- 1. QUMICA DE LOS MATERIALES Andrs de Jess Bautista Ortega
2. Qu es un material abrasivo? Se le llama as a cualquier tipo
de sustancia mineral empleada en procesos artesanales e
industriales para trabajar a otros materiales o piezas determinadas
mediante diferentes procesos mecnicos, con el fin de darle otro
acabado, textura y/o forma. 3. Los productos abrasivos actan
arrancando material del sustrato por friccin. El material duro
(mineral abrasivo) al enfrentarse a una superficie a tratar, que
debe presentar una menor dureza, presenta diferentes tipos de
movimientos que unidos a la velocidad de trabajo y la presin
producirn un ataque sobre la superficie, dando origen a la
eliminacin de material superficial y su conformado; as como la
formacin de surcos y araazos. 4. Usos de estos materiales
Caractersticas como la dureza, tamao de grano, liga y estructura
tienen importancia fundamental en la eleccin del material adecuado;
Dependiendo del objetivo del proceso de lijado, la eleccin del
material abrasivo es fundamental para la obtencin de un buen
resultado, si se usara un material abrasivo errneo, el esfuerzo
realizado sera intil y expondra a la pieza a un gran riesgo de
sufrir daos. Es cuando escogemos el material abrasivo adecuado
cuando vamos a conseguir un resultado final ideal en el producto
acabado. 5. Tipos de abrasivos Comnmente se utilizan dos tipos de
abrasivos para dar acabados generales a los materiales de dureza
baja a mediana, usndose en los casos de alta a extrema dureza
abrasivos especficos para estos trabajos. Se describen a
continuacin cuatro sustancias que son empleadas mayormente. 6.
Alundum Es el corindn artificial, compuesto principalmente por
oxido de aluminio (almina; 2 3 ) tambin se le conoce como orund. Se
obtiene en hornos elctricos a temperaturas que rondan los 2000 C,
usando bauxita; componente principal para la obtencin del aluminio.
Su dureza en la escala de Mohs es de 9.25; esta caracterstica lo
hace un gran abrasivo. Usado normalmente para materiales con cargas
de rupturas mayores a 35 (350 MPa). Debido a que posee una mayor
tenacidad que el carborundum es utilizado para el rectificado de
cualquier tipo de aceros. 7. Carborundo (SiC) El carburo de silicio
o carborundum es usado normalmente para trabajar materiales con una
carga de ruptura menor a 35 daN/mm2 (350MPa). Este material no es
usado para el rectificado de aceros, aun presentando una dureza
superior al alumdum. Es su tenacidad, lo que evita que los granos
se rompan, recuperando la capacidad de corte, por otra parte si se
ven redondeados por la friccin, lo que ocasiona los problemas antes
mencionados. 8. Diamante natural o sinterizado Debido a su extrema
dureza es utilizado para trabajar materiales extremadamente duros o
para lograr acabados excepcionales. A menudo se utiliza en joyera
mediante la aplicacin de resinas que ya llevan incorporado el
diamante, a la vez que conlleva distintos grados de diamante; desde
el 600 y 1200 para pulidos normales, pasando por medias como 1400
para pulidos muy buenos, hasta los 100000 para pulidos
extraordinarios. Adems existen pastas y resinas de diamantes que se
emplean en el mismo proceso en los diferentes grits. 9. Nitruro de
boro cbico (CBN) Al igual que el diamante presenta una dureza
elevada, as como elevada tenacidad apropiada para rectificados poco
convencionales Posee una alta resistencia al calor, lo que le
permite usarse a elevadas velocidades de corte. Los compuestos
cermicos modernos de CBN que lo contienen en un 40% hasta 60 %,
contienen un cermico que lo protege del deterioro qumico, as como
otras con un aglutinante metlico que le ayuda a mejorar su
tenacidad. 10. Usos CB7015 Calidad CBN con recubrimiento PVD con
aglutinante cermico para torneado continuo y cortes intermitentes
ligeros enaceros templados. CB7025 Calidad CBN con aglutinante
cermico para cortes intermitentes y alta exigencia de tenacidad
para tornear aceros templados. CB7050 Calidad de alto contenido CBN
con aglutinante metlico para cortes intermitentes pesados en aceros
templados y para acabado de fundicin gris. Con recubrimiento
PVD.Las propiedades del CBN hacen que sea un material ideal para el
torneado en acabados de aceros templados con una dureza superior a
45 Hrc, mientras que por encima de los 55Hnc el CBN es el nico
material que puede sustituir a los mtodos tradicionales de
rectificado. 11. Otros materiales algunos materiales abrasivos ms
comunes para el lijado son: -Arena de slice: actualmente ya casi no
se usa, pero fue uno de los tipos bsicos de material abrasivo en
los procesos de lijado. -Granada (Garnet Sand): la arena de granada
es muy usada en los trabajos de madera y para suministrar un
acabado de alta calidad para mobiliario y pequeas piezas de madera.
-Esmeril: compuestos por una mezcla de minerales que lo convierten
en un abrasivo muy potente. Estas sustancias son usadas casi
exclusivamente para el lijado, siendo muy apropiadas para lijar
piezas de metal. 12. -Carbeto de Silceo (Silicon Carbide): uno de
los materiales abrasivos ms variables. Puede ser encontrado en
granulado bastante grueso. Es muy utilizado en aplicaciones en
hmedo. -xido de Aluminio: Adecuado tanto para el lijado de madera
como de metales. Tambin se encuentra en granulado bastante grueso,
incluso en micro-granulado. -Cermica de xido de Aluminio: conocido
con el nombre comercial de Cubitrn, que es una marca registra de la
compaa 3M. Se usa en abrasivos de cobertura o en soporte. Es un
abrasivo muy poderoso creado para resistir el uso continuo. 13.
sandblast significa "chorro de arena" o "arenado" y consiste en un
sistema de lanzamiento de materiales abrasivos con aire a presin
sobre cualquier superficie rgida, para remover oxido, escama de
laminacin, pintura vieja, cualquier tipo de recubrimiento de las
superficies preparndolas para la aplicacin de un recubrimiento. As
mismo para uso artstico en vidrio, madera, acrlico, cermica, etc.
Limpieza de barcos, puentes, estructuras. Principales abrasivos,
son: Arena silica, Oxido de Aluminio, Carburo de silicio,
Bicarbonato de Sodio, Perla de vidrio, entre otros.Entre los
principales usos y aplicaciones mas comunes del Sand Blast estn:
Dar acabados en madera, acero, resina y plstico. Limpieza de muros
de ladrillo y piedra. Remocin de grafitis. Limpieza de estructuras
metlicas. Preparacin de superficies para aplicacin de
recubrimientos. Quitar pintura y otros acabados. Remover oxidacin e
impurezas. Esmerilar vidrio y acrlico. Matizar metales no ferrosos.
Pulir materiales opacos. Limpiar moldes permanentes para fundicin.
Limpiar impurezas de soldadura. Limpieza de maquinaria. Trabajos
artsticos y hobbies. 14. Propiedades Las propiedades de las
sustancias son fundamentales para poder elegir el abrasivo adecuado
para trabajar un sustrato determinado. Se han de considerar las
siguientes propiedades. 15. Dureza Propiedad que se denomina como
la resistencia de un material a ser penetrado por otro material en
una escala de valores entre 1 y 10 llamada Escala de Mohs, donde el
valor ms alto lo comprende el diamante. El abrasivo que se ha de
emplear, debe ser ms duro que el que se ha de trabajar, esto con el
fin de remover una capa superficial de el material sin sufrir un
desgaste excesivo. A continuacin las escalas de durezas ms
empleadas. 16. Escala de Mohs Mohs eligi diez minerales, a los que
asign un determinado nmero equiparable a su grado de dureza,
estableciendo as una escala creciente. Empez por el talco, que
recibi el nmero 1, y termin con el diamante, al que asign el nmero
10. Cada mineral raya a los que tienen asignado un nmero inferior a
l, y lo rayan aqullos que tienen un nmero superior al suyo. Esta
tcnica es an utilizada en geologa debido a su sencillez para
determinar la dureza mediante mtodos simples. 17. Tabla de dureza
de Mohs DurezaMineralSe raya con / raya a1TalcoSe puede rayar
fcilmente con la ua
Mg3Si4O10(OH)22Yeso3Calcita4Fluorita5Apatita6Ortoclasa7Cuarzo8TopacioRayado
por herramientas de carburo Al2SiO4(OH-,F-)2 de
wolframio9CorindnRayado por herramientas de carburo Al2O3 de
silicio10DiamanteEl ms duro, no se altera con nada excepto con otro
diamante.Se puede rayar con la ua con ms dificultad Se puede rayar
con una moneda de cobre Se puede rayar con un cuchillo de acero Se
puede rayar difcilmente con un cuchillo Se puede rayar con una lija
para el acero Raya el vidrioComposicin qumicaCaSO42H2O CaCO3 CaF2
Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)l KAlSi3O8 SiO2C 18. Dureza Rockwell El ensayo
de dureza Rockwell es un mtodo para determinar la resistencia de un
material a ser penetrado. Se utilizan diferentes escalas, as como
diferentes cargas y penetradores, siendo los ms comunes esferas de
acero templado y pulido o puntas de diamante con un ngulo bien
definido, el cual se utiliza para los materiales ms duros. 19.
Prueba de dureza El ensayo consiste en disponer un material con una
superficie plana en la base de la mquina. Se le aplica una precarga
menor de 10 kg, bsicamente para eliminar la deformacin elstica y
obtener un resultado mucho ms preciso. Luego se le aplica durante
unos 15 segundos un esfuerzo que vara desde 60 a 150 kgf a
compresin. Se desaplica la carga y mediante un durmetro Rockwell se
obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual
vara de forma proporcional con el tipo de material que se utilice.
Tambin se puede encontrar la profundidad de la penetracin con los
valores obtenidos del durmetro si se conoce el material. 20. Escala
de Rosiwal La escala de Rosiwal debe su nombre al ilustre gelogo
austriaco Augusto Karl Rosiwal. La escala Rosiwal basa su medicin
en valores absolutos, a diferencia de la escala de Mohs cuyos
valores son relativos, y cuyo inters queda til en la investigacin
de campo (in situ). Mide en escalas absoluta la dureza de los
minerales, se expresa como la resistencia a la abrasin medidas en
pruebas de laboratorio y tomando como base el corindn con un valor
de 1000. 21. Tabla de valores Rosiwal Valor MOHSValor
ROSIWALDurezaMineral110100Composicin qumica1000 10000 100000
10000001Talco### #2Yeso### ### ##CaSO42H2OCalcita### ### ####
##CaCO3Fluorita### ### #### ##CaF25Apatito### ### ####
###Ca5(PO4)3(OH,Cl,F)6Ortoclasa### ### #### ### #### #Cuarzo### ###
#### ### #### ### #### ### # ### ### #### ### # ### ### #### ### #
### ###
#3478Topacio9CorindnMg3Si4O10(OH)2KAlSi3O8#SiO2###Al2SiO4(OH,F)2###
### #Al2O3 22. Escala de Knoop El test de dureza de Knoop es una
prueba de micro dureza, un examen realizado para determinar la
dureza mecnica especialmente de materiales muy quebradizos o lminas
finas, donde solo se pueden hacer hendiduras pequeas para realizar
la prueba. El test consiste en presionar en un punto con un
diamante piramidal sobre la superficie pulida del material a probar
con una fuerza conocida, para un tiempo de empuje determinado, y la
hendidura resultante se mide usando un microscopio. La prueba fue
desarrollada por Frederick Knoop y sus colegas del National Bureau
of Standards (actualmente el NIST) de EE. UU. en 1939, y fue
definido por el estndar de la ASTM D1474. 23. Valores de dureza en
la escala Knoop para diferentes materiales y abrasivos Vidrio
comn300-500Carburo de titanio1800-3200Acero templado700-1300Carburo
de silicio2100-3000carburo de tungsteno1800-2400Carburo de
boro*2800Oxido de aluminio*2000-3000Nitruro cbico de
boro*4000-5000Nitruro de titanio2000Diamante*7000-8000 24.
Resistencia al desgaste Debido al rose continuo entre pieza y
abrasivo la resistencia al desgaste se vuelve un factor importante,
puesto que la friccin se ve convertida en un aumento en la cantidad
de calor, lo que puede significar una potencial alteracin a la
integridad fsica, dimensional y micro-estructural de la pieza. 25.
Friabilidad Se entiende como un factor del material para formar
nuevas aristas una vez que se ha roto, se puede entender como una
ventaja para que el mismo pueda seguir funcionando en excelentes
condiciones. 26. Tenacidad Se puede entender como una capacidad del
material para resistir la rotura y la deformacin. Tambin es la
capacidad de absorber la energa antes de romperse, en otras
palabras, es la resistencia a la fragmentacin del grano. 27.
Capacidad de corte Las incisiones que realice el abrasivo sobre la
superficie depende de lo afiladas que estn las aristas del grano,
as mismo como de la velocidad del trabajo, la dureza del disco y de
un haz de factores que influyen en la capacidad de corte de un
material. 28. Constitucin y fabricacin Generalmente, los abrasivos
estn dispuestos de tal manera que se les permita realizar la funcin
determinada, de modo que se colocan los diferentes materiales que
conforman un abrasivo dispuestos en diferentes capas. No son
materiales fciles de fabricar, puesto que se requieren diferentes
materiales que cumplen una funcin determinada. 29. Soporte El
soporte es la base sobrela cual se ha de aplicar el abrasivo, puede
ser papel, film plstico, telas o fibras. Habitualmente se utilizan
papeles, siendo la gama desde el tipo A para trabajos que requieren
mayor flexibilidad y poca resistencia hasta los de tipo E en
operaciones de mayor desgaste. 30. El adhesivo El mineral debe
quedar sujeto al soporte y adems se deben fijar los granos entre s.
Se usan dos capas de adhesivo para ello. El adhesivo depende de la
aplicacin para la que se oriente el producto. As, adhesivos
naturales no se emplear en el lijado en hmedo, mientras que para
esos procesos se suele recomendar adhesivos formados a partir de
resinas sintticas de origen epoxdico o fenlico. Estas ltimas se
caracterizan por su gran resistencia al agua y su excelente poder
de adhesin. Los adhesivos sintticos son menos flexibles que los
naturales. Por eso en operaciones de acabado se suele recomendar
abrasivos con este tipo de adhesivo. 31. El mineral El mineral es
uno de los factores clave que definen el tipo de material que se
emplea, las cualidades de los minerales ms empleados se representan
en la tabla 2. El xido de aluminio es el ms extendido. Ana una gran
dureza (9,4 Escala Mohs), con una gran tenacidad y resistencia al
choque. Tiene tendencia a arromarse formando perfiles redondeados
que provocan rayas anchas y poco profundas y por eso se recomienda
su uso con materiales blandos. El Carburo de Silicio tiene una
dureza de 9,4, pero a diferencia del xido de aluminio su tenacidad
es muy baja, rompindose fcilmente y dando la formacin de nuevas
aristas que dan rayas estrechas y profundas. 32. Existen otros
minerales como el esmeril (que se usa cada vez menos), las mezclas
de xido de aluminio y zirconio o los nuevos materiales de origen
cermico que se emplean en procesos que requieran un gran arranque
de materia. En funcin de la aplicacin que se desee se puede elegir
un mineral u otro. La ltima capa en los productos abrasivos, la
capa antiembazante ha supuesto en los ltimos aos un gran avance. Se
trata de una fina capa de una sal organometlica de zinc (estereto
de zinc). Este recubrimiento acta como un lubricante slido que
minimiza el embazamiento del disco. En definitiva, la misin
principal de la capa de estereato de zinc es evitar el embazamiento
alargando la vida til del disco. 33. Factores que influyen en el
acabado Construccin SOPORTE; este condiciona el acabado, si es un
soporte rgido no se amoldar a la superficie, y ser el plato el que
marque la zona a lijar, en cambio si es flexible se amoldar ms
fcilmente. ADHESIVO; este se usa dependiendo del tipo de tratado,
mientras que los adhesivos sintticos se usan para lijados al agua o
en seco, los naturales solo se usan en seco y suelen emplearse solo
para acabados. TAMAO DE MINERAL; se usan para trabajos que
requieran arranque de materia se recomiendan granos de numeracin
baja (gruesos) mientras que si es para un acabado fino o de
matizado se recomiendan granos finos. DISPOCISIN DEL MATERIAL; al
igual que el tamao condiciona el acabado, la disposicin del grano
es de suma importancia; abrasivos con disposicin abierta de grano
han de ser empleados para trabajos que requieran de desbaste,
mientras que los de grano cerrado se usan ms para acabados finales.
34. Factores que influyen en el acabado empleo VELOCIDAD; es un
factor importante, pues si aumenta la velocidad de trabajo,
aumentar la velocidad de corte, aunque no es recomendable si se
quiere alargar la vida til del material, as como evitar rugosidades
demasiado elevadas. PRESIN; puede aumentar la capacidad de corte
aunque ms bien es la velocidad el factor determinante. Un trabajo a
altas presiones solo consigue reducir la vida til del material.
PLATOS; la dureza del plato est relacionada con la capacidad de
corte a la vez de la rugosidad de la superficie 35. Fibras
Materiales que se caracterizan por el uso de fibras sintticas
(nylon) entrelazadas, en las que se aade un adhesivo el cual las
une con el mineral. Por ser un material de grano abierto mejora la
ventilacin reduciendo el embasamiento, tambin presenta una gran
flexibilidad que le permite adaptarse a la superficie sin penetrar
de ms en ella. Mayormente se emplean a mano, aunque tambin existen
discos para su uso a mquina. Generalmente se utilizan en acabados
ya con agua o con un gel matizante. 36. Otros tipos de abrasivos
tridimensionales Cepillos de pas; Su principal ventaja es que
quitanpintura y recubrimientos sin embazarse, adaptndose fcilmente
a la superficie y sin daar la chapa. Discos de baja abrasin; Su
principal ventaja es que quitan pintura y recubrimientos sin
embazarse, adaptndose fcilmente a la superficie y sin daar la
chapa. Esponjas abrasivas; Las esponjas abrasivas son especialmente
tiles para el lijado manual en seco de zonas de difcil acceso 37.
Abrasivos estructurados Consiste en la colocacin demineral abrasivo
sobre la superficie de un disco almohadillado, con la peculiaridad
de que el mineral se sita en forma de diminutas estructuras
piramidales; su fabricacin ha sido posible gracias a una novedosa
tcnica de fabricacin denominada micro-replicacin que permite la
formacin de diminutas estructuras sobre una superficie dotando a
esta superficie de nuevas propiedades y aplicaciones. 38.
Caractersticas principales En este tipo de estructurasse consigue
un comportamiento en el lijado extremadamente homogneo, dando un
acabado libre de marcas circulares. El desgaste uniforme de este
material debido a una deposicin homognea y progresiva se traduce en
una vida til extremadamente larga Las ventajas ms claras deestos
productos son: -Rpido matizado, ahorro considerable de tiempo.
-Lijado muy homogneo, no quedan marcas circulares. -Reduccin de
araazos anteriores, reduccin de tiempos de pulido. -Desgaste
homogneo de la superficie, desgaste del disco lento. 39. Desgaste
progresivo de las pirmides de discos Trizact. A medida que aumenta
el desgaste aparece ms abrasivo (zona amarilla). 40. Microabrasivos
Se presentan imperfecciones en las capas superficiales que pueden
traducirse como defectos en la refraccin de luz, la aparicin de
zonas veladas y sin brillo porque la luz no se refleja de forma
homognea. Microabrasivos convencionales Los microabrasivos
convencionales son aquellos abrasivos de pequeo tamao que se
presentan soportados sobre una superficie de papel muy fina o sobre
una pieza de plstico en forma de film muy flexible. Microabrasivos
en pasta (pulimentos) El material abrasivo tambin puede presentarse
en una suspensin de aceites minerales, disolventes y agua, formando
una especie de gel con la que se pueden reducir las marcas
derivadas del uso de abrasivos convencionales para la retirada de
defectos
