PROBLEMAS DE SELECCIÓN DE ACEROS

Factores que intervienen en la selección de materiales

Son numerosos los factores o restricciones que es necesario tener en cuenta al seleccionar materiales, y casi todos ellos están relacionados entre sí. Estos factores se pueden agrupar como sigue:

Factores físicos Factores mecánicos Procesamiento y fabricabilidad Factores de duración de los componentes Costos y disponibilidad Códigos, factores estatutarios y otros factores.

FACTORES FISICOS. Los factores de este grupo son el tamaño la forma y el peso del material que se necesita, así como el espacio disponible para el componente. Todos estos factores guardan relación con el tratamiento del material. El tamaño y la forma pueden restringir el tratamiento térmico del material. Puede ocurrir que un componente de gran tamaño no se suministre en una sola pieza, por lo que quizá sea necesario considerar la posibilidad de ensamblar componentes más pequeños. La forma del material determina si se necesita una pieza fundida o un producto forjado; esto influye en el comportamiento del material cuando se somete a esfuerzos de diferentes modalidades. El peso del material tiene implicaciones no sólo en cuanto a los costos iniciales, sino además durante su aplicación.

FACTORES MECÁNICOS Los factores de este grupo tienen que ver con la capacidad del material para soportar los tipos de esfuerzos que se le imponen. Estas son las propiedades mecánicas del material que se utilizan como criterios de falla en el diseño: la resistencia, el módulo, la tenacidad a la fractura, la resistencia a la fatiga, la termo fluencia, etc.

Ejemplo: los aceros de alta resistencia permiten ahorrar mucho peso cuando soportan esfuerzos de tensión, pero cuando la carga es de flexión y se requiere rigidez, estos materiales no ofrecen ahorro de peso en comparación con los aceros de menor resistencia, porque la propiedad importante es el módulo.

El ambiente al que los materiales están expuestos también afecta las propiedades mecánicas, en relación a la corrosión.

PROCESAMIENTO Y FABRICABILIDAD. Estos factores se relacionan con la capacidad para dar forma al material. Es común el uso de procesos de fundición y de conformación. Se producen habitualmente forma muy complicadas, y puede ser necesario moldear por revestimiento las piezas fundidas y los objetos pequeños. La fabricabilidad abarca los procedimientos de unión (como soldadura autógena, soldadura fuerte y soldadura blanda), de formado y de maquinado. La soldabilidad de los aceros se ha correlacionado empíricamente con sus equivalentes al carbono. Los procedimientos de terminación incluyen el recubrimiento

y el pulido, cuyo propósito es proteger al material contra la corrosión, la oxidación y el desgaste, así como mejorar su atractivo estético.

FACTORES DE DURACION DE LOS COMPONENTES. Estos factores tienen que ver con el tiempo durante el cual los materiales desempeñan las funciones a las que han sido destinados, en el ambiente al que están expuestos. Las propiedades pertenecientes a este grupo son la resistencia a la corrosión, a la oxidación y al desgaste, la termo fluencia y las propiedades de fatiga o de fatiga por corrosión bajo cargas dinámicas.

COSTOS Y DISPONIBILIDAD en una economía impulsada por el mercado, estos dos factores son inseparables. Asimismo, la cantidad y la estandarización guardan relación con el costo. Aun cuando los materiales están disponibles, es importante si los pedidos se hacen por tonelada, por kilogramo o por gramo. El cliente también paga un precio mayor cuando los pedidos son de artículos fuera de serie que requieren tratamientos especiales, o de artículos de los que no se mantienen existencias porque tienen muy poca demanda por parte de otros clientes.

CODIGOS, FACTORES ESTATUTARIOS Y OTROS FACTORES. Los códigos son conjuntos de requisitos técnicos que se imponen al material o la componente. Por lo regular, es el cliente quien los impone, o bien se basan en los de organizaciones técnicas como la ASME, la ASTM, la SAE u otras, y con los cuales es necesario cumplir. Los factores estatutarios están relacionados con los reglamentos locales, estatales y federales referentes a los materiales y a los procedimientos que se utilizan, o a la forma de deshacerse de los materiales. Estos factores tienen que ver con los requisitos sanitarios, ambientales y de seguridad. La OSHA (Occupational Safety and Health Act; Ley de seguridad y salud ocupacionales) de EE.UU. prohíbe el uso de latones y aceros con plomo que se utilizan para fabricar pernos y tornillos. Las leyes sobre la eliminación de residuos sólidos exigen que los materiales se reciclen tantas veces como sea posible. Éstos son algunos de los factores que es necesario tener en cuenta para la selección de materiales.

RENDIMINETO Y EFICIENCIA DE LOS MATERIALES

Uno de los factores que intervienen en la selección de un material con base en su perfil de propiedades es su índice de rendimiento o de eficiencia. De los materiales se espera cierto comportamiento con base en sus propiedades, por ejemplo, el módulo, la resistencia mecánica, la resistencia a la fatiga, la tenacidad a la fractura, la termo fluencia, la corrosión, el costo y otras que se incluyen en la tabla 11-1.

Con mucha frecuencia, la mejor opción para un componente no se basa en propiedades específicas, sino en una combinación de propiedades, en un esfuerzo por reducir al mínimo el peso y el costo.

Un componente se proyecta para desempeñar funciones específicas (requisitos funcionales) con una geometría especificada (requisitos geométricos) en cuanto a tamaño y forma en razón de restricciones de espacio. Podemos definir el rendimiento de un material estructural como su eficiencia para desempeñar la función para la que fue proyectado. En términos de cargas mecánicas, podemos definir esta eficiencia como el cociente de la carga que un material puede soportar entre la masa o peso del material, para una geometría estructural definida, es decir,

Eficiencia = carga sobre el elemento estructural = P p peso del material m

La carga P es la máxima que el material puede soportar con base en el criterio de falla del material que se ha elegido y en la modalidad de carga. Por lo regular, la carga compleja general de un componente o estructura se puede resolver en cuatro modalidades fundamentales: tensión axial, compresión y pandeo, flexión y torsión o torcedura, como se muestra a continuación:

Bibliografía:

PROPIEDAD DE LOS MATERIALES II

Trabajo de investigación

Problemas de selección de aceros

Alumno: Edgar José Santos Martínez.

Prof.: Eduardo Vega Vázquez.

Hora: 12 – 13 hrs.

Cd. Madero, a miércoles 20 de octubre de 2010.