TRABAJO COLABORATIVO N2MATERIALES INDUSTRIALES
WILLIAM ALFONSO CASTILLO CODIGO: 1119888250Claudia gissella
Holgun Fernndez CODIGO: 1118545959MARITZA LIZETTE NAVARRETE ACUA
-CODIGO: 1119887508LILIA FERNANDA PLAZAS CONTRERAS CODIGO:
1118557500
GRUPO: 256599_95
TUTOR: WILLIAM ANDRES TARAZONA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAESCUELA DE CIENCIAS
BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA08 DE NOVIEMBRE DE 2013TABLA DE
CONTENIDO
INTRODUCCIN
En el presente trabajo veremos conceptos y herramientas
didcticas que nos ayudan afianzar mucho ms nuestros conocimientos
en cuanto al curso de materiales industriales y a familiarizarnos
de alguna manera con el proceso del acero, el estado de la materia
y los tratamientos trmicos y superficiales, aqu podremos observar
estos procesos por medio de diagramas de cajas, resmenes y
matrices.Observamos como a medida que pasa el tiempo, la industria
metalrgica ha venido tomando importancia en un mundo globalizado y
lleno de tecnologas en donde se hace casi indispensable contar con
diversos metales como lo son los aceros, aluminio, cobre, y otros
metales que se han convertido en parte esencial de nuestro diario
vivir, ya que son utilizados en una innumerable industrias
generando cambios y progreso en una sociedad.
OBJETIVO GENERAL
Conocer ms a fondo la industria metalrgica y sus diferentes
formas de trasformacin de metales y enfatizar en distintos procesos
trmicos que ocurren en la obtencin de los metales, as generaremos
un mejor estudio y comprensin de cada proceso.
OBJETIVOS ESPECFICOS
Obtener conocimientos en el proceso del acero
Identificar los diferentes cambios de la materia
Socializar e interiorizar sobre los distintos procesos trmicos
que conllevan a la obtencin de metales.
1.1 Usando la herramienta Mapa cognitivo de cajas sintetizar en
qu consisten los diferentes cambios de estado de la materia.
1.2 Describa en qu consisten, con aplicaciones y ejemplos
reales, los diferentes diagramas de fases para sustancias
DIAGRAMA DE FASES DE GIBBSMediante una regla sencilla que Gibbs
dedujo originalmente, puede predecirse informacin til en lo que
respecta a los equilibrios de fases:f = c p + 2Donde c es el nmero
de componentes y p es el nmero de fases presente en un sistema. El
nmero de grados de libertad (f) proporciona el nmero de variables
(presin, temperatura y composicin) que debe fijarse para describir
completamente al sistema.Por ejemplo, en un gas puro, se tiene un
solo componente y una sola fase, de modo que f = 2. Esto significa
que para describir completamente al sistema, slo tienen que
conocerse dos de las tres variables P, V y T. La tercera variable
puede calcularse a partir de las ecuaciones de estado.Si se
considera el diagrama de fases del agua, en la regin de la fase
pura (slido, lquido o gas), de nuevo se tienen dos grados de
libertad, lo cual significa que la presin puede variarse
independientemente de la temperatura. Sin embargo, a lo largo de
las fronteras slido-lquido, lquido-vapor o slido-vapor, f= 1, en
consecuencia, para cada valor de presin, slo puede haber un valor
especfico de temperatura.Por ltimo, el punto triple, tiene 3 fases
y el resultado de la ecuacin es cero, es decir, el sistema est
fijado totalmente y no es posible variacin alguna.A diferencia de
lo anterior, cuando existe ms de un componente, por ejemplo, una
solucin binaria y las fases lquido-vapor estn en equilibrio, la
regla de las fases queda de la siguiente forma: f = 4-2 = 2. Como
la temperatura es fija, cualquiera de una de las variables presin,
fraccin molar en el lquido o fraccin molar en el gas es suficiente
para describir el sistema.
DIAGRAMA DE UNASUSTANCIA PURA Es toda sustancia que tiene su
composicin qumica homognea e invarianteEjemplo: el agua, el
nitrgeno, el oxgeno, el amonaco y muchos ms.La sustancia pura puede
presentarse en distintas fases: slido, lquido y gaseosa.
Dependiendo de los valores de presin y temperatura una sustancia
puede estar como slido, lquido o vapor o presentarse en dos o tres
fases a la vez. Ejemplo Diagrama P-v de una sustancia pura.
muestra el diagrama P-T de una sustancia pura, llamado diagrama
de fase puesto que las tres fases se separan entre s mediante tres
lneas.
DIAGRAMAS BINARIOS
Estos diagramas son sumamente importantes en reas como la
metalurgia o la qumica-fsica, por lo cual veremos un par de
ejemplos en esta seccin.
Ya habamos notado que en sistemas binarios el potencial de Gibbs
molar $\mu $ es funcin de $T,P $ y la fraccin molar $x_1 $ de uno
de los componentes qumicos. En el caso de soluciones llamadas
regulares existen dos composiciones que lo minimizan a $T $ y $P $
fijos, correspondientes a la separacin de una fase lquida y una
gaseosa.
En la figura se muestra un ejemplo tpico para el cual se ha
fijado la presin y se estudia el equilibrio para varias
temperaturas. Eligiendo un valor particular de $x_1 $ se puede
tener al sistema en estado lquido o gaseoso con esta composicin
para temperaturas suficientemente bajas o altas respectivamente. La
regin termodinmicamente inestable es la sombreada, y los estados
representados all no son de equilibrio.
-Diagrama de solubilidad total Presentan nicamente lneas de
lquidos y slidos, forman soluciones slidas substitucionales
Diagrama de palancaLa regla de la palanca es el mtodo empleado
para conocer el porcentaje de fase slida y lquida presentes en una
aleacin de una cierta concentracin cuando se encuentra a una
determinada temperatura.Ejemplo: Una aleacin de cobre - nquel
contiene 47% en peso de Cu y 53% de Ni y est a 1.300 C. Utilizando
la siguiente figura responder lo siguiente:(a) Cul es el porcentaje
en peso de cobre en las fases slida y lquida a esta temperatura?(b)
Qu porcentaje en peso de la aleacin es lquida, y qu porcentaje es
slida?Solucin:a) % Cu en fase lquida: 55% Cu % Cu en fase slida:
42% Cu Xs = ( wO wl ) / ( ws wl )b)Para el Niquel: wo = 53% wl =
45% ws = 58% Xs = ( 53 45 ) / ( 58 45 ) = 0,62 Xl = ( ws w0 ) / (
ws wl ) = ( 58 53 ) / ( 58 45 ) = 0,38
-Diagrama de solubilidad parcialEn el sistema binario de
solubilidad parcial habr solubilidad total hasta un determinado
porcentaje de cada elemento (lmite de solubilidad), y luego de este
lmite habr un estado de insolubilidad. Dejando aparte el caso en la
regin donde coexisten lquido y slido (caso anterior) en estos
grficos, en la regin del slido se puede determinar el porcentaje
(%) de y de usando la regla de la palanca. As mismo se puede
determinar tambin la composicin qumica de estas dos fases (no
indicada en los grficos) que van variando debido a la presencia de
la curva solvus. En forma aproximada se puede determinar tambin el
porcentaje de los constituyentes: en el caso de la figura de la
derecha estos son 1) solucin slida y 2) eutctico (formado por
+).
1.3 Resuelva el siguiente ejercicio
Discutir, a la vista del diagrama de la figura qu ocurre al
calentar una mezcla de composicin B=0.95 (a1) hasta 350K.
- Cul es la composicin del vapor?
Segn la grfica y suponiendo que se calienta una mezcla de
composicin XB=0.95 (a1) hasta 350K, al hacer una prolongacin de
esta composicin ( De a1hasta los 350K) nos encontraramos en el
lmite inferior de la zona de transicin o el inicio de la fase
binaria; ya que en el rango de los 350K hasta los 390 K, se pueden
encontrar las dos fases (lquido y vapor), es decir que en estos 40K
es donde la mezcla se va licuando hasta convertirse en lquido
totalmente, en caso de perder temperatura. Pero si ganara
temperatura se convertira completamente en vapor.
-A 370K Cules seran las composiciones del lquido y del gas?.
Tomado como referencia la Composicin del vapor a 370K, sera:X0=
95 %Xv= 72 %Xl= 98 %
Entonces:
El porcentaje a1en la fase lquida sera:Xl=[(95-72)/(98-
72)]*100=88%
El porcentaje a1en la fase vapor sera:Xv=[(98-95)/(98-72)]*100 =
12%
- Si se preparara una mezcla de composicin B=0.40, y se
calentara hasta 320K, cuntas fases podran coexistir?
Segn se puede ver en la grfica, el punto B2 se encontrara en la
zona de transicin o zona binaria, ya que su composicin es XB =0.40
y la temperatura es de 320K; por lo tanto en ella se hallaran tanto
la fase gaseosa como la fase liquida.
2.1 Revisar los siguientes links y realizar un resumen de los
mismos. (No Ms de 2 pginas). Puede utilizar una de las herramientas
de Aprendizaje como cuadro sinptico, mapas conceptuales, etc.
2.2 Elaborar una matriz de induccin con los procesos de
tratamientos trmicos y tratamiento superficial en los metales.
TRATAMIENTOS TERMICOSEn que consistesu finalidadConclusin
RecocidoEl recocido consiste en calentar adecuadamente la pieza
y luego enfriarla de una forma tan lenta que semeje enfriamientos
en condiciones de equilibrio, esto se logra si el enfriamiento se
hace dentro del horno. cuyo objetivo principal es ablandar el
acero, eliminar tensiones orecristalizar el materialLos
tratamientos trmicos son operaciones de calentamiento y
enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas a que se
someten los aceros para conseguir las propiedades y caractersticas
ms adecuadas a su empleo o transformacin. No modifican la
composicin qumica pero s otros factores tales como los
constituyentes estructurales y como consecuencia las propiedades
mecnicas
Debido a la variedad de los tratamientos trmicos es importante
saber y distinguir las diferencias y caractersticas que se obtienen
con cada uno de los diferentes tipos de tratamientos trmicos, ya
que podemos obtener mejor resultado sabiendo aplicar cada uno de
ellos y entender los procedimientos bsicos que este encierra para
un mejor trabajo.
Normalizadoconsiste en calentar las piezas a temperaturas
ligeramente ms elevadas, para que pase al estado austentico y luego
despus de un determinado tiempo de permanencia a esa temperatura,
hacerle un enfriamiento en aire tranquiloSe suele utilizar para
piezas que han sufrido trabajos en caliente, trabajos en fro,
enfriamientos irregulares o sobrecalentamientos y tambin sirve para
destruir los efectos de un tratamiento anterior.
TempleEste es un proceso de calentamiento seguido de un
enfriamiento generalmente rpido Se realiza a temperaturas muy
elevadas, de unos 1,250 C cercanas a la del punto de fusin. Se
enfrarpidamente para evitar impurezasEl medio de enfriamiento ms
adecuado son: aire aceite, agua, bao de plomo, bao de mercurio y
baoDe sales fundidas.para conseguirdureza y resistencia mecnica del
aceroEl templar a un acero no se refiere que obtendr la mxima
dureza que pueda lograr sino tambin depende del contenido del carbn
que tenga la pieza.
Revenidoconsiste en calentar al acero despus de normalizado o
templado, a una temperatura inferior al punto crtico, seguido de un
enfriamiento controlado que puede ser rpido cuando se pretenden
resultados altos en tenacidad, o lento, para reducir al mximo las
tensiones trmicas que pueden generar deformacionesLos fines que se
consiguen con este tratamiento son los siguientes: Mejorar los
efectos del temple, llevando al acero a un estado de mnima
fragilidad. Disminuir las tensiones internas de transformacin, que
se originan en el temple. Modificar las caractersticas mecnicas
TemplabilidadPuede definirse como la propiedad que determina la
profundidad y distribucin de la dureza generada durante el templado
de una pieza desde su condicin de estructura austentica.Es
utilizada para describir la habilidad de una aleacin para ser
endurecida por la formacin de martensita como resultado de un
tratamiento trmico.
Carbonitruracinconsiste en endurecer la superficie del acero
combinando la absorcin de carbono y nitrgeno para obtener la dureza
superficial necesaria en materialesBusca un endurecimiento
superficial del acero mediante el enriquecimiento simultneo con
nitrgeno y carbono. Se realiza con aceros de bajo contenido al
carbono (tenaces y resistentes a la fatiga)
CarbonizacinConsiste bsicamente en calentar la pieza de acero
debajo carbono en presencia de un medio rico en carbono. La
superficie de la pieza posee una estructura martenstica revenida,
mientras el ncleo de la pieza permanece con estructura blanda y
dctilel objetivo de obtener superficies extremadamente duras y un
ncleo tenaz, sumado a otras propiedades mecnicas como resistencia a
la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsin
BoruradoConsiste en la incorporacin de boro en superficie
formando boruros de elevada dureza. El propsito de este proceso es
aplicarlo en la superficie de aleaciones ferrosas y no ferrosas
para modificar sus propiedades quimias y mecnicas tales como la
resistencia a la abrasin
2.3 Elabore un mapa cognitivo de caja donde se defina las
siguientes normas de caracterizacin y clasificacin de los metales:
SAE, AISI, DIN, UNI y ANFOR, explicando la metodologa que utiliza
cada norma para codificar o designar a los metales
NORMAS DE CARACTERIZACION.CLASIFICACION DE LOS ACEROSNORMAS
AISI/SAEInstituto Americano del Hierro y el Acero.Clasifica los
aceros en: Al Carbono De media Aleacin Aleados Inoxidables De alta
resistencia De HerramientasNORMAS AFNORUnification Di Norma
ItalianaClasifica los aceros segn:Especificaciones que regulan la
calidad de materiales utilizados en la industria general
(aleaciones de cobre, aluminio, aceros fundiciones, etc.) las
cuales benefician y sirve de patrn a las empresas que manufacturan
productos metlicos.
NORMAS UNIUnification Di Norma ItalianaClasifica los aceros
segn:Especificaciones que regulan la calidad de materiales
utilizados en la industria general (aleaciones de cobre, aluminio,
aceros fundiciones, etc.) las cuales benefician y sirve de patrn a
las empresas que manufacturan productos metlicos.De alta aleacin:
(>5%) Letra inicial X %C X100 Smbolo de los aleados % de los
aleadosEjemplo: x10CrNi188:De alta con 10%C, 18%Cr, 8%Ni.
Aceros rpidos: (HS) En secuencia, W, Mo, Co, expresando el
contenido de los aleados.Ejemplo: HS 6-5-2.Bohler S600: 0.9C,
4.3Cr, 5Mo, 1.9V, 6.4W
Aceros Aleados. Al-Ni 23XX, 25XX Cr-Ni 31XX, 32XX, 33XX, 34XX
Al-Mo 40XX, 44XX Al-Cr-Mo 41XX Al-Cr-Ni-Mo 86XX
De mediana aleacin: 15XX Grupo I: (SAE1110, 1112, 1113, 12L13,
12L14, 1215) Grupo II: (SAE1108, 1109, 1116, 1117, 1118, 1119)
Grupo III: (SAE1132, 1137, 1139, 1140, 1141, 1145, 1146, 1151)
Al Carbono: 10XX XX = % de C De muy bajo % de C. (SAE 1005-1015)
De bajo % de C. (SAE 1016-1030) De medio % de C. (SAE 1035-1053) De
alto % de C. (SAE 1055-1095)
Alta y baja resistencia.9XX XX es 103Lb/pulg2 SAE 942
Aceros Inoxidables. Austeniticos: AISI302XX. 303XX XX NO es % de
C. Martensicos: AISI514XX Ferriticos: AISI514XX, 515XX
Aceros aleados Norma NFA35-552-86 (28Mn6, 38C2, 46C2, 34C4,
38C4, 42C4, 25CD4, 34CD4, 42CD4, 34NiCrMo6, 30CND8, 35CND16,
50CrV4, 20MB5, 30MB5)
Aceros al carbono: Norma NFA35-552-86: (XC15, XC25, XC32, XC45,
XC55, C60, E36-2)
Aceros aleados Norma UNI 7846: (28Mn6, 38Cr2, 46Cr2, 34Cr4,
38Cr4, 41Cr4, 25CrMo4, 35CrMo4, 42CrMo4, 39NiCrMo3, 34CrNiMo3,
30CrNiMo8, 40NiCrMo7, 20MnB5, 30MB5)
Aceros al carbono: Norma UNI 7846: (C15, C25, C30, C45, C55,
C60, FE510)
Aceros para cementacion Norma NFA35-552-86: (XC10, XC12, XC18,
20M5, 18C3, 16MC5, 12CD4FF, 18CD4, 20MoCr3, 20MoCr4, 20CM5,
16NiCr4, 20NC6, 14NC11, 20NCD2, 18NCD6, 18CrNiMo7-6)
Aceros para cementacion Norma UNI 7846: (C10, C15, G22Mn3,
16MnCr5, 18CrMo4, 16NiCr4, 16NiCr1, 20NiCrMo5, 15NiCrMo13)
NORMAS DINDeustche Industrie NormenClasifica los aceros segn %
de aleantes:Baja aleacin: (< 5%) %C X100 Smbolo de los aleados %
de los aleadosEjemplo: 80wCrV8:De baja con 8%C
2.4 Elabore una tabla de comparacin para los siguientes metales:
aceros, fundiciones, otros metales (aluminio, cobre, nquel,
magnesio y titanio).
CONCLUSIONES
Gracias a la elaboracin de este trabajo hemos podido observar lo
importante que es el acero y cul es su proceso
Con este trabajo hemos podido identificar los estados de la
materia.
WEBGRAFA
http://www.anzolin-conpress.com/index.php/es/-tratamientos-termicos-y-superficiales-
http://www.youtube.com/watch?v=9M3T_jnRd6Y
http://www.youtube.com/watch?v=MEuiKkvCFaQ&feature=related
https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2012/469/45757/1/Documento7.pdf
http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-65.htm
http://quechua.fis.uncor.edu/termo1/clases/node67.html
http://www.pps.k12.or.us/district/depts/edmedia/videoteca/curso1/htmlb/SEC_131.HTM
http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/clase9ttteoria.pdf
