Ensayos de materiales (página 2)

Fundiciones ordinarias

• Negras, en su fractura se ven nódulos de grafito.

• Grises, el grafito está repartido uniformemente

• Blancas, todo el carbono está en forma de cementita

• Atruchadas, su fractura tiene un aspecto entre gris y blanca

Fundiciones aleadas, con elementos que aportan sus propiedades como resistencia a la corrosión o conductividad eléctrica.

Fundiciones especiales

• Nodulares, una fundición gris con magnesio para formar nódulos de grafito

• Maleables, una fundición blanca a la que se calienta y se deja enfriar lentamente

La norma UNE 36001 establece una nomenclatura a base de una letra seguida por tres números, cuyo significado es el siguiente:

* La letra puede ser F (para aleaciones férricas), L (para aluminios y otras aleaciones ligeras), C (para aleaciones de cobre).

* El primer número indica la serie o características generales; a los aceros les corresponden las series entre 1 y 7, y las fundiciones pertenecen a la serie 8.

* El segundo número indica el grupo o las características comunes dentro de cada serie.

* Por último, el número de las unidades indica el individuo, con una composición y propiedades específicas. Como ejemplo:

Tratamientos de los metales

Tienen por finalidad modificar las propiedades mecánicas de los metales en general; en algunos casos se pretende aumentar su plasticidad para facilitar el conformado en frío en otros aumentar su dureza o su resistencia.

Se distinguen los siguientes tratamientos: térmicos, termoquímicos, mecánicos y superficiales. Todos ellos no deben alterar la composición química de manera notable ya que de lo contrario dejarían de ser tratamientos para convertirse en otros procesos.

3.1.- TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento a una velocidad concreta sin que la química resulte modificada. Por lo tanto las variables que controlamos son la temperatura y el tiempo.

Existen fundamentalmente cuatro tratamientos térmicos que se aplican a los aceros:

Temple: es un tratamiento típico de los aceros que consiste en calentarlos hasta una temperatura elevada, superior a la de austenización, seguido de un enfriamiento lo suficientemente rápido para obtener una estructura martensítica. De esta manera se obtiene un material muy duro y resistente mecánicamente. Por regla general, la forma de realizar el enfriamiento consiste en sumergir la pieza en agua, aceite o aire frío controlando en todo momento la temperatura del fluido. Para conseguir un mejor temple se agita el fluido refrigerante.

Revenido: es un tratamiento complementario al temple, con el que se pretende eliminar tensiones internas producidas durante el temple; mejora la tenacidad, aunque se reduce la dureza. Consiste en un calentamiento de las piezas previamente templadas a una temperatura inferior a la de austenización, para lograr que la martensita se transforme en una estructura más estable. El proceso termina con un enfriamiento relativamente rápido.

Normalizado: se denomina normalizado por que se entiende que con este tratamiento los aceros obtienen sus propiedades normales. Se someten a este tratamiento piezas que han sufrido deformaciones en caliente, en frío o bien que han tenido enfriamientos irregulares o sobrecalentamientos. También nos sirve para eliminar un tratamiento térmico previo. Con el normalizado se reducen tensiones internas provocadas por las causas anteriores, así como una unificación del tamaño de grano.

Consiste en un calentamiento del acero, 50 grados por encima de la temperatura de austenización, seguido de un enfriamiento al aire. La velocidad de enfriamiento no puede ser elevada evitando la formación de martensita y confiriendo al acero una estructura perlítica y ferrita o cementita de grano fino.

Recocido: consiste en calentar el material hasta una temperatura determinada y mantenerlo a dicha temperatura durante un tiempo previsto y posteriormente enfriarlo lentamente. Los objetivos que se persiguen son: eliminar tensiones del temple, aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad, y conseguir una microestructura específica.

En estos tratamientos, el tiempo constituye la variable fundamental a controlar. En los aceros la temperatura a alcanzar ha de estar entre la temperatura crítica inferior de austenización (A1) y superior (A3 o Acm). Con este tratamiento no se supera la temperatura crítica superior de austenización como ocurre con el normalizado.

El diagrama TTT representa las transformaciones de la austenita en perlita, bainita y martensita, en función de la velocidad de enfriamiento del material. Con objeto de analizar las distintas estructuras que se obtienen al variar la temperatura y el tiempo de enfriamiento, se lleva a cabo un ensayo que consiste en calentar un gran número de placas de acero (digamos 100) de una determinada composición por encima de su temperatura A3, a fin de que todas las placas se transformen en austenita. A continuación se introduce una serie de placas (por ejemplo 10) en un baño de sales cuya temperatura se mantiene constante. Otra serie (otras 10, por ejemplo) se introducen en otro baño que se mantiene a temperatura diferente, y así sucesivamente. De cada baño se extrae una placa cada cierto tiempo, para templarla y ver su microestructura. De esta forma se anota el tiempo que ha tardado en empezar la transformación, así como el instante en que la transformación se ha completado, y se obtienen los diagramas tiempo-temperatura-transformación, conocidos simplemente como curvas TTT:

3.2.- TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

Con estos tratamientos obtenemos piezas muy duras superficialmente, capaces de resistir desgastes, y más blandas en el centro, lo que les permite ser más tenaces.

Mediante estos tratamientos se modifica la composición química superficial del material, por lo tanto, las variables que controlamos son la temperatura, el tiempo y la composición química. En general el procedimiento consiste en meter la pieza hasta una temperatura determinada, mantenemos esa temperatura el tiempo necesario para que se produzca una difusión atómica en la superficie de la pieza con una profundidad determinada y enfriamos. Entre los procedimientos más habituales tenemos:

Cementación Consiste en añadir carbono a la superficie del metal, con objeto de aumentar su dureza superficial. Para facilitar la difusión del carbono en el metal, se somete la pieza durante cierto tiempo a una determinada temperatura ( 900 °C en el caso de los aceros). La atmósfera carburante necesaria se puede lograr por medio de agentes sólidos, gaseosos o líquidos que desprendan carbono.

La cantidad de carbono absorbido por la pieza depende de varios factores:

• Composición química inicial del acero.

• Naturaleza de la atmósfera carburante.

• Temperatura.

• Tiempo de exposición.

Una vez sometida una pieza a un proceso de este tipo, puede considerarse constituida por dos zonas:

Zona exterior, que es la capa cementada y que posee mayor concentración de carbono que el resto de la pieza. Su espesor es función del tiempo de exposición y la temperatura alcanzada.

Alma, que es la zona central donde no se ha producido variación química.

Nitruración Con este tratamiento se consiguen endurecimientos superficiales extraordinarios de los aceros. La pieza que se pretende nitrurar se somete en un horno a una corriente de amoniaco a una temperatura elevada (en el caso de los aceros próxima a los 500°C). Con este procedimiento, manteniendo la pieza dentro del horno a la temperatura indicada entre 20 y 80 horas, se pueden alcanzar durezas comprendidas entre 650 HV y 1100 HV.

Cianuración Es un tratamiento intermedio de los dos anteriores en el que se produce el endurecimiento de la superficie de la pieza sometiéndola a una atmósfera mezcla de carbono y nitrógeno.

Sulfinización Consiste en producir una pequeña capa superficial de azufre, nitrógeno y carbono; de esta manera se consigue favorecer la resistencia al desgaste, favorecer la lubricación y evitar el agarrotamiento. Las piezas sometidas a este tratamiento pueden aumentar su dureza cinco veces.

3.3.- TRATAMIENTOS MECÁNICOS

Mejoran las características de los metales por deformación mecánica, con o sin calor. Cuando el proceso se realiza en caliente recibe el nombre de forja. 3.4. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Mediante estos tratamientos se modifica la superficie de los metales sin variar su composición química másica. En estos tratamientos no es necesario la aplicación de calor. Los tratamientos superficiales más conocidos son el cromado y la metalización. La metalización consiste en pulverizar metal fundido sobre otro, con lo cual, la pieza tratada adquiere las propiedades del primero en su superficie.

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN

La interacción entre un material y el ambiente provoca en muchos casos la pérdida o deterioro de las propiedades físicas del material. Estos procesos de deterioro son diferentes según se trate de materiales metálicos, polímeros o cerámicos. El proceso de deterioro que se produce en los metales recibe el nombre de oxidación y corrosión.

En los procesos de oxidación, lo metales pasan de un estado electrostáticamente neutro a formar cationes (iones positivos) por pérdida de electrones.

M ? Mn+ + ne- En el proceso de degradación de los metales, la oxidación directa resulta de la combinación de los átomos metálicos con los de la sustancia agresiva, por ejemplo 2Fe + 02 ? 2FeO, y la corrosión electroquímica se caracteriza por la formación de pilas galvánicas en las que el metal actúa como ánodo y por lo tanto se disuelve. Este tipo de corrosión exige la presencia de medios electrolíticos, uniones eléctricas y la presencia de un cátodo.

Pilas galvánicas

Tenemos dos metales diferentes inmersos en un electrolito y unidos eléctricamente, haciendo que uno de ellos funcione como ánodo y el otro como cátodo.

El ánodo cede electrones al cátodo, por lo tanto algunos átomos del ánodo se ionizan con carga positiva disminuyendo de tamaño. Si este ion se encuentra en la superficie del ánodo podrá abandonarlo y dirigirse, a través del electrolito, hacia el cátodo que se encuentra cargado negativamente gracias a los electrones que le cedió el ánodo. De esta manera el ánodo reduce su tamaño mientras que el cátodo puede aumentar o quedarse igual, ya que el ion al juntarse con el electrón puede depositarse sobre el cátodo, unirse a otros átomos procedentes del ánodo y precipitar al fondo de la pila o combinarse con elementos del electrolito formando un gas que saldría de la pila.

Medidas de protección contra la corrosión

Los principales medios de protección son:

• Impedir la formación de pilas galvánicas, utilizando aislantes eléctricos.

• Tratar siempre que el área del ánodo sea mayor que la del cátodo.

• Diseñar recipientes para contener líquidos cerrados y procurar que no se acumule líquido estancado.

• Evitar hendiduras o grietas entre los materiales armados o unidos.

Medios de protección Todos los medios de protección van destinados a evitar alguna de las causas que provocan la oxidación y corrosión. Entre las más utilizadas destacamos:

Recubrimientos Se utilizan para aislar las regiones del cátodo y del ánodo. Estos aislantes pueden ser de diferente tipo con una acción más o menos prolongada en el tiempo. Los aislantes a corto plazo son las grasas o aceites que se eliminan con facilidad. Los de medio plazo son las pinturas o recubrimientos cerámicos. Los de largo plazo consisten en recubrir metales con un alto grado de corrosión con otros que tengan un grado de corrosión menor, por ejemplo el acero galvanizado que consiste en depositar Zn o Sn sobre la superficie del acero.

Protección catódica Consiste en forzar al metal a comportarse como un cátodo suministrándole electrones. Para ello utilizamos un ánodo de sacrificio, el cual se corroe, ya que aporta electrones al metal a proteger. Los materiales del ánodo de sacrificio son el cinc o el magnesio.

Inhibidores Consiste en interrumpir o reducir el paso de iones desde el ánodo al cátodo; para ello, añadimos al electrolito productos químicos que se depositan en la superficie del ánodo o cátodo impidiendo o reduciendo la salida o llegada de los iones, produciendo una polarización por concentración o resistencia. Por ejemplo, las sales de cromo realizan esta función en los radiadores de los coches Protección por selección de materiales Es conocido que no todos los metales tienen el mismo comportamiento frente a la corrosión y que hay ciertos metales como el cromo, níquel, platino, oro, plata, wolfranio, etc. que son muy resistentes a la corrosión atmosférica y a la acción de muchos ácidos. No obstante, el empleo de estos metales en estado puro está limitado por sus propias cualidades mecánicas y precio. Se pueden conseguir aleaciones inoxidables si introducimos pequeñas cantidades de estos metales.

Pasivadores (protección anódica) Se dice que un metal tiene pasividad natural cuando al oxidarse se forma una fina capa de óxido que impide la corrosión del mismo, como ocurre con el aluminio, el cobre, etc. Este mismo efecto puede conseguirse de forma artificial en ciertos metales sumergiéndolos en algunos ácidos, por ejemplo si bañamos un acero en ácido nítrico concentrado, este quedará protegido frente al ataque de ácido nítrico de baja concentración. No obstante la aplicación más común de los pasivadores se hace en forma de impregnación como ocurre con el minio (Pb304) o el cromato de cinc (ZnCr04).

Agradezco a los autores del material recogido en los siguientes enlaces a partir de los cuales se ha podido confeccionar este documento:

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/ies_sierra_magina/d_tecnologia/LIBRO/select.htm

http://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/index.html#apuntes

http://issuu.com/yanche/docs/libro2correg

Autor:

PabloTurmero