PROPIEDADES MECÁNICAS Y METALÚRGICAS DE LOS METALES PROPIEDADES MECÁNICAS Y METALÚRGICAS DE LOS METALES PROPIEDADES MECÁNICAS Y METALÚRGICAS DE LOS METALES ESTRUCTURA DE CONTENIDOS Pg INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................................................3 MAPA CONCEPTUAL......................................................................................................................................................4 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS PRODUCTOS METÁLICOS.........................................................................4 PROPIEDADES DE LOS METALES.................................................................................................................................4 Ensayos Físicos......................................................................................................................................................................... 5 Propiedad Tenacidad.................................................................................................................................................................. 5 Propiedad Ductilidad.................................................................................................................................................................. 5 Propiedad Maleabilidad. .. .......................................................................................................................................................... 5 Propiedad Resistencia mecánica.................................................................................................................................................. 5 Propiedad Resistencia a compresión. ........................................................................................................................................ 6 Ensayo de tensión..................................................................................................................................................................... 6 Propiedad Resistencia a cortante ó cizalladura....................................................................................................................6 FATIGA............................................................................................................................................................................................ 7 DUREZA...........................................................................................................................................................................7 ENSAYOS QUIMICOS.....................................................................................................................................................8 OXIDACION:....................................................................................................................................................................8 CORROSION....................................................................................................................................................................8 GLOSARIO.......................................................................................................................................................................9 RECURSOS BIBLIOGRÁFICOS......................................................................................................................................10 CRÉDITOS.......................................................................................................................................................................11 CREATIVE COMMONS..................................................................................................................................................12 FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 2 PROPIEDADES MECÁNICAS Y METALÚRGICAS DE LOS METALES INTRODUCCIÓN. Para conocer a cerca de las propiedades de los metales es importante comprender las restricciones o limitaciones de su comportamiento, para esto se debe realizar una cuidadosa y adecuada aplicación, teniendo como base que estas características combinarán equitativamente el costo de fabricación, es decir su desempeño, la composición química, la síntesis y el procesamiento con su micro estructura, lo cual conduce a la generación de procesos de fabricación de productos eficientes y económicos. FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje En Colombia, y en el resto del mundo existen leyes gubernamentales y tratados entre naciones, que obligan y dan recomendaciones para la protección y la conservación tanto del ambiente como de los seres vivos y la preservación de los recursos naturales y económicos del país; esto obedece al alto impacto que sobre el medio tienen las operaciones de minería, tanto legal como ilegal, en cuanto a sus beneficios, transporte, producción y reciclaje de los metales. SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 3 MAPA CONCEPTUAL PROPIEDADES MECÁNICAS Y METALÚRGICAS DE LOS METALES PROPIEDADES DE LOS METALES MAPA CONCEPTUAL Se determinan por ensayos ENSAYOS FISICOS ENSAYOS QUIMICOS CORROSION OXIDACION CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DUREZA FATIGA TENACIDAD describe RESISTENCIA A IMPACTO A COMPRESIÓN A CORTE DUCTILIDAD A TENSIÓN ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS PRODUCTOS METÁLICOS. Se entiende como proceso, todas las actividades interrelacionadas que transforman elementos de entrada en productos. En cuanto a los productos metálicos, uno de los elementos de entrada son las especificaciones, que son definidas como las normas y procedimientos a ser empleados y aplicados en todos los trabajos de construcción de obras, elaboración de estudios o fabricación de equipos; estas especificaciones siempre son escritas y quedan consignadas en los contratos, la fuente de las especificaciones son entidades internacionales que por medio de estudios de ingeniería determinan el valor numérico de las propiedades de los metales que son aptas para desempeñarse en el uso FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje previsto. Por ejemplo, se desea elaborar un tenedor para uso de un restaurante, es claro que este tenedor debe poseer una resistencia para evitar que se doble o se parta, así como debe ser resistente a la oxidación y a la corrosión. Como se ve, se combinan dos propiedades, una física y una química. Las propiedades requeridas en un producto metálico, deben ser entendidas y definidas por todas las personas involucradas en el diseño del producto, con el fin de que el área encargada de fabricación seleccione los materiales adecuados en términos técnicos y económicos. Como ejemplo de entidades que normalizan a los metales se encuentran: ASTM, es el acrónimo de American Society for Testing Materials. Es una asociación de profesionales y empresas que han generado especificaciones para materiales y metales, empleadas en la fabricación de productos industriales y de uso doméstico. PROPIEDADES DE LOS METALES Las propiedades de los metales son las características de comportamiento SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 4 o respuesta a condiciones específicas del uso a las cuales son sometidos los metales. El alcance de esta semana del curso virtual, estará centrado en el comportamiento físico y químico de respuesta de los metales a condiciones externas de aplicación y como se mide ese comportamiento por medio de ensayos normalizados por ASTM, que determinarán las siguientes propiedades; tenacidad, fatiga, dureza y conducción eléctrica en lo físico, para lo químico se tendrá; oxidación, corrosión y reactividad. Ensayos Físicos. Se comprende por ensayo, al conjunto de pruebas que permiten el estudio del comportamiento de un metal a objeto de determinar sus características frente a una posible condición de empleo, los posibles defectos de piezas ya terminadas y las causas de un posible fallo. Hay ensayos que determinan el comportamiento del metal frente a requerimientos de tipo físico, es decir, la capacidad de soportar esfuerzos mecánicos. Propiedad -Tenacidad. En ciencia de materiales, la tenacidad es la energía de deformación total que puede absorber o acumular un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto o por acumulación de dislocaciones. Se debe principalmente al grado de cohesión entre moléculas de la aleación. Fuente:http://www.pruftechnik.com/uploads/pics/contdrawing-line_1140x478_12.jpg Propiedad - Maleabilidad. Cualidad de un metal para permitir su formación en láminas por medio del proceso de laminación. Relación entre esfuerzo y deformación. La resiliencia es el área bajo la cur-va en la zona verde, la tenacidad el área conjunta bajo la curva en las zonas verde y amarilla. Propiedad - Ductilidad. Fuente:http://3.bp.blogspot.com/-N-PnWNelU5o/UUTZ9Qhze1I/AAAAAAAAAMU/HUQ-oOzqgSk/s1600/w.png Es la capacidad de un metal para ser estirado o trefilado en forma de hilos, como ejemplo, una puntilla, nace de un rollo de alambrón, que por proceso continuo de trefilación queda convertido en un alambre delgado, el cual es cortado y estampado una punta y una cabeza. Propiedad - Resistencia Mecánica FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje Los metales en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones, es necesario conocer las características del metal para diseñar el componente SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 5 de tal forma que los esfuerzos a los que esté sometido, no excedan su resistencia máxima y el material no se fracture, éstan el ensayo de Tensión. El comportamiento mecánico de un metal es la consecuencia de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada. Se evalúa con el ensayo de Tensión Propiedad -Resistencia a compresión. Ensayo que se realiza colocando un espécimen o probeta cilíndrica en una maquina universal de ensayos, que aplica una fuerza uniaxial hasta el abombamiento y posterior rotura de la probeta. El equipo cuenta con sistema de recolección de datos, los cuales construyen una curva de esfuerzo deformación. del comportamiento del elemento en condiciones de carga. Ensayo de tensión. Ensayo tecnológico que tiene por objetivo determinar la resistencia elástica, resistencia última, fluencia y tenacidad del metal cuando se somete a fuerzas uniaxiales en tensión, las características mínima del equipo serán: a) Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta. b)Controlar la velocidad de aumento de fuerzas. Propiedad Resistencia a cortante ó cizalladura Resistencia a corte: Es la propiedad que poseen los metales a soportar grandes fuerzas de igual magnitud, de sentidos opuestos, no tan separadas en un mismo plano de trabajo. c)Registrar las fuerzas, F, que se aplican y los alargamientos, DL, que se observan en la probeta. Fuente: http://leitfaden.klebstoffe.com/english/images/zugscherversuch.png Fuente:https://i.ytimg.com/vi/Das5q38uXwQ/maxresdefault. jpg Fuente:http://4.bp.blogspot.com/-4u5WvF0Bsg8/TgjDBFeoPyI/AAAAAAAAAhA/i5ximp6pwgE/s1600/tracci%25C3%25B3n01.JPG El resultado del ensayo de tracción es registrado y graficado en el diagrama Esfuerzo Deformación, que suministra al diseñador del producto la manera FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje Ensayo de impacto: Los Ensayos para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos, los cuales se llaman: IZOD y CHARPY. SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 6 El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h’) permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia. La energía absorbida por el metal, cambia, soportando menos energía cuanto más se baje la temperatura, pasando de tenaz a frágil. FATIGA Fenómeno que conduce a la rotura de una pieza mecánica a causa de solicitaciones repetidas o cíclicas. Puede comprobarse con facilidad doblando alternativamente un alambre en un sentido y en otro. En un instante determinado la rotura se produce incluso con esfuerzos muy pequeños. En la práctica esto que ocurre con los metales es semejante a lo que sucede con el hombre: la repetición de un esfuerzo incluso débil produce un estado de fatiga. Fuente:https://llavi1992.files.wordpress.com/2013/11/fatiga. jpg DUREZA. Fuente: http://1.bp.blogspot.com/-tcEkmR6fISA/UaAW0FjZMYI/AAAAAAAAALw/BIWo6z8nJkI/s1600/charpey.JPG propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador ó penetrador), de determinada forma y dimensiones. El método de Rockwell aunque es un método de indentación no pretende de manera directa medir la dureza a través de la determinación directa de la magnitud de los esfuerzos de contacto, sino que la define como un número arbitrario, inversamente proporcional a la penetración del indentador. Fuente:https://joaquinrec.files.wordpress.com/2013/02/dureza_rockwell-b.jpg El estándar ASTM E 18-22 define la dureza Rockwell como un método de ensayo por indentación, por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un indentador cónico de punta esferoidal SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 7 de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido (acero o carburo de tungsteno), bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajo condiciones específicas de carga. Material + Oxígeno= Óxido del material ± energía. ENSAYOS QUIMICOS Otros ensayos, en cambio intentan conocer la estructura interna del material, a partir de ellos, se obtienen datos relacionados con la resistencia de este frente a los agentes químicos o su interacción con sustancias en estado sólido, líquido o gaseoso y determinar cómo este contacto degrada al metal en cuanto a forma de daño y tiempo de vida útil. OXIDACION: Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación. De una forma esquemática, se puede representar el proceso de oxidación de la siguiente manera: Fuente: http://www.aanti.es/files/IMG_1509.JPG El signo + que precede a la energía indica que la reacción es exotérmica En consecuencia, transcurre hacia la formación del óxido. En cambio, si la reacción es endotérmica (signo - para la energía), puede deducirse que el material será de difícil Oxidación. Esta reacción química, provoca una capa de óxido, la cual es específica para cada metal y aleación, dando como resultado capas duras e impermeables (Patinas) que pasiva al metal y detiene la formación del óxido o capas permeables porosas hidratadas que permiten el avance de la oxidación degradando el metal consiguiendo la corrosión. produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias, se denomina corrosión. Ésta es mucho más peligrosa para la vida de los materiales que la oxidación simple, pues en un medio húmedo la capa de óxido no se deposita sobre el material, sino que se disuelve y acaba por desprenderse, haciendo que el metal pierda espesor. La corrosión no se verifica de una manera uniforme, sino que existen determinados puntos del material donde el ataque es mayor. Esto da lugar a la formación de importantes fisuras, que pueden llegar a producir una rotura por fatiga o una fractura frágil del material, si éste se encuentra soportando una tensión de forma cíclica cambiando de sentido o de intensidad periódicamente) o bien a baja temperatura. CORROSION Cuando la oxidación de un metal se FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje Fuente: http://www.rizomatica.net/wp-content/uploads/2012/06/corrosion.jpg SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 8 Cámaras salinas o de niebla salina, son dispositivos de ensayo que permiten realizar pruebas de corrosión. Es un equipo de laboratorio que puede reproducir con repetibilidad condiciones ambientales corrosivas, según normas internacionales como AFNOR X 41002, ASTB 280 (proceso de Corrodkote) o en opción ASTM B 368 (CASS TEST). Estos equipos permiten simular en un número de horas lo que en el tiempo real puede llevar meses, años o siglos. El ensayo consiste en ubicar un espécimen de ensayo, pre pesado, en el interior de la cámara, la cual crea condiciones de temperatura, presión y humedad relativa, así como una niebla o con spray directo sobre el espécimen. La niebla es de un líquido preparado replicando las concentraciones químicas del ambiente a simular, luego de ciclos de humedad y secado, se observa el tipo de óxido y se determina el grado y tipo de corrosión, para después secar, y eliminar todo oxido o producto de corrosión del espécimen, este será pesado, se compara el peso inicial con el peso final, la diferencia es la pérdida de masa del metal en condiciones de trabajo en la atmosfera del lugar geográfico. de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada. GLOSARIO Acero: Aleación de Hierro con pequeñas cantidades de Carbono, Silicio, Manganeso y otros elementos como Vanadio y Titanio, que es diseñado para ser soldado. Indentacion: es la muesca o depresión que un elemento duro hace sobre la superficie de otro más blando, provocando una huella, en ensayo de dureza esa huella puede ser esférica, cónica o piramidal. Fuente:http://ascott-esp.es/wp-content/uploads/2013/11/ niebla-salina.jpg Fluencia: fenómeno metalúrgico que tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas, se caracteriza por un rápido incremento FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 9 RECURSOS BIBLIOGRÁFICOS Askeland, D. (2004). Ciencia e Ingeniería de los materiales. (Cuarta edición). Thomson. ASTM Internacional. (2016). Helping our world work better. Consultado el 29 de Marzo de 2016, en: http://www.astm.org/ Calle, T Gabriel. UTP. Laboratorio de resistencia de materiales – Guía de laboratorio. Consultado el 29 de Marzo de 2016, en: http://www.utp.edu.co/~gcalle/Impacto.pdf Calle, Gabriel. y Henao, Edison. Dureza Rockwell. Consultado el 29 de Marzo de 2016, en: http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZAROCKWELL.pdf Materiales Testing, ndt and calibration services. (2016). Testing Methods. Consultado el 30 de Marzo de 2016, en: https://www.labtesting.com/resources/testing-methods/ Motorgiga. (2014). Fatiga de los metales. Consultado el 31 de Marzo de 2016, en: http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/fatiga-de-los-metales-definicion-significado/gmx-niv15-con194122.htm Repsol. (2016). Glosario de Términos. Consultado el 31 de marzo de 2016, en: http://www.repsol.com/pe_es/productos_y_servicios/productos/peasfaltos/glosario/default.aspx FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 10 METALURGIA FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 11 ATRIBUCION, NO COMERCIAL, COMPARTIR IGUAL FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje SENA - Servicio Nacional de Aprendizaje 12