materiales ferrosos

Materiales aeronáuticos

1.1 MATERIALES FERROSOS

¿Qué es un material?

¿ Que es un material Ferroso?

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES


Agua

Amoniaco

Dióxido de azufre

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://4.bp.blogspot.com/_IUgAZMnuHzc/SRNH0aRZcQI/AAAAAAAAAUA/3oBPIwVL9aI/s320/molecula+de+agua.png&imgrefurl=http://luisluna1.blogspot.com/2008/11/agua-vida.html&usg=__wSaX_1lAg4L5OPKeamPoDFYyiro=&h=313&w=258&sz=25&hl=es&start=13&um=1&tbnid=3oaIYcn_VF3KRM:&tbnh=117&tbnw=96&prev=/images?q=molecula+de+agua&hl=es&rls=p,com.microsoft:es-mx:IE-SearchBox&rlz=1I7ADBR_es&um=1

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.windows.ucar.edu/physical_science/chemistry/nh3_molecule_sm.gif&imgrefurl=http://www.windows.ucar.edu/physical_science/chemistry/ammonia.sp.html&usg=__vrptDN3eXEi1AT90uWfnzNcq8To=&h=216&w=288&sz=13&hl=es&start=1&um=1&tbnid=tVfnFiOezFC8jM:&tbnh=86&tbnw=115&prev=/images?q=molecula+de+amoniaco&hl=es&rls=p,com.microsoft:es-mx:IE-SearchBox&rlz=1I7ADBR_es&um=1

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.windows.ucar.edu/physical_science/chemistry/so2_molecule_big.gif&imgrefurl=http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/physical_science/chemistry/so2_molecule_big_gif_image.sp.html&edu=elem&usg=__dR3npO16iFyGCV4OxatB3-3GHd4=&h=400&w=720&sz=27&hl=es&start=1&um=1&tbnid=GMVOJTCYemwdFM:&tbnh=78&tbnw=140&prev=/images?q=molecula+de+dioxido+de+azufre&hl=es&rls=p,com.microsoft:es-mx:IE-SearchBox&rlz=1I7ADBR_es&um=1


1.1 MATERIALES

¿Qué es un material?Es una sustancia conformada por átomos ó moléculas

Los materiales solamente conformados por átomos se llaman elementosLos materiales conformados por moléculas se llaman compuestos.





1.1 MATERIALES FERROSOS

Todos los materiales que contienen como base el elemento hierro(fierro) se les llama “MATERIALES FERROSOS”.

1.1.1 HIERROS¿Qué es el Hierro (Fierro)?El hierro (Elemento) , Material que contiene en su núcleo 26 protones.

¿Qué es una aleación?Es un compuesto de 2 o mas elementos combinados


1.1.1 ALEACIONES DE HIERRO

En la industria aeronáutica se emplean varios tipos de aleaciones.Una de estas muy importante es la que se compone de los elementos Fierro y Carbono.En cantidades especificas.Estas cantidades definen las propiedades de la aleación resultante.



Para realizar una aleación con metales estos deben fundirse y mezclarse en cantidades determinadasPara fundir un metal hay que elevar la temperatura hasta alcanzar su punto de fusiónDespués se disminuye la temperatura pasando por diversas fases hasta estabilizarse



Si a una muestra de hierro agregamos 6.67% de carbono obtenemos una aleación muy usada en la industria llamada Hierro Fundido.Si a la muestra de hierro le reducimos el porcentaje de hierro hasta un poco mas de 2% seguirá siendo Hierro fundido.Pero cuando llegamos a 2% la aleación presenta ciertas características que la hacen muy especial dentro de todas las aleaciones , a la cual se le da el nombre de ACERO.



1.1.1 ALEACIONES DE ACERO

Una vez que conocemos que es un acero, a este podemos agregarle otros elementos para formar aleaciones con diferentes característicasEstos elementos de aleación por lo regular son metales, los mas usualmente usados son:Aluminio, cromo, cobalto, magnesio, molibdeno, níquelEstas aleaciones se utilizan en la construcción de motores reactores para aeronaves


1.1.2 ALEACIONES DE ACERO USADAS EN LAS AERONAVESActividadFormar equipos de 4 personas c/equipo.De acuerdo a la tabla siguiente identificar que tipo de material utilizarías para diseñar una aeronave, dibuja el croquis de la aeronave y explica ¿porqué ? utilizaste ese material



1.1.3 PROPIEDADES DE LAS ALEACIONESLos materiales poseen una gran cantidad de propiedades que los hacen útiles para la fabricación de elementos que utilizamos en nuestra vida diaria.Algunas de las mas importantes son las siguientes:


Resistencia Mecánica: Es la oposición al cambio de forma y a las fuerzas externas que se pueden presentar como compresión, cizalle, flexión, torsión, tensión.


Resistencia Mecánica:


F L E X I Ó N

T E N S I Ó N

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:StabilityKip.svg



Resistencia Mecánica:


C I Z A L L A M I E N T O

T O R S I Ó N

1.1.3 PROPIEDADES DE LAS ALEACIONES

Fragilidad: es la propiedad que expresa falta de plasticidad, los metales frágiles se rompen cuando se sobrepasa la carga del limite elástico.Tenacidad: se define como la resistencia a la rotura por esfuerzos que deforman el metal; por lo tanto un metal es tenaz si posee cierta capacidad de dilatación. Dureza: Es la oposición que ofrece un cuerpo a ser rayado por otro.


Ductilidad: Es la capacidad que tienen los materiales para sufrir deformaciones a tracción relativamente alta, hasta llegar al punto de fracturaElasticidad: Es la capacidad de un cuerpo para recobrar su forma al dejar de actuar la fuerza que los ha deformadoPlasticidad: es la capacidad de deformación de un metal sin que llegue a romperse, si la deformación se produce por alargamiento se llama ductilidad y por compresión, maleabilidad.


1.1.3 PROPIEDADES DE LAS ALEACIONESTarea1. Define 3 de las propiedades generales de

una aleación.2. Ilustrar cada una de las propiedades de los

materiales mencionadas en este tema.3. Elige una aleación e investiga sus

propiedades.

Entregar la próxima clase.


1.1.4 TRATAMIENTOS TERMICOSSe conoce como tratamiento térmico al proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámico.


http://es.wikipedia.org/wiki/Metales

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Elasticidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n

1.1.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS


1.1.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOSLos tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición química son:TempleRevenidoRecocidoNormalizado


http://es.wikipedia.org/wiki/Templado_del_acero

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Revenido&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Recocido&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Normalizado

1.1.4 TRATAMIENTOS TERMICOS

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.


http://es.wikipedia.org/wiki/Templado_del_acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

1.1.4 TRATAMIENTOS TERMICOS

Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Revenido&action=edit&redlink=1


Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la dureza que produce el trabajo en frío y las tensiones interna.


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Recocido&action=edit&redlink=1


Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.


http://es.wikipedia.org/wiki/Normalizado

1.1.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOSCuestionario1. Lista los tratamientos térmicos que

se le aplican al acero.2. Describe el proceso de templado.3. Para que sirve un recocido.


1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLESHasta ahora hemos identificado las propiedades que deben tener los materiales y en específico los acerosPero debemos verificar que estos aceros cumplan con las propiedades que hemos definidoPara esto se realizan pruebas mecánicas como las siguientes:

Ensayo de durezaEnsayo de tensiónEnsayo de doblezEnsayo de impactoEnsayos de fatiga


1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES

Ensayo de dureza



Ensayo de durezaLa siguiente figura nos indica como tomar la dureza de un material



Ensayo de dureza



Ensayo de durezaLas siguientes figuras nos muestran el equipo utilizado para tomar la dureza de un material.



La dureza Brinell


1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLESLa dureza Rockwell.


1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLESLa dureza Vickers


1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLESComparación de las durezas



Ensayos de tensiónPara determinar los esfuerzos que un material puede soportar se realiza la prueba de tensión


1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLESEnsayos de tensión


1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLESEnsayos de doblez



Ensayos de Doblez


1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLESEnsayos de impacto






1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLESEnsayos de fatiga



Cuestionario1. Lista las pruebas mecánicas que se

aplican a los materiales y en específico a los aceros.

2. Describe la prueba de dureza.3. Que prueba se utiliza para

determinar la resistencia de fractura de un material.


1.2 Materiales no ferrososLos materiales no ferrosos son aquellos que no contienen hierro1.2.1 Aleaciones no ferrosasLas exigencias actuales obligan a utilizar elementos metálicos cuyas características no siempre son satisfechas por las aleaciones férreas.


1.2 Materiales no ferrosos

Con frecuencia se exige de los metales

Buena resistencia a la corrosión. Elevada conductividad térmica o eléctrica. Poco peso y gran resistencia mecánica. Alta resistencia al desgaste.




Clasificación:PesadosSu densidad es igual o mayor de 5kg/dm cúbico . Tales como: Estaño, Cobre, Zinc, Plomo, Níquel, Wolframio y Cobalto.

LigerosSu densidad está comprendida entre 2 y 5kg/dm cúbico. Tales como: Aluminio y Titanio.

UltraligerosSu densidad es menor de 2kg/dm cúbico. Tales como: Magnesio y Berilio.

http://www.ecured.cu/index.php/Densidad

http://www.ecured.cu/index.php/Wolframio

http://www.ecured.cu/index.php/Cobalto

http://www.ecured.cu/index.php/Titanio

http://www.ecured.cu/index.php/Berilio


1.2.1 Aleaciones no ferrosas

Aluminio y MagnesioEl aluminio y el magnesio son metales ligeros. Por ese motivo se usan frecuentemente en la aeronáutica, el aluminio se encuentra generalmente en la tierra mientras que el magnesio se encuentra principalmente en el fondo del mar y por lo mismo es difícil de extraer.


Magnesio

http://www.ecured.cu/index.php/Archivo:Metal_magnesio.jpg


El Magnesio es un material que se caracteriza por ser el más ligero de los metales estructurales, pero tiende a oxidarse fácilmente y es altamente inflamable.



1.2.1 Aleaciones no ferrosasALUMINIO: Es un metal blando, de color blanco y se usa cuando se necesita un metal ligero y anticorrosivo. El aluminio suele tener aleación de otros metales para aumentar su resistencia y rigidez. Se usa mucho en la construcción de aviones porque pesa la tercera parte del acero.



% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Zr + Bi

Otros Al

Min 3.80 0.30 1.20Max 0.50 0.50 4.90 0.90 1.80 0.10 0.25 0.15 0.20 0.15 Rest

o

ALUMINIO 2024USOS MÁS FRECUENTESIndustria aeroespacial, remaches, productos de ferretería, partes roscadas y otras aplicaciones estructurales.

COMPOSICIÓN QUIMICA EN %

PROPIEDADES MECANICASDureza Brinell: 120


Densidad [gr/cm3] 2.77Coef. De dilatación (0 a

100ºC) [ºC-¹ x 10⁶]22.9

Rango de fusión ºC]

500 – 638

Conductividad Térmica (0 a100 ºC) [W/m ºC]

Temple T3: 120

Modulo de elasticidad

[MPa]73000 Resistividad a 20 ºC[μΩ cm] Temple T3: 5.7

Coeficiente de Poisson

0.33 Calor especifico (0 a 100ºC) 920

ALUMINIO 2024PROPIEDADES FÍSICAS

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

Proceso Clasificación Proceso ClasificaciónSoldabilidad:

Electrón BeamGas Inerte (TIG o MIG)

Por resistenciaBrazing

BD

AB

Maquinabilidad (Temple T3):

Corte de viruta

Brillo de sup. Mecanizada

B

B

Embutido ProfundoRecocidoSemi duro

Duro

Resistencia a la corrosión

Agentes atmosféricos

Ambiente marino

C

D

RepujadoTemple 0

AnodizadoProtecciónBrillante

Duro

CBC

Clasificación: (A) Muy buena(B) Buena (C) Aceptable (D) Pobre o No

Recomendado


% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Otros AlMin 0.40 0.15 0.80 0.04Max 0.80 0.70 0.40 0.15 1.20 0.35 0.25 0.15 0.15 Rest

o

ALUMINIO 6061USOS MÁS FRECUENTESIndustria aeroespacial, remaches, productos de ferretería, partes roscadas y otras aplicaciones estructurales. Componentes de chapa conformada y/o soldada, piezas mecánicas, industria del plástico, camiones, torres, canoas, vagones, muebles, cañerías y otras aplicaciones estructurales donde se requiera soldabilidad y resistencia a la corrosión y mecánica.

COMPOSICIÓN QUIMICA EN %

PROPIEDADES MECANICASDureza Brinell: 65



100ºC) [ºC-¹ x 10⁶]23.6


575 – 650

Conductividad Térmica (0 a100 ºC) [W/m ºC]

Temple T6: 167










AB

BB


Corte de viruta


C

A


Duro



Ambiente marino

A

B

Repujado Temple 0


Duro

ACA

Clasificación: (A) Muy buena(B) Buena (C) Aceptable (D) Pobre o No

Recomendado


% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Otros AlMin 0.20 0.45Max 0.60 0.35 0.10 0.10 0.90 0.10 0.10 0.1

00.15 Rest

o

ALUMINIO 6063USOS MÁS FRECUENTESIndustria aeroespacial, remaches, productos de ferretería, partes roscadas y otras aplicaciones estructurales. COMPOSICIÓN QUIMICA EN %

PROPIEDADES MECANICAS

Producto Temple Dureza Brinell

Barras T0 25

T1 42

T4

T5 60

T6 73



100ºC) [ºC-¹ x 10⁶]23.4


615 - 655Conductividad Térmica (0

a100 ºC) [W/m ºC]Temple T6: 201










AA

AA


Corte de viruta


B

A


Duro



Ambiente marino

A

A

RepujadoTemple 0


Duro

ACA

Clasificación: (A) Muy buena (B) Buena(C) Aceptable(D) Pobre o No Recomendado


CobreEs un metal de color rojo, muy maleable dúctil el estado de alta pureza, posee una elevada conductividad térmica y eléctrica, el cobre en condiciones en los atmosféricas normales es bastante resistente a la corrosión, pero cuando la temperatura es húmeda se descubre con una capa verde jade platina o cardenillo que los protege de ulteriores ataques.Gracias a su alta conductividad eléctrica, Ductilidad y Maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

http://www.ecured.cu/index.php?title=Conductividad_t%C3%A9rmica&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php/Ductilidad

http://www.ecured.cu/index.php?title=Maleabilidad&action=edit&redlink=1



CobrePropiedadesElevada conductividad del calor y electricidad, resistente a la corrosión, dúctil y maleable.El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades, como son su elevada conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad.



NíquelEl níquel es un metal blanco ligeramente pálido y brillante, es duro y muy tenaz cuando contiene una pequeña cantidad del Carbono, se vuelve maleable dejándose laminar, pequeños porcentajes de magnesio, en muy resistente a la corrosión atmosférica, y aliado a hierro le imparte gran resistencia a la oxidación.

http://www.ecured.cu/index.php/Carbono


NíquelSe utiliza como protección para el acero en elementos de turbinas. La mayor parte del níquel se usa para fabricar acero inoxidable.Además puede combinarse con otros elementos, como por ejemplo Cloro, Azufre y Oxígeno para formar compuestos de níquel.

http://www.ecured.cu/index.php/Cloro

http://www.ecured.cu/index.php/Azufre

http://www.ecured.cu/index.php/Ox%C3%ADgeno


NíquelMuchos compuestos de níquel se disuelven fácilmente en agua y son de color verde. Los compuestos de níquel se usan en niquelado, para colorear cerámicas, para fabricar baterías y como catalizadores, que son sustancias que aceleran las reacciones químicas.


Níquel






NIQUEL: Es un metal muy duro y resistente a la corrosión. Se utiliza como protección para el acero en elementos de turbinas, aumenta la resistencia y tenacidad




CROMO: es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy resistente frente a la corrosión


http://es.wikipedia.org/wiki/Metal_de_transici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n



COBALTO: El cobalto es un metal duro ferromagnético de color blanco azulado utilizado principalmente en aleación con aceros




MOLIBDENO: El molibdeno es un metal de transición. Este metal puro es de color blanco plateado y muy duro; además, tiene uno de los puntos de fusión más altos de entre todos los elementos.



http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico



MANGANESO: El manganeso es un metal de transición blanco grisáceo, parecido al hierro. Es un metal duro y muy frágil, refractario y fácilmente oxidable. El manganeso metal puede serferromagnético, pero sólo después de sufrir un tratamiento especial



http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismo



Estos elementos se combinan para formar aleaciones que se utilizan en la construcción de elementos en la industria aeronauticaAcero – Cromo: Esta aleación conocida como acero inoxidable se utiliza para fabricar



En aleaciones, por ejemplo, el acero inoxidable es aquel que contiene más de un 12% en cromo.Cobalto Aleaciones entre las que cabe señalar superaleaciones usadas en turbinas de gas de aviación, aleaciones resistentes a la corrosión,


http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_inoxidable

http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Superaleaci%C3%B3n&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbinas_de_gas

http://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n

SÚPER-ALEACIONES O SUPERALLOYSLos súper-aleaciones o superalloys de alto funcionamiento tienen una fuerza mecánica excelente y una resistencia al deslizamiento en temperaturas altas, buena estabilidad en la superficie, resistencia a la corrosión y a la oxidación. Típicamente tienen una estructura austenitica de cristales cúbicos de caratula centrada y su base es de aleaciones que contienen elementos como níquel, cobalto, o níquel-hierro. El desarrollo de las súper-aleaciones han sido principalmente enfocadas en la industria aeroespacial y eléctrica.Las súper-aleaciones resistentes a la corrosión son ampliamente usadas en ambientes extremos, donde una gran resistencia al calor y a la corrosión son muy importantes para la integridad del producto final. Los superalloys o súper-aleaciones son ampliamente usadas en procesos químicos y petroquímicos, plantas eléctricas, e industrias de gas y petroleo.Muchas de las súper-aleaciones industriales con base en níquel contienen elementos aleados que incluyen Cromo (Cr), Aluminio (Al), Titanio (Ti), molibdeno (Mo), Tungsteno (W), Niobio (Nb), Tantalio (Ta), y Cobalto (Co).Superaleaciones o Superalloys A.K.A., aleaciones de gran funcionamiento, han llegado a ser la opción de acero para resistencia a la corrosión y de gran versatilidad.Disponibilidad de las Súper-aleaciones.Mega Mex le ofrece la mayoría de las súper-aleaciones en presentaciones como placa, lámina, barra, tubo, “tubing” (con costura y sin costura), alambre y conexiones.¿Cuáles aleaciones de níquel son Súper-aleaciones?Aleación C-276, también conocida como Hastelloy C-276 marca registrada.Aleación X, también conocida como Hastelloy X o Inconel HX marcas registradas.Aleación 718, también conocida como Inconel 718 marca registrada.Aleación 20.¿En cuáles aplicaciones son usadas las Súper-aleaciones?Industria aeroespacial.– Cuchillas de las turbinas y motor de Cohetes.Industria marina– SubmarinosIndustria de Procesos químicos.Reactores Nucleares.Tubos de intercambiadores de calor.Turbinas de gas industrial.¿Cuáles son las características de las Superaleaciones?Excelente fuerza mecánica y resistencia al deslizamiento en altas temperaturas.Buena estabilidad en la superficie.Resistencia a la corrosión y a la oxidación.Curiosidades de las súper-aleacionesEl término “súper-aleaciones” fue usado poco después de la segunda guerra mundial, para describir un grupo de aleaciones desarrolladas para uso en turbocompresores y turbinas de motor de aviones que requerian un alto funcionamiento a elevadas temperaturas.

http://www.megamex.com/span/hastelloy-c-276-c276-nickel-alloy.htm

http://www.megamex.com/span/hastelloy_x.htm

http://www.megamex.com/span/inconel_718.html

http://www.megamex.com/span/Alloy-20.html

Fin del primer Capítulo

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