CONOCIMIENTO DE LOS MATERIALES METÁLICOS

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2 FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍA DE LOS...01 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. CARACTERÍSTICAS...01 ALEACIÓN METÁLICA. DEFINICIÓN...01 CARACTERÍSTICAS DE UNA ALEACIÓN METÁLICA...01 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES...02 TECNOLOGÍA DEL HIERRO FUNDIDO. DEFINICIÓN...03 TIPOS PROPIEDADES DE LOS HIERROS FUNDIDOS...04 PRODUCCIÓN DEL HIERRO FUNDIDO...05 ALTO HORNO...06 TECNOLOGÍA DEL ACERO...07 DEFINICIÓN...07 PRODUCCIÓN...08 DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS...08 ACEROS DESIGNADOS EN FUNCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS..09 ACEROS DESIGNADOS EN FUNCIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA...10 ACEROS AL CARBONO...11 ACEROS DE ALEACIÓN DÉBIL...12 ACEROS DE ALEACIÓN FUERTE...15 ACERO PARA HERRAMIENTAS...16 EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN EL ACERO...17 TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS...18 TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN LA MASA. GENERALIDADES...18 NORMALIZACIÓN...18 TEMPLE...19 REVENIDO DE DISTENSIÓN...19 AFINO Y TEMPLE...20 RECOCIDO...21 TRATAMIENTOS TÉRMICOS SUPERFICIALES. GENERALIDADES...22 TEMPLE SUPERFICIAL...23 CEMENTACIÓN...23 NITRURACIÓN...24 TABLA RESUMEN TRATAMIENTOS...25 ALEACIONES LIGERAS...26 I

3 ALEACIONES DE ALUMINIO...26 GENERALIDADES...26 PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ALUMINIO...27 ALEACIONES DE ALUMINIO COBRE...27 ALEACIONES DE ALUMINIO SILICIO...27 ALEACIONES DE ALUMINIO MAGNESIO...27 OTRAS ALEACIONES...27 II

4 FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍA DE LOS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. CARACTERÍSTICAS Se llaman metales esas sustancias que poseen las siguientes características: - Buena conductibilidad térmica y eléctrica. - Brillo característico, llamado metálico. - No se combinan casi nunca entre sí ni con el hidrógeno. - Buena ductilidad y maleabilidad. - Son todos sólidos a temperatura normal (15 20 C), exceptuando el mercurio que es líquido. Ejemplo: Son metales el hierro, la plata, el cinc, el cromo, el manganeso, el plomo, etc.; no son metales (es decir elementos que no presentan las propiedades típicas de los metales): el fósforo, el azufre, el oxígeno, el carbono, etc.; no son metales (aún presentando las propiedades típicas de los metales): el acero, el latón, etc.: estos materiales son aleaciones metálicas. ALEACIÓN METÁLICA. DEFINICIÓN Una aleación metálica está formada por dos o más elementos, uno de ellos al menos es un metal presente en cantidad preponderante sobre los demás elementos. CARACTERÍSTICAS DE UNA ALEACIÓN METÁLICA Además de los elementos fundamentales que la caracterizan, en una aleación pueden tenerse metales o no metales tanto bajo forma de impurezas como de añadidos intencionados para conseguir propiedades especiales. Un ejemplo de aleación compuesta por dos metales es el latón, formado por los metales cobre y cinc. Otro ejemplo de aleación de un metal y un no metal es el acero, formado por el metal hierro y el no metal carbono. 01

5 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES FÍSICAS Masa volúmica Dilatación térmica Punto de fusión Conductibilidad eléctrica Conductibilidad térmica Propiedades ferromagnéticas PROPIEDADES QUÍMICAS Resistencia a la corrosión Composición química PROPIEDADES MECÁNICAS Resistencia a las cargas continuas (tracción, compresión, corte, etc.) Resistencia a la fatiga Resistencia a los golpes Dureza Resistencia al desgaste PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Ductilidad Maleabilidad Fusibilidad Soldabilidad Templabilidad Mecanizado en máquinas herramientas 02

6 TECNOLOGÍA DEL HIERRO FUNDIDO. DEFINICIÓN El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono con un contenido de carbono que oscila entre el 2,06 % y el 6,67 % (con porcentajes inferiores al valor mínimo se obtienen los aceros y con valores superiores al máximo un compuesto llamado cementita que no es una aleación). TIPOS El carbono está contenido en el hierro fundido de dos formas: combinado químicamente con el hierro, originando la cementita, un compuesto duro y frágil; libre, bajo forma de grafito. Si el carbono está contenido bajo forma de cementita se obtiene el hierro fundido blanco; si el carbono está bajo forma de grafito se obtiene el hierro fundido laminar y el esferoidal. Hierro fundido blanco Hierro fundido laminar Hierro fundido esferoidal 03

7 PROPIEDADES DE LOS HIERROS FUNDIDOS PROPIEDAD HIERRO FUNDIDO Blanco Laminar Esferoidal MECÁNICAS DUREZA RESIST. A LA TRACCIÓN RESIST. A LA COMPRESIÓN RESIST. A LOS GOLPES Elevada Media Buena Escasa Media Escasa Media Escasa Elevada Buena Buena Media TECNOLÓGICAS FUSIBILIDAD MECANIZADO EN LAS M.H. Media Escasa Buena Buena Buena Buena 04

8 PRODUCCIÓN DEL HIERRO FUNDIDO MF. Mineral de hierro. C. Coque. Ca. Caliza. E. Elevador para cargar el material. B. Boca de carga. G. Hierro fundido. H. Salida gases. I Revestimiento de ladrillos refractarios. L Conducto de aire calentado. R Crisol. El mineral de hierro es transportado a las factorías siderúrgicas donde se transforma en hierro fundido en los altos hornos; el hierro fundido es, por lo tanto, el primer producto siderúrgico que se obtiene de los minerales de hierro. 05

9 ALTO HORNO El alto horno se carga desde arriba por capas alternas de mineral de hierro (MF), carbón coque metalúrgico (C) y caliza (Ca); el combustible es el coque metalúrgico que suministra el carbono que se alea con el hierro; la caliza tiene una función de escarificante. El alto horno está formado por una parte troncocónica interior, llamada bolsa; el vientre es la zona comprendida entre la cuba y la bolsa y es la parte más larga del alto horno. En la parte inferior del alto horno, llamada crisol (R), se acumula el hierro fundido (G). Las escorias se separan del metal fundido y se utilizan en otros procesos industriales. 06

10 TECNOLOGÍA DEL ACERO DEFINICIÓN Los aceros son aleaciones constituidas preferentemente por hierro y carbono (pero pueden existir otros elementos de aleación en porcentajes muy variables); en este tipo de aleaciones el contenido de carbono es inferior al 2%. 07

11 PRODUCCIÓN El acero se obtiene de la decarburación del hierro fundido procedente de los altos hornos. Por decarburación se entiende la disminución de la cantidad de carbono presente en la aleación y puede realizarse utilizando hornos adecuados. Para conseguir hierro, es decir una aleación con un porcentaje de carbono muy bajo, se utilizan los hornos de reverbero. Para la producción de aceros normales, es decir sin características mecánicas especiales se utilizan los conversores. Por último, para la producción de aceros especiales, con particulares características mecánicas y con otros elementos de aleación además del carbono, se utilizan los hornos eléctricos. DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS Los aceros se dividen en dos grupos fundamentales: - Aceros designados en función de las características mecánicas. - Aceros designados en función de la composición química. 08

12 ACEROS DESIGNADOS EN FUNCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS En estos aceros asumen gran importancia sus características básicas como la carga de rotura o de deformación elástica y el grado de soldabilidad al utilizarse preferentemente en la cerrajería. Es acero al carbono, sin aleación y que no ha sido sometido a ningún tratamiento térmico, destinado a la fabricación de piezas estructurales. La propiedad mecánica principal de este grupo de acero es su resistencia a la tracción, por ejemplo: Fe 360 Carga unitaria mínima garantizada en la rotura R = 360 N/mm 2 (37 kg/mm 2 ) Símbolo del Hierro que distingue los aceros designados en función de sus propiedades mecánicas Fe E 355 Carga unitaria mínima garantizada en la deformación elástica Rs = 355 N/mm 2 En la siguiente tabla se muestran algunos tipos de acero que pertenecen a este grupo: Sigla UNI nueva anterior Aplicaciones generales Estado de suministro Fe 320 Fe 33 No se garantiza la soldabilidad Fe 360 Fe 430 Fe 510 Fe 37 Fe 44 Fe 52 Piezas con deformaciones medias y ligeras, montajes con clavos y pernos y mediante soldadura por arco o autógena. Chapas y tiras de chapa en caliente (espesor 1 50 mm) redondos, cuadrados, planos en barras, perfilados y trefilados (dimensiones 3 80 mm). Crudos o recocidos. Fe E Piezas con embutidos profundos. Fe E Piezas con pliegues y embutidos medios. Chapas y tiras de espesor 1 16 mm con alto límite elástico. Crudos o recocidos. Fe E Piezas muy sometidas a esfuerzo con pliegues y embutidos medio-ligeros. Fe E Piezas muy sometidas a esfuerzo con pliegues y embutidos ligeros. 09

13 ACEROS DESIGNADOS EN FUNCIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA A este grupo pertenecen por lo general todos los aceros destinados a tratamientos térmicos. En estos aceros asume especial importancia el conocimiento de su composición química porque las características mecánicas y tecnológicas alcanzadas después de los tratamientos térmicos son la consecuencia de reacciones químicas y cambios de estructura de la aleación basados en el tipo y en la cantidad de elementos que constituyen dicha aleación. En el ámbito de esta segunda categoría podemos subdividir los aceros del siguiente modo: - Aceros al carbono. - Aceros de aleación débil. - Aceros de aleación fuerte. 10

14 ACEROS AL CARBONO Es la variación de carbono lo que les hace más o menos resistentes y adecuados a ser sometidos a un tipo de tratamiento térmico en lugar de otro. Este acero al carbono se representa con el símbolo químico del Carbono "C" seguido de un número que, dividido por cien, indica su porcentaje, por ejemplo: C 10 Porcentaje medio de Carbono 0,1% Símbolo que distingue los aceros al carbono En la siguiente tabla se muestran algunos tipos de acero al carbono utilizados en la industria mecánica. Sigla UNI C10 C40 C45 Tratamientos térmicos Cementac. + Temple Características mecánicas tras T.T. carga unit. de rotura R(N/mm²) Dureza en superficie Características tecnológicas tras T.T. Soldabilidad Mecaniz. en las M.H. Tenacidad en el núcleo HRC58 buena - mediocre Piezas pequeñas sometidas a poco esfuerzo: pernos, casquillos, bujes, engranajes, mandriles, árboles de levas, tornillos, etc. Afino y temple HB ( /mm²) mala mediocre mediocre Se utiliza para ejes, engranajes, bloques portamoldes, bielas, pernos, tornillos, bujes, agujas, chavetas, rejas de arado, picos, herramientas para trabajar la madera, bridas, etc. Afino y temple (adecuado para temple por inducc., flameado) HB (kg/mm²) mala mediocre escasa Se utiliza para bloques portamoldes, cizallas para rebarbar, engranajes, grandes fresas para madera, árboles de manivela, tornillos sin fin, bulones, etc. C72 Temple + dist. Afino y temple HRC no soldable mediocre - Paramuellesdeusocomúndetiraohilo. 11

15 ACEROS DE ALEACIÓN DÉBIL Además del carbono se añaden en la aleación otros elementos como: el níquel, el cromo, etc., pero ninguno de estos en cantidades superiores al 5% para adquirir especiales características mecánicas o tecnológicas. El acero de aleación débil se representa: - Con un número que dividido por cien indica el valor medio del % de Carbono. - Con símbolos de los elementos químicos de la aleación que caracterizan el acero (ej.: Ni, Cr, Mo). - Con uno o más números que divididos por los multiplicadores específicos indican el porcentaje de los elementos químicos presentes en el acero. Tabla de los multiplicadores de los elementos químicos que componen el acero: Símbolo Elemento químico Multiplicador Co Cobalto Cr Cromo Mn Manganeso 4 Ni Níquel Si Silicio W Wolframio Al Aluminio Be Berilio Cu Cobre Mo Molibdeno Nb Niobio 10 Pb Plomo Ta Tantalio Ti Titanio V Vanadio Zr Circonio N Nitrógeno P Fósforo 100 S Azufre B Boro

16 Ejemplos de designación: 32 Cr 4 Porcentaje de Cromo 4/4* = 1% Cromo, símbolo químico del elemento colante Porcentaje de Carbono 0,32% 39 Ni Cr Mo 3 Molibdeno (no se precisa) Cromo (no se precisa) Níquel 0,75% Porcentaje de Carbono 0,39% 30 Cr Al Mo 5 10 no se precisa Aluminio 1% Cromo 1,25% Porcentaje de Carbono 0,30% 13

17 En la siguiente tabla se muestran algunos tipos de acero que pertenecen a este grupo: Sigla UNI 12 Ni Cr 3 20 Ni Cr Mo 2 Tratamientos Térmicos Cementación + Temple Características mecánicas tras T.T. carga unit. de rotura R(N/mm²) Dureza tras T.T Características tecnológicas tras T.T. Soldabilidad HRC 58 buena * Mecaniz. en las M.H. mediocre tras recocido Tenacidad en el núcleo suficiente Piezas pequeñas que no están sometidas a demasiado esfuerzo: engranajes de dientes pequeños, árboles de levas, casquillos, bulones, ruedas para cadenas. Cementación + Temple HRC 60,8 mediocre * buena tras recocido isotérmico buena Piezas de tamaño mediano que requieren una elevada dureza adicional, buena resistencia y tenacidad en el núcleo: engranajes y ejes de transmisión, coronas de diferenciales, piezas de automatismos. 39 Ni Cr Mo 3 Afino y temple HRC 51 mala suficiente buena Piezas de tamaño pequeño y mediano que requieren alta tenacidad y grandes dimensiones mediante esfuerzos: cigüeñales, bielas, palancas, pernos grandes, partes de moldes. 55 Si Cr 6 Temple Variable según las aplicaciones Para muelles de compresión sometidos a elevados esfuerzos y que funcionan con una temperatura elevada. 100 Cr 6 Temple - HRC Rodamientos de tamaño pequeño y mediano: anillos, bolas, rodillos punzones de corte, cilindros para chapas en frío. 30 Cr Mo 10 Nitruración HRC Para piezas mecánicas de elevada dureza superficial sometidas a un fuerte esfuerzo: anillos sincronizador, árboles de manivela, etc. (*) Previa eliminación de la capa cementada. 14

18 ACEROS DE ALEACIÓN FUERTE Al menos uno de los elementos añadidos supera el 5%. De este modo se resaltan determinadas características para formar aceros especiales. El acero que pertenece a este grupo se representa: - Con la letra X que distingue a este grupo. - Con un número que dividido por cien indica el % medio de Carbono. - Con símbolos de los elementos químicos que caracterizan al acero. - Con uno o más grupos sucesivos de dos cifras que representan directamente el % medio de los elementos químicos presentes en el acero. Ejemplo de designación: X 15 Cr Ni 1808 Níquel 8% Cromo 18% Por el alto porcentaje de Cromo este acero se llama acero inoxidable. Tabla de algunas aleaciones de acero: Porcentaje de Carbono 0,15% Letra que distingue los aceros de aleación fuerte Sigla UNI Tratamiento térmico Propiedades mecánicas tras T.T. Carga de rotura (N/mm²) X 12 Cr 13 Afino y temple Dureza HB (kg/mm²) 220 Usos Para pernos, ejes, bielas, bomba, paletas de turbinas de vapor. X 45 Cr Si 8 Afino y temple Temple por inducción 850 X5 Cr Ni 1810 Temple X 40 Cr 14 Afino y temple ,5 HRC 50 HRC 202 HB HRC 54 Válvulas de admisión para motores de ciclo Diesel y Otto. Resistente a la oxidación en caliente. Rejillas para inst. frigoríficas. Elementos de hornos, válvulas, etc. Para piezas que trabajan en ambientes corrosivos (ej.: eje giratorio bomba de agua vehículos industriales). 15

19 ACERO PARA HERRAMIENTAS Entre los aceros designados según su composición química, hay algunos que pueden utilizarse para fabricar herramientas, en ese caso la sigla va seguida de las letras "KU". Ejemplo: X 75 W 18 KU Apto (K) para la fabricación de herramientas (U) Wolframio 18% Porcentaje de Carbono 0,75% Acero de aleación fuerte En la siguiente tabla se muestran algunos aceros adecuados para la fabricación de herramientas: Sigla UNI Tratamiento térmico Dureza HRC Usos C 112 KU Temple + revenido a C 58 W Cr 9 KU Temple + revenido a C 60 Aceros al carbono para herramientas para mecanizados en frío sometidos a poco esfuerzo Para herramientas sometidas a vibraciones o a golpes repetidos (punzones y moldes, cinceles, etc.). 52 Ni Cr Mo 6 KU Afino y temple 35 Para moldes en caliente y para matrices y punzones de moldes en frío. X 205 Cr 12 KU Temple + revenido a C X 82 W V 18 KU Temple + revenido a C X 80 W Co 1810 KU Temple + revenido a C 62 Para moldes y punzones para mecanizados en frío y de materiales duros (chapas magnéticas) (Acero rápido). Para el mecanizado de todos los materiales en general, especialmente para aceros de alta resistencia, hierro fundido, etc (Acero súper rápido). Resiste muy bien el recalentamiento de la herramienta y está indicado para trabajos de desbaste y corte profundo. 16

20 EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN EL ACERO ELEMENTO CARACTERÍSTICAS USOS CARBONO CROMO CROMO Y NÍQUEL CROMO-NÍQUEL- MOLIBDENO SILICIO MANGANESO TUNGSTENO TUNGSTENO-COBALTO AZUFRE FÓSFORO HIDRÓGENO NITRÓGENO OXÍGENO Aumentando el porcentaje de carbono disminuyen el mecanizado, la soldabilidad, la tenacidad, y Múltiples. aumentan la dureza, la resistencia mecánica, la templabilidad y la resistencia al desgaste. El cromo aumenta la dureza y el Los aceros al cromo se límite de elasticidad del acero; en utilizan para cojinetes, porcentajes superiores al 10% el válvulas de motores de cromo transforma el acero en combustión interna, piezas inoxidable y resistente a los de sistemas térmicos y agentes químicos. químicos. El níquel, siempre acompañado por el cromo, aumenta todas las Los aceros al cromo-níquel características mecánicas del acero (18% y 8%), inoxidables, se y la resistencia a la corrosión; aplican en sectores de la disminuye la dilatación y la industria. soldabilidad. El molibdeno tiene la propiedad de aumentar la penetración en los aceros de los efectos del temple y de que conserve las propiedades mecánicas que otorga el temple incluso a altas temperaturas. El silicio aumenta el límite de elasticidad de los aceros. El manganeso aumenta la penetración en los aceros de los efectos del temple, pero vuelven el acero más frágil si no se aplican procesos especiales durante el tratamiento térmico de revenido. El tungsteno se utiliza sólo en los aceros para herramientas, al otorgar a la aleación una notable dureza, que permanece incluso en caliente. El cobalto permite que la dureza de los aceros al tungsteno se mantenga a altas temperaturas. La presencia de estos elementos es siempre nociva y debe reducirse al mínimo. Estos aceros tienen las mejores características mecánicas absolutas; se usan para cigüeñales, bielas y otras piezas de motores de combustión interna. Los aceros con silicio son muy elásticos y por lo tanto se utilizan para la fabricación de muelles. El manganeso aparece en casi todos los aceros utilizados para piezas de grandes dimensiones que deben poseer elevadas características mecánicas incluso en zonas muy profundas de la pieza. Los aceros al tungsteno, a menudo acompañado de vanadio, se utilizan para la fabricación de útiles para tornos, fresas, etc. El cobalto se utiliza con el tungsteno y el vanadio para útiles de las máquinas herramientas. Estos no metales, combinándose químicamente con el hierro y el carbono, forman compuesto que hacen más frágil la estructura del acero. 17

21 TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN LA MASA. GENERALIDADES Cualquier pieza mecánica, para que funcione, necesita que el material utilizado para su construcción responda a unas características determinadas de resistencia a los esfuerzos y de mecanizabilidad. No sería rentable fabricar un acero específico para cada necesidad de uso, este inconveniente desaparece realizando tratamientos específicos sobre algunos materiales base. Los tratamientos térmicos consisten en una serie de calentamientos y enfriamientos que modifican la estructura de los materiales con el fin de obtener determinadas características mecánicas y/o tecnológicas que no poseen en su origen. Los tratamientos térmicos en la masa son los que afectan a toda la masa de la pieza, los más comunes son: - Normalización. - Temple. - Revenido de distensión. - Afino y temple. - Recocido. NORMALIZACIÓN Este tratamiento térmico consiste en calentar el material a una temperatura específica, manteniéndolo durante un cierto tiempo y dejándolo enfriar lentamente. La finalidad de este tratamiento es: 1. Eliminar las tensiones internas del material derivadas de mecanizados anteriores. 2. Homogeneizar el material. 3. Preparar el material para sucesivos tratamientos térmicos. 18

22 TEMPLE El temple aumenta notablemente la dureza y la resistencia mecánica de algunos materiales metálicos (aceros, hierro fundido, aluminio, etc.). Consiste en someter al material a la temperatura adecuada enfriándolo luego más o menos rápidamente con agua (aceite, aire). Generalmente la dureza del acero es mayor cuanto mayor es el porcentaje de carbono y más rápido se enfría. REVENIDO DE DISTENSIÓN Durante el procedimiento de temple se generan en el material tensiones internas debidas al diferente grado de enfriamiento entre el exterior y la masa del cuerpo, haciendo que la pieza sea demasiado frágil. Para evitar este problema se efectúa el revenido, que consiste en calentar la pieza a una temperatura no superior a 200 C y enfriarla lentamente. Este procedimiento disminuye parcialmente la dureza del material. 19

23 AFINO Y TEMPLE Cuando un material requiere características de compromiso entre dureza y tenacidad, se efectúa el afino y temple, que es el conjunto de dos tratamientos térmicos TEMPLE + REVENIDO, con la característica de que el revenido se efectúa a una temperatura superior a 200 C, causando una notable disminución de la dureza original de temple. 20

24 RECOCIDO El efecto del temple puede eliminarse completamente con un tratamiento térmico llamado recocido. Para efectuar el recocido de una pieza precedentemente templada hay que calentarla a una temperatura superior a la del temple y luego dejarla enfriar muy lentamente. 21

25 TRATAMIENTOS TÉRMICOS SUPERFICIALES. GENERALIDADES Los tratamientos térmicos superficiales se realizan en las piezas que durante su funcionamiento deben resistir al mismo tiempo el desgaste superficial y discretos esfuerzos mecánicos, como por ejemplo: árboles de manivela, tampones de control, guías de deslizamiento, engranajes, etc. El efecto de estos tratamientos térmicos se limita a la parte superficial de la pieza, manteniendo inalterada la tenacidad interna; los principales son: - Temple superficial - Cementación - Nitruración 22

26 TEMPLE SUPERFICIAL Es un temple limitado a una capa superficial de la pieza que se va a tratar, con el fin de obtener una superficie dura y resistente al desgaste. Consiste en calentar rápidamente la pieza con un soplete o con el horno de inducción, sin dar tiempo para que el calor se propague en profundidad, y luego enfriarla con mayor o menor rapidez. Este tratamiento se efectúa en grandes piezas mecánicas en las que no es conveniente calentar toda la pieza y en las que se necesita endurecer solamente algunas partes, como por ejemplo: guías de máquinas -herramientas, dientes de grandes ruedas dentadas, etc. CEMENTACIÓN El acero con un bajo porcentaje de carbono es muy tenaz pero no se endurece cuando se somete al tratamiento de temple. Para que este acero adquiera dureza superficial, manteniendo una buena tenacidad interna, es necesario enriquecer su superficie con carbono (cementación) y luego templarlo. La cementación consiste en calentar las piezas en unos hornos específicos en los que hay sustancias sólidas, líquidas o gaseosas capaces de ceder carbono. Como consecuencia de la elevada temperatura que se alcanza en los procesos de cementación y temple, las piezas mecánicas se deforman. Para evitar este inconveniente hay que dejar en la pieza un exceso de metal que, sin embargo, no debe ser muy grande para evitar que durante la ejecución del acabado se retire la parte dura (cementada y templada) que normalmente es de 0,5 1,5 mm. 23

27 NITRURACIÓN La nitruración suele realizarse en aleaciones de acero y consiste en un enriquecimiento superficial con nitrógeno. En este tratamiento, que utiliza una temperatura inferior a la de cementación, el nitrógeno se combina en la superficie con los componentes del acero para formar compuestos muy duros. Las ventajas de este tratamiento térmico respecto al anterior (cementación y temple) pueden resumirse así: 1. Mayor dureza superficial. 2. Mayor resistencia a la corrosión en caliente. 3. Ausencia casi absoluta de deformaciones; esta característica hace que la nitruración pueda efectuarse en piezas acabadas. 4. Se alcanza directamente la dureza superficial deseada sin necesidad de otros tratamientos térmicos. Las desventajas de la nitruración son: 1. Elevado coste de las instalaciones (hornos). 2. Larga duración del tratamiento ( horas). 3. Irreversibilidad del tratamiento. 24

28 TABLA RESUMEN TRATAMIENTOS TRATAMIENTO TEMPLE REVENIDO AFINO Y TEMPLE RECOCIDO NORMALIZACIÓN CEMENTACIÓN NITRURACIÓN MODALIDAD DE EJECUCIÓN Consiste en calentar la pieza a una temperatura, llamada temperatura de temple, y después enfriarla rápidamente por inmersión en un fluido. MODIFICACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS Aumenta la resistencia a la rotura. Aumenta la dureza. Disminuye el alargamiento porcentual. Disminuye la resiliencia. Consiste en calentar la Disminuye la resistencia a pieza a una temperatura la rotura. inferior a la de temple; el Disminuye la dureza. enfriamiento podrá ser Aumenta la resiliencia. más o menos lento; sólo Aumenta el alargamiento se aplica a los aceros porcentual. templados. Consiste en el tratamiento de temple seguido del tratamiento de revenido. Consiste en calentar la pieza a una temperatura ligeramente superior a la de temple y en dejarla enfriar lentamente. Consiste en calentar la pieza a una temperatura superior o inferior a la de temple y después enfriarla en una atmósfera tranquila. Consiste en calentar la pieza en contacto con elementos ricos en carbono a una temperatura de unos 900 C; se aplica a aceros dulces. Consiste en calentar las piezas a una temperatura de unos 500 C, exponiéndolas a una corriente de un producto nitrogenado (amoníaco) y manteniendo el tratamiento durante largo tiempo. Se aplica a Aumenta la resistencia. Aumenta la dureza. Se mantiene una buena resiliencia. Disminuye la resistencia a la rotura. Disminuye la dureza. Aumenta el alargamiento porcentual. Aumenta la resiliencia. Mejora el mecanizado. El recocido suprime los efectos del temple, de la acritud y las tensiones internas. Hace homogénea la estructura del acero y elimina las tensiones internas. Aumenta la resiliencia. Aumenta ligeramente la dureza para los aceros con un alto porcentaje de carbono. La capa exterior de las piezas, al ser transformada en acero duro con un espesor de 1 mm, puede templarse y adquirir así una gran dureza. El interior sigue siendo de acero dulce que presenta una gran resiliencia. Aumenta notablemente la dureza y disminuye la resiliencia en la capa nitrurada (unas décimas de mm). Se aplica a piezas terminadas que ya no deban volver a mecanizarse. 25

29 ALEACIONES LIGERAS ALEACIONES DE ALUMINIO GENERALIDADES Cuando se necesitan piezas mecánicas especialmente ligeras acompañadas de una buena resistencia mecánica, se utilizan aleaciones de aluminio. 26

30 PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ALUMINIO BAUXITA PROCESO QUÍMICO PARA CONSEGUIR ALUMINIO PROCESO ELECTROLÍTICO ALUMINIO PRIMARIO PUREZA 99,7% PROCESO TÉRMICO ALUMINIO REFINADO ALEACIONES DE ALUMINIO COBRE En este tipo de aleaciones el cobre tiene un porcentaje no superior al 12% y contribuye a aumentar la carga de rotura y la dureza (pistones, rodetes, etc.). ALEACIONES DE ALUMINIO SILICIO El silicio en el aluminio está contenido en un porcentaje no superior al 10% y mejora la resistencia mecánica (para piezas en colada). ALEACIONES DE ALUMINIO MAGNESIO El magnesio en el aluminio está contenido en un porcentaje no superior al 10%, aumenta notablemente las propiedades mecánicas y otorga una elevada resistencia a la corrosión y un buen mecanizado. OTRAS ALEACIONES Aluminio cinc. Aluminio manganeso. Aluminio estaño, denominadas aleaciones ligeras antirozamiento. 27