Integrantes:

• Paucar Mallqui , Walter• Perez Masape, Alexander• Pezo Torres, William

• Sulluchuco Quispe, Cinthya• Terán Morante, Vicky

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

MATERIALES DE INGENIERIA

MATERIALES FERROSOS Y NO FERROSOS

Profesor: Abel Inga Díaz2016

INTRODUCCIÓNSe definen los metales como materiales formados por elementos químicos metálicos. Estos elementos se caracterizan por estar formados por átomos unidos por enlaces metálicos, los cuales aportan una decisiva influencia en sus propiedades. En virtud de la nube de electrones que es compartida por un cierto número de iones metálicos, los materiales metálicos permiten el desplazamiento relativo de unas capas de iones respecto a otras sin que se produzca rotura, lo que determina su plasticidad: una de las propiedades mecánicas más interesantes de los materiales en ingeniería, sin olvidar la conductividad eléctrica y térmica. Los metales los encontramos generalmente en la naturaleza combinados con otros elementos como son carbonatos, sulfatos, óxidos,… Al proceso de extracción del metal estudiando sus propiedades se le denomina metalurgia. Si nos concentramos en los proceso para la extracción del acero e hierro hablamos de siderurgia.                         

1.- OBJETIVO GENERAL: • Identificar mediante ensayos físicos las características de los diferentes tipos de materiales ferrosos y no ferrosos usados en la industria así como reconocerlos entre aquellos de similar apariencia.

  2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS: •Determinar cuál de estos elementos ferrosos es el más duro, pesado y más fácil de mecanizar•Distinguir las características de los diferentes metales, como ferrosos y no ferrosos.• Explicar el efecto de los diferentes elementos de aleación en las propiedades del acero•Determinar a cuales de los ensayos físicos los metales ferrosos son mecanizables y a cuales no lo son•Poder identificar a simple vista las características de los metales ferrosos y no ferrosos

OBJETIVOS

Los metales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos. Pudiendo también contener algunos elementos no metálicos. Los elementos metálicos pueden estar formando parte de compuestos organometálicos.

MATERIALES METÁLICOS

Poseen una estructura interna común Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio - tienen una alta densidad Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica Tienen considerable resistencia mecánica Suelen ser maleables Se pueden fundir, conformar y reciclar. Ejemplos de metales: Hierro, cobre, aluminio, níquel y titanio

Propiedades

Los materiales metálicos se clasifican en:

• MATERIALES FERROSOS: Son aquellos materiales que tienen al hierro como elemento principal en su composición.(Aceros y Hierros Fundidos)

• MATERIALES NO FERROSOS: Son aquellos materiales que NO tienen al hierro como elemento principal en su composición. (Aluminio y sus aleaciones, Cobre y sus aleaciones, Zinc y sus aleaciones, Magnesio y sus aleaciones, Níquel y sus aleaciones, etc.)

Clasificación

Se denominan metales ferrosos o férricos a aquellos que contienen hierro como elemento base; pueden llevar además pequeñas proporciones de otros. A pesar de todos los inconvenientes que presentan estos materiales (hierro, acero y fundiciones) por ser muy pesados, oxidarse con facilidad y ser difíciles de trabaja, entre otros, son uno de los más usados en la actualidad.

METALES FERROSOS

• Punto de fusión: aproximadamente 1500 ºC • Densidad alta (7,87 g/cm3 .)• Buen conductor del calor y la electricidad. • Se corroe y oxida con mucha facilidad.• Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado,

etc.). • Es un metal más bien blando.• Es un metal maleable de color gris plateado y presenta

propiedades magnéticas, es ferromagnética a temperatura ambiente y presión atmosférica.

• Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce por fisión debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón.

Características y Propiedades

Hierro industrial: cuando el contenido en carbono es menor al 0,03%.

Acero: Cuando el contenido en carbono está comprendido entre el 0’03 y el 1’67%.

Fundición: El porcentaje de carbono está comprendido entre el 1’67 y el 6’67%.

Tipos de metales ferrosos

El hierro con un contenido en carbono bajo (< 0,03 %) posee unas características mecánicas inadecuadas y, por ello, apenas se emplea industrialmente. Cuanto mayor sea el contenido en carbono de un acero, mayores serán su dureza y su resistencia a la tracción, pero su ductilidad disminuirá y se incrementará su fragilidad. Su densidad oscila entre 7,6 y 7,8 g/cm3 , y su punto de fusión varía entre 1.300 y 1.400 ºC.

En general, se puede decir que los aceros presentan las siguientes propiedades: • Son dúctiles y maleables. • Su resistencia mecánica, dureza y fragilidad se incrementan con el contenido en carbono. De acuerdo con ello, los aceros se pueden clasificar en: extradulces, muy dulces, dulces, semidulces, semiduros, duros, muy duros y extraduros. • La soldabilidad disminuye con el porcentaje en carbono. • Se oxidan fácilmente (salvo los aceros inoxidables).

HIERRO INDUSTRIAL

Es una aleación de hierro que tiene un contenido de carbono que varia entre 0.02% y 2.11% en peso.El acero se puede obtener añadiendo carbono al hierro, aunque industrialmente se procede de manera inversa; es decir, se extrae carbono de la fundición, ya que su contenido en ella -como consecuencia de los procesos de obtención en el alto horno- es muy elevado. Por regla general, además de hierro y carbono, en los aceros se encuentran presentes otros elementos que modifican notablemente sus propiedades. Así, se tiene:

• Aceros al carbono• Aceros aleados

ACEROS

El acero es una aleación de hierro que tiene un contenido de carbono que varía entre 0.02% y 2.11%, no contiene escoria y se puede moldear, laminar o forjar, generalmente también incluye otros elementos como el manganeso, cromo, níquel, etc. Pero es el contenido de carbono lo que realmente transforma el hierro en acero. El acero se clasifica de acuerdo con los elementos de aleación que contiene. Como el carbono es el elemento más importante, este también se clasifica por la cantidad que contiene.

Aceros al carbono

Entre los aceros podemos encontrar:

ACEROS AL BAJO CARBONO

Contienen menos del 0.20% y son los más utilizados. Se puede lograr el incremento en la resistencia por medio del trabajo en frio. Su micro estructura consiste en ferrita y perlita, cuenta con unas aleaciones bastante débiles, pero lo compensa con una ductilidad y tenacidad sobresaliente. Tal vez son los más populares ya que son los que tienen menor costo de producción. Son usados comúnmente para la elaboración de tuberías y componentes de automóviles.Se pueden encontrar en planchas, clavos, alambres , varillas, etc.

ACEROS AL MEDIO CARBONO

Su contenido de carbono varia de 0.20% a 0.50%, pueden tratarse térmicamente con templado y revenido, los aceros no aleados al carbono tienen baja capacidad de endurecimiento y solo pueden tratarsetérmicamente en secciones delgadas y con elevada rapidez de enfriamiento. Sus aplicaciones incluyen componentes de maquinaria y piezas de motores.

ACEROS AL ALTO CARBONO

Contienen carbono en cantidades superiores al 0.60%, son los aceros más duros, más resistentes y menos dúctiles de los aceros al carbono. A pesar del desgaste son capaces de mantener un filo cortante, los aceros para herramientas (Tool Steel) caen dentro de esta categoría. Se usa para la fabricación de resortes y hojas de corte.

Tienen agregados varios elementos en pequeñas cantidades para mejorar resistencia a la tensión, dureza, resistencia a la temperatura, resistencia a la corrosión y otras propiedades.Por ejemplo:Se agrega Cromo para mejorar la resistencia al desgaste, la tenacidad y la capacidad de endurecimiento.Se agrega Níquel para mejorar la resistencia sin perder ductilidad, y mejora también la capacidad de endurecimiento por cementación.La resistencia máxima a la tensión de los aceros aleados puede variar desde 80 hasta 300 Kpsi dependiendo de los elementos de aleación y del tratamiento térmico, a diferencia de los aceros al carbono que la resistencia oscila entre 60 a 150 Kpsi.

Aceros aleados

Tratamientos térmicosTemple

Definimos temple como el tratamiento térmico del acero en el que se le confiere mayor dureza y resistencia a la tracción y elasticidad, mediante un enfriamiento rápido con una velocidad mínima llamada "crítica" en un medio de enfriamiento, tras haberlo calentado a temperaturas superiores a la crítica. El templado del acero se realiza en tres escalones: calentamiento a temperatura de temple, detención a esta temperatura y enfriamiento rápido.El temple se consigue al alcanzar la temperatura de austenización y además que todos los cristales que componen la masa del acero se transformen en cristales de austenita, ya que es la única estructura constituyente del material que al ser enfriado rápidamente se transforma en martensita, estructura que da la máxima dureza a un acero hipoeutectoide. Los aceros inferiores a 0,3% de carbono no toman temple debido a que al ser enfriados rápidamente de la temperatura de austenización fijan estructuras no martensíticas como por ejemplo: Perlita y Ferrita. La temperatura de austenización es variable, dependiendo del porcentaje de carbono que contenga el acero.

RevenidoLos aceros, después del proceso de temple, suelen quedar frágiles para la mayoría de los usos al que van a ser destinados. Por esta razón, las piezas después del temple son sometidas casi siempre a un revenido (al conjunto de los dos tratamientos también se le denomina "bonificado").En general los fines que se consiguen con este tratamiento son los siguientes:

• Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de mínima fragilidad.

• Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan en el temple.

• La temperatura de revenido sobre las características mecánicas, esta varia con el tipo de acero y el empleo y tipo de solicitaciones que haya de soportar la pieza.

El austemplado, convierte la austenita en una estructura dura llamada bainita. En el austemplado el acero se templa en sales fundidas a una temperatura de entre 232°C y 426°C (450 y 800°F). Esta temperatura produce una estructura con el grado de tenacidad y ductilidad deseadas. Cuando se mantiene una temperatura constante durante un tiempo suficiente para completar la transformación de la austenita, la estructura resultante es bainita. La bainita es más tenaz que la martensita de revenido. Es menos probable que ocurran el agrietamiento y el alabeo porque el descenso de temperatura en el austemplado es menos severo que en el temple ordinario o en el martemplado.

Austempring o austemplado

CarburizadoEs un proceso usado para ciertos tipos de acero dúctil que aumenta la dureza de la superficie de 2 a 6 veces. Se conduce generalmente en una caja resistente al calor calentado la pieza a una temperatura de 900 ºC. Se puede efectuar este procedimiento con medios sólidos (carbón de madera con aditivos, baño de sales con cianuros), o con medios gaseosos CO, H2, N2. La utilización de medios gaseosos es la más utilizada ya que permite un control de la profundidad del tratamiento.

El tratamiento térmico de normalización del acero se lleva a cabo al calentar aproximadamente a 20 ºC por encima de la línea de temperatura crítica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente. El propósito de la normalización es producir un acero más duro y más fuerte que con el recocido total, de manera que para algunas aplicaciones éste sea el tratamiento térmico final. Sin embargo, la normalización puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendríticas de piezas de fundición, refinar el grano y homogeneizar la microestructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento.

Normalizado

FUNDICIÓNLos fundidos tienen baja resistencia al impacto y ductilidad, pero son buenos para la abrasión, desgaste y resistencia a la corrosión.

Entre los principales tipos encontramos:

• Fundición Blanca• Fundición Gris• Fundición Dúctil o modular• Fundición Maleable

•Se forma cuando la mayor parte del carbono en el hierro está como carburo de hierro.• Contiene grandes cantidades de carburo de hierro en una matriz Perlítica.• Se rompen para producir una superficie cristalina fracturada brillante o blanca.• Se debe mantener bajos contenidos de carbono y silicio (2.5 a 3% y 0.5 a 1.5% respectivamente) y alta velocidad de solidificación para retener el carbono en forma de carburo de hierro.• Alta resistencia al desgaste y a la abrasión debido a la gran cantidad de carburo de hierro en su estructura.• Sirve como material bruto para la fabricación de hierro maleable.

Fundición blanca

Fundición gris• Se forma cuando el carbono se encuentra en una cantidad superior a la que puede disolverse en la austenita y precipita como hojuelas de grafito• Contienen de 2.5 a 4.0% de carbono y de 1 a 3% de silicio• Se rompen para producir una superficie cristalinafracturada gris a causa del grafito expuesto.• Bajo costo• Alta capacidad de mecanizado• Buena resistencia al desgaste• Excelente capacidad de amortiguamiento vibracional

• Posee buena fluidez y moldeabilidad• Excelente capacidad de mecanizado• Buena resistencia al desgaste• Tiene propiedades mecánicas similares a las del acero (alta resistencia tensil, tenacidad, ductilidad, trabajado en caliente ytemplabilidad)• Su composición es similar a la del hierro gris, 3-4% C y 1.8 – 2.8 % Si

Fundición dúctil o nodular

• Se funde primero como hierro blanco• Los contenidos de C y Si se encuentran en proporciones del 2 al 2.6% en C y de 1.1 a 1.6% de Si• Se produce calentando en un horno de fundición el hierro blanco para disociar el carburo de hierro del hierro blanco en grafito y hierro• El grafito está en forma de agregados nodulares irregulares

Fundición maleable

METALES NO FERROSOSSon todos los metales y aleaciones que no tienen en su composición química Hierro. En general, son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Los más importantes son 7: Cobre, Zinc, Plomo, Estaño, Aluminio, Níquel y Manganeso. Hay muchos otros metales no ferrosos; sin embargo, como las cantidades que se producen son pequeñas, o los procesos son altamente costosos, se utilizan poco.

ClasificaciónLos metales no ferrosos ofrecen una gran variedad de propiedades físicas y mecánicas, tienen un amplio rango de temperaturas de fusión y difieren grandemente en costos y aplicaciones.

PESADOS:Su densidad es igual o mayor de 5kg/dm cúbico. Tales como: estaño, cobre, zinc, plomo, níquel, Wolframio y Cobalto.

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

ULTRALIGEROS:Su densidad es menor de 2kg/dm cúbico. Tales como: magnesio y Berilio.

Propiedades y aleacionesno ferrosas

AluminioEs uno de los materiales más utilizados después del acero, cuyo punto de fusión es de 660°C

PROPIEDADES DEL ALUMINIO• Tiene baja densidad (2.7 g/cm3) ideal para la industria del transporte, mientras que el Acero (7.8 g/cm3).• Tiene una alta relación resistencia/peso.• Buena resistencia a la corrosión, por la película de oxido que se forma en la superficie.• Buena formabilidad, es conductor eléctrico, no es magnético y no produce chispa.• Se fabrica en dos formas: producto trabajado mecánicamente y piezas coladas o lingotes.

Cobre• El cobre es conocido por su facilidad de conformado y de unión, así como su excelente conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión.• Cobre y sus aleaciones tiene baja relación resistencia/peso y bajas resistencia a temperatura elevadas

Su densidad es de 6,8 kg/dm³; su punto de fusión es de 1900ºC; tiene un color grisáceo acerado, muy duro y con una gran acritud, resiste muy bien la oxidación y la corrosión.

Aleaciones y aplicaciones:• Cromado brillante: para objetos decorativos• Cromado duro: para la fabricación de aceros inoxidables y aceros para herramientas.

Cromo

El antimonio es un elemento duro y muy frágil pudiéndose granular y pulverizar fácilmente, desde color blanco, placas cristalino. Este elemento semimetálico tiene cuatro formas alotrópicas. Su forma estable es un metal blanco azulado. El antimonio negro y el amarillo son formas no metálicas inestables. Principalmente se emplea en aleaciones metálicas y algunos de sus compuestos para dar resistencia contra el fuego, en pinturas, cerámicas, esmaltes, vulcanización del caucho y fuegos artificiales.

Antimonio

Es un metal de color blanco grisáceo parecido al de la plata, es suave, dúctil, y maleable pero muy poco resistente a la atracción, o sea casi carece de tenacidad, el metal al ser doblado produce un crujido debido a la dislocación de sus cristales.

 APLICACIONES• Se usa como revestimiento protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva. Su uso también es de disminuir la fragilidad del vidrio• Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentifrícos (SnF2) y pigmentos• Se usa para hacer bronce, aleación de estaño y cobre• Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo• Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de los órganos musicales• En etiquetas y recubrimiento de acero

Estaño

NiquelEl 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. Estas aleaciones se usan para fabricar monedas, joyas, y artículos tales como válvulas e intercambiadores de calor. La mayor parte del níquel se usa para fabricar acero inoxidable. Muchos compuestos de níquel se disuelven fácilmente en agua y son de color verde.

APLICACIONES Y ALEACIONES:Ni + Cr + acero: se emplea para aceros inoxidablesEn aparatos de la industria química y en recubrimiento de metales por electrolisis.

El plomo es un metal de color gris azulado muy brillante, dentro del metales comunes es el más pesado, su elevada plasticidad le permite ser trabajado fácilmente en frío, este metal jamás debe de estar en contacto con las bebidas y alimentos. Es un metal gris azulado, blando y pesado, se corta fácilmente con un cuchillo. Se lámina y estira por extrusión, pero pequeñas cantidades de Arsénico, Antimonio, cobre y metales alcalinos térreos aumentan su dureza. Su resistencia a la corrosión atmosférica, y al ataque de los ácidos hace que sea muy útil.

ALEACIONES Y APLICACIONES:Oxido de plomo - pinturas antioxidantes (minio)Tuberías: en desusoRecubrimiento de baterías, protección de radiaciones nucleares (rayos X)Formando aleación:Soldadura blanda: Pb + Sn empleado como material de aportación.

Plomo

MagnesioEs un metal de color blanco plateado brillante, es laminable entre 350ºC y 400ºC, es soluble con los ácidos diluidos exceptuando al ácido fluorhídrico, se alea con mayoría de los metales exceptuando el hierro y el cromo, los metales con los metales con los que más se une como elemento aleado son el aluminio, cobre, Cadmio, zinc y manganeso. Como metal puro no se encuentra en la naturaleza. Una vez producido a partir de las sales de magnesio, este metal alcalino-térreo es utilizado como un elemento de aleación. 

APLICACIONES• Aditivo en propelentes convencionales.• Obtención de fundición nodular (hierro–silicio-Mg) ya que es un agente esferoidizante/nodulizante del grafito.• Agente reductor en la obtención de uranio y otros metales a partir de sus sales.• El hidróxido (leche de magnesia), el cloruro, el sulfato (sales Epson) y el citrato se emplean en medicina.• El polvo de carbonato de magnesio (MgCO3) es utilizado por los atletas como gimnastas y levantadores de peso para mejorar el agarre de los objetos. Es por este motivo prácticamente imprescindible en la escalada de dificultad para secar el sudor de manos y dedos del escalador y mejorar la adherencia a la roca. Se lleva en una bolsa colgada de la cintura• Otros usos incluyen flashes fotográficos, pirotecnia y bombas incendiarias

ZincEs un metal de color blanco azulino, funde a 419ºC e hierve a 907ºC, el zinc a temperatura ambiente es frágil, y resistente a la corrosión en condiciones normales, pero cuando se une el contacto con el aire húmedo se opaca al formarse una película bicarbonatos básicos de zinc.La principal aplicación del zinc —cerca del 50% del consumo anual— es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosión, protección efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como ánodo de sacrificio.

Son materiales que tienen estabilidad química y resistencia mecánica a alta temperatura, en general superior a 1400 ºC Se utilizan en muchas industrias como elementos de los reactores Son elementos fundamentales en industrias tales como las del hierro y acero, vidrio, cemento, etc. Se determina mediante las técnicas de microscopía óptica y electrónica. Existen varias clases de metales refractarios.

METALES REFRACTARIOS

MICROESTRUCTURA O TEXTURA : Los materiales refractarios son productos policristalinos que contienen una o más fases cristalinas y usualmente fase líquida o vítrea. Las propiedades físicas, tales como la resistencia mecánica, dependen del tamaño y forma de los cristales individuales, la naturaleza de la unión entre cristales y la distribución de la fase líquida.

ESTABILIDAD QUÍMICA INTERVALO DE VITRIFICACIÓNEs el intervalo de temperaturas comprendido entre el inicio de la densificación debido a la presencia de la fase líquida y el desmoronamiento de la pieza debido a contenidos excesivos de fase líquida Debe ser tan grande como sea posible Depende críticamente de la composición Es directamente gobernado por el diagrama de fases apropiado

RESISTENCIA Los refractarios Son materiales quebradizos a temperatura ambiente Tienen poca resistencia a la tensión y exhiben deformación plástica a temperaturas altas.

Propiedades

MATERIALES REFRACTARIOS AVANZADOS:Son cerámicas basadas en nitrógeno: El nitruro se silicio, Si3N4, es un material inerte que aguanta temperaturas más altas que muchas aleaciones metálicas Está considerado como un material de construcción de turbinas de gas La dificultad en su uso es la sinterización del polvo para obtener un material policristalino denso en los estudios de sinterización se descubrieron los SIALONS que son cerámicas básicamente de Si, Al, N y O, aunque pueden contener otros elementos.

TIPOS DE ENLACE EN MATERIALES REFRACTARIOS: Los refractarios son materiales con puntos de fusión altos y por tanto con enlaces interatómicos fuertes. Es de destacar que en los refractarios se encuentran tanto enlaces iónicos como covalentes. Tipos de materiales refractarios utilizados en la industria: Los principales tipos de refractarios industriales son de sílice, básicos de magnesia-cromo, de arcilla cocida y de alúmina. Otros materiales como SiC y Si3N4 tienen también aplicaciones especializadas industrialmente.