Maracaibo, Septiembre 2016.

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria

Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño

Asignatura: Instrumentación industrial

Los Materiales

Integrante:

Oliveros Jesús 20.815.570

Todos los materiales que se emplean en la actualidad los podemos clasificar en tres grandes grupos según su origen: Materiales naturales: Son todos

aquellos que se encuentran en la naturaleza. Constituyen los materiales básicos a partir de los cuales se fabrican los demás productos. Las personas utilizamos materiales naturales con diferente origen: mineral, vegetal o animal.

Origen mineral: se obtienen a partir de rocas y minerales. Los metales, la piedra o la arena son materiales de origen mineral.

1.- Como se clasifican los materiales.

Origen vegetal: se obtienen a partir de las plantas. El material de origen vegetal más importante es la madera, pero también existen otros que empleamos de forma habitual, como las fibras vegetales (algodón, lino, mimbre) o el corcho.

Origen animal: Por ejemplo, el

cuero o la lana que usamos en muchas prendas de vestir, en bolsos, zapatos, etc.

Ya que algún día se pueden agotar este tipo de materiales, es importante que se usen, cuando sea posibles productos renovables. El reciclado es una buena solución para preservar el medio natural y ahorrar recursos naturales, al mismo tiempo que se reducen costes. Materiales artificiales: Son

aquellos que se obtienen a partir de materiales naturales que se encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa. También reciben este nombre aquellos productos fabricados con varios materiales que sean en su mayoría de origen natural, como por ejemplo el hormigón, que

está fabricado a partir de arena(material natural), grava(material natural), cemento(material artificial) y agua(material natural). Otros materiales artificiales son el acero el papel.

Materiales sintéticos: Están fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni ellos ni ninguno de los materiales que lo componen. En general suelen ser derivados del petróleo y han representado para la sociedad un fenomenal avance. Ejemplos de este tipo de materiales son la baquelita, la urea, la fibra y la mi carta.

Se denomina siderurgia (del griego σίδερος, síderos, "hierro") osiderometalurgia, a la técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de éste o de sus aleaciones. El proceso de transformación del mineral de hierro comienza desde su extracción en las minas. El hierro se encuentra presente en la naturaleza en forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos y sulfuros. Los más utilizados por la siderurgia son los óxidos, hidróxidos y carbonatos.

2.- Explique el método de obtención de metales o

aleaciones (proceso siderúrgico).

Los procesos básicos de transformación son los siguientes: Óxidos -> hemetita (Fe2O3) y la magnetita (Fe3O4) Hidróxidos -> Limonita Carbonatos -> Siderita o carbonato de hierro (FeCO3) Estos minerales se encuentran combinados en rocas, las cuales contienen elementos indeseados denominados gangas. Parte de la ganga puede ser separada del mineral de hierro antes de su envío a la siderurgia, existiendo principalmente dos métodos de separación: Imantación: consiste en hacer

pasar las rocas por un cilindro imantado de modo que aquellas que contengan mineral de hierro se adhieran al cilindro y caigan

separadas de las otras rocas, que precipitan en un sector aparte. El inconveniente de este proceso reside en que la mayoría de las reservas de minerales de hierro se encuentra en forma de hemetita, la cual no es magnética. Separación por densidad: se

sumergen todas las rocas en agua, la cual tiene una densidad intermedia entre la ganga y el mineral de hierro. El inconveniente de este método es que el mineral se humedece siendo esto perjudicial en el proceso siderúrgico.

Una vez realizada la separación, el mineral de hierro es llevado a la planta siderúrgica donde será procesado para convertirlo primeramente en arrabio y

posteriormente en acero.

3.- Como se clasifican las aleaciones. Explique.

Una aleación es una combinación de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos metálicos. Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metálico, como: P (fósforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsénico). Mayoritariamente las aleaciones son consideradas mezclas, al no producirse enlaces estables entre los átomos de

los elementos involucrados. Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos químicos.

4.- Explique cuáles son las propiedades mecánicas

de los materiales

En ingeniería, las propiedades mecánicas de los materiales son las características inherentes, que permiten diferenciar un material de otro. También hay que tener en cuenta el comportamiento que puede tener un material en los diferentes procesos de mecanización que pueda tener. Elasticidad: El término

elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones

reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan. Plasticidad: Es la propiedad

mecánica que tiene un material para deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su límite elástico.

Resistencia a la fluencia: Es la fuerza que se le aplica a un material para deformarlo sin que recupere su antigua forma al parar de ejercerla.

Resistencia a la tracción o resistencia última: Indica la fuerza de máxima que se le puede aplicar a un material antes de que se rompa.

antes de que se rompa. Resistencia a la torsión: Fuerza

torsora máxima que soporta un material antes de romperse.

Resistencia a la fatiga: Deformación de un material que puede llegar a la ruptura al aplicarle una determinada fuerza repetidas veces.

Dureza: Es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su superficie. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa, que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio cuando lo rayas no queda marca, por lo tanto tiene gran dureza.

Fragilidad: Intuitivamente se relaciona con la cualidad de los

objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas. Tenacidad: Es una medida de la

cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturarse. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin fracturarse.

Resiliencia o resistencia al choque: Es la energía que absorbe un cuerpo antes de fracturarse.

Ductilidad: Es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales no dúctiles se clasifican de frágiles. Aunque los materiales dúctiles también

pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo se produce tras producirse grandes deformaciones.

Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos al ser elaborados por deformación. Se diferencia de aquella en que mientras la ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se

rompa. Es una cualidad que se encuentra opuesta a la ductilidad puesto que en la mayoría de los casos no se encuentran ambas cualidades en un mismo material.

Maquinabilidad: Es una propiedad de los materiales que permite comparar la facilidad con que pueden ser mecanizados por arranque de virutas.

Colabilidad: Es la capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas a partir de un molde.

5.- Explique los métodos estandarizados de

prueba para determinar las propiedades mecánicas de los

materiales.

Es útil para la determinación de la temperatura de transición dúctil frágil de los materiales. Los

materiales con elevada resistencia al impacto son los que tienen elevada ductilidad y resistencia. Sí la superficie de una pieza tiene muescas se reduce significativamente la tenacidad al impacto

6.- Explique cuáles son los efectos ambientales

que influyen en el comportamiento de los

materiales. La mayoría de los materiales se encuentran expuestos a diferentes cambios ambientales y climáticos como lo son: cambios en la temperatura, y cambios de las condiciones atmosféricas; pero en algunos caso las mismas condiciones de servicio

requieren materiales expuestos a condiciones extremas como es el caso particular de las álabes de turbinas de avión. Temperatura Los cambios en la temperatura pueden causar alteraciones considerables, Puede ser una exposición a temperaturas altas o bajas, esfuerzos cíclicos, impacto súbito, corrosión u oxidación .

7.- Que es metalografía y explique brevemente

el método de preparación para

realizarle a las muestras el ensayo metalográfico.

Es la ciencia que estudia las características micro estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las

propiedades físicas, químicas y mecánicas. Mucha es la información que puede suministrar un examen metalográfico, para ello es necesario obtener muestras que sean representativas y que no presenten alteraciones debidas a la extracción y/o preparación metalográfica.

Los pasos a seguir para una preparación metalográfica son los siguientes: Corte metalográfico: Cortar la

muestra con una sierra metalográfica: es un equipo capaz de cortar con un disco especial de corte por abrasión, mientras suministra un gran caudal de refrigerante, evitando así el sobrecalentamiento de la

muestra. De este modo, no se alteran las condiciones microestructurales de la misma.

Incluido metalográfico: La muestra cortada se incluye en resina para su mejor tratamiento posterior y almacenado. La inclusión se puede realizar mediante resina en frío: normalmente dos componentes, resina en polvo y un catalizador en líquido, los cuales se mezclan y se vierten sobre un molde con la pieza a incluir ya puesta dentro del

inclusión en caliente) y es difícil respetar las tolerancias del diámetro de embutición. Sino, se puede incluir en caliente: mediante una incluidora, que, mediante una resistencia interior calienta la resina (monocomponente) hasta que se deshace. La calidad y dureza de la embutición es óptima. El proceso de embutición es relativamente rápido. No es un proceso recomendado en caso de requerimientos de muchas

mismo. Se debe llenar el molde hasta cubrir su totalidad. La inclusión en frío tiene la ventaja de poder incluir varias piezas en poco tiempo. Asimismo, se le puede dar cualquier forma al molde. Tiene la desventaja de formar una inclusión más bien blanda (comparada con la

muestras al cabo del día. Tampoco se recomienda utilizar este método para aquellas piezas que sean frágiles o sensibles al calor.

Pulido metalográfico: Se usa el equipo suelda Metalográfica, se prepara la superficie del material, en su primera fase denominada Desbaste Grueso, se desbasta la superficie de la muestra con papel de lija, de manera uniforme y así sucesivamente disminuyendo el tamaño de grano (Nº de papel de lija) hasta llegar al papel de

menor tamaño de grano. Desbaste Fino, se requiere de una superficie plana libre de ralladuras la cual se obtiene

mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño especial cargado con partículas abrasivas cuidadosamente seleccionadas en su tamaño para ello existen gran posibilidad de abrasivos para efectuar el último pulido

Ataque químico: Hay una enormidad de ataques químicos, para diferentes tipos de metales y situaciones. En general, el ataque es hecho por inmersión o fregado con algodón

embebido en el líquido escogido por la región a ser observada, durante algunos segundos hasta que la estructura o defecto sea revelada. Uno de los más usados es el nital, (ácido nítrico y alcohol), para la gran mayoría de los metales ferrosos. Una guía de los ataques químicos utilizados para revelar las fases y microconstituyentes de metales y aleaciones se pueden ver en la norma ASTM E407 - 07 Standard Practice for Microetching Metals and Alloys. Microscopio: Utilización de

lupas estereoscópicas (que favorecen la profundidad de foco y permiten por tanto, visión tridimensional del área observada) con aumentos que pueden variar de 5x a 64X. El principal instrumento para la realización de un examen metalográfico lo constituye el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50x y 2000x. El microscopio metalográfico, debido a la opacidad de los metales y aleaciones, opera con la luz reflejada por el metal. Por lo que para poder observar la muestra es necesario preparar una probeta y pulir a espejo la superficie. Existe una norma

internacional ASTM E3-01 Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens que trata sobre las correctas técnicas de preparación de muestras metalográficas.

Algunas mezclas constituirán fácilmente soluciones sólidas en un determinado rango de concentraciones, mientras que otras mezclas no constituirán nunca soluciones sólidas. La propensión de dos sustancias a formar una solución sólidasustitucional es un

8.- ¿Qué condiciones deben cumplir dos

elementos para que entre ellos se forme una

solución sólida de sustitución?

total) siempre que disolvente y soluto tengan: Similar radio atómico (menos

del 15 % de diferencia, para tener solubilidad total): Cuanto más similares sean, menor distorsión de red y por tanto mayor solubilidad.

Igual estructura cristalina. Similar electronegatividad: Los

metales deben tener poca afinidad electroquímica para formar solución sólida. En caso de tener gran afinidad electroquímica se pierde el

asunto complicado que dependerá de las propiedades químicas, cristalográficas y cuánticas de los materiales en cuestión. Por regla general, se pueden formar soluciones sólidas (con solubilidad

carácter iónico o covalente en la aleación. Similar valencia: Si el soluto

aporta más electrones a la nube electrónica que el disolvente, se

favorece la solubilidad.

9.- ¿Qué condiciones debe cumplir una

aleación para que pueda endurecerse por precipitación o

envejecimiento? El envejecimiento térmico, también conocido como endurecimiento por precipitación es un tratamiento térmico para endurecer, es decir, aumentar la dureza y resistencia de las aleaciones. Se basa en la deposición de fases meta estables

en forma finamente dividida, de modo que forma una barrera eficaz contra los movimientos de las dislocaciones. La resistencia a la fluencia de las aleaciones así tratadas puede aumentar hasta 300 Mpa.

11.- ¿Cómo se clasifican las fundiciones de Fe?

Tipos. Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono donde el contenido de carbono varía entre 2,14% y 6,67% (aunque estos porcentajes no son completamente rígidos). Comúnmente las más usadas están entre los valores de 2,5% y 4,5%, ya que las de mayor contenido de carbono carecen de valor práctico en la industria. Además de hierro y carbono, lleva otros elementos de aleación como silicio, manganeso, fósforo, azufre y oxígeno. Seguirán el diagrama de equilibrio

10.- ¿Qué finalidad tiene el recocido de

homogeneización? ¿Qué problema puede derivarse de

su aplicación? ¿Por qué?

Tiene como finalidad de eliminar la segregación y cristalina ,se obtiene granos gruesos por lo que es necesario el recocido completo posterior elimina la segregación química y cristalina.

estable (Fe-C) (o su porción Fe-Fe3C) o metaestable dependiendo de distintos factores, principalmente de si se produce o no la grafitización. Obtienen su forma definitiva por colada industrial, permitiendo la fabricación con relativa facilidad de piezas de grandes dimensiones y pequeñas complicadas. Son más baratas que los aceros y de fabricación más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas y realizarse la fusión a temperaturas más bajas (además son fáciles de mecanizar). Actualmente, se fabrican fundiciones con excelentes propiedades mecánicas, haciéndole la competencia a los aceros tradicionales.

Se dividen en dos tipos: Fundiciones grises: Presentan el carbono en forma

de grafito laminar. Suelen estar aleados

con silicio (elemento muy grafitizante).

Una lenta velocidad de enfriamiento favorece la formación de una fundición gris ya que la lentitud en las reacciones favorece que se formen los constituyentes más estables: la cementita se transforma en ferrita y grafito(grafitización). Son fácilmente mecanizables ya que el grafito favorece la salida de la viruta.

Fundiciones blancas:

El carbono aparece en forma de cementita.

La cantidad de silicio es mínima. Las velocidades rápidas de

enfriamiento favorece la formación de la cementita.

Tienen una alta resistencia mecánica y dureza, pero también gran fragilidad (propiedades debidas a la cementita), por lo que son difíciles de mecanizar. 12.- Explique el proceso

de obtención de una fundición hipo eutéctica para que a temperatura

ambiente sea gris ferrifica.

La mayoría de las fundiciones grises son aleaciones hipoeutécticas que contienen entre 2,5 y 4% de carbono. El proceso de grafitización se realiza con mayor facilidad si el contenido de carbono es elevado, las temperaturas elevadas y si la cantidad de elementos grafitizantes presentes, especialmente el silicio, es la adecuada. El grafito adopta la forma de numerosas laminillas curvadas , que son las que proporcionan a la fundición gris su característica fractura grisácea o negruzca.

Si la composición y la velocidad de enfriamiento son tales que la cementita eutectoide también se grafitiza presentará entonces una estructura totalmente ferrítica. Por el contrario, si se impide la grafitización de la cementita eutectoide, la matriz será totalmente perlítica. La fundición gris constituida por mezcla de grafito y ferrita es la más blanda y la que menor resistencia mecánica presenta; la resistencia a la tracción y la dureza aumentan con la cantidad de carbono combinada que existe, alcanzando su valor máximo en la fundición gris perlítica .