilibrio y aparecen fases fuera de este y/ó nuevas fases que en el diagrama Fe-Fe3C ni siquiera aparecen por ejemplo: Martensita-Bainita. Además, está la influencia de los elementos de aleación.

Por ejemplo para un acero eutectoide (0,89% de C)


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Se llevan las probetas a temperatura de austenización completa. Luego se introducen las probetas en baños a distintas temperaturas. Inicialmente tendremos 100% austenita, y al finalizar obtendremos una estructura 100% de Perlita gruesa.

Al enfriar a distintas temperaturas podremos obtener: Perlita fina, Bainita superior o Bainita inferior.

Si enfriamos a una determinada velocidad y temperatura comenzará a aparecer Martensita. Que tiene un inicio de la transformación y un fin. La curva de la izquierda del diagrama se llama naríz perlítica, la tangente a la naríz perlítica, representa la velocidad crítica de temple. Vemos que a medida que la nariz perlítica se corre a la derecha, la velocidad crítica es menor, esto implica mayor templabilidad. Cada diagrama TTT responde a un tipo de acero.

45 – ¿CUÁL ES LA INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LA CURVA TTT?

Al incorporar aleantes el material disminuirá sus puntos críticos, de manera que el material contará con mayor tiempo de enfriamiento, es decir, la velocidad critica de temple sera menor. Esto se ve reflejado en el grafico de las curvas TTT a traves de un desplazamiento de las mismas hacia la derecha (zona de mayores tiempos).

46 – TRANSFORMACIÓN MARTENSÍTICA. Las características fundamentales de esta transformación son:

1. Se produce sin que haya difusión: debido a que la velocidad de enfriamiento es tal que no da tiempo al reordenamiento de la red de Austenita para que se transforme en Ferrita y Perlita por debajo de los 721°C, en el caso de los aceros hipoeutectoides o en Perlita y Cementita para el caso de los aceros hipereutectoides.

2. Se produce a baja temperatura, dado que en esas temperaturas no hay difusión.


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3. Es continua (tiene temperatura de comienzo y fin), separada la primera de la segunda 150°/250°C.

4. Requiere una velocidad mínima de enfriamiento necesaria para obtener un temple teórico de 100% martensita, también llamada velocidad crítica de temple.

47- DESCRIBA Y GRAFIQUE COMO SE REALIZA UN RECOCIDO DE REGENERACIÓN

(AUSTENIZACIÓN TOTAL) EN ACEROS HIPOEUTECTOIDES Y Q UE OBJETIVOS PERSIGUE.

El recocido se efectúa en la fase austeítica para los aceros hipoeutectoides y eutectoides, calentándolos por encima de la temperatura crítica superior en unos 20 a 40°. El principal objetivo de los Recocidos (en general) es el ablandamiento del acero; regenerando total o parcialmente la estructura, obteniéndose fases más estables según diagrama Fe-Fe3C y eliminando tensiones. Sus propósitos en general son: -Eliminación de tensiones internas producidas durante algún tratamiento previo. -Ablandamiento para el logro de determinadas condiciones mecánicas. -Ablandamiento para su mejor mecanización. -Disminución del tamaño de grano en materiales deformados en frío. -Obtención de una determinada microestructura.

48 – DESCRIBA Y GRAFIQUE COMO SE REALIZA UN RECOCIDO DE AUSTENIZACIÓN

INCOMPLETA EN ACEROS HIPEREUTECTOIDES Y QUÉ OBJETIV OS PERSIGUE. Para los aceros hipereutectoides no es conveniente austenizar completamente la estructura y la temperatura de tratamiento está comprendida entre la temperatura crítica superior e inferior, a los efectos de evitar fragilidad en el calentamiento excesivo. En este caso la cementita no llega a disolverse totalmente. Se calienta respetando las siguientes condiciones: a-Ser lo más uniformemente posible. b-Llegar necesariamente al núcleo de la pieza. c-No sobrepasar cierta velocidad de enfriamiento. Para evitar tensiones. La permanencia a temperatura depende de: a.masa b.Temperatura c.velocidad de calentamiento d.Clase del acero El enfriamiento es lento en horno obteniéndose una estructura con perlita gruesa.


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Los objetivos son los mismos que en regeneración total.

49 – DESCRIBA Y GRAFIQUE LOS RECOCIDOS SUBCRÍTICOS Se realiza a temperatura por debajo de la temperatura crítica inferior, su uso es frecuente para ablandar materiales endurecidos por el trabajo en frío en chapas y alambres, y por estampado, laminado o trefilado. El recocido subcrítico de ablandamiento, produce la recristalización y la consiguiente desaparición de tensioes y acritud. Afecta a la ferrita y en los aceros de >0,4% de C aparece como granos uniformes en contraste con la perlita deformada. En este caso se conoce al recocido como Subcrítico de ablandamiento. En el caso de los aceros de baja aleación el fin perseguido es disminuir la acritud (endurecimiento por deformación). Se lo denomina Recocido subcrítico contra acritud. Es útil para aceros con menos de 0,4 % de carbono. En general el enfriamiento es al aire.

50 – DESCRIBA COMO SE REALIZA UN NORMALIZADO Y QUÉ OBJET IVOS PERSIGUE.

Consiste en austenizar totalmente el acero, calentando a temperaturas superiores entre 50-70°C sobre la temperatura crítica superior y luego enfriarlo al aire. Se intenta obtener una estructura Ferrita-Perlita y perlita laminar fina.


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Este tratamiento tiene por finalidad corregir la estructura de Widmanstatten, afinar el grano de los aceros brutos de colada, laminados o forjados o sobrecalentados durante la austenización. Y también como paso previo a un temple. Para el caso de aceros hipoeutectoides los resultados de un normalizado en comparación a un acero recocido de regeneración completa de igual contenido de C, se obtiene una mayor proporción de Perlita, menor tamaño de ferrita proeutectoide, menor separación de las láminas de Cementita y menor cantidad de ferrita en el interior de la perlita. El límite elástico, la resistencia a la rotura, dureza y casi siempre la tenacidad del acero normalizado resultarán mayores que un acero recocido.

51 – TEMPLABILIDAD. CONCEPTO. EVALUACIÓN Se denomina templabilidad a la capacidad del acero para lograr profundidad de temple, es decir, para lograr estructuras casi completamente martensíticas a distancias mayores, medida desde la cara de la pieza en contacto con la superficie de enfriamiento. En la práctica la templabilidad se evalúa a través de la dureza. Los elementos de aleación, salvo excepciones, aumentan la templabilidad y bajan la velocidad crítica de temple. La forma de evaluarla puede ser a través del Ensayo Jominy: Consiste en enfriar una probeta normalizada en condiciones estándar y obtener finalmente una curva de durezas que corresponde a las sucesivas velocidades de enfriamiento, logradas a lo largo de la probeta.

La probeta es de forma cilíndrica con una pestaña para sujetarla cuando se la coloca en el dispositivo. El equipo Jominy es un dispositivo de enfriamiento que consta de un accesorio para sujetar la probeta y de un chorro de agua con un caudal y temperaturas constantes. El chorro de agua incide sobre la base de la probeta cilíndrica, de esta manera se logra en la base la misma velocidad de enfriamiento cualquiera sea el acero. Se extrae la probeta del horno, se coloca rápidamente en el dispositivo en menos de 5 segundos. Se deja

enfriar en el chorro de agua durante 10 minutos. Luego se saca del dispositivo y se enfría completamente en agua. Se rectifican dos generatrices opuestas, se toman sobre ellas durezas Rockwell C a intervalos iguales de distancias, a partir del extremo enfriado. Para cada instancia obtenemos una dureza distinta que irá disminuyendo progresivamente con una intensidad que depende del acero ensayado.

52 – ¿QUÉ SE ENTIENDE POR SEVERIDAD DE TEMPLE Y DE QUÉ DEPENDE? Se llama severidad de temple del medio de enfriamiento y se lo designa con la letra H, a la capacidad del medio de enfriamiento para absorver la mayor cantidad de calor en el menor tiempo posible. Se le


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asigna el valor H=1 al agua pura sin agitar. Las velocidades relativas de enfriamiento dependen del medio de temple.

53 – ¿QUÉ ES LA VELOCIDAD CRÍTICA DE TEMPLE Y DE QUÉ DEP ENDE? La velocidad crítica de temple es la mínima velocidad de enfriamiento que permite obtener una estructura 100% martensítica, estructura conocida como de temple perfecto. Depende del medio de enfriamiento, el agua para templar es un gran medio pero tiene algunos defectos: se vaporiza rápidamente en la zona de contacto, y queda suspendido aire que impide la posibilidad de templara a esas temperaturas, el poder refrigerante del agua se reduce al aumentar la temperatura. Por ello se enfría en un polímero hidrosoluble. También depende de si el acero es aleado. Algunos aceros de alta aleación, se templan mediante el enfriamiento al aire tranquilo. Salvo excepciones, casi todos los aleantes hacen decrecer la velocidad crítica de temple. 54 – DESCRIBA Y GRAFIQUE COMO SE REALIZA EL MARTEMPERING . VENTAJAS DE

REALIZAR ESTE TRATAMIENTO TÉRMICO También llamado temple escalonado. Alcanzada la temperatura de austenización correspondiente al temple, se aplica una primera etapa de enfriamiento hasta una temperatura por encima de la temperatura martensítica superior, a una velocidad mayor a la velocidad crítica de temple que corresponde al acero. Este enfriamiento se efectúa en un baño de sales fundidas. Se mantiene a esta temperatura durante un cierto tiempo hasta lograr que toda la pieza tenga la misma temperatura. Alcanzada la homogeneidad térmica enfriamos al aire y obtendremos una estructura de Martensita con no mucho menos tensiones y menos exposición a la deformación. La restricción del empleo es como cabe esperar el espesor de las piezas. Para el caso de aceros al carbono, el diámetro máximo admisible en la pieza varía entre 10 y 12 mm. Tratándose de aceros aleados el valor oscila entre 20 y 30 mm. Este tratamiento no es isotérmico ya que en el mantenimiento breve a temperatura constante, no hay transformación de fase alguna.


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55 – DESCRIBA Y GRAFIQUE COMO SE REALIZA EL AUSTEMPERING . VENTAJAS DE

REALIZAR ESTE TRATAMIENTO TÉRMICO Llamamos así a un tratamiento de endurecimiento por el cual obtenemos una microestructura bainítica a partir de la transformación isotérmica de la Austenita. Etapas:

1. Calentar el acero hasta llevarlo al estado de austenización completa. 2. Enfriamiento en baño de sales fundidas a una temperatura que oscila entre los 250 y 400°C. 3. Retiro de la pieza del baño de sales con posterior enfriamiento al aire.

La razón de la existencia del austempering es que la Bainita obtenida tiene similar dureza y resistencia a la Martensita que se podría obtener en el mismo acero con tratamiento de temple y revenido; pero en un alargamiento superior, es decir, igual resistencia pero más resiliencia. Por otro lado, la pieza queda con el austempering con menos tensiones y menos deformaciones. La restricción es que la pieza no debería superar los 25 a 30mm, ya que aparecen dificultades para lograr la homogeneización de toda la microestructura.

56 – ¿QUÉ DIFERENCIAS EXISTEN ENTRE UN TRATAMIENTO DE AU STEMPERING Y UN

TRATAMIENTO DE MARTEMPERING? HAGA UN ESQUEMA COMPAR ÁNDOLOS. Austempering Martempering Se calienta el acero hasta austenización completa. Luego se lo enfría en un baño de sales a 250 y 400°C

Se lo calienta hasta austenización completa y se realiza un baño de sales también sobre la temperatura crítica superior, aunque no muy alejada de ella.

Se mantiene en el baño de sales a esa temperatura hasta lograr la transformación de Austenita a Bainita

Se mantiene a la temperatura del baño de sales para lograr la misma temperatura en toda la pieza pero sin lograr la transformación a Bainita y luego se enfría al aire produciéndose una estructura de Martensita.

El enfriamiento es al aire luego de lograr la estructura Bainita.

El enfriamiento es al aire mientras se logra la estructura Martensita.

Para piezas no mayores a 25 a 30mm, ya que aparecen dificultades en la homogeneización de la estructura

Para piezas no mayores a 20 y 30mm en aceros aleados y 10 y 12 m para aceros al C.

Es un tratamiento isotérmico, mientras se mantiene a temperatura constante se produce la transformación de fase.

No es un tratamiento isotérmico, la transformación de fase no se produce a temperatura constante.


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57 – DEFINICIÓN DE TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO.

El tratamiento termoquímico es un tratamiento térmico que incorpora un elemento del exterior, otra sustancia o elemento de aleación a la superficie con el objetivo de provocar un endurecimiento. El núcleo se mantiene con las mismas propiedades, un núcleo dúctil que resiste el impacto. La superficie queda con la propiedad de una resistencia al desgaste.

58 – CEMENTACIÓN. DEFINICIÓN. CARACTERÍSTICAS. Es un tratamiento térmico por el cual se introduce carbono a un acero con el fin de aumentar su contenido y por consecuencia aumentar su dureza. Los aceros para cementación no deben tener más del 0.20 a 20.25% de C. Máximo 0.30%. Lo usual es 0.20% de C. Generalmente en aceros aleados con Cr, Ni, Mo.

El mejor tratamiento se obtiene en un acero de bajo carbono, en los de mayor contenido el resultado es de menor eficiencia. Las piezas se colocan en cajas metálicas rodeadas de carbono (polvo de coke por ejemplo) elevándose la temperatura a austenitica por varias horas. La introducción se inicia por la superficie y en función del tiempo se aumenta el espesor de la capa. Luego de introducido el carbono se realiza un templado y revenido para obtener la dureza requerida, la que puede llegar a HRc 65. La profundidad de penetración puede ir de 0,5 a 0,9 mm.

Objetivos: -Elevar la dureza superficial.

-Lograr gran resistencia al desgaste.

-Lograr un núcleo resistente dúctil o tenaz.

-Elevación del límite de fatiga.

Caso clásico: C=0,12-0,20%

Si=0,20-0,30%

Pmax=0,04%

Smax=0,04%

Mn=0,30-1,20%

Tensión Rotura (σr)= 37±3 Kgf/mm2

Alargamiento: 28%

Estricción =70%

HB 110

Máxima penetración del tratamiento: 1,2mm

A mayor cantidad de aleantes, mayor penetración.

Estado del acero (en la incorporación del C en estado activo o naciente): Austenítico.

Cementantes: Líquidos, gaseosos, cementación iónica, sólidos, mixtos, en forma de pasta.

Sólidos: CO3Ba (activante), C (vegetal)

900°-950° 2C+O2 2CO

El CO penetra y luego se descompone

2CO ( C ) naciente +CO2

Líquidos: CO3K2, CO3 Na2, cianuros de Na, K, en baños de sales. Capa: 0,2-1,5mm o 1 a 5mm en función de la concentración del baño

Principio válido para todos los procesos


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Gaseosa: CO: 20%, H2: 39%, H2O: 0,25%, CH4: 0,7%, N2: 40%. Es el tratamiento más preciso, hay imposibilidad de oxidación y penetración uniforme de la masa carburada. Las etapas son: Disociación/absorción/difusión

CH4 (metano) ( C ) + 2H2 C2H6 (Etano) ( C ) + CH4 +H2 2C3H8 (Propano) 3 ( C ) + C2H6 + CH4 + 3H2

2CO ( C ) + CO2

CO2 + H2 ( C ) + H2O

59 – NITRURACIÓN. DEFINICIÓN. CARACTERÍSTICAS.

Proceso de endurecimiento superficial para aleaciones ferrosas de composición especial, que se calientan en una atmósfera o en contacto con material Nitrogenado para producir una dureza superficial por absorción de nitrógeno sin temple posterior o final. Hay dos tipos. A) Seca o gaseosa. B) Húmeda o líquida.

La Nitruración seca o gaseosa consiste en calentar un acero o una fundición de Fe de composición especial durante varias horas a temperatura entre 500 a 900° en una atmósfera de amoníaco capaz de cederle N2 activo o naciente para producir por su absorción una dureza superficial muy elevada sin temple final.

La húmeda o líquida consiste en calentar en un baño de sales con cianuros a temperatura entre 525-600°C durante cierto tiempo (minutos o horas) para lograr durezas superficiales que mejoran el endurecimiento: herramientas, útiles, etc.

La ventaja principal de la nitruración es que se obtiene elevada dureza superficial, aumento de resistencia al desgaste y de resistencia a la fatiga Sin temple posterior es decir sin tensiones, mínima distorsión o alabea de las piezas.

El aumento de resistencia al desgaste es excepcional y la elevada dureza superficial permanece inalterable hasta los 580°C.

Siempre el material debe contener elementos en solución sólida capaces de formar nitruros. Al, especialmente, y también Cr, Mo, W.

El fundamento de la nitruración es la fuente de nitrógeno activo que se difunde en el Fe alfa debajo de 590°C.

NH3=N+3H 2N=N2 2H=H2

El activo es el N (atómico) es muy reactivo y en el breve tiempo que se mantiene atómico es suceptible de reaccionar, esto se logra con un flujo permanente de NH3 para disociar, porque el N vuelve también enseguida al estado molecular estable, que es inerte.

60 – CARBONITRURACIÓN. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS.

La cianuración o carbonitruración líquida o húmeda es un tratamiento termoquímico que consiste en calentar un producto siderúrgico durante cierto tiempo a una temperatura sobre la temperatura crítica inferior en un medio capaz de cederle C y N2 para luego enfriarla rápidamente en agua, aceite o baños de sales. Requiere un temple y luego revenido.

La finalidad es producir una elevada dureza superficial. Lograr una buena resistencia al desgaste. Obtener ambas características sobre superficies terminadas que no requieren modificación, rectificación o bien lograr una mínima deformación, alabeo o distorsión, compatible con el uso.

El proceso consiste en lo siguiente:

El cementante, básicamente está constituido por mezcla de sales, agente fundamental: cianuro de Na que fundido en contacto con el oxígeno se oxida y da lugar en la superficie del baño a cianatos:

2NaCN + O2 2NaNCO


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Por temperatura el cianato se descompone en:

4NaNCO Na2CO3 + 2NaCN + CO + 2N

El cianuro se regenera:

2CO CO2+ (C)

El C naciente es el que se absorbe y difunde en el metal, lo mismo que el nitrógeno, para formar respectivamente carburo y nitruro de Fe.

Baño clásico cianuración:

ClNa= 30%

CO3Na= 40% NaCN=30%

Temperaturas oscilan entre 760°C y 870°C

Tiempo entre 30 y 60 min

Ejemplo de espesores de capa: 15min (704°C): 0,006mm

45min (704°C): 0,025mm

15min (871°C): 0,08mm

45min (871°C): 0,152mm

Luego del tratamiento térmico final para obtener la capa endurecida, se realiza un enfriamiento en agua y aceite (temple). Un enfriamiento en polímeros es mejor que aceite. Finalmente se recomienda un revenido entre 170 y 200°C.

Productos siderúrgicos a cianurar:

Aceros al C de contenidos variables (ej: sae1022) y aceros aleados de distintas proporciones y a la fundición maleable.

Las durezas finales obtenidas van de 40 a 62 HRc

61 – BREVE EXPLICACIÓN DE LA SECUENCIA DEL MINERAL DEL Y ACIMIENTO A LA PIEZA TERMINADA 1er Paso de Metalurgia extractiva: Extracción de la materia prima: Se encuentra en la corteza terrestre, formada por diversos compuestos tal como óxidos, sulfuros y carbonatos. Minerales de hierro: hematites (Fe2O3), la magnetita (Fe3O4), la limonita (FeO(OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2), la ilmenita (FeTiO3), etcétera. Todos estos minerales poseen hierro y otros compuestos. Lo que acompaña al mineral de hierro se denomina Ganga, el resto Mena que es la parte que contiene el mineral. Tratamiento premetalúrgico: El objetivo es elevar la Ley Metálica por eliminación de la ganga.

Acondicionamiento: Se producen partículas de ganga y minerales.

o Trituración: Se trituran los minerales. o Molienda: Se trabaja con el material triturado. o Cribadas: Se separa el material molido por tamaño. o Disolución diferencial: aprovechar diferentes capacidades de ataque, partes del

mineral pueden disolverse en ácido, etc. o Evaporación: se quita el agua, la humedad. o Separación magnética: pasar el material por un electroimán. o Flotación: Disolución, burbujeo, algunas partículas flotan. o Precipitación electromagnética: Se hace pasar un gas, se le saca el polvo que pasa

por un condensador y éste precipita, el condensador está formado por dos placas cargadas.


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o Filtración y secado. o Calcinación: Cuando el agua está cristalizada se elimina con calcinación. Antes de

quitar el agua se descristaliza a altas temperaturas. Enriquecimiento:

o Separación mecánica. o Separación térmica.

Aglomeración:

o Briqueteado: El material se reduce a un tamaño pequeño. Luego se lo lava y se elimina la ganga soluble en agua.

o Sinterización: La masa es soldada superficialmente. o Prerreducción: Se compacta el material. o Pelletización: Se forma una masa con arcilla que rodea las partículas y las

compacta. Reducción: Reducción del hierro oxidado a hierro metálico. Se realiza en:

o Alto horno: Se obtiene arrabio líquido. 2,5 a 4% de carbono. o Reducción directa: Se obtiene hierro esponja. 0,5% a 0,9% de carbono.

Aceración:

o Proceso de conversión: • Inyección de aire: Bessemer y Thomas. • Inyección de O2: LD, LD/AC y Rotor.

o Solera: Abierta. Siemens-Martin. Horno eléctrico: Arco o Inducción.

Acero líquido:

o Colada contínua: Se obtiene semiproducto. o Colada en lingotera: Se obtienen lingotes.

Acero Sólido: Deformación plástica

o Desgaste: Se obtiene semiproducto. o Laminación: Se obtiene producto final.

62– CONCEPTO DE REDUCCIÓN DEL MINERAL DE HIERRO. ECUACI ONES

Se puede obtener hierro a partir de los óxidos con más o menos impurezas. Muchos de los minerales de hierro son óxidos, y los que no se pueden oxidar para obtener los correspondientes óxidos.

La reducción de los óxidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno denominado comúnmente alto horno En él se añaden los minerales de hierro en presencia de coque y carbonato de calcio, CaCO3, que actúa como escorificante.

Los gases sufren una serie de reacciones; el coque puede reaccionar con el oxígeno para formar dióxido de carbono:

C + O2 → CO2

A su vez el dióxido de carbono puede reducirse para dar monóxido de carbono:

CO2 + C → 2CO

Aunque también se puede dar el proceso contrario al oxidarse el monóxido con oxígeno para volver a dar dióxido de carbono:


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2CO + O2 → 2CO2 Reacciones de reducción indirecta: 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

FeO + CO → Fe + CO2

Reacciones de reducción directa:

Fe2O3 + 3C 2Fe + CO Fe3O4 + C 3Fe + CO FeO + C Fe + CO

El carbonato de calcio (caliza) se descompone:

CaCO3 → CaO + CO2

Y el dióxido de carbono es reducido con el coque a monóxido de carbono como se ha visto antes.

El carbono actúa también sobre otros metales en reducción directa:

P2O5 + 5C 2P + 5CO MnO + C Mn + CO 8SiO2 + 2C Si + 2CO

Finalmente se produce la combustión y desulfuración (eliminación de azufre) mediante la entrada de aire. Y por último se separan dos fracciones: la escoria y el arrabio: hierro fundido, que es la materia prima que luego se emplea en la industria.

63 – DESCRIBA LAS OPERACIONES DE LA RUTA DE FABRICACIÓN: ALTO HORNO Y CONVERTIDOR DE OXÍGENO. MATERIAS PRIMAS Y PRODUCTOS EN CADA ETAPA.

ALTO HORNO El alto horno trabaja a contra corriente, es intercambiador químico y térmico. A medida que los gases ascienden le transfieren calor a la carga y reaccionan químicamente.

La carga sólida se introduce por el tragante, que cuenta con un sistema de doble o triple campana para evitar la despresurización del horno, el material desciende en forma circular por las paredes del horno para evitar taponamiento del sistema y permitir la correcta evacuación de los gases. Esta zona alcanza los 400°C.

Debajo se encuentra la cuba, en donde los materiales descienden y permite que se acomoden en forma de capas. Es una zona de reducción y su temperatura oscila entre los 900 y 400°C.

En el vientre la temperatura va de 900 a 1200°C, tiene forma cilíndrica y se llama zona de carburación.

Más abajo encontramos el Etalaje, zona de fusión. Tiene forma de cono truncado invertido. Esta reducción de la sección se debe a que el material va disminuyendo su volumen a medida que va descendiendo. La temperatura de esta sección alcanza 1800°C.

Por último en el Crisol es el lugar donde se recibe el material fundido. Sobre él flota la escoria. Su temperatura puede alcanzar los 2000°C. En la parte superior del crisol se encuentra la boca de descarga de la escoria y en la inferior la descarga del arrabio, llamada agujero de colada o piquera. Está cerrada mediante un tapón de material refractario de secado instantáneo que se repone cada vez que se produce la descarga.


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Entre el crisol y el etalaje se encuentra el anillo de toberas por donde se inyecta el comburente y a veces el fuel oil o gas natural.

Las paredes del Alto Horno están revestidas con material refractario. Cada vez que se baja más a través del horno como la temperatura aumenta, hay más alúmina. Tiene revestimiento interno que es de material refractario compuesto de sílico alúmina SiO2+Al2O3 Materias primas para elaborar arrabio:

Coque (combustible): Producto negro y poroso que sale de la destilación de determinadas mezclas de carbono. El 43% del arrabio es coque. El componente básico del coque es la hulla grasa de llama corta. A veces se mezcla con turba. El coque está compuesto por 90% de carbono, 1-1,5% de H20 de evaporación.

Comburente: Aire

Nuevos combustibles: Se esta usando una mezcla de coque y fuel oil o gas natural. Esto

permite disminuir el coque y hacer altos hornos más bajos y de menor diámetro.

Fundente: Piedra caliza (ácida), Dolomita (básica). Facilitan la fusión del mineral. Se combinan con las impurezas para formar la escoria. El aire caliente que ingresa por abajo se calienta en la torre de Cowper

Carga metálica:

Sínter: Se hace con finos de planta. Trae mucha escoria. Se juntan los finos aglomerados y se ponen en una cinta trasportadora permeable. Se forma un producto aglomerado con material aglomerante con un tipo de unión vítrea (tiene muchos volátiles y el sínter se hace poroso). Cuando llega al final de la cinta el Sínter ya está preparado a 900°C-1000°C. Se tira a unas piletas que producen que el sínter se haga quebradizo y luego se lleva a triturar. Tiene menos contenido de hierro. Para usarlo en el alto horno debe tener de 6 a 45 mm

Pellet: Se pone una pasta aglomerante y el material fino con alto contenido de hierro. Se ubican en un disco que gira y se forman bolas de Pellet. Tiene alto contenido de hierro. Para usarlo en el alto horno debe tener un tamaño de entre 6 a 19 mm

La función del alto horno es: 1- reducir los minerales de hierro, extraer oxígeno de óxidos. 2-Separar la ganga. Se queda con la Mena (óxido de hierro). La

ganga se fusiona y forma escoria. Para que la escoria cumpla determinados requisitos se agregan fundentes.

Descripcion del proceso:

• Materiales ingresan por arriba del alto horno • Aire caliente entra por abajo: Se agrega Oxígeno para aumentar la oxidación • Aire caliente se combina con el coque • Se forma CO2 se combina con el coque → CO • Entre 250° y 700° → reducción indirecta • A los 1500°C → reducción directa → Hierro • Carburación → se agrega C → baja la temperatura de fusión • Sangrado del horno de 3 a 4hs • Se agregan también: Silicio, Manganeso, Fósforo y Azufre

Escoria: Enfría rápidamente por tener estructura amorfa. Se tritura y lava. Luego se clasifica según su granulometría. Composición parecida al cemento Portland. Se Se generan utiliza como materia prima para cemento para cosntrucción.


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Para elaborar 1 Ton de Arrabio se utilizan:

• 2 Ton de mineral (depende su concentración) • 1 Ton de Coque • ½ Ton de fundente • 5 ½ Ton de Aire

ademas 1 Ton de escoria y 7 Ton de gases de alto horno. Gases de alto horno: Se eliminan por arriba del horno. Arrastran gran cantidad de material particulado que se pasa por pulverizadores, se baja su velocidad de manera que las partículas sedementen. Los sedimentos contienen hasta 40% de hierro metálico, por lo que se lo compac ta en forma de pellets y se vuelve a cargar al horno. Finalmente los gases se acumulan en un gasógeno para usarlo como combustible. Producto: Arrabio: Hematítico: Contenido de fósforo menor o igual a 0,30% 4% de Carbono 0,04 de azufre 0,80 de manganeso 0,35 de Silicio Hematítico Fosforoso: Contenido de fósforo mayor o igual a 1,50%

CONVERTIDOR DE OXÍGENO Es un proceso de fabricación de acero de bajo costo. Lo realiza a través de un proceso de regulación automática por convección. El LD realiza un proceso de conversión al oxígeno. El producto es acero común al carbono. La carga consiste en Arrabio hematítico (de bajo fósforo), chatarra precalentada a más de 800°C. La energía que se usa sale del mismo proceso, sale de las reacciones químicas exotérmicas (de oxidación), que se producen durante el proceso: C + O CO Mn + O MnO


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Si + 2O SiO2 2P + 5O P2O5 En el convertidor se usa como fundente cal. Por la lanza de cobre electrolítico refrigerado por agua se sopla oxígeno a alta presión que queda disuelto en el baño. El oxígeno oxida todos los materiales que están en exceso. El O2, entonces sirve para eliminar impurezas en exceso. El refractario está compuesto por Magnesita (óxido de magnesio) y Dolomita (Carbonato doble de calcio y magnesio). La chatarra usada es de buena calidad y se usa para bajarle el costo al proceso. Proceso :

1. Ingresa la carga: Arrabio líquido del Alto horno, chatarra precalentada con gases del LD. 2. Lanza sopla cerca del baño y después lejos (Proceso de regulación automática). El material se

oxida. 3. Se toman muestras, se ajusta la composición. 4. Se enfría. 5. Colada, luego se repite el proceso.

Para el acero común Se elimina escoria y se realiza colada. Para aceros especiales Se incluye escoria reductora y se hace ajuste de composición, se agregan aleantes y se realiza la Colada.

64 – ¿QUÉ FUNCIONES CUMPLE EL COQUE DENTRO DEL ALTO HORN O? BREVE DESCRIPCIÓN DE CADA UNA.

Se clasifican en dos grupos:

1. Funciones Sustituibles: -Combustible: Sustituible porque se puede utilizar gas o fuel oil. Reacciones: C+1/2 O2 CO (66 Kcal/mol) C + O2 CO2 (94 Kcal/mol) CO + ½ O2 CO2 (28 Kcal/mol) -Es reductor: El “C” es reductor en forma: Directa (el carbono se presenta como carbono).

indirecta (El carbono se presenta como monóxido de carbono). El “H” también es reductor y a veces sustituye al carbono. Por eso la función sustituible.

-Carburante: La función del coque como carburante baja la temperatura de fusión a la aleación. Es sustituible porque puede cambiarse por cualquier material que contenga “C”.

2. Funciones Insustituibles:

-Porosidad: El carbono tiene que tener porosidad para:

a) dejar pasar los gases a través de él. A medida que los gases tienen más facilidad para pasar mejor. b) mayor superficie de contacto, reacciones más rápidas.

-Sostén de carga: El peso de la columna de carga está sostenida por la estructura de coque que se forma espontáneamente. Para que esto suceda el coque tiene que tener cierta resistencia mecánica.


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65 – ANÁLISIS GENÉRICO DEL ARRABIO. ORIGEN. El arrabio puede ser básico o ácido según la proporción de silicio y fósforo en ganga. El fundente tiene que ser de naturaleza ácida, cuando es básica la ganga del mineral y si ésta es ácida el fundente debe de ser básico. Como fundente básico se utiliza caliza, y como fundente ácido el silicio. Arrabio: Hematítico: Contenido de fósforo menor o igual a 0,30% 4% de Carbono 0,04 de azufre 0,80 de manganeso 0,35 de Silicio Hematítico Fosforoso: Contenido de fósforo mayor o igual a 1,50%

66 – DESCRIBA LAS OPERACIONES DE LA RUTA DE FABRICACIÓN: REDUCCIÓN DIRECTA Y HORNO ELÉCTRICO. MATERIAS PRIMAS Y PRODUC TOS EN CADA ETAPA.

MIDREX Es un horno de cubo que realiza un proceso de reducción directa y trabaja a contra corriente. Tiene la característica de no pasar por el estado líquido el material. Del Midrex sale la materia prima DRI (Hierro esponja o Fe prerreducido) que funciona como carga del horno eléctrico. Cerca de la planta del Midrex funciona la planta de reforme, donde se generan los gases de reforme, o gases reductores (como el CH4 o gas natural). Primero se realiza el proceso de reforming para generar los gases reductores: CH4 + CO2 2CO2 + 2H2 CH4 + H20 3H2 + CO Ya en el Midrex los gases entran por abajo, y el material se carga por arriba, éste se reduce por interactuar con los gases, pierde oxígeno y queda poroso. En la base tiene un desterronador (cuchillas) que compactan y rompen la masa que termina abajo del midrex. Eso es masa de DRI. El DRI en este caso se compacta y briquetea. Compactándolo no se puede volver a oxidar. El horno es discontínuo y se descarga por abajo, tiene que tener poca escoria el Midrex porque el DRI es la carga del horno eléctrico donde es costoso fundir la escoria. Entonces el midrex se carga con algo de calidad. HORNO ELÉCTRICO Puede ser 1. De Arco, o 2. De inducción. Alta frecuencia. De Arco: Trabaja con una corriente de 90MVA. Los electrodos de Grafito son continuos, de Soderberg. Se cierra el circuito sin que haya contacto con la carga. El diámetro del electrodo es de 1m o 0,5 m y la carga es de 450Tn máximo. Carga: En general carga sólida DRI y Chatarra, y la carga no usual como Arrabio o Pellet. Es un tipo de horno de solera, hay distintos tipos de hornos eléctricosvasculante, fijo carga por arriba, costado, puerta lateral. El tiempo varía entre dos y cuatro horas, la energía que se consume proviene de la electricidad. Es más versátil con respecto al LD ya que puede crear escoria oxidante (para eliminar impurezas) o reductora (generalmente para agregar aleantes o eliminar impureza del azufre). Gracias a esto produce aceros de mayor calidad.


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67 – CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ACERACIÓN. PRODUCTO S TÍPICOS JUSTIFICAR. Procesos de fabricación de acero: Hornos de soleras Horno eléctrico de arco Inducción, alta frecuencia Siemens-Martin (obsoleto) Conversión al oxígeno Bessemer (obsoleto) Thomas (obsoleto) LD/LD A.C. OBM Kaloo Rotor Bessemer: Soplaba por abajo, además soplaba aire en vez de oxígeno, esa es la razón de por qué ya no se usa. El refractario era ácido, contenía sílice, por lo que el acero quedaba con mucho fósforo porque no podía agregarse cal, ya que reaccionaba con la sílice y la hacía desaparecer. Thomas: Igual que el Bessemer pero sopla oxígeno. OBM: Parecido al LD pero sopla por abajo y es peor que el LD. Refrigeran con un proceso de cracking (el hidrocarburo se disocia, produce una reacción endotérmica) Rotor: Hornos rotativos, los anteriores eran basculantes. LD AC: Tiene la ventaja de que puede desfosforar. Entonces a diferencia del LD: Puede trabajar con arrabio con alto contenido de fósforo. Inyecta cal pulverizada junto al oxígeno para desulfurar.

68 – ETAPAS DE LA ACERACIÓN. BREVE COMENTARIO DE CADA UN A. La aceración es el proceso donde se otorgarán las características específicas del acero. Carga: Introducción del arrabio dentro del horno. Lo más importante es evaluar la carga (líquida o sólida). El no conocer la composición química de la chatarra puede ser un problema ya que puede proveer elementos de obsolecencia. Fusión: Cambio de estado de sólido a líquido. Se requiere energía térmica que se obtiene por reacciones químicas del tipo exotérmico mediante la oxidación. Oxidación: Sirve para “blanquear” la fusión, es decir, eliminar del baño componentes no deseados oxidándolos, pasando a ser escoria ya que el óxido tiede a subir. Algunos componentes pueden quedar en la solidificación como inclusiones. Desoxidación: Reducción del oxido ferroso mediante la incorporación del silicio. Colada: Tratamiento del acero líquido.

a) Lingotera: Tratamiento tradicional. Molde cuadrado o rectangular. Semiproducto. Se permiten fallos.

b) Colada contínua: Para tratar grandes cantidades de acero. Puede ser vertical o curva. Para el acero común Se elimina escoria y se realiza colada. Para aceros especiales Se incluye escoria reductora y se hace ajuste de composición, se agregan aleantes y se realiza la Colada.


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69 – ¿QUÉ CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES TIENE LA ESCORIA E N UN PROCESO DE FUSIÓN?

1. Debe tener la menor viscosidad posible. Debe ser fluída. Para mayor velocidad de reacción de

contacto. 2. De menor densidad que el baño líquido de manera que esté por encima de él. 3. Insoluble en el baño líquido. 4. Punto de fusión lo más bajo posible para que sea compatible con el proceso. 5. Trabajar con el menor volumen de escoria posible, porque no tiene valor económico a diferencia

del arrabio. 6. Debe tener composición química adecuada para que permita albergar o retener a todo aquello

que no quiera tener el baño metálico. 7. Rechazar todo aquello que no forme parte del baño metálico. 8. Índice de Basicidad: Ib=Básicos/Ácidos Tiene que resultar “1” 9. Tiene que tener una sola fase que se pueda des-sulfurar.

70 – ¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS ACEROS EN FUNCIÓN DEL TENOR DE OXÍGENO QUE

POSEEN Y QUÉ APLICACIONES TIENEN? Tiene que ver con la cantidad de oxígeno que el acero puede colar. C + O = Cte (Cuando se absorbe el oxígeno) C + O CO (Cuando hay exceso de oxígeno y el carbono no es suficiente para absorverlo) Se clasifican en:

• Efervescentes: Tienen menos de 0,18% de C, casi no tienen “Si”. Contienen de 0,05 a 0,20% (solidificado). El contenido de oxígeno es mayor al de equilibrio. Se realiza la colada y algo de oxígeno se elimina pero una parte queda. Es de menor calidad porque oxida las aleaciones por el exceso de oxígeno. Pero es de menor costo por ser más fácil de desoxidar y se gasta menos en desoxidantes. Para eliminar el oxígeno se agregan desoxidantes: Si (FeSi), Mn (FeMn), Ti (FeTi). Son ferroaleados. O se agrega granalla de Al: Forma alúmina y lo neutraliza. Tiene mayor cantidad de defectos, como porosidades, sopladuras. Tiene menos contracción volumétrica ya que el oxígeno lo compensa. Entonces tiene menor rechupe, menos despunte. Tiene un problema de segregación de inclusiones por el burbujeo del oxígeno. Como consecuencia del monóxido aparece el oxígeno segregado en la superficie. Se aprovecha más en procesos de conformación plástica ya que tiene menor resistencia mecánica.

• Calmados: Tienen de 0,01 a 0,04% de oxígeno (solidificado). El contenido de oxígeno es menor al de equilibrio. Tiene más carbono que el efervescente. Es de mayor calidad. Tiene mayor resistencia mecánica.

De 0,15 a 0,30% de C: Semi-Calmados o Semi-Efervecentes. En este límite no son ni calmados ni efervecentes. Se los trata con desoxidación parcial. 71 – ¿QUÉ VENTAJAS Y DESVENTAJAS PRESENTAN EL HONRO ELÉCTRICO Y EL LD?

El LD es menos costoso que el Horno eléctrico y trabaja más rápido. El Horno eléctrico trabaja con Carga sólida y tiene la ventaja de independizar las fuentes de energía de las reacciones químicas, por lo tanto es más versátil. Además de poder realizar una atmósfera reductora u oxidante según se prefiera. Al ser más versátil produce acero de mayor calidad que el del LD, pero también puede producir aceros comunes. El horno eléctrico tiene la ventaja de poder crear escoria oxidante para eliminar impurezas o reductora generalmente para agregar los aleantes. En cambio en el LD esto no se puede hacer. En el horno eléctrico, por lo tanto, el acero tendrá una composición más regulada.


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En el LD la energía que se utiliza sale del mismo proceso que es de regulación automática, mientras que el Horno eléctrico necesita una fuente de energía cercana que le provea de una corriente de 90MV-A

72 – DIFERENCIA ENTRE COLADA CONTINUA Y EN LINGOTERA Colada continua es un procedimiento con el que se producen barras que avanzan y se solidifican a medida que se va vertiendo el metal líquido en una lingotera sin fondo, que se alimenta indefinidamente. La colada continua es más rápida y sencilla que la colada en lingoteras, se disminuye la cantidad de operarios por eso su costo de operación, se suprimen los hornos de fosa de precalentamiento de los lingotes y los trenes desbastadores. No hay rechupe porque el hueco que se produce a causa de la contracción se llena inmediatamente. Se reduce la importancia de segregación transversal y desaparece la longitudinal, pues las secciones de la barra son relativamente pequeñas. En lingotera el material líquido en una cavidad formada en un bloque de arena aglomerada u otro material que se llama molde y dejar que se solidifique el líquido. Las segregaciones originan diferencias de composición entre cabecera y pie y entre paredes y centro de los lingotes. Se originan rechupes, uso de mazarotas, pérdidas de metal. Colada Continua:

73 – CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN EL CONTENIDO DE E LEMENTOS DE ALEACIÓN.

Aceros de baja aleación: Contenido total de aleantes de 2% a 2,5% (suma total de aleantes) Aceros de media aleación: de 2,5% a 4,5% (cantidad total de aleantes)

Aceros de alta aleación: de más de 4,5% (cantidad de aleantes) Según normas DIN:

Baja Aleación: De 0 a 0,5% Media Aleación: De 0,5 a 10% Alta Aleación: Más de 10%


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No solo se considera el % de aleación, sino también la cantidad de elementos de aleación. Tiene un carácter cualitativo y cuantitativo. Cuando hay un elemento que está en menor composición (%) establecido, pero no es de la coposición base, no es aleación. Ej: La norma considera que a partir del 0,10% de Al es aleado. Es un límite máximo.

74 – ¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS ACEROS SEGÚN EL PORCENTAJE DE CARBONO Y EL PORCENTAJE DE ALEANTES?

Según el porcentaje de aleantes se clasifican en: Aceros de baja aleación: Contenido total de aleantes de 2% a 2,5% (suma total de aleantes) Aceros de media aleación: de 2,5% a 4,5% (cantidad total de aleantes) Aceros de alta aleación: de más de 4,5% (cantidad de aleantes) Según la cantidad de carbono se clasifican en: Bajo carbono: Menos de 0,30% de carbono Medio carbono: Entre 0,3% a 0,6% de carbono (seguro son de baja o media aleación) Alto carbono: Más de 0,6% (seguro son de media o alta aleación)

75 – ACEROS DE BAJO CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓN. ESTRUCTU RA. PROPIEDADES.

FORMA DE ENDURECIMIENTO. USOS.

• Su contenido en carbono es inferior a 0,30% (Mn: 0,3 a 0,6%, P y S< 0,5%). • Acero mayormente ferritico de baja resistencia, baja dureza y de alto alargamiento, dúctil y

tenaz. • No endurece por tratamiento térmico, no tienen templabilidad, no adquiere dureza por temple.

Su endurecimiento es por trabajo mecánico de impacto. De fácil maquinado y soldable. • Sus aplicaciones están basadas en su gran ductilidad y capacidad de deformación: construcción,

transporte, artefactos del hogar (lavarropa, estufas, etc.), automotriz (carrocerías). • No se pueden usar para transmitir potencia (no se pueden hacer engranajes u otros elementos

de este tipo). No pueden transmitir energía mecánica. • Alta ventaja para conformación plástica por su elevada ductilidad.

76 – ACEROS DE MEDIO CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓN. ESTRUCT URA.

PROPIEDADES. FORMA DE ENDURECIMIENTO. USOS.

• Contenido de carbono de 0,30% a 0,60% (Mn 0,6 a 0,9%, Si 0,35%, P y S < 0,3%). • Son sensibles al tratamiento térmico de endurecimiento por temple. Las propiedades mecánicas

son mejoradas por intermedio de los procesos de temple y revenido, pero solo se practican sobre piezas de sección delgada.

• Luego del tratamiento térmico mejora la resistencia al desgaste y mecánica, pero disminuye la ductibilidad y tenacidad.

• Cuando se los forja y son aleados, se hacen en caliente. • Sirven para transmitir potencia. • Mayor resistencia mecánica y dureza. • Lus aplicaciones son máquinas para transmitir potencia, ruedas de ferrocarril, engranajes y

cigüeñales.

77 – ACEROS DE ALTO CARBONO. ESTRUCTURA. PROPIEDADES. FORMAS DE ENDURECIMIENTO. USOS.

• Contenido de carbono de 0,6% a 1,4%. (Mn 0,6 a 0,9%, Si > 0,35%, P y S < 0,03%).


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• Son muy sensibles al tratamiento térmico de endurecimiento por temple. Son sometidos a temple y revenido para dotarlos de mayor resistencia al desgaste. Hay que ser cuidadoso con el enfriamiento del temple. Ya que su elevada templabilidad hace que algunos incluso templen al aire. Otros no, ya que pueden generarse grietas aún enfriando al aire.

• Generalmente son de alta o media aleación. • Baja ductibilidad. • Extremadamente duros, gran resistencia al desgaste, alta resistencia mecánica. • Mayor parte se usa en herramientas. Sus aplicaciones son fabricación de herramientas de corte,

matrices, cuchillos, cuerdas para pianos, resortes. 78 – ELEMENTOS TRADICIONALES DE ALEACIÓN. ENUMERACIÓN. C ARACTERÍSTICAS

COMUNES A TODOS.

Cromo, níquel, molibdeno, tungsteno, titanio, vanadio, cobalto.

Tienen tendencia a formar carburo (el níquel tiene baja tendencia), aumentan la dureza y tienen baja influencia sobre otras propiedades.

Tienden a bajar puntos críticos, por tanto aumentan campo austenitico, corren la curva TTT hacia la derecha lo que mejora la templabilidad

Mejoran la resistencia a la corrosión, por pasivasión.

79 – ELEMENTOS DEL ANÁLISIS BÁSICO DEL ACERO. FUNCIÓN CO MO ALEANTES.

Los elementos de la composición básica son el Fe, y Mn, S, C, P, Si. Cuando estos elementos superan un cierto valor, ya se consideran de aleación y el acero es aleado. Carbono: El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. Manganeso: El % es variable del 0,8 al 14 y en función de este se pueden obtener distintas estructuras. Aumenta la resistencia sin disminuir el alargamiento. El más empleado es el acero HADFIELD de 12% de Mn por su gran resistencia al desgaste, se emplea para rieles, dragas, orugas de grúas, filo de topadoras, etc. Es de gran utilidad porque su resistencia al desgaste se ve aumentada por deformación mecánica en frío, por lo tanto, mientras más se usa, más aumenta su resistencia. Es antigrafitizante favoreciendo la formación de CFe3 (cementita). Normalmente las fundiciones suelen tener de 0,4 a 1,5% de manganeso. El principal papel del manganeso es neutralizar el azufre evitando la formación de SFe. Azufre: Este elemento se opone a la grafitización del carbono y favorece la formación de cementita. Su influencia en ausencia de manganeso es verdaderamente sensible. El azufre tiene una gran afinidad con el manganeso y al combinarse forman SMn (Sulfuro de manganeso) que no tiene ninguna influencia en la formación de grafito o cementita, y de esa manera no resulta perjudicial para la fundición. Por este motivo siempre se trata de eliminar la influencia nosiva del azufre mediante una adición de Mn. En cambio cuando el azufre existe en exceso en una fundición con poco manganeso, forma con el hierro SFe (sulfuro de hierro), que favorece la formación de cementita y tiende, por lo tanto, a blanquear la fundición. Un contenido normal de azufre, en las fundiciones varía de 0,01 a 0,20%. El azufre cuando se encuentra en cantidades importantes y en ausencia de Mn, puede dar lugar al fenómeno de temple invertido. Suele ocurrir que el azufre aparece segregado en las zonas centrales, próximas a las mazarotas o rechupes, en forma de SFe que tiende a blanquear en esos puntos a la fundición. Entonces ocurre que la zona central es más dura que la periferia, y por lo tanto este fenómeno suele conocerse con el nombre de temple invertido.


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Fósforo: El fósforo suele añadirse intencionalmente, a veces, en la fundición con objeto de favorecer su colabilidad, y se emplea cuando se quiere fabricar piezas de forma complicada o de carácter decorativo u ornamental. El fósforo es levemente antigrafitizante, dando lugar a un aumento de la fragilidad y la dureza. La mejora de la colabilidad de las fundiciones por la presencia de fósforo es debida a la formación del eutéctico esteadita (que está formado por una aleación binaria de ferrita y fosfuro de hierro) de bajo punto de fusión 960°C, que suele aparecer en los contornos de grano. Un contenido normal de fósforo es de 0,15% empleándose contenidos más bajos cuando se desea alta resistencia y más elevados, de 0,5 a 1,5%, cuando se desea alta colabilidad. Silicio: Con porcentajes 0,5 a 2% se lo usa junto al Mn (0,7%) para aceros de resortes. El Si también se usa aleado en los inoxidables para mejorar su resistencia a la corrosión y oxidación a altas temperaturas. Generalmente se lo usa en contenidos que van de 4-9%.

80 – MICROALEANTES. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES. Elementos que aportan influencia con contenido de centésimas o milésimas de porciento. Boro: Mejora la templabilidad. (0,001 a 0,06%) Este metaloide tiene la más alta resistencia a la tracción entre los elementos químicos conocidos; el material fundido con arco tiene una resistencia mecánica entre 1.600 y 2.400 MPa. Niobio: aumenta el límite de fluencia, se lo utiliza como estabilizador en aceros inoxidables. (0,005 a 0,03%). El niobio es un metal dúctil, gris brillante, que pasa a presentar una coloración azul cuando permanece en contacto con el aire, a temperatura ambiente, un largo período. La aplicación más importante es como elemento de aleación para la construcción de máquinas y gaseoductos de alta presión. Selenio: El selenio se puede encontrar en varias formas alotrópicas. Exhibe el efecto fotoeléctrico, convirtiendo la luz en electricidad, y, además, su conductividad eléctrica aumenta al exponerlo a la luz. Se añade a los aceros inoxidables y se utiliza como catalizador en reacciones de deshidrogenación. Telurio: incluyen su uso como elemento de aleación para acero inoxidable por ejemplo, para la obtención de aleaciones con buena maquinabilidad. Se debe evitar todo contacto con el metal puro o sus compuestos ya que son tóxicos.

81 – ACEROS RÁPIDOS. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES. Es una variedad del tipo de acero de herramientas, tiene la característica fundamental de conservar el filo a muy elevada temperatura (más de 700°C). Tienen elevadísimas cantidades de Wolframio (como carburo). La denominación proviene del hecho de que al mantener el filo a temperatura elevada, admiten velocidad de trabajo elevada porque no se ablandan por efecto del calentamiento por rozamiento, que surge de las operaciones de corte y arranque del material durante el mecanizado.

82 – ACEROS INDEFORMABLES. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES . Ejemplos: a) 13% de Mn (temple en aceite) b) 5% Cr (temple al aire) c) 12% Cr (Temple al aire y en aceite). Son del tipo de aceros de herramientas. De los tres tipos de aceros en los que se clasifican el más económico es el del tipo A, el más indeformable el B con 5% de cromo y el más duro de los indeformables el C con 12% de cromo. La característica fundamental que los hace diferentes del resto de los aceros es que durante el tratamiento térmico de temple prácticamente no sufre variaciones dimensionales ni variaciones de perímetro.


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La característica fundamental es que no se deforman, conservando sus dimensiones durante el tratamiento térmico de temple. Evita la necesidad de efectuar con posterioridad a los tratamientos térmicos de temple y revenido una mecanización de la pieza. Para piezas muy complicadas para aceros de herramientas muchas veces los procesos de mecanización posteriores al temple y revenido son prácticamente imposibles de realizar. Esta característica de indeformabilidad es posible porque los aceros indeformables son aceros de alta templabilidad, lo que implica que pueden alcanzar durante el temple durezas muy elevadas sin necesidad de aplicar altas velocidades de enfriamiento (tienen una velocidad crítica muy baja); por lo tanto están sometidos a una mucho menor tendencia a grietas y distorsiones dimensionales. Los aceros indeformables se utilizan para cuchillería (guillotinas, tuelas, etc.) para herramientas de corte. 83 – ACEROS PARA TRABAJOS EN CALIENTE. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES.

Poseen poca deformación. Carbono 0,5 a 0,6%, cromo 1 a 5%, Molibdeno 1 a 2%, tungsteno 2 a 15%. Aplicaciones en matricería y punzones para la forja, estampado en series prolongadas, inyección de metales no ferrosos, moldeo de materiales plásticos. 84 – ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES.

No tiene níquel. Contiene entre 12 y 17% de cromo, carbono entre 0,15% y 1%. Menor resistencia a la corrosión (comparado a todos los inoxidables). Al no tener níquel y como el cromo es alfágeno, estos aceros se pueden endurecer por temple. Tienen una buena templabilidad. Se pueden templar en aceite, no hace falta en polímero hidrosoluble. Excelente resistencia mecánica. Son los más económicos en precio por no tener níquel. No se pueden usar para electrodos inoxidables (se templarían y se volverían frágiles). Para esto se usa el austenítico. Ej: AISI 440 17%Cr y 0,7 C, Recocido. σt=724Mpa. σe=414Mpa. Alargamiento 20% (Cuchillería, cojinetes y herramientas quirúrgicas) Temple y revenido σt=1828Mpa. σe=1690Mpa. Alargamiento 5% AISI 410 12,5% 0,15 C, Recocido. σt=517Mpa. σe=276Mpa. (Tratables térmicamente para aplicaciones generales, partes de maquinaria, cuerpo de bombas, válvulas)

85 – ACEROS INOXIDABLES FERRÍTICOS. CARACTERÍSTICAS. APL ICACIONES. No son endurecibles por tratamiento térmico de temple. En caso de ser necesario aumentar su resistencia mecánica pueden ser deformados plásticamente en frío. No son tratables por temple puesto que por su rango de composición química de cromo (entre 12% o 30-35% de cromo); el diagrama hierro-cromo presenta una sola fase que es la fase alfa. Es decir, solo existe la ferrita en todos los rangos de composición. Recordar que para que se produzca un Tratamiento térmico de temple es condición necesaria pero no suficiente, obtener una estructura de austenita. Son muy económicos porque no contienen níquel. Se usan en aquellas aplicaciones donde no es preponderante la resistencia mecánica y se privilegia la resistencia al calor. La presencia de carburos suele provocar un descenso importante en la resistencia a la corrosión. Se recomienda bajar los contenidos de carbono y reducir al máximo la presencia de nitrógeno, para así de tal manera minimizar las precipitaciones de carburo. Ej:


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AISI 430 17% Cr 0,012% C. Recocido. σt=52Kgf/mm2. σe=35Kgf/mm2. Alargamiento 25%. Aplicaciones generales, no endurecibles por temple. Usos: equipamiento para restaurantes. AISI 446 25% Cr 0,20% C. Recocido. σt=55,7Kgf/mm2. σe=35Kgf/mm2. Alargamiento 20%. Aplicaciones de alta temperatura, calentadores, cámaras de combustión.

86 – ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES. Aleación ternaria. Tienen cromo (entre 16-25%) y Níquel (7-20%). Como tiene mucho níquel (elemento gamágeno), estabiliza la Austenita a temperatura ambiente. No son sometidos al temple porque tienen austenita estable en cualquier rango de temperatura (no admite la transformación). Se lo endurece por deformación plástica en frío. Mayor resistencia a la corrosión por elevada cantidad de Níquel. Ej: Cuando se quieren hacer las paredes de un horno se usan aceros inoxidables que deban resistir altas temperaturas y corrosión. Son los más caros. Ej: AISI 301 17% Cr 7% Ni, Recocido. σt=759Mpa. σe=276Mpa. Alargamiento 60% (aplicaciones estructurales) AISI 304 19% Cr 10% Ni Recocido. σt=580Mpa. σe=580Mpa. Alargamiento 55% (Equipos de industria química y alimentaria) AISI 347 18%Cr 10% Ni, Recocido. σt=655Mpa. σe=276Mpa alargamiento 45% (estabilizado para soldadura. Cisterna para producción química)

87 –¿QUÉ SE ENTIENDE POR SENSIBILIZACIÓN EN UN ACERO IN OXIDABLE? El cromo tiende a formar carburo con el C. Se tiende a formar carburo de cromo en el borde de grano. En esta zona ya no hay más cromo porque se fue con el carburo y pierde las condiciones de inoxidabilidad. Los problemas es que cuando se enfría lentamente a 700 u 800°C surge la fragilidad. Por eso en algunas aplicaciones se debe estabilizar el acero inoxidable

88 –¿CÓMO SE PUEDE SOLUCIONAR UN PROBLEMA DE SENSIBILIZ ACIÓN EN UN ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO?

Para ello: 1-Se agrega un elemento con más afinidad al carbono que el cromo para que no se forme carburo de cromo. 2-Se usan bajas cantidades de carbono. 89 – ¿QUÉ ACEROS PUEDEN UTILIZARSE PARA PARTES INTERIORE S DE UN HORNO DE

TRATAMIENTO TÉRMICO? Por ejemplo: AISI 310: Resiste hasta 1200°C la formación de cascarilla, composición: 25% Cr, 20% Ni, 2% Si, 0,15% C, y en general viene estabilizado con Niobio o Titanio, 120-180HB Otro acero de una calidad levemente inferior es el AISI309: 20% Cr, 12% Ni, 2% Si, 2% Si, 0,15 C. Resiste la formación de cascarilla hasta 1050°C. Resistencia a la tracción aproximada: 60-75 Kgf/mm2.

90 – FUNDICIONES. ORIGEN DEL CARBONO SEGREGADO. INFLUENC IA.


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Las fundiciones son aleaciones ternarias de Fe-C-Si. En la práctica, el contenido de C varía de 2.5 a 4,4% (si es que incluye arrabio). Después del C el elemento de aleación más importante es el Si y le siguen el Mn, P y S en ese orden. Cuando las fundiciones contienen otros elementos además de los citados estamos en presencia de fundiciones aleadas. Los Fe fundidos son notablemente más débiles que los aceros. La causa es que las fundiciones no son capaces de disolver todo el C que poseen por lo tanto en las fundiciones comunes el C precipita como láminas que presentan Solución de Continuidad a la Fractura ya que el grafito es más débil que la matriz en la que se encuentra. Por ello, en los hierros comunes para mejorar la ductilidad y la resistencia al impacto lo que se hace es modificar la forma en que el C aparece en la matriz y se lo lleva a precipitar (vía tratamiento térmico o directamente hacerlo precipitar desde el líquido por agregados en cuchara) bajo formas menos dañinas a las propiedades mecánicas; ej: nódulos, láminas más pequeñas, etc. La debilidad no la causa el C, sino la forma en que se presenta en las fundiciones. 91 – ¿CUÁL ES LA CAUSA BÁSICA DE LA DEBILIDAD ESTRUCTURA L DE LA FUNDICIÓN

GRIS COMÚN? En la fundición gris común no aparecerá carburo de hierro masivo, sólo se lo encontrará en la perlita. El carbono libre precipitará en forma de láminas de grafito. La fundición gris común tiene mejores propiedades mecánicas que la blanca, siendo esta última demasiado frágil. Sin embargo, la fundición gris al igual que el resto, no es capaz de disolver todo el C que poseen y por lo tanto precipita como láminas que presentan Solución de Continuidad a la fractura ya que el grafito es más débil que la matriz en la que se encuentra. Por ello, en los hierros comunes para mejorar la ductilidad y la resistencia al impacto se modifica la forma en que el C aparece en la matriz y se lo lleva a precipitar bajo formas menos dañinas como rosetas o nódulos.

92 – FUNDICIÓN NODULAR. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES. Hoy en día tiene propiedades físicas superiores a la fundición Maleable y el grafito se hace precipitar en forma de nódulos. La maleable tiene el precipitado de Carbono como rosetas. La principal diferencia es que no se obtienen por tratamiento térmico, sino directamente a partir del líquido por agregado de terceros elementos llamados Inoculantes, en condiciones muy particulares. Se consigue así, que el C precipite como nódulos y no como láminas: Para diferenciarlo lo llamaremos Hierro dúctil en vez de Maleable. Son fundiciones de mayor contenido de C entre todas las fundiciones más comunes y especiales. Una composición tipo es: C: 3.5 a 3.8% Si: 2.5% Mn: 0.4 a 0.6% P: bajo S: menor a 0.02% Se clasifican básicamente en dos clases:

a) Ferrítico (σr=42Kg/mm2) b) Perlítico (σr=56Kg/mm2)

Es fundamental que el S sea menor a 0.02% pues todo nodulizante actúa primero como desulfurante y luego el remanente actúa en el Fe (líq). Además los nodulizantes son de alto costo, agregándose en combinación 50/50% con Si. Los inoculantes más efectivos son el Mg (magnesio) y el Ce (cerio). El inocúlate se agrega en cuchara (recipiente en el que se efectúa la colada del cubilote y luego se vacía en el molde). Se lo utiliza para cigüeñales, levas, sistemas de freno, engranajes, etc.


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93 – ¿QUÉ VENTAJAS PRESENTA LA FUNDICIÓN NODULAR SOBRE L AS FUNDICIONES COMUNES?

Al ser los Fe fundidos notablemente más débiles que los aceros, el problema radica en la forma en que precipita el C. El grafito laminar, al ser más débil que la matriz donde se encuentra, la solución es hacerlo precipitar en otra forma. La fundición nodular tiene la ventaja de que al precipitar el grafito en forma de nódulos tiene propiedades mecánicas superiores aún comparado con la forma Roseta, y menos dañinas que la laminar. La forma de Nódulos tiene la ventaja de poder mejorar la ductilidad y resistencia al impacto en la fundición. Al igual que una fundición gris, este material tiene la ventaja de poseer una excelente fluidez. De este modo es posible obtener piezas de reducidos espesores, siempre que se asegure un flujo lineal y calmado a la hora de llenar los moldes, esto es imprescindible para evitar el endurecimiento de los bordes y la formación de carburos en las secciones más delgadas Entre las exclusivas propiedades de la fundición nodular se incluyen la facilidad para realizar tratamientos térmicos, ya que el carbono libre de la matriz se puede disolver a cualquier nivel para ajustar su dureza y propiedades mecánicas. Por último, el contenido del grafito proporciona características de lubricación en engranajes móviles debido a su bajo coeficiente de fricción. Las cajas de engranajes pueden funcionar con mayor eficiencia si están fabricadas con fundición nodular.

94 – FUNDICIONES MALEABLES. CARACTERÍSTICAS. APLICACION ES Se llama así a las fundiciones obtenidas a partir del tratamiento térmico de la fundición blanca. Hay dos tipos:

a) Europea o de Corazón blanco. b) Americana o de Corazón negro.

El empaque de mineral de la Fundición de Corazón blanco es para oxidar el C, no el Fe. Además se regula así el contenido de la atmósfera en CO2 y H20. En la fundición de corazón negro se utiliza como medio de empaque, arena en un recipiente hermético, que actúa como medio inerte. Es importante destacar que la fundición blanca solo sirve para fabricar maleable, y no debe contener absolutamente nada de grafito para servir como materia prima. La fundición Maleable europea es un producto decarburado (corazón blanco), no así la americana. El grado de decarburación de la fundición europea depende del espesor de la pieza. En general, en el exterior de la pieza la estructura es Ferrita+C (g) y en interior es Ferrita+Perlita+C(g) El C en ambos casos precipita en forma de roseta lo que da una estructura de propiedades muy superiores a la fundición común (precipitado laminar). Así, el Maleable da piezas pequeñas de formas variadas a bajo costo de un material tenaz y resistente, útil para muchas piezas de máquinas e instalaciones. Con la Maleable Blanca o Europea, se obtienen muy buenos resultados en piezas delgadas, pero al aumentar el espesor se dificulta la difusión del C y la decarburación. Categorías de calidad:

1) σr > 38Kg/mm2 A>18% 2) σr > 38Kg/mm2 A>15% 3) σr > 35Kg/mm2 A>10% 4) σr > 32Kg/mm2 A>10%

Comparando ambos procesos, se puede deicr en forma general, que la Maleable Americana o Negra, exige una técnica más precisa en cuanto a la composición química y al proceso de recocido que la Maleable Europea o Blanca. Por otra parte, con la Maleable Americana se consiguen resistencias y sobre todo alargamientos más elevados que con la Europea. Además tiene mayor soldabilidad que la europea.


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Otra ventaja de la fundición Maleable de corazón negro, es que con ella se consiguen resultados bastante satisfactorios aún con espesores de 20 a 30 mm y a veces mayores espesores. En cambio con la Maleable Europea no suele ser conveniente pasar de 8 a 10 mm de espesor. Etapas de fabricación de fundición maleable:

1) Disociación de la Perlita Perlita s.s.Fe alfa +Fe3C

2) Disolución de Fe3C en s.s. gamma 3) Disociación de Fe3C 4) Difusión del C 5) Precipitación del C


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95 – ¿QUÉ DIFERENCIAS PRESENTA LA FUNDICIÓN NODULAR SOBR E LA FUNDICIÓN

MALEABLE? Las propiedades físicas de la fundición Nodular son mayores a las de la fundición Maleable. En la primera el Carbono (grafito) precipita en forma de nódulos y en la segunda en forma de rosetas. La principal diferencia es que no se obtienen por tratamiento térmico, sino directamente a partir del líquido por agregado de elementos terceros llamados Inoculantes, en condiciones muy particulares. La fundición Maleable puede llegar a: σr>38 Kg/mm2 y Alargamiento >18% La fundición Nodular puede llegar a:

a) Ferrítico (σr=42Kg/mm2) b) Perlítico (σr=56Kg/mm2)

La fundición nodular pose como materia prima a la fundición gris en forma líquida, mientras que la maleable se obtiene mediante el tratamiento termoquímico de la fundición blanca. La fundición Maleable Europea es un producto decarburado pero la Americana no. La fundición Nodular consta de una estructura de Ferrita, grafito en forma nodular y perlita. La Maleable Americana: Ferrita y grafito en forma de rosetas, a veces también algo de cementita y perlita que no se transformaron en Carbono grafítico. La Maleable Europea: Teóricamente solo ferrita, pero en la práctica queda algo de grafito y perlita sin transformar.

96 – BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA FUNDICIÓN NODULAR

Previo a la nodulización debe desulfurase en cuchara. La desulfuración puede efectuarse con Carburo de calcio o Carbonato de sodio. Se prefiere el primero porque no afecta el refractario de la cuchara.


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La inoculación debe efectuarse siempre a temperatura superiores a 1450°C pues por debajo de esta temperatura se corre el riesgo que se formen láminas de grafito, hecho no aceptable en los hierros nodulares. La desulfuración previa en cuchara se efectúa porque aún en fundiciones con Azufre controlado, es normal que las obtengamos del cubilote no menos del 0.05% de Azufre. Los inoculantes se agregan bajo la forma de aleaciones debido a su alta reactividad, de no hacerlo las temperaturas o características de la atmósfera harían que reacciones químicamente antes de actuar como nodulizante. Normalmente el magnesio se añade en forma de aleaciones níquel-magnesio con 15% de mg aproximadamente y a veces cobre-magnesio con 15 a 25% de mg. Ocasionalmente, también se emplean aleaciones cuaternarias Fe-Si-Cu-Mg o Fe-Si-Ni-Mg. Al igual que otros tipos de fundiciones admiten tratamientos térmicos posteriores. También al igual que el resto de las fundiciones de hierro, pueden ser fabricadas con elementos aleantes que mejoran aún más sus propiedades mecánicas. Los métodos de nodulización más comunes son el método sándwich y el de cuchara con tapón poroso Método sándwich: Se utiliza una cuchara en cuyo fondo en un recinto especial se ubica el nodulizante que se aplica cubierto generalmente con virutas de acero para evitar la reacción inmediata al contacto con el chorro líquido de la fundición. Se evita así que reaccione en ausencia del aire. Método de cuchara con tapón poroso: Se ubica en el piso de la cuchara un tapón cónico especial poroso, permeable a los gases e impermeable al hierro líquido. Se insufla a través del mismo un gas inerte, recomendándose que sea lo más inerte posible. Lo más recomendable es insuflar Argón ya que como gas raro no tiene reactividad y no produce efectos secundarios negativos. Eventualmente, también puede utilizarse nitrógeno. El burbujeo del gas inyectado genera corrientes que homogenizan la distribución del inoculante.

97 – COBRE. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES. Valencia: 1,2 N° atómico: 29 Peso molecular/atómico: 63,54 Estructura atómica: 2,8,18,1 fcc Densidad: 8,96 Punto de fusión: 1083°C Punto de ebullición: 2595°C Calor de fusión: 3,11 Kcal/átomo.g Calor específico: 0,092 Cal/g°C Conductividad térmica: 0,94 Cal.cm/cm2.°C.seg Energía de ionización: 178 Kcal/g.mol Excelente conductividad térmica/eléctrica. Después de la plata es el segundo con mayor conductividad eléctrica. Es uno de los tres elementos más usados en ingeniería después del hierro y el aluminio. Excelente resistencia a la corrosión.


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Buena conformabilidad tanto en frío como en caliente. Parte de esta propiedad tiene su origen en el sistema cristalino fcc. Porque tiene muchos sistemas de deslizamiento. Las propiedades mecánicas son aceptables pero cuando se quiere aumentar la resistencia mecánica se busca la aleación. Aleaciones: Latón (base cu-zn) Bronce (base: Cu-sn) Cobre ETP Calidad comercial del cobre electrolítico. Alta conductividad, uso en industria eléctrica. Menos costo para alambres, varillas, planchas, fleyes. Oxígeno en el ETP: 0,04%. El oxígeno es casi insoluble en el Cu, forma Cu2O. No sirve encima de los 400°C, se fragiliza, el vapor crea oclusiones. Extracción de cobre Mineral de Cu (sulfuros de Cu y Fe). Se concentran los sulfuros en el proceso de tostación (eliminar azufre con calentamiento en aire). Se fusiona el material de baja ley en hornos de reverbero. MATA de Cu es lo que se obtiene, es una mezcla de sulfuro de cobre y hierro que se separa de la escoria. A continuación se sopla aire a través de la mata y se obtiene Cu Blister (Cu>98%) Se lo pasa por horno de Afino, elimina escoria y se obtiene Cu ordinario comercial. Si el material se lo somete al Afino electrolítico se obtiene Cu ETP (99,95% Cu) para trabajar hasta 400°C. Aplicaciones: En medios de transporte principalmente los radiadores (gracias a su alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión), frenos y cojinetes, además naturalmente de los cables y motores eléctricos. En construcción como redes de transporte de agua que están hechas de cobre o latón, debido a su resistencia a la corrosión y sus propiedades anti-bacterianas En electricidad y telecomunicaciones para fabricar cables eléctricos, tanto de uso industrial como residencial. Asimismo se emplean conductores de cobre en numerosos equipos eléctricos como generadores, motores y transformadores. La principal alternativa al cobre en estas aplicaciones es el aluminio.

98 – LATÓN. CARACTERÍSTICAS. APLICACIONES. Aleaciones de Cobre-Zinc, con un contenido de Zinc de 5-40% Solución sólida intersticial alfa con una solubilidad del zinc en el cobre de hasta 35%. El latón es de un costo inferior al bronce. No tiene Sn y es más fácil de fabricarlo. Pero el Bronce es de mayor calidad. Para mejorar el mecanizado se suele agregar de 0,5 a 3% de Pb. Los latones de mejor resistencia se logran trabajándolos en frío. A medida que aumenta la cantidad de Zn, sube la resistencia mecánica, la dureza y baja el alargamiento.

Latón (C26000) con 30% de Zn. Recocido 33Kg/mm2 62% de alargamiento

Aplicaciones a cerraduras, bisagras, componentes de munición, plomería, remaches depósitos de radiadores.

El metal Munz (C28000) es un Latón con un contenido de 40% de Zn y 60% de Cu, es bifásico (alfa+beta). Aplicaciones para itnercambiadores de calor. Piezas forjadas para construcción de maquinarias, placas de condensadores. Recocido 37Kg/mm2, 45% de alargamiento.

99– LATONES COMUNES. DESCRIPCIÓN Y APLICACIONES. Aleaciones de Cu Zn de 5-40% Solución sólida intersticial alfa hasta 35% Zn, tienen buena conformabilidad, a partir de ahí se hace más difícil la conformación.


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Latón hasta 10% Zn: Caños domiciliarios para agua fría y caliente. Latón hasta 15% Zn: Trefilado, Telas metálicas, Filtro, Mallas, Bijouterie. Latón 70% Cu 30% Zn: (C26000) Recocido 33Kg/mm2 62% alargamiento. Usos: Cerraduras, bisagras, componentes de munición, plomería, remaches, depósitos de radiadores, Aplicación en chatarrería. Latón 60% Cu 40% Zn: Metal Munz. Aumenta la cantidad de Zn, por lo tanto sube la resistencia mecánica, dureza, baja alargamiento. Usos: Intercambiadores de calor, piezas forjadas para construcción de maquinarias, piezas de condensadores. Recocido 37 Kg/mm2 45% de alargamiento.

100– LATONES ALEADOS. DESCRIPCIÓN Y APLICACIONES. Además del Cu, el elemento base y Zn, el principal elemento de aleación, contienen otros elementos en determinadas proporciones que le confieren mejores características a la aleación. Los aleantes más comunes son Pb, Sn, Mn, Al, Ni, etc. Latones al Al: Sustituye en parte al Zn en la proporción de 1 a 4% aproximadamente. Mejora la resistencia a la tracción, la resistencia a la corrosión y hace más fusible el latón. Latones al Ni: El níquel aumente la dureza, la resistencia a la tracción y además mejora el aspecto superficial. Con más de 40% de Ni la aleación se conocer como “metal blanco”. La alpaca, a veces llamada “plata alemana” es un ejemplo clásico; empleada en la fabricación de cubiertos, vajilla y objetos artísticos. En general tienen la composición media: Cu=55% Zn=25% Ni=20% Latones al Fe: Generalmente conocidos como metal Delta. Son muy maleables en frío y en caliente. A 550-600°C son muy elásticos pudiéndose estampar y trefilar fácilmente. Resisten muy bien la acción del agua marina por lo que se utilizan en construcciones navales, bombas, tubos, construcción y blindaje de hélices. Composición general: Cu=55% Zn=42% Fe=2% Mn=1% Características mecánicas: Resistencia a la tracción: 70Kgf/mm2, Alargamiento: 28%. Latones al Mn: Con alrededor de 4% de Mn aumentan la resistencia a la tracción y la resistencia a la corrosión. Añadido al baño líquido el Mn tiene una acción desoxidante enérgica. Se utilizan en cosntrucciones navales (bombas válvulas, piezas de torpedos) y en aparatos de precisión. Resistencia a la tracción=45Kgf/mm2 aprox, Alargamiento=15%, HB=95. Latones al Pb: Se agrega Pb en contenidos que van del 0,5-1% hasta el 3% con el objetivo de aumentar la maquinabilidad. La solubilidad del Pb en los latones es bajísima, por lo que el Pb se ubica en la microestructura como inclusiones esféricas que actúa como lubricante y aumenta la fragilidad y maquinabilidad. Por su bajo punto de fusión y ablandamiento mejora el contacto entre piezas. Ej: dientes de engranaje, disminuyendo el riesgo de roturas debido a su poder lubricante. La maquinabilidad reduce además el riesgo de rotura de la herramienta. Ejemplos: Cu 89 Zn 9 Pb 2; Cu 62 Zn 36 Pb 2; Cu 57 Zn 40 Pb 3; Cu 65 Zn 34 Pb 1. Latones al Sn: El Sn aumenta la resistencia a la corrosión, en especial al agua marina y mejora las propiedades mecánicas. Ej: Latón naval Cu 61 Zn 38 Sn 1

101– BRONCE. DESCRIPCIÓN Y APLICACIONES. Aleación Cobre – Estaño (máx. 16%). Son más resistentes que los latones, gran resistencia a la corrosión. Tiene aplicaciones eléctricas, térmicas, navales, bombas, válvulas, engranajes, etc.

A medida que aumenta el contenido de Sn, sube la resistencia, baja el alargamiento. A mayor Sn, el color de la pieza pasa de rojizo a amarillo.

El Sn forma con el cobre una solución sólida alfa.

Con 1-10% Sn: Bronces fosforosos (hasta 8%, deformables plásticamente incluso en frío) Con 10-16% Sn: Bronces por forja.


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Encima del 16% no se usan porque precipita una masa dura y frágil. Cuproníqueles (Bronce al Níquel): Utilizados en placas de condensadores, bornes, intercambiadores de calor y muelles eléctricos. C96400 69% Cu, 30% Ni, 0,9% Fe 47KgF/mm2 de resistencia a la tracción, 28% de

alargamiento. Cuproaluminios (Brone al Aluminio): Cojinetes, engranajes, válvulas. C95400: 85% Cu, 11% Al, 4% Fe Bronces al Si: Accesorios, montajes marinos, válvulas, piezas fundidas, resistentes a la corrosión. C87200: Cu 89%, Si 4%, Sn 7%. Resistencia a la tracción de 38Kgf/mm2, 30%

alargamiento.

102– ALEACIONES BASE COBRE CON CROMO Y BERILIO. CARACTER ÍSTICAS. APLICACIONES

Cobre Berilio: Contiene: Be 0,6-2% Co 0,2-2,5% Endurecibles por tratamiento térmico de precipitado. Endurecibles por conformación plástica en frío, tiene alta resistencia a la corrosión y resistencia mecánica. Además de un elevado costo. Resistencia mecánica máxima de 148Kgf/mm2

Se utiliza en la industria química en herramientas de elevada dureza y Pirófobas (que no generan chispa) Otras aplicaciones: Niveles válvulas, diafragmas, engranajes. Cu-Cr (2 a 3%): el Cobre - Cromo presenta una excelente resistencia al ablandamiento a temperaturas relativamente altas, esta aleación es aplicada en todos los casos donde se requieran simultáneamente alta resistencia mecánica, buena conductividad eléctrica y alta resistencia al ablandamiento. Aumentan la dureza manteniendo la conductividad térmica y eléctrica a altas temperaturas. Se lo utiliza para contacto de soldadura de puntos, pinzas para electrodos

103- DESCRIPCIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS GENE RALES DEL ALUMINIO. RELACIONAR CON LAS APLICACIONES.

El aluminio se obtiene del mineral Bauxita (Al2O3). Es el elemento metálico más abundante de la corteza terrestre y siempre se presenta combinado con otros elementos como oxígeno, hierro y silicio. Valencia 3 N° atómico 27 Estructura atómica= 2, 8, 3. Densidad= 2,7 Punto de fusión: 660°C Punto de ebullición: 2450°C Calor de fusión: 2,55 Kcal/átomo.g Calor de vaporización: 67,9 Kcal/átomo.g Calor específico: 0,215 Cal/g°C Conductividad térmica: 0,55 Cal.cm/cm2.°C.seg Conductividad eléctrica: 3,4x107 (Ω.m)-1 Energía de ionización: 138 Kcal/mol Características: Densidad muy baja. Porque disminuye el peso de lo que se quiere construir (Ej: carrocería de aluminio para camión de transporte).


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Punto de fusión muy bajo. Calor específico muy alto. Conductividad eléctrica y térmica buena, pero de un 60% de la del Cobre. Resistencia mecánica baja. Un aluminio recocido no pasa de los 5-7 Kg/mm2 Ductibilidad elevada. Alta capacidad de conformación plástica. Ej: Extrusión en frío. El aluminio puro solo se usa para film de aluminio de cocina o latas, o para conductores eléctricos o térmicos. En otros casos se los utiliza aleados o se los endurece en frío con deformación plástica. Excelente resistencia a la corrosión. El aluminio cristaliza en el sistema FCC (mayor cantidad de sistemas de deslizamiento) Gran tendencia a oxidarse (forma alúmina que auto-protege la estructura). Las aleaciones de Al pueden ser de Forja o de Fundición.

104– CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO SEGÚN L A ALUMINIUM ASSOCIATION.

Norma norteamericana divide las fundiciones de Al para Forja y para Fundición. Forja: El primer díjito va del 1 al 9. Indica el elemento aleante principal. Los otros 3 dan las características generales de la aleación. Antes de los dígitos suele haber una letra: F, O, T, H. O=Recocido de regeneración completa o elevada temperatura. F=En bruto, tal cual se fabricó. H=El material fue endurecido por deformación plástica en frío.

T=Endurecimiento por tratamiento térmico de solubilización, temple y envejecimiento. Series para forja: 1xxx: Mínimo 99% de Aluminio. Se le suele agregar 0,1% de cobre para mejorar las propiedades mecánicas. Uso: usos generales de baja exigencia. 2xxx: Principal elemento de aleación Cobre. Se forma el intermetálico que es responsable de la mayor parte del endurecimiento (Al2Cu). Es endurecible por tratamiento térmico. EL principal inconveniente es que tiene resistencia a la corrosión muy baja. Tiene muy buenas propiedades mecánicas. Usos: ruedas, poleas, partes mecánicas. 3xxx: Principal elemento de aleación: Manganeso. No es tratable térmicamente. El Mn que es el principal elemento de aleación no forma intermetálicos. El Mn se disuelve, forma una solución sólida con el aluminio, y provoca un efecto endurecedor, pudiéndose llegar a una resistencia a la tracción de 9-10 Kgf/mm2. Ventaja: Gran capacidad de conformación plástica y bajo costo. Inconveniente: La resistencia mecánica no es elevada. Sus usos son en chaperío. 4xxx: Principal elemento de aleación: Silicio. Tiene la ventaja de reducir el intervalo de solidificación. Baja la tendencia a la formación de grietas, fisuras, rechupes y defectos de solidificación. El silicio mejora la fusibilidad (capacidad de fusión) y colabilidad (le da más fluidez, puede llegar a llenar moldes de formas compicadas). A veces se les agrega muy poco de magnesio y forma Mg2Si. 5xxx: Principal elemento de aleación: Magnesio. No es tratable térmicamente. Tiene una buena resistencia a la corrosión especialmente al agua marina. El efecto del magnesio es similar al manganeso para aumentar el endurecimiento. Pero se permite agregar más cantidad de magnesio y el efecto es mayor. Usos decorativos. Ventaja: menor densidad. 6xxx: Principal elemento de aleación: Magnesio+Silicio 7xxx: Principal elemento de aleación: Cinc. Mayor resistencia mecánica que el resto. Aplicaciones: aeronavegación. Se puede agregar cantidades grandes de cinc (4-5%). Se agrega cobre y magnesio. El cobre para sumar más intermetálico para el proceso de envejecimiento. Tiene mala resistencia a la corrosión.


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105– ALEACIONES BASE ALUMINIO ENDURECIDAS POR DEFORMACIÓ N PLÁSTICA.

DESCRIPCIÓN Y APLICACIONES.

Las aleaciones de aluminio endurecidas por deformación plástica son:

Serie 1000: Mínimo 99% de Aluminio. Se le suele agregar 0,1% de cobre para mejorar las propiedades mecánicas. Uso: usos generales de baja exigencia.

Serie 3000: Principal elemento de aleación: Manganeso. No es tratable térmicamente. El Mn que es el principal elemento de aleación no forma intermetálicos. El Mn se disuelve, forma una solución sólida con el aluminio, y provoca un efecto endurecedor, pudiéndose llegar a una resistencia a la tracción de 9-10 Kgf/mm2. Ventaja: Gran capacidad de conformación plástica y bajo costo. Inconveniente: La resistencia mecánica no es elevada. Sus usos son en chaperío.

Serie 5000: Principal elemento de aleación: Magnesio. No es tratable térmicamente. Tiene una buena resistencia a la corrosión especialmente al agua marina. El efecto del magnesio es similar al manganeso para aumentar el endurecimiento. Pero se permite agregar más cantidad de magnesio y el efecto es mayor. Usos decorativos.

106– ALEACIONES DE ALUMINIO ENDURECIDAS POR TRATAMIENTO TÉRMICO. DESCRIPCIÓN Y APLICACIONES.

Las aleaciones que pueden ser endurecidas por tratamiento térmico son:

Serie 2000: Principal elemento de aleación Cobre. Se forma el intermetálico que es responsable de la mayor parte del endurecimiento (Al2Cu). Es endurecible por tratamiento térmico. EL principal inconveniente es que tiene resistencia a la corrosión muy baja. Tiene muy buenas propiedades mecánicas. Usos: ruedas, poleas, partes mecánicas.

Serie 6000: Principal elemento de aleación es el magnesio y silicio. Endurecen por el precipitado de un compuesto intermetálico (Mg2Si).

Serie 7000: Principal elemento de aleación: Cinc. Mayor resistencia mecánica que el resto. Aplicaciones: aeronavegación. Se puede agregar cantidades grandes de cinc (4-5%). Se agrega cobre y magnesio. El cobre para sumar más intermetálico para el proceso de envejecimiento. Tiene mala resistencia a la corrosión.

107– DESCRIBA BREVEMENTE, EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDU RECIMIENTO DEL ALUMINIO

El tratamiento térmico de endurecimiento del aluminio consiste en 3 etapas:

1) Solubilización 2) Temple inverso 3) Envejecimiento

1era etapa de Solubilización:


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Se realiza a la izquierda de la isoterma que pasa por el punto eutéctico. Se calienta el material hasta la “Temperatura de Homogeneización” a la izquierda del eutéctico, para que toda aleación esté constituida por solución α de Cu en Al.

2da etapa de Temple:

Para que toda la aleación esté constituida por solución α de Cu en Al, deberíamos enfriar lentamente. En este caso al atravesar la línea del límite de solubilidad sólida total del cobre en el aluminio, empieza a disminuir el porcentaje de cobre disuelto, que al "sedimentarse" reacciona con el aluminio formando el compuesto químico Al2Cu, cada vez en mayor proporción hasta un cierto límite.

Pero si en lugar de enfriar lentamente desde la temperatura de recocido esta aleación de aluminio, la enfriamos bruscamente no se precipita el compuesto químico y queda formada la aleación a la temperatura ambiente casi exclusivamente por solución sólida α del elemento aleado, en este caso, Cu en aluminio, en condición metaestable.

3era etapa de Envejecimiento: Natural

Artificial

Desde el momento que la estructura es metaestable tiende naturalmente a la estabilidad, pero muy lentamente. Por eso se le agrega energía (calor) para acelerar el endurecimiento. Se eleva la temperatura una vez que se produjo el temple a no menos de 150°C.

A medida que pasa el tiempo se van precipitando diminutas partículas del compuesto químico, que dificulta el deslizamiento de los planos cristalinos de la solución sólida, lo que trae como consecuencia el endurecimiento progresivo de la aleación

Para saber la temperatura de envejecimiento se utiliza la siguiente fórmula:

El tiempo de envejecimiento depende del tipo de aleación.

El período inmediatamente posterior al temple invertido se conoce como “período de incubación” ya que el intermetálico todavía no precipita. Dura aproximadamente 2 hs. Si hay conformación plástica se hace en ese período.


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108– DESCRIPCIÓN, PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LAS ALEA CIONES ALUMINIO-COBRE

Se forma el intermetálico que es responsable de la mayor parte del endurecimiento (Al2Cu). Es endurecible por tratamiento térmico. EL principal inconveniente es que tiene resistencia a la corrosión muy baja. Tiene muy buenas propiedades mecánicas. Usos: ruedas, poleas, partes mecánicas.

109– DESCRIPCIÓN, PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LAS ALEA CIONES ALUMINIO-MANGANESO

No es tratable térmicamente. El Mn que es el principal elemento de aleación no forma intermetálicos. El Mn se disuelve, forma una solución sólida con el aluminio, y provoca un efecto endurecedor, pudiéndose llegar a una resistencia a la tracción de 9-10 Kgf/mm2. Ventaja: Gran capacidad de conformación plástica y bajo costo. Inconveniente: La resistencia mecánica no es elevada. Sus usos son en chaperío.

110– DESCRIPCIÓN, PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LAS ALEA CIONES ALUMINIO-SILICIO

Tiene la ventaja de reducir el intervalo de solidificación. Baja la tendencia a la formación de grietas, fisuras, rechupes y defectos de solidificación. El silicio mejora la fusibilidad (capacidad de fusión) y colabilidad (le da más fluidez, puede llegar a llenar moldes de formas compicadas). A veces se les agrega muy poco de magnesio y forma Mg2Si.

111– TITANIO. CARACTERÍSTICAS. PROPIEDADES N° Atómico Z=22. Masa atómica 47,90. Densidad 4,51 Kg/m3. Temperatura de fusión=1670°C. El 0,6% de la corteza terrestre es Titanio. Coeficiente de dilatación térmica 20°C, es el 75% del de los aceros al C. σt= 740 MPa (puro) Alfa: hasta 882°C, estructura hcp. Beta: encima de 882°C, estructura bcc. Capacidad para ser biocompatible bajo determinadas condiciones.


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112– CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES A BASE DE TITANIO. APLICACIONES.

Aleaciones alfa: Alta resistencia a altas temperaturas (mecánica y soldabilidad). El Aluminio es el endurecedor más efectivo en estas aleaciones. Aplicaciones: Tubos de escape, para aviones, tanques para combustible y partes estructurales que trabajan hasta 600°C. Aleaciones (alfa+beta): contienen elementos de estabilización que hacen que beta persista a temperatura ambiente. Son más duros que las aleaciones alfa. Ej: Ti 6Al 4V. Se templa y envejece. Aplicaciones: Discos y aletas de hélice de compresor de turbina de gas para vión, accesorios forjados para estructura de avión. Ti 8Mn, para piezas estructurales de avión, intervalos 93-110°C. Aleaciones beta: Pueden endurecerse mediante tratamiento térmico. El envejecimiento a elevada temperatura después de tratamiento de solución en una aleación Ti-3Al-13V-11Cr precipita finas partículas de alfa y un compuesto intermetálico de Ti y Cr. Se ven partículas de alfa precipitando en granos beta. Obtenemos σt= 151Kgf/mm2, con 5% de alargamiento.

113 – TITANIO. ELEMENTOS DE ALEACIÓN. FASES QUE LO FORMAN . CARACTERÍSTICAS

Estabilizadores de cada fase (la presencia del aleante facilita dicha fase) Fase alfa: aluminio, vanadio, manganeso (aleaciones alfa) Fase beta: Cr, Tg, Ni (aleaciones beta) Aleaciones alfa: Alta resistencia a altas temperaturas (mecánica y soldabilidad). El Aluminio es el endurecedor más efectivo en estas aleaciones. Aleaciones (alfa+beta): contienen elementos de estabilización que hacen que beta persista a temperatura ambiente. Son más duros que las aleaciones alfa. Ej: Ti 6Al 4V. Se templa y envejece. Aleaciones beta: Pueden endurecerse mediante tratamiento térmico. El envejecimiento a elevada temperatura después de tratamiento de solución en una aleación Ti-3Al-13V-11Cr precipita finas partículas de alfa y un compuesto intermetálico de Ti y Cr. Se ven partículas de alfa precipitando en granos beta. Obtenemos σt= 151Kgf/mm2, con 5% de alargamiento.

Características Fase alfa: 2.95A (a=b) [1 Angstron=10-7mm] 4.68A (c) Fase beta (cc): 3.32A La estructura alfa tiene alta resistencia mecánica hasta 883ºc, luego decrece, entonces se dice que tiene alta resistencia mecánica a alta temperatura 114– TITANIO. ¿QUÉ SE ENTIENDE POR BIOCOMPATIBILIDAD? ¿C ÓMO REACCIONA EL

CUERPO FRENTE A UN ELEMENTO EXTRAÑO?. Para tratamientos de pacientes en práctica médica en los cuales el Titanio y sus aleaciones están en contacto directo y prolongado con los tejidos corporales: implantes óseos y dentales, lentes de contacto e intraoculares, marcapasos y válvulas cardíacas, prótesis sismaxilofaciales, estimuladores neurológicos, corazones artificiales. Los materiales deben ser cuidadosamente seleccionados porque el cuerpo humano está muy bien preparado para rechazar cualquier cuerpo extraño. Es fácil hallar sustancias que tengan resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, transparencia óptica, conductividad eléctrica, etc. Es muy difícil hallar aquellos que sean capaces de continuar realizando esas funciones por períodos de tiempo prolongado (más de veinte años en algunos casos) sin que el


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material se degrade o sin que induzca efectos indeseables en el cuerpo humano por efecto de la interacción Tejido-Biomaterial. Salvo metales nobles como el oro y algunos elementos del grupo platino, o metales que se pasivan como Ti, Cr, Niobio, Tantalio se corroen a velocidades relativamente lentas. En la mayoría de los casos (excepto algunos casos de corrosión fatiga) no es causada la falla por defectos que aparecen en el biomaterial en sí mismo sino por la liberación de los productos de corrosión en los tejidos adyacentes. El TiO2 que forma el Ti es muy estable y adherente. Igualmente es un material que libera iones de Titanio a través de la capa de óxido y su acumulación en los tejidos circundantes en períodos de tiempo relativamente cortos. Aplicaciones: Para implantes dentales: el llamado Titanio comercialmente puro, que estrictamente es una solución sólida diluída de diversos elementos intersticiales especialmente oxígeno. Para articulaciones, cadera, rodilla: Ti-6 Al- 4V. Ti -5Al -2,5 Fe. Reglas de compatibilidad del doctor Herien

1) Si el material es tóxico los tejidos que los circundan mueren (Cu, Pb). 2) Si el material es no tóxico y se disuelve se denomina reabsorbible (yeso, SiO3Ca, Fosfato

tricálcico P2O5 (OCa)3, Fosfato sódico PO4Na3). 3) Si el material es no tóxico y no se disuelve en una cápsula fibrosa y no adherente, de espesor

variable, se forma alrededor. A dicho material se lo llama inerte o pseudo-inerte: Al2O3, Ti, Zr, Niobio, Tantalio.

4) Si el material es no tóxico y biológicamente activo se forma una unión química en la interfase. Dicho material se denomina bioactivo o superficialmente activo: Hidroxiapatita (fosfato de calcio hidratado, principal componente inorgánico de huesos y dientes de los animales vertebrados; bioglass: variedad de vidrio con silicato de sodio con fosfatos de calcio)

115– MACROMOLÉCULAS. FORMACIÓN. TIPOS DE UNIÓN. Una macromolécula es un compuesto de gran masa molecular cuya estructura consiste en un gran número de pequeñas unidades repetitivas llamadas Monómeros. Estas unidades se unen y forman cadenas resultando la Macromolécula. Cada molécula tiene un comportamiento propio, pero cuando se reúnen surge como producto una nueva molécula y a esto denominamos macromolécula.

Los tipos de unión son las del tipo Van Der Walls (vinculación física débil, secundaria) para las cadenas y los monómeros se unen por unión covalente (primaria).

Los polímeros son macromoléculas, caracterizados por contar con una unión de tipo químico, covalente entre los átomos. Los polímeros pertenecen a la química orgánica del carbono, aunque también hay otros elementos principales como Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno. Los polímeros pueden vincularse entre sí por uniones covalentes o por uniones físicas de fuerzas de Van der Walls.

Una de las clasificaciones es que los polímeros pueden ser naturales o artificiales, por otro lado, otra clasificación responde a si son de la misma naturaleza (es decir un solo tipo de polímero) se llaman homopolímeros, y si son de distinta: copolímeros.

De acuerdo a la forma de unión, los tipos de polímeros pueden ser:

Lineales: Crecen en sentido longitudinal, tienen mayor densidad.

Ramificados: Crecen en sentido más lateral.

116– ¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS POLÍMEROS SEGÚN EL TIPO DE ESTRUCTURA DE LAS CADENAS MOLECUALRES?. EXPLIQUE BREVEMENTE.

Se clasifican según el tipo de estructura de las cadenas moleculares en:

Lineales: El polímero crece en sentido longitudinal, con una única cadena de monómeros, tiene mayor densidad.


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Ramificados: Crecen en sentido más lateral, con ramificaciones de mayor o menor tamaño. Los polímeros ramificados tienen cadenas secundarias que están unidas a la cadena principal. La ramificación puede ser producida por impurezas o por la presencia de monómeros que tienen varios grupos reactivos. Los polímeros compuestos por monómeros con grupos secundarios que forman parte del monómero, como el poliestireno o el polipropileno, no se consideran polímeros ramificados.

117– ¿EN QUÉ SE BASA LA FORMACIÓN DE ELASTÓMEROS, PLÁSTI COS Y FIBRAS?

Se basa en la energía de los enlaces. A mayor contacto entre las moléculas mayor es la estabilidad y resistencia del material. El contacto depende del grado de las uniones.

Plástico: Al solicitar la molécula, esta adopta una nueva forma no pudiendo regresar a su forma original.

Elastómero: Al solicitar la molécula, cuando cede esta recupera su forma inicial, su comportamiento se debe a la disposición de los monómeros a 107°, que le dan su característica elástica.

Fibras: Tiene la característica de comportamiento anisotrópico de la estructura con lo cual es común utilizarla como tejido y se la trabaja en capas, es flexible y muy resistente.

118– ¿POR QUÉ MOTIVOS ES RECICLABLE UN TERMOPLÁSTICO?

Los polímeros termoplásticos son reciclables, en cambio los termofraguantes no. Esto es porque en los primeros es muy fácil romper las uniones secundarias de Van der Waals que tienen entre 3-5 Kcal/mol, por lo tanto son muy débiles. Los termoplásticos tienen varias moléculas juntas por uniones secundarias. Los termofraguantes solamente tienen uniones primarias covalentes, por lo que no son reciclables ya que es muy difícil romper el enlace, y si este se rompe la sustancia deja de ser polímero.

119– PARÁMETROS DE LOS POLÍMEROS. INFLUENCIAS.

1. Peso molecular: Sumatoria del peso de todos los átomos que componen la macromolécula o polímero. Como cada macromolécula tiene un núcleo de monómeros variables se toma un promedio. A igualdad del resto de las variables, mayor resistencia mecánica.

2. Grado de polimerización: N° de monómeros que componen la macromolécula. A mayor grado de polimerización o igualdad de variables debería haber mejores propiedades mecánicas.

Para un grado de polimerización menor a 1000 las propiedades mecánicas son malas. Para un grado de 1000 a 100.000 las propiedades mecánicas comienzan a subir. De 100.000 a 200.000 la conformación plástica es mala pero siguen aumentando las propiedades mecánicas. Más de 200.000 no se recomienda, muy difícil conformabilidad.

3. Cristalinidad: En general los polímeros tienden a ser amorfos, sin embargo. Sin embargo, los polímeros tienen un pequeño grado de cristalinidad. Cuando el grado de cristalización es mayor, tienen más resistencia. Los polímeros lineales tienen mayor tendencias a la cristalinidad. Ej: Nylon tiene una estructura esferulítica. Tiene un grado de cristalinidad alto.


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4. Simetría: Referida a la singularidad con que los átomos aparecen y se distribuyen dentro de las cadenas y también se distribuyen respecto de un eje de simetría.

Formación Sindiotáctica (regular y simétrica): simetría respecto al eje de simetría de C y regularidad de átomos “X”

Ej:

Formación Isotáctica (Regularidad pero del mismo lado): simetría respecto de la regularidad, pero no respecto al eje de simetría.

Formación Atáctica (Ni regularidad, ni orden, ni simetría): no hay simetría de ningún tipo.

120– ¿QUÉ SON LOS ADITIVOS Y LAS CARGAS EN LOS POLÍMEROS? MENCIONE POR LO MENOS TRES EJEMPLOS DE CADA UNO.

Muchas veces a los polímeros se les agregan pigmentos y Carga, que funciona como relleno para los espacios vacíos. Otros agregados, en este caso aditivos que le brindan distintas características y propiedades mecánicas al Polímero.


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Aditivos:

Plastificantes: generalmente en los termoplásticos, que le dan mayor movilidad a las cadenas y puede adoptar mejor la forma de un molde. Otro aditivo son los Espumantes: Crean en el producto final una estructura de espuma aislante, ayudando así a ahorrar energía térmica y además, como los espumantes reducen la densidad, economizan combustible y reducen los costes de transporte.

Antiestáticos: Evitan la formación y acumulación de cargas estáticas, util en la fabricacion de de envases flexibles para alimentos.

Antibacteriales: Evitan que distintas bacterias habiten y crezcan en el material.

Absorvedores de luz UV: Los absorbedores o estabilizadores de luz ultravioleta se emplean en productos plásticos cuando se desea incrementar su vida útil.

Estabilizantes: Estos aditivos ayudan a inhibir o retardar el mecanismo de oxidación - degradación de los polímeros, que se produce durante su fabricación o transformación.

Cargas:

Como rellenos se utiliza serrin, silice, arena, vidrio, arcilla, talco, caliza e incluso polímeros sintéticos, todos ellos finamente pulverizados. Los tamaños de las partículas van de 10nm a dimensiones macroscopicas. El coste del producto final disminuye por que estos materiales baratos substituyen una parte del volumen de los polímeros más caros.

121– ¿CUÁL ES LA DIFERENCIA DE ELECCIÓN DE MATERIALES POL IMÉRICOS PARA SU USO EN MATERIALES COMPUESTOS?

Los polímeros tienen valores bajos de rigidez y resistencia comparados por ejemplo con los metales, además ofrecen una baja densidad, capacidad aislante, y bajo precio comparados con otros. Al utilizarlos en materiales compuestos se intenta mejorar sus propiedades.

122 – ¿QUÉ CRITERIOS DEBEN CONSIDERARSE EN EL REEMPLAZO D E LOS MATERIALES METÁLICOS POR LOS POLIMÉRICOS?

Los polímeros más tenaces pueden reemplazar a los metales en la fabricación de tornillos y otros componentes estructurales en máquinas ligeras.

Los plásticos se pueden moldear para conformar partes de intrincada geometría, sin necesidad de procesamientos posteriores. Son compatibles con los procesamientos de forma netas.

Los plásticos poseen una atractiva lista de propiedades para muchas aplicaciones de ingeniería donde la resistencia no es un factor determinante: 1) baja densidad con respecto a los metales y a los cerámicos, 2) buena relación de resistencia al peso para ciertos polímeros (pero no para todos), 3) alta resistencia a la corrosión, 4) baja conductividad eléctrica y térmica.

Por volumen, los polímeros son competitivos en costo con los metales.

Los polímeros generalmente requieren menos energía que los metales para su producción, también en términos volumétricos. Esto se debe a que las temperaturas de trabajo de dichos materiales son generalmente mucho más bajas que los metales.

Ciertos plásticos son translucidos y transparentes lo cual los hace competitivos con el vidrio en algunas aplicaciones.

El comportamiento químico y la degradación, algunos polímeros son muy sensibles y pueden tener una continua pérdida de masa provocada por una reacción química con el medio

Los polímeros se usan ampliamente en materiales compuestos.


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123 – ¿QUÉ ATRIBUTOS DEBEN TENERSE EN CUENTA PARA LA APLI CACIÓN DE LOS POLÍMEROS?

Deben tenerse en cuenta los siguientes atributos:

Propiedades mecánicas: A mayor grado de polimerización, más peso molecular, mayor energía de ionización.

Conductividad: Los polímeros no conducen la electricidad, pero tienen descargas de electricidad estática.

Desgaste: Los polímeros son muy sensibles a la radiación ultravioleta. Esta ejerce una permanente degradación de la unión covalente. Lo primero que ocurre es la decoloración. Luego sucede la despolimerización.

El acrílico además no puede estar expuesto al ambiente porque tiene un alto desgaste.

Aplicaciones ópticas: Los usos ópticos salen de las transparencias. Si se busca este tipo de aplicación se debe tener en cuenta que un polímero transparente se da por crecimiento lateral. Los espacios vacíos dejan pasar la luz. Sin embargo la densidad del polímero puede ser alta.

Porosidad: Los polímeros tienen mucha porosidad, cuanto menor densidad más porosos son. Cuanto mayor la porosidad, crece la permeabilidad

124– RELACIONE LOS PARÁMETROS DE LOS POLÍMEROS CON LAS P ROPIEDADES

1. Peso molecular: Al aumentar el peso molecular, y dejar constantes el resto de las variables, se obtiene una mayor resistencia mecánica. Influenciado por el grado de polimerización.

2. Grado de polimerización: Al aumentar el grado de polimerización, aumenta consecuentemente el Peso molecular y se produce una mayor energía de ionización o enlace. A mayor grado de polimerización o igualdad de variables debería haber mejores propiedades mecánicas. Influencia sobre el peso mole

Para un grado de polimerización menor a 1000 las propiedades mecánicas son malas. Para un grado de 1000 a 100.000 las propiedades mecánicas comienzan a subir. De 100.000 a 200.000 la conformación plástica es mala pero siguen aumentando las propiedades mecánicas. Más de 200.000 no se recomienda, muy difícil conformabilidad.

3. Cristalinidad: Cuando el grado de cristalización es mayor, tienen más resistencia. Los polímeros lineales tienen mayor tendencias a la cristalinidad. Cuanto mayor es la cristalinidad, más alto es el punto de fusión. Ej: Nylon tiene una estructura esferulítica. Tiene un grado de cristalinidad alto.

4. Simetría: los polímeros isotácticos y los sindiotácticos tienen regularidad estructural y son cristalinos, mientras que los atácticos son amorfos. Los polímeros isotácticos y los sindiotácticos tienen mayor cristalinidad, mayor resistencia mecánica, mayor densidad, más alta temperatura de fusión, son más resistentes a la acción de los disolventes, y poseen menor transparencia, en comparación con los mismos materiales en la variedad atáctica.


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125– ¿POR QUÉ MOTIVO NO ES RECICLABLE UN TERMOFRAGUANTE?

Son termoresistentes, ya que por la acción del calor se queman sin llegar a fundirse, además sus uniones son del tipo covalente lo que hace que no sean reciclables.

Frente a la acción del calor adquieren una forma rígida, y luego de ello las piezas conformadas cuentan con una excelente resistencia térmica. Carecen de plasticidad.

Como solamente tienen enlaces primarios covalentes, es muy difícil romper este enlace, y cuando se lo logra el material deja de ser polímero.

126– ¿CÓMO ES EL COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES POLIMÉ RICOS CON RESPECTO A LA CORROSIÓN?

La corrosión en los polímeros adquiere una manera particular. Se produce por ataque por disolución.

Cuando el polímero ve que alguno de los componentes que lo forman tiene mayor afinidad por el medio, o solvente, abandona la cadena, y ocurre la disolución.

Cuanto mayor es la estabilidad del polímero, menor la tendencia al ataque por disolución

Las uniones primarias son tan fuertes que hace que no disuelvan con solventes comunes.

127 – DESCRIBA LAS DIFERENCIAS BÁSICAS ENTRE TERMOPLÁSTIC OS Y TERMOFRAGUANTES

Los Termoplásticos se diferencian de los termofraguantes, en que éstos últimos no funden al elevarlos a altas temperaturas, sino que se queman, siendo imposible volver a moldearlos.

Los polímeros termoplásticos son reciclables, en cambio los termofraguantes no. Esto es porque en los primeros es muy fácil romper las uniones secundarias de Van der Waals que tienen entre 3-5 Kcal/mol, por lo tanto son muy débiles. Los termoplásticos tienen varias moléculas juntas por uniones secundarias. Los termofraguantes solamente tienen uniones primarias covalentes, por lo que no son reciclables ya que es muy difícil romper el enlace, y si este se rompe la sustancia deja de ser polímero. En termofraguantes la red es reticulada.

Los Termoplásticos son compuestos de moléculas lineales o poco ramificadas que funden por la acción del calor y solidifican cuando desciende la temperatura. Una vez fundidos pueden ser moldeados. La transformación de sólido a fundido es reversible. En estos materiales existe independencia de las cadenas poliméricas, se pueden desplazar unas sobre otras. Se disuelven fácilmente. Tienen cristalinidad. En cambio en los termofraguantes la transformación sólido-fundido es irreversible. No funden, se degradan físicamente, no existe pto de fusión.

Los termofraguantes son polímeros de condensación, mientras que los Termoplásticos pueden ser de adición o condensación

128– ¿A QUÉ SE DEBE LA TRANSPARENCIA DEL ACRÍLICO?

Los acrílicos pueden presentar transparencia debido al gran espacio entre sus moléculas. La configuración aleatoria de las cadenas produce una estructura completamente amorfa, con mucho espacio interno que permite el paso de la radiación a pesar de no poseer una estructura cristalina.

129– POLIETILENO. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES Y APLICAC IONES.

Pertenece a los termoplásticos homopolímeros de adición.

Ventaja del polietileno: Costo. El más barato esta familia de los polímeros. Cuando no alcanza el de baja densidad se usa de alta densidad.


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Monómero del polietileno:

Símbolo internacional: PE

Se clasifica en

1.Polietileno de baja densidad (PEBD)

2.Polietileno de alta densidad (PEAD)

1. PEBD: Densidad de 0,92 Temperatura de fusión=115°C Resistencia a la tracción= 8,3 a 31,7 MPa Alargamiento: 100-50% Ramificación alta, transparente Usos: envases

2. PEAD: Mejores propiedades mecánicas que el BD, porque tiene una estructura de tipo lineal. Como las cadenas están más cerca unas de otras, más compacta la cadena, menos espacios libres. Es translúcido. Densidad: 0,95-0,96% Resistencia a la tracción: 22-31Mpa Alargamiento: 20-120% Temp. De fusión: 137°C Usos: Bolsas y empaquetamiento, vaina de conductor eléctrico, envases líquidos sin gases, para papel film termo contraíble.

130– POLIPROPILENO. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES Y APLIC ACIONES.


Monómero del Polipropileno:

Símbolo internacional: PP

El radical metil aumenta la resistencia al deslizamiento por eso tiene mayores propiedades mecánicas también hace aumentar la temperatura de fusión y aumenta el peso molecular. El radical metil, también aumenta la estabilidad de enlace.

Propiedades mecánicas: Temperatura de fusión: 175-177°C

Densidad: 0,91

Alargamiento: 100-600%

Temperatura de trabajo: 80-90°C


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Resistencia a la tracción: 31-41 Mpa

Usos: Embalajes y envases, para casos donde el polietileno AD no es suficiente. Sirve para elementos que pueden ser esterilizados. Sirve para tuberías de agua por la estabilidad dada por el metil. Se recomienda para tuberías de agua fría. No se recomienda para gas y agua caliente.

131– POLIESTILENO. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES Y APLICA CIONES.


Monómero del Poliestileno:

Símbolo internacional: PS

Propiedades mecánicas: Temp. De fusión: 240-243°C

Densidad: 1,5

Resistencia a la tracción: 36-52 MPa

Alargamiento: 2% (muy rígido)

Cuantas más ligaduras entre “C” más reactivo es. El fenil tiene gran facilidad de reacción. Mucha facilidad para polimerizarse con otros materiales. No se puede usar como vaina de conductor.

Uso: Muy aislante, desde el punto de vista acústico, térmico, ya que tiene casi 3 veces más de espacio vacío que los anteriores. Efectivo en tuberías de agua caliente. Embalaje de alta calidad.

Telgopor (marca): Poliestileno expandido: Se le inyectan gases cuando se fabrica y disminuye la densidad.

132– VINILOS. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES Y APLICACIONE S.

Pertenece a los termoplásticos homopolímeros de Adición.

Monómero del Vinilo PVC (Polivinil Cloride):


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El cloro mejora las propiedades químicas. El cloro tiene gran tendencia a reaccionar, por lo tanto se agarra mejor, tiene una unión covalente fuerte.

El cloro le agrega peso molecular y aumenta la resistencia mecánica.

Propiedades mecánicas: Temperatura de fusión 200°C.

Densidad 1,3-1,58

Resistencia a la tracción: 41-52 MPa


Usos: Tubería. Mayor estabilidad química para cañerías de agua. Mangueras. Uso textil como reemplazo del cuero: tapizados de autos, portafolios. Vaina de conductor para lugares donde hay ambiente corrosivo.

133– FLUORCARBONO. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES Y APLICA CIONES.

Pertenece a los termoplásticos copolímeros de adición.

Monómero de Fluocarbono (Tetrafluorcarburo etileno o teflón PTFE):

El flúor tiene la particularidad de ser muy compacto por lo tanto le brinda al monómero la posibilidad de una superficie anti-adherente ya que al ser compacto hay menor superficie rugosa.

Propiedades mecánicas: Temperatura de fusión: 327°C

Densidad 2,2 g/cm3

Resistencia a la tracción: 17-35MPa


Otra característica que le da el flúor es la alta condición térmica y la alta condición química ya que la unión al tener una elevada energía no se corroe fácilmente. Tiene una estructura lineal por lo tanto tiene un elevado grado de cristalinidad. Es de color blanco por tener gran compacticidad.

Usos: Para materiales anti-adherentes, unión de junta que al ser anti-adherente tiene una superficie muy lisa y compensa la rugosidad, otra aplicación: como vaina de conductores para instalaciones industriales.

134– ¿EN QUÉ SE FUNDAMENTA LA APLICACIÓN TÉCNICA DEL PTF E?

La aplicación técnica del PTFE se fundamenta en que es un polímero cristalino con un elevado punto de fusión. El pequeño tamaño del átomo de flúor y la regularidad de la cadena dan lugar a un material polimérico de muy alta densidad y resistencia química. El flúor es el más electronegativo y reactivo de todos los elementos.


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135– ACRÍLICOS. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES, APLICACION ES.


Monómero de PMMA: Polimetilmetacrilato

Propiedades mecánicas: Resistencia a la tracción: 48-66MPa

Temperatura de fusión: 160°C

Densidad: 1,1-1,2

Alargamiento: 2-10%

Estructura con gran formación lateral, alto peso molecular. Estructura mucho más trabada, gran resistencia al deslizamiento. Hay una enorme cantidad de espacios libres por lo tanto gran grado de transparencia dado por la formación lateral y por tener un gran peso molecular y baja densidad.

Usos: Carteles luminosos, sustituto del vidrio por ejemplo en vehículos pero siempre cuando no tengan una gran exposición a radiación ultravioleta ya que se degradan, artículos de decoración.

Monómero de Acrilonitrilo:

Tiene una estructura muy lineal y no ramificada, no se usa para hacer sólidos, se usa para fibras: cuerdas, cordones, usos textiles (telas). Ventajas: Mucho más barato que una fibra natural, impermeables. Desventajas: Calurosa en verano, fría en invierno, es muy flexible.

136– ¿POR QUÉ MOTIVO NO USARÍA ACRÍLICO PARA EL PARABRIS AS DE UN AVIÓN?

El parabrisas de un avión debe estar sometido a la exposición del sol. El acrílico deja pasar los rayos infra rojos, pero no los ultra violetas, y actúa como filtro. Estos rayos ultra violetas degradan el acrílico haciéndolo inutilizables para el parabrisas de un avión.

Los parabrisas de avión deben resistir la presión alta, las temperaturas extremas y los impactos de aves. Para ello se intercalan tres o cuatro capas de vidrio con capas de vinilo, todas unidas en una sola pieza. Los parabrisas de este tipo pueden resistir el impacto de un ave grande cuando el aeroplano vuela a una velocidad de hasta 650 km/h. El mismo vidrio se usa en aviones militares.


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137– SAN. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES, APLICACIONES.


Monómero de SAN (Estireno acrilonitrilo)

Prop. Mecánicas: Alta resistencia a la tracción, bajo deslizamiento, gran peso molecular, muy rígido, muy poca tendencia al alargamiento no más del 2%. La unión N, C permite una gran estabilidad térmica, soporta un gran cambio de temperatura (choque térmico), no tiene propiedades de transparencia.

Usos: El revestimiento interno de las heladeras es de SAN, grandes aplicaciones en la industria frigorífica, tableros de auto.

138– ABS. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES, APLICACIONES.


Monómero de ABS (Acrilonitrilo-butadieno-estrieno)

PROPIEDAD RESITENCIA AL IMPACTO (IZOD)

ALTO MEDIO BAJO

Resistencia a la tracción (MPa)

33-41 41-48 41-52

Alargamiento (%) 15-70 10-50 5-30

Resistencia al Impacto (Joule/cm2)

375/640 215/375 105-320

Butidieno es el caucho artificial. El abs tiene una resistencia al impacto por la incorporación del butidieno. Se utiliza en cañerías sometidas a presiones importantes. También se utiliza en industria frigorífica ya que soporta el impacto, por ejemplo, el golpe de una media res en un camión frigorífico.


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Otra utilización es el embalaje de instrumentos de alta calidad. A mayor butidieno, mayor resistencia al impacto.

139– ¿QUÉ COMPONENTE DEL ABS REALZA SU RESISTENCIA AL IM PACTO Y POR QUÉ?

El ABS tiene una gran resistencia al impacto por la incorporación del Butadieno (Caucho artificial).

Los bloques de butadieno, que es un elastómero, proporcionan tenacidad a cualquier temperatura. Esto es especialmente interesante para ambientes fríos, en los cuales otros plásticos se vuelven quebradizos.

140– CONCEPTO DE POLÍMERO DE ADICIÓN Y DE CONDENSACIÓN

La clasificación en Polímero de adición y condensación corresponde al proceso de fabricación.

1. Polímeros de adición: Lo que se hace es generar el monómero. Se generan las condiciones físico-Químicas para que los monómeros se unan en una cadena, formando el polímero. L a molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos, es decir que la composición química de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros que la conforman.

2. Polímeros de condensación: Cuando se hacen las reacciones químicas que lo originan se genera un subproducto. En la formación de polímeros por condensación la molécula de monómero pierde átomos cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua o HCL gaseoso.

Ej: Hay termoplásticos de condensación y adición, todos los termofraguantes son de condensación.

141– POLIAMIDAS. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES, APLICACIO NES.

Forma parte de los termoplásticos de condensación.

Amina+ácido orgánico


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Propiedades mecánicas Nylon 6.6: Temperatura de fusión: 250-260°C

Densidad 1,13-1,15

Resistencia a la tracción: 81 MPa


Propiedades mecánicas Nylon 6: Temperatura de fusión: 225°C

Densidad 1,13-1,15

Resistencia a la tracción: 76MPa

Alargamiento 50-100%

Estructuras completamente lineales, grado de cristalinidad poco común entre los polímeros. Al microscopio se ve una estructura esferolítica (parecida a la estructura granular de un metal). No absorbe humedad.

Usos: Se usa mucho para hilos, cordeles, fibra textil, para transmitir potencia, ropa interior.

142– ¿LAS POLIAMIDAS PUEDEN SER REEMPLAZO DE LOS METALES ? JUSTIFICAR.

Si. La estructura de las poliamidas es esferulítica, con una regularidad similar a la de los granos metálicos. Esta propiedad le confiere una alta resistencia mecánica, cristalinidad, resistencia a un amplio rango de temperaturas y buena tenacidad. Las poliamidas tienen la ventaja de poseer una fácil conformabilidad, y de no requerir lubricación. Ejemplo: Nylon 6/6.

143– POLICARBONATO. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES, APLIC ACIONES.

Forma parte de los termoplásticos de condensación

Monómero de Carbonato de difenilo:


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Propiedades:

Temperatura de fusión: 270°C

Densidad: 1,2g/cm3

Resistencia a la tracción mayor a 65MPa

Alargamiento 100%

-Combina buena resistencia mecánica con una buena resistencia a la tracción.

-Permite gran trabazón entre cadenas por el aporte del metil y el fenil. El carbonato aporta la flexibilidad (tiene mucho volumen y es flexible), esto le da buena resistencia al impacto.

-Tiene elevado índice de transparencia: por la gran cantidad de espacios vacíos entre moléculas. Mucho volumen, poca masa.

Aplicación: Uso en la construcción, sustituyendo al vidrio, cerramientos. Policarbonato alveolar, discos compactos (el policarbonato es magnetizable), aplicaciones ópticas: anteojos, cámaras de fotos, lentes. Sirve para refuerzo de blindaje.

144– POLIÉSTER TERMOPLÁSTICO. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDAD ES, APLICACIONES.


Monómero PET (alcohol + ácido orgánico):


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Aplicaciones: Textil, botellas de gaseosa (por bajo grado de permeabilidad, no es tan poroso). Refuerzo para neumáticos de poliéster.

Monómero PBT:

La diferencia con el PET es que tiene una cadena de 4 carbonos y mayor peso molecular, más resistente, más flexible, mejor calidad.

Aplicaciones: En embarcaciones de no mucha monta. Engranajes. Apunta al reemplazo de los metales. Es más caro.

145– FIBRAS AROMÁTICAS. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES, AP LICACIONES.


Marca más conocida (DUPONT) KEVLAR

Otras marcas: Nomex, Aromid.

Propiedades: Temperatura de fusión: 250/260°C

Densidad: 1,44 g/cm3

Resistencia a la tracción (Fibra sentido longitudinal): 2670 MPa

Alargamiento: 4,4%

Aplicación: Sogas, cadenas de alta resistencia, solo se lo encuentra como fibras. Se lo encuentra en el casco de los barcos. Transformación de la potencia en velocidad. Chalecos antibalas modernos. Sirve para blindar. Se utiliza en aeronavegación: Ej: Fuselaje, etc.

Desventaja: Costo.

146– ACETALES. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES, APLICACIONE S.

Forma parte de los termoplásticos de condensación. Proviene del formaldehido.

Monómero:


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Propiedades: Resistencia a la tracción 45MPa


Densidad: 1,1g/cm3

Bajo costo. Material de consumo descartable. Clásico reemplazo de metales por polímero.

Aplicaciones: Engranajes chicos, partes de autos, manijas, lapiceras, cierres. Plástico descartable. Herrajes.

147–¿CUÁL ES LA APLICACIÓN COMÚN DE LOS TERMOFRAGUANTES ? JUSTIFICAR.

La aplicación común de los termofraguantes es como adhesivo debido a los entrecruzamientos en sus uniones primarias, los cuales le otorgan una alta estabilidad térmica y dimensional.

Esto se debe a su estructura molecular, de forma reticular tridimensional. En otras palabras, constituyen una red con enlaces transversales. La formación de estos enlaces es activada por el grado de calor, el tipo y cantidad de catalizadores y la proporción de formaldehído en el preparado base.

Es rígido, muy estable, elevado punto de fusión, altamente resistencia a los solventes.

Hace que el material sea rígido, estable, resistente a solventes y son muy estables químicamente

148– FENÓLICOS. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES Y APLICACIO NES.

Las resinas fenólicas son polímeros termofraguantes de condensación que se producen mediante la reacción del fenol y el formaldehido con agua como subproducto. El gran número de enlaces cruzados de la estructura aromática produce alta dureza, rigidez y resistencia, con buenas propiedades de aislamiento térmico y eléctrico, y resistencia química, la estructura tiene forma de ladrillos. Todas las ligaduras están ocupadas, estas uniones son fuertes. Es conocida comercialmente bajo el nombre bakelita (*) Es buen aislante y resistente al comportamiento químico. Una vez enfriado, no puede ablandarse.


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Aplicaciones: Fabricar objetos más livianos.

Material aislante eléctrico, enchufes, fichas, portalámparas. Electrodomésticos: manijas, perillas. Aglomerado (moléculas + aserrín ---> pasta) Adhesivo

Se usa para llenar espacios vacíos y darle peso. (*) Desarrollada por Baekeland en 1909, siendo la más antigua de todas las resinas.

149– POLIÉSTER TERMOFRAGUANTE. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDA DES Y APLICACIONES.

Polímero termofraguante de condensación, rígido, duro que tiene un tiempo de curado.

Su aplicación es como plástico reforzado con fibra de vidrio. La resina poliéster se usa como adhesivo, material base. Caños (líquidos o líquidos agresivos), Tanques (transporte de líquido), Construcciones (baños portátiles), Plásticos reforzados, Vidrios reforzados mediante la incorporación de fibras Plataformas de barcos pequeños


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150– AMINO RESINAS. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES Y APLIC ACIONES.

Las resinas amínicas son materiales poliméricos termofraguantes formados por la reacción controlada de formaldehido con diversos compuestos que contienen el grupo amina. Los dos tipos de resinas amínicas más importantes son la urea-formaldehido y la melamina-formaldheido.

Cuando estas resinas se combinan con cargas de celulosa (aserrín de madera) se obtienen productos de bajo costo que tienen una buena rigidez, resistencia a la tensión y resistencia al impacto.

Solubles en agua se utilizan como adhesivos y resinas de enlace para tableros de madera, casco de barcos, pisos y ensamblado de mobiliarios

Placas y receptáculos eléctricos de pared.

Recubrimiento de maderas (fórmica)

Adhesivos resistentes al calor, lacas y pinturas.

Se lo utiliza como relleno, placas decorativas (formica), vajilla plástica, adhesivo, etc.

Podemos mencionar:

1. Urea formaldehido: Su aplicación es como aglomerante.

2da etapa


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2. Melamina formaldehido: Su aplicación es como remplazo a la cerámica, porcelana (vagilla), se

llama fórmica, es rígida.

151– ¿QUÉ SE ENTIENDE POR TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VÍTR EA?

Surge de la intersección de las dos pendientes destacadas de la curva de enfriamiento. A diferencia de los metales donde en el momento de la solidificación se produce una fuerte contracción de volumen, en la solidificación del vidrio, el cambio de volumen es más graduado, de tal manera que podemos dividir en un diagrama (volumen específico sobre temperatura) dos zonas en base a la temperatura de transición vítrea. A mayor temperatura tendremos un líquido subenfriado y a menor temperatura un líquido sobreenfriado.


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152– ¿CUÁL ES EL VALOR MÁXIMO DE TRABAJO DE UN TERMOPLÁS TICO, EN TÉRMINOS DE TEMPERATURA?

Los termoplásticos por encima de la “Temperatura de fusión/2” pierden las propiedades mecánicas. El punto de trabajo sería ese Temp fus/2

Los polímeros sin embargo no se funden, sino que pierden el enlace, también llamado despolimerización. Sólo se ablandan hasta hacerse inutilizables a escala industrial.

153– ORIGEN DE LA ELASTICIDAD EN LOS ELASTÓMEROS.

Los elastómeros pueden resistir cargas elevadas, al aplicar tal carga el material se deforma, luego se quita la carga y el material retorna a sus dimensiones originales. Esta propiedad elástica de los elastómeros tiene que ver con la disposición de los monómeros en las moléculas. Los monómeros adoptan una disposición a 107° en vez de ser a 90°.

Los elastómeros son polímeros amorfos formados por macromoléculas que poseen un ligero entrecruzamiento con un notable espaciado, lo que le da la propiedad de elasticidad.

154– CAUCHO NATURAL. CARACTERÍSTICAS.

El primer elastómero conocido, Caucho natural, se obtiene a partir del Latex de la siguiente manera: La materia prima del elastómero se extrae de un árbol llamado Hevea Brasiliensis, es un material lechoso y blanco, el latex. Este se somete a un proceso químico de transformación, se disuelve en ácido fórmico y otros, y se agrega carbón a temepraturas muy altas de calentamiento. Luego del proceso de vulcanización (agregado de azufre), viene el tratamiento mecánico donde se somete a la estructura del material a compresión y dilatación.

Aplicaciones en neumáticos, Correas, goma de borrar.

155– VULCANIZACIÓN. CONCEPTO. APLICACIONES.

Proceso por el cual se incorpora azufre al caucho natural. El azufre se incorpora uniendo las cadenas entre sí. En la siguiente imagen se ve como se alinean las cadenas, por eso puede recobrar la forma.

A elevadas temperaturas se coloca S al elastómero. El azufre se coloca de tal manera que une las cadenas entre sí.

El material gana resistencia mecánica. Sin vulcanización el material es pegajoso y sin uso industrial.

El material será menos elástico, disminuye las propiedades elastoméricias y aumentan las propiedades mecánicas.

El límite donde deja de tener propiedades elastoméricas es con 49 partes de “S” (en el caso de la ebonita donde es el máximo con azufre 49 partes)


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Como el “S” forma una unión muy fuerte con el “C” entonces el “S” aumenta violentamente la resistencia a la corrosión, y la mayoría de las propiedades mecánicas.

Gráfico de deformación:

Cuando descarga la energía, una parte se pierde como rozamiento interno.

Aplicaciones: Correas, neumáticos, goma de borrar.

156– ELASTÓMEROS SINTÉTICOS. ENUMERACIÓN. APLICACIONES

1. Buna S: Neumáticos. Se le agrega negro de humo para protección UV.

Energía de deformación elástica


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2. Buna N: Juntas y diafragmas automotrices. No es afectado por aceites y combustibles.

3. Caucho butílico: Cámaras para neumáticos. Gran resistencia al desgarro.

4. Policloropreno: Alta resistencia a la corrosión, aislante térmico: Trajes térmicos (neoprene). Juntas de las mangueras del motor de un auto.

5. Siliconas: Revestimientos y juntas para ambientes corrosivos. Excelente inercia.

Elastómeros por diseño:

Darle a un material una forma determinada para que tenga propiedades de elastómero. Por ejemplo el cable del teléfono, el material no es elastómero pero el diseño que le doy a la pieza logra que se comporte como tal.

Al no ser elastómero su uso es más limitado.

Poliuretano (goma espuma): Es un elastómero por diseño. Cuando se fabrica uretano se inyecta un gas que hace que el material quede muy poroso dándole propiedades elastoméricas. Usos: aislantes térmicos, acústicos, juntas.

156– ELASTÓMEROS TERMOPLÁSTICOS. CARACTERÍSTICAS, PROPIE DADES, APLICACIONES

Para conseguir otros productos, los elastómeros se mezclan con algún plástico termoplástico. De esta unión se obtienen materiales que se pueden fundir y reciclar, denominados elastómeros termoplásticos. El material tendrá un comportamiento elástico, pero será muy propenso a la rotura debido al hecho de que no todos los puentes estarán tensionados de la misma forma. Esto se debe a que las cadenas no estarán puestas en paralelo y no son regulares, lo cual hace que haya puentes más largos que otros. Pueden resistir cargas elevadas y al retirar la carga, luego de la deformación vuelven a su forma original. Del caucho sintético derivan:

• SBR (Styren Butadien Rubber): El estireno produce en el copolímero un caucho más resistente y más tenaz. Es más barato que el caucho natural. Presenta mayor resistencia al desgaste, pese a que generan mayor calor. Absorven disolventes orgánicos y se hinchan. Ejemplos: Neumáticos, cámaras, pisos, pinturas, mangueras.

• Caucho policloropreno: La incorporación del cloro aumenta la resistencia química (al ataque por O2, O3, calor, luz, paso del tiempo). Poseen mala flexibilidad a bajas temperaturas. Su fortaleza a la gasolina y al aceite es superior al SBR, pero son más caros. Ejemplos: Vainas para cables, mangueras, trajes de mar, ductos, etc.

• Poliuretano termoplástico: Tendrá una configuración de espuma flexible, por lo que cualquier fluido que se introdusca en el espacio intersticial entrará muy facilmente. Usos: Aislantes térmicos, acústicos, juntas.

• Silicona: Son polímeros basados en las cadenas de silicio, por lo que tendrán un rango de temperaturas muchísimos mayor, llegando a los 300°C, y también es muy resistente a la atmósfera. Existen 3 tipos: bimetil silicon, metilfenil silicon, metil difenil silicon. Aplicaciones: Adhesivos, fabricación de prótesis.

Características en común:

Los elastómeros termoplásticos conservan la capacidad de recuperación de caucho, pero puede ser remodelados y reprocesados con la aplicación de calor (una propiedad importante en el reciclado). Al emplear este tipo de uniones formando retículas, cuando se calienta las retículas se rompen. Esto permite que dicho material pueda ser reprocesado y reciclado. Cuando se enfría el material las retículas vuelven a formarse. Estos materiales a temperatura ambiente se comportan como cauchos elastoméricos y cuando se calientan pueden procesarse como plásticos.


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158– ¿QUÉ CARACTERÍSTICAS TIENEN LOS MATERIALES CERÁMICO S?

Son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos, no cristalinos o tener características de aceros. La mayoría de los cerámicos son duros, tienen alta resistencia a la tracción, compresión y elevada resistencia a las altas temperaturas. En general suelen ser aislantes, y el inconveniente es que son frágiles. Sus características de resistencia a la abrasión y a las altas temperaturas los hace aptos para la fabricación de revestimiento de hornos de fusión y tratamiento térmico.

159– ¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS MATERIALES CERÁMICOS EN FUN CIÓN DE SU APLICACIÓN? DEFINICIÓN GENERAL Y APLICACIONES.

Clasificación:

Cerámica roja: Son productos de arcilla. Son para uso estructural: Ladrillos, tejas, pisos, etc. El color se lo deben a que están impurificados con óxido férrico. Recordar que las arcillas son variedades hidratadas de Silicato de Al.

Cerámica blanca: Está más purificada que la anterior y es de mayor calidad. El uso clásico es para vajilla y sanitarios.

Refractario: Principal característica: resistencia a elevada temperatura.

Cementos: característica principal: liga hidráulica a temperatura ambiente.

Vidrios: Concebidos como líquidos subenfriados o mejor dicho con más propiedad: sólidos no cristalinos, es decir de estructura amorfa.

Abrasivos: característica fundamental: elevadísima dureza.

Cerámicos especiales de avanzada (CMC): constituyen una mejora de todo tipo de material cerámico en lo que hace a elevada dureza, resistencia al desgaste, estabilidad química, resistencia a elevada temperatura y bajo coeficiente de expansión térmica.

160 – ENUMERAR COMPONENTES DE LOS MATERIALES CERÁMICOS. I NDICAR INFLUENCIAS.

Materias primas básicas de los cerámicos: Caolín (Silicato de alúmina hidratado), arena, sílice, dolomita, carbonato de calcio, carbonato de magnesio, óxido férrico y ferroso.

Caolín: Aumenta la capacidad de resistir altas temperaturas hasta 1700°C

Carbonato de magnesio: Disminuye el coeficiente de dilatación, aumenta la tensión superficial y la viscosidad.

Carbonato de calcio para lograr una mayor estabilidad dimensional dentro del horno.

Dolomita: Le da la capacidad de resistir altas temperaturas, uso en refractarios.

Sílice: Se la utiliza como SiO2 para la fabricación de tabiques refractarios utilizados en aplicaciones de hornos de alta temperatura se utiliza con una estructura cristalina cúbica. En cambio, en la protección térmica de transbordadores espaciales se utiliza en forma de fibra. Además como CSi que resiste a condiciones extremas de temperatura. Se comporta muy bien frente al desgaste.

Producto final: MgO (2798°C), Al2O3 (2050°C), CSi (2500°C), SiO2 (1715°C), N4Si3 (1700°C).

161 – CEMENTO. DESCRIPCIÓN GENERAL. TIPOS DE MORTEROS

Materias primas: Sílice, alúmina, óxido férrico. Estas materias primas se seleccionan convenientemente y se mezclan las cantidades adecuadas. Se introducen en un horno rotativo que trabaja a Temperatura de 1400-1600°C. Se obtiene un producto llamado clincker o clinker que luego se enfría y se muele


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posteriormente. Con el objeto de controlar el tiempo de fraguado de los morteros, se le adiciona una pequeña cantidad de yeso.

Composición típica de un cemento Portland: 2CO OSi O2 ; 2 CaO ; 3CaO Al2O3; Al2O3 Fe2O3 4CaO

El cemento tiene liga hidráulica: fragúa con agua. Ej: el hormigón en el cual tiene como material de refuerzo un agregado fino que es la arena, un agregado grueso que es la piedra. Para construcción de columnas, se agregan varillas o estructuras de acero de bajo carbono.

De acuerdo a la composición y al tipo de fraguado hay distintos tipos de morteros: Ej: mortero con una parte de cemento, una parte de cal y tres partes de arena. En cambio cuando se privilegia la dureza, por ejemplo, se hace un mortero que se llama, “concreto” con tres partes de arena y una de cemento. En morteros para contrapiso, por ejemplo, se pueden mezclar hasta dos partes de arena con una de cemento, etc.

162– ¿QUÉ ES UN MATERIAL REFRACTARIO? CARACTERÍSTICAS, A PLICACIONES.

Según la norma ASTM C71: material usualmente no metálico empleado para resistir altas temperaturas. Químicamente es un sistema heterogéneo y multicomponente y físicamente un agregado de partículas cristalinas ligadas entre sí. Las restricciones a un óxido para ser seleccionado como refractario son: Punto de fusión, hidratación (porque la absorción de agua y su posterior evaporación genera un aumento de volumen que puede dañar la estructura y la posterior disociación de agua produce explosiones), volatilidad, reductibilidad, toxicidad (hoy día se objeta la cromita como refractario por el efecto supuesto tóxico del cromo) y con un punto de fusión elevado, superior a 1700°C. Los óxidos que pueden ser seleccionados son:

Punto de fusión>1700°C CaO Al2O3 (alúmina)

Cr2O3 (Cromita) MgO (magnesita)

ZnO2 SiO2

163– ¿CÓMO SON LAS INFLUENCIAS DE LOS TIPOS DE UNIÓN EN LOS REFRACTARIOS?

Químicamente es un sistema heterogéneo y multicomponente y físicamente un agregado de partículas cristalinas ligadas entre sí.

Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, estos materiales cerámicos son por lo general son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tiene baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y térmica y elevada resistencia a la compresión.

Las propiedades de los materiales cerámicos también varían mucho debido a diferencias en los enlaces. En general, los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Los materiales cerámicos se comportan usualmente como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores, normalmente poseen temperaturas de fusión relativamente altas y, asimismo, una estabilidad relativamente alta en la mayoría de los medios más agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces.

Los refractarios se dividen en cuatro grupos: ácidos, básicos, neutros y especiales en función de su modo de reacción a la química.

Refractarios ácidos: Incluyen las arcilla de sílice, de alúmina y refractarios de arcilla. El sílice puro a veces se utiliza para contener metal derretido. Los refractarios de arcilla por lo general son relativamente débiles, pero poco costosos. Contenidos de alúmina por arriba de aprox. 50% a un 80 % de Al203 y un 10% a un 45% de SiO2 constituyen los refractarios de alta alúmina [6] [7]. Se utilizan


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en áreas donde la escoria y la atmósfera son ácidas, es decir que son estables a los ácidos, pero atacados por los álcalis.

Refractarios Básicos: Varios refractarios se basan en el MgO(magnesia o periclasa) El MgO puro tiene un punto de fusión alto, buena refractariedad, buena resistencia al ataque por los entornos que a menudo se encuentran en los procesos de fabricación de acero. Típicamente, los refractarios básicos son más costosos que los refractarios ácidos.

Refractarios Neutros: Normalmente incluyen la cromatina y la magnesita, pueden ser utilizados para separar refractarios ácidos de los básicos, impidiendo que uno ataque al otro.

Refractarios Especiales: El carbono, el grafito, es utilizado en muchas aplicaciones refractarias, particularmente cuando no hay oxígeno fácilmente disponible. Estos materiales refractarios incluyen la circonia (ZrO2), el circón (ZrO2.SiO2) y una diversidad de nitruros, carburos y boruros

164– ¿QUÉ TIPO DE SOLICITACIONES SUFREN LOS MATERIALES E N SERVICIO?

Son de tres tipos: Térmicas (altas temperaturas, variaciones de temperaturas, y gradiente de temperatura), restricciones químicas (potenciales químicos, alteraciones de presiones parciales de gases) y mecánicas (cargas, tensiones internas, vibraciones)

165– ¿QUÉ FUNCIONES CUMPLE UN REVESTIMIENTO REFRACTARIO?

-Aislantes, constituyendo las paredes del recinto del horno.

-Elementos de soporte o transporte de la carga, como es el caso de los rodillos.

-Refractarios de enhornamiento necesarios para mantener los productos en la posición requerida mientras se cuecen.

-Especiales como toberas de quemador, soportes de diversas funciones en los hornos, muflas...

Estos materiales deben hacer frente a las mayores exigencias que demanda la técnica de cocción moderna. Entre las propiedades necesarias podemos citar: a utilización de quemadores de alta velocidad, los desarrollos de la industria de los materiales refractarios y las mejoras en control e informatización, están en la base de la importante evolución de los hornos en estos últimos años.

-Poder aislante mejorado (menor conductividad)

-Menor acumulación de calor.

-Estabilidad y resistencia mecánica y piroplástica.

-En caso de refractario neutro: Comportamiento neutro frente a las variaciones de la composición de las atmósferas

166– ¿CÓMO DEBE SER LA CONSTITUCIÓN DE UNA PARED DE HORNO?

Una capa interior de trabajo, una capa intermedia de seguridad y una capa de aislante.

La capa interior es la agredida por el material, la capa de seguridad se coloca por posibles fisuras de la capa interior, y la capa aislante impide que se pierda calor.

Las capas deberán ser ácidas o básicas según la composición de la materia prima.

En contacto con la carga el refractario, luego el refractario de seguridad (por lo que pudiera ocurrir si se desgasta el refractario en contacto con la carga debido al mal trabajo), refractario aislante (es una pared aislante), y finalmente la estructura que sostiene todo.


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Manpostería

Aislante

Refractario de seguridad

Refractario

167– REFRACTARIOS. PARÁMETROS. BREVE EXPLICACIÓN.

Los parámetros de los refractarios se clasifican en:

1. Propiedades de caracterización: porosidad, densidad y permeabilidad. 2. Propiedades térmicas: Expansión térmica, conductividad térmica, capacidad calorífica. 3. Propiedades mecánicas: Resistencia a la flexión, compresión, resistencia al choque térmico o

“spalling”, resistencia a la abrasión, resistencia al impacto.

Porosidad: Cantidad de espacios vacíos en relación al volumen total a nivel macro.

Densidad: Cantidad de masa por determinada cantidad de volumen. (m/vol)

Permeabilidad: Es la capacidad de dejar pasar los gases a través de un material. El flujo de gas medido en ml/seg a través de una superficie de 1cm2 y de 1cm de espesor en 1hs con una diferencia de presión de 1cm de agua.

Expansión térmica: Aumento de la longitud cuando hay diferencia de temperatura

Conductividad térmica: Aislante (elevada resistencia al flujo de calor) y no aislante (capacidad de un material de transferir calor)

Los refractarios para aumentar su capacidad aislante se le suele aumentar la porosidad. Para ello cuando se lo fabrica, cuando está en estado plástico, se le agrega carbón pulverizado. Luego durante la calcinación ese carbón se oxida, se elimina como gas (dióxido o monóxido) y queda el poro.

Spalling: Si a un refractario a alta temperatrua se lo enfría muy rápido, puede agrietarse o pulverizarse o descascararse.

Resistencia al ablandamiento: Con CONOS SEGER: El refractario se va calentando y luego el cono por ablandamiento toca el piso. Eso indica el valor de la resistencia al ablandamiento.

168– ¿QUÉ INDICA LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA? INDICAR LOS T IPOS DE MATERIALES QUE SE DEFINEN.

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que indica la capacidad de conducción de calor.

Los materiales metálicos poseen una alta conductividad térmica.

Los polímeros, materiales orgánicos y refractarios poseen baja conductividad térmica.

Los materiales cerámicos tienen baja conductividad térmica debido a sus fuertes enlaces iónico-covalentes, y por ende son buenos aislantes térmicos. Debido a esto se los utiliza como refractarios en ambientes calientes, tanto líquidos como gaseosos.

169– DEFINA MATERIAL ABRASIVO. MENCIONE ALGUNOS EJEMPLOS .

Son materiales compuestos de partículas. Consisten en un soporte, sobre el cual hay un material base que es un termofraguante y funciona como adhesivo sobre el cual entran las partículas del material destinado a producir corte o desgaste. La partícula del abrasivo no solo deben ser suficientemente duras sino además que cuando se rompen deben generar nuevas partículas cortantes. Abrasivos clásicos: carburo de silicio y Alúmina.


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170– MATERIALES COMPUESTOS. CONCEPTO

Están formados por un material base y uno de refuerzo. Tiene que cumplir la condición que los elementos sean insolubles entre sí y el material que se obtiene va a tener mejores propiedades físico-químicas, y va a ser mecánicamente superior a los otros materiales que lo forman. Al mirar al microscopio voy a ver dos fases como mínimo.

3 tipos de materiales de refuerzo: Partículas/Fibras/Por estructura.

171- APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS. JUSTIFIC ACIÓN.

Pastilla Widia (marca comercial)

Material compuesto, carburo de tugsteno con una base de Cobalto. Se fabrica por pulvimetalurgia, es decir, a partir de los polvos comprimidos a alta temperatura y presión. Se la conoce generalmente como metal duro.

Abrasivos

También son materiales compuestos de partículas. Consisten en un soporte, sobre el cual hay un material base que es un termofraguante y funciona como adhesivo sobre el cual entran las partículas del material destinado a producir corte o desgaste. Las partículas del abrasivo no solo deben ser suficientemente duras sino además que cuando se rompen deben generar nuevas partículas cortantes. Abrasivos clásicos: Carbono de silicio y alúmina.

Placas aislantes

Por ejemplo: Usos en la aeronáutica. Fibra de carbono como material de refuerzo sobre una base de Grafito, uso inminentemente aeronáutico y aeroespacial. Por ejemplo: al ingreso de una nave a la atmósfera desde el espacio exterior, el rozamiento produce temperaturas enromes. Estas placas proteges y recubren el fuselaje.

Placas aglomeradas

El material de base es una resina fenólica, el material de refuerzo: partículas de madera. Costo bajísimo en relación a la madera estándar. También con resinas fenólicas se construye poniendo placas unas sobre otras de poco espesor cambiando, entre cada placa y capa de resina fenólica, el sentido de la veta. Uso: Generalmente en carpintería.

172– MATERIALES DE BASE DE MATERIALES COMPUESTOS. CARACT ERÍSTICAS.

Resina poliéster combinada con fibra de vidrio

Resina epoxi combinada con fibra de carbono

Cualquier resina combinada con fibra de kevlar

Características:

Son materiales de baja densidad, resistentes a la corrosión y con estabilidad dimensional.

Componen la fase matriz o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas.

Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.

173– REFORZANTES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS. ENUMERACI ÓN. CARACTERÍSTICAS.


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Los agentes reforzantes son una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material.

Dependiendo de la forma de los materiales se pueden clasificar en:

1. Fibras

1. Naturales (cáñamo y algodón)

2. Orgánicas (poliamidas, poliéster)

3. Inorgánicas (de vidrio, de carbono, de boro)

4. Metálicas (acero, aluminio, etc.) mayor resistencia a la fatiga, mejor rigidez y una mejor relación resistencia-peso, al incorporar fibras resistentes y rígidas, aunque frágiles, en una matriz más blanda y dúctil. Alta resistencia a temperaturas elevadas.

2. Partículas

1. Cemento (hormigón)

2. Asfalto, carburos (abrasivos)

3. Caucho, madera aglomerada.

Dentro de estos podemos distinguir dos tipos; los dispersoides, que son materiales endurecidos por dispersión y contienen partículas de 10 a 250 nm de diámetro, que aunque no sean coherentes con la matriz, bloquean el movimiento en las dislocaciones y producen un marcado endurecimiento del material matriz; y los "verdaderos" que contienen grandes cantidades de partículas gruesas, que no bloquean el deslizamiento con eficacia, son diseñados para obtener propiedades poco usuales, despreciando la resistencia en el material. Ciertas propiedades de un compuesto particulado dependen sólo de sus constituyentes, de forma que se pueden predecir con exactitud mediante la llamada regla de las mezclas, que es la sumatoria de las propiedades (densidad, dureza, índice de refracción, etc.) por la fracción volumétrica del constituyente.

3. Laminados

Incluyen recubrimientos delgados, superficies protectoras, revestimientos metálicos, bimetálicos, laminados y todo un conjunto de materiales con aplicaciones específicas.

Algunos compuestos reforzados con fibras, producidos a partir de cintas o tejidos pueden considerarse parcialmente laminares. Gran cantidad de compuestos laminares están diseñados para mejorar la resistencia a la corrosión conservando un bajo costo, alta resistencia o bajo peso. Otras características de importancia incluyen resistencia superior al desgaste o a la abrasión, mejor apariencia estética y algunas características de expansión térmica poco usuales. Con la regla de las mezclas se pueden estimar algunas de las propiedades, paralelas a la laminillas de los materiales compuestos laminares.

También se pueden calcular con poco margen de error: la densidad y la conductividad eléctrica y térmica.


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174– ENSAYO DE TRACCIÓN. CONCEPTO. EVALUACIÓN.

Con este ensayo se determinan otros parámetros denominados propiedades de la tracción. Estas propiedades son:

• Límite elástico

• Alargamiento o ductibilidad

• Estricción

Con este ensayo se determina la fuerza necesaria para romper una pieza al estirarla y la capacidad de estiramiento antes de su rotura.

El estudio de este comportamiento se hace utilizando los diagramas de tracción donde se grafica la tensión de tracción con respecto a la deformación lineal sufrida por la probeta, expresada en forma porcentual del alargamiento por unidad de longitud.

1. Desde el inicio hasta este punto la deformación es elástica.

2. De 1 a 2 la zona es curva, pero la deformación es muy pequeña.

3. Es el límite elástico aparente, inician las deformaciones permanentes. Luego de esta zona se alcanza el límite final de fluencia, donde las deformaciones son grandes. Es la zona con mayor importancia para la determinación de las propiedades mecánicas.

4. Zona de carga máxima.

5. Entre 4 y 5 está la zona de estricción. En este período el material se continuará deformando sin elevar la carga, hasta la producción de la rotura.

A) Fractura dúctil. B) Fractura moderadamente dúctil. C) Fractura frágil.


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175– REPRESENTE EL DIAGRAMA DE TRACCIÓN, LA ENERGÍA DE D EFORMACIÓN ABSORBIDA. JUSTIFIQUE

A es más dúctil que B

B es más rígido que A

A absorbió más energía de transformación plástica ya que es más dúctil, se puede observar en el gráfico que hay una mayor área debajo de la curva de A

176– RELACIÓN ENTRE TEMPERATURA Y RESILIENCIA

Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. Este comportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, esto obliga a realizar el ensayo con probetas a distinta temperatura, para evaluar la existencia de una "temperatura de transición dúctil-frágil". Este ensayo se lleva a un gráfico como el mostrado en la Figura 19 en donde se puede apreciar un fuerte cambio en la energía disipada para algunos aceros de bajo carbono. Mientras que el níquel no muestra una variación notable.

Resultados de pruebas de impacto para varias aleaciones, medidos a través de un intervalo de temperatura


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177– ENSAYO DE IMPACTO. CONCEPTO. MÉTODOS.

Este ensayo surge a partir del análisis de las consecuencias que generan la aplicación de cargas dinámicas de impacto.

Estos ensayos se utilizan para evaluar los tratamientos térmicos y determinar los distintos grados de revenido de los aceros e incluso verificar el recocido, forjado o normalizado.

Los ensayos se realizan a probetas que presentan muescas o entallos. El motivo de la muesca es para generar una fisura normalizada.

Tipos de probetas:

Método Charpy: Probeta horizontal. Impacto sobre la probeta en forma vertical.

Método Izod: Probeta en posición vertical. Impacto sobre la probeta como péndulo.

178– DUREZA. CONCEPTO. MÉTODOS.

Se define como la mayor o menor resistencia que un cuerpo opone, al ser rayado o penetrado por otro tomado como elemento de comparación.

Método Brinell Carga Empleada: P=C.D² Penetrador: Bolilla de Acero Apoyo: Plano La maquina realiza una impresión sobre la pieza ensayada con una bolilla de acero duro de 10mm de diámetro. La dureza resultara función de la altura de penetración, su diámetro y la fuerza ejercida por la bolilla. Método Rockwell C En este metodo la dureza resulta función de la profundidad de penetración. Escala: HRC

Penetrador: Cono de Diamante que permite ensayar también materiales duros, por ejemplo aceros

templados.

Apoyo: En “V” Rango de aplicación: Materiales Duros

Método Rockwell B

Escala: HRB Penetrador: Bolilla de Acero de 1/16" Apoyo: Plano

Rango de aplicación: Materiales Blandos

Se mide la profundidad de penetración del cuerpo de ensayo, a diferencia del brinell donde se determina

el área del segmento esférico por el diámetro de la impresión de la bola.


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179– TINTAS PENETRANTES. CONCEPTO. MECANISMO DE UTILIZAC IÓN

Es un método que se aplica para la detección de discontinuidades superficiales que afloran a la superficie de la pieza excepto materiales porosos.

Procedimiento de ensayo:

1) Limpieza de la superficie (Alcalino, Vapor desengrasante, Solvente, Ultrasónica) 2) Aplicación del líquido penetrante 3) Eliminación del líquido penentrante 4) Aplicación del revelador Acuoso No acuoso En polvo 5) Observación (iluminación 1000Lux mínimo sobre la pieza) 6) Limpieza final

Este método de ensayo se aplica a Líquidos penetrantes removíbles con solvente (tipo II, visibles, método B , Luz 1000 Lux)

Limitaciones del método:

1) La posible falla debe aflorar a la superficie 2) No se puede aplicar a materiales porosos. Pues no se puede eliminar el exceso del mismo. 3) Durante el ensayo el tiempo de permanencia del líquido penetrante sobre la superficie es muy

importante y depende del tipo de material, del tipo de líquido penetrante y tamaño de la falla a detectar.

Descripción del proceso:

180– DEFINICIÓN DE METALOGRAFÍA. ¿PARA QUÉ SE UTILIZA?

La metalografía es una ciencia que estudia la composición estructural de los metales y aleaciones para relacionarla con las propiedades mecánicas o físico-mecánicas de los mismos.

El examen estructural de los metales y aleaciones por vía microscópica es, sin duda una de las armas principales que posee el metalurgista, ya sea en investigación científica, como en el control de la calidad de los materiales, teniendo en cuenta la conocida relación estructura-propiedades.

Algunas técnicas conocidas como el microscopio electrónico y el de emisión, todavía no reemplazan al microscopio metalográfico óptico, que conjuntamente con los anteriores y los rayos X pueden dar un panorama bastante completo del estado estructural del metal o aleación en estudio. Además la


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incorporación de técnicas con la luz polarizada, la microdureza, el contraste de fases, la interferometría y la platina calentable.

La importancia de la observación micrográfica, está dada por la influencia que ejercen los componentes químicos de una aleación que pueden encontrarse en forma de una solución sólida homogénea, en forma de un compuesto intermetálico de composición química definida, dispersa en el seno de una solución sólida, en forma de una mezcla eutéctica, etc..

El desarrollo de la técnica metalográfica permite observar los constituyentes o componentes y sus formas, proporciones y estados que hacen influir las propiedades físicas de una aleación.

Corregido y actualizado al final de Diciembre de 2011 en adelante

La información es sólo de guía para el final y puede ser cuestionada, cada cátedra da los temas de forma diferente, y tiene exigencias diferentes. El cuestionario puede ser mejorado muchísimo.

Se armó en base a partes de cuestionarios pasados, información de internet, libros, y sobre todo información de la cursada de 2010 en Ciencia de los Materiales.

Rodrigo Maranzana

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Cuestionario Resuelto CM Maranzana