LA METALURGIA DE LA SOLDADURA
La metalurgia es el estudio de los metales, tanto en estado puro como
aleado. La metalurgia de la soldadura es por lo tanto la aplicación de todo lo
que tiene que ver con ésta área relacionado con la aplicación de la soldadura.
La metalurgia de la soldadura comprende las especificaciones de un metal
base, de la aleación de un metal de soldadura y su tratamiento. Además hace
énfasis en las necesidades en cuanto a métodos de fabricación y control de las
variaciones que en un momento dado pueden ocurrir.
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES:
- ¨ Resistencia.
- ¨ Dureza.
- ¨ Ductilidad.
- ¨ Impacto.
- ¨ Resistencia A La Fatiga.
- ¨ Resistencia A La Abrasión.
Estas propiedades pueden verse afectadas por los tratamientos
metalúrgicos a los que se somete el metal durante la soldadura, o los
requerimientos de fabricación; estas propiedades son afectadas por varios
factores metalúrgicos, los cuales incluyen:
- § Adición De Elementos Aleantes.
- § Tratamientos Térmicos.
- § Tratamientos Mecánicos.
- § Pre-calentamiento.
- § Post-Calentamiento.
- § Control De Temperatura Entre Pases.
- § Control De Calor De Aporte.
- § Equilibrio Térmico.
- § Relevo De Esfuerzos.
Debido a que la metalurgia de la soldadura incluye muchas facetas, no se
debe pensar en incluir todos sus aspectos, sólo se hará un pequeño resumen de
dichos cambios y se dividirán a su vez en dos importantes categorías.
CATEGORÍA UNO:
Son cambios que ocurren en un metal cuando éste se calienta desde la
temperatura ambiente hasta altas temperaturas.
CATEGORÍA DOS:
Estos cambios involucran el efecto de las propiedades de los metales,
cuando variamos la velocidad en la cual estos cambios de temperatura ocurren.
Un ejemplo de ello ocurre cuando enfriamos un material caliente a altas
velocidades. Este factor recibe el nombre de velocidad de enfriamiento.
La metalurgia de la soldadura hace especial énfasis
en los cambios que ocurren en los metales cuando sufren un calentamiento
localizado en el metal por el arco de soldadura. Este calentamiento y
enfriamiento no uniforme hace necesario tener consideraciones adicionales,
tales como alivios térmicos.
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
Las características físicas, químicas y mecánicas de los materiales,
tienen una influencia muy significativa en cualquier operación de soldadura.
Las propiedades de los materiales pueden clasificarse de la siguiente
manera:
CARACTERÍSTICAS
Son las que influyen en los fenómenos de corrosión, oxidación y
reducción.
LA CORROSIÓN es una destrucción progresiva del metal por efectos
de los elementos atmosféricos.
LA OXIDACIÓN consiste en la formación de óxidos metálicos por la
combinación de los metales con el oxígeno.
LA REDUCCIÓN consiste en la eliminación de oxigeno de las
inmediaciones del baño de fusión para evitar los efectos de la contaminación
atmosférica.
En cualquier proceso de soldadura hay que recordar que el oxígeno es un
elemento altamente reactivo. Cuando se pone en contacto con un metal,
especialmente a elevadas temperaturas, se forman óxidos y gases indeseables,
que dificultan la operación de soldadura. Así el éxito de la soldadura depende
en gran medida de lo bien que se evite la contaminación del baño de fusión por
el oxígeno.
CARACTERÍSTICAS
Son las que definen el comportamiento del metal cuando este se somete al
calor necesario para soldar. Podemos citar como más importantes la temperatura
de fusión, la conductividad térmica y la estructura granular.
Los metales sólidos pasan al estado líquido (fusión) a diferentes
temperaturas. Cuando se enfrían desde el estado líquido, los átomos se ordenan
formando distintos modelos de cristales (redes cristalinas). La resistencia de
las soldaduras depende, con mucha frecuencia, de cómo se controlen estas redes
cristalinas y de cuanto calor es necesario para la correcta fusión del metal.
También es importante tener en cuenta que algunos metales presentan una
elevada conductividad térmica, mientras que otros la tienen muy baja. También
es necesario entender cómo afecta el calor a la estructura y al grano de los
metales, pues tanto el tamaño del grano como la estructura cristalina, tienen
una influencia directa sobre la resistencia de la junta soldada.
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LOS METALES ABRASIÓN
Es el desgaste producido por el rozamiento de un cuerpo (relativamente
blando) sobre una superficie. Como ejemplo podemos mencionar el rozamiento de
la tierra sobre la cuchilla de un arado.
EROSIÓN
Es el desgaste producido por el choque de partículas relativamente
pequeñas que viajan en un fluido sobre una superficie.
Ejemplo; El desgaste producido sobre las hélices o paletas de una
turbina por la arena que lleva el agua.
FRICCIÓN METAL-METAL
Aquí nos referimos al desgaste producido por el rozamiento de un metal
al deslizarse sobre otro metal.
RESISTENCIA AL IMPACTO
Es la resistencia de un cuerpo para soportar el choque de otro.
Ejemplo: el impacto que soporta un martillo al choque contra otro metal.
CORROSIÓN
Es el desgaste causado por agentes químicos que son
capaces de disolver un material.
Ejemplo: la acción de un ácido sobre el hierro
ESTRUCTURA DE LOS METALES
Cuando examinamos al microscopio una pieza perfectamente pulida,
observamos unos pequeños granos. Cada uno de estos granos está constituido por
otras partículas más pequeñas llamadas átomos. (Toda la materia se compone de
átomos). Los granos, o cristales como se les llama a menudo, pueden presentar
distintas formas y tamaños. La disposición relativa de los átomos determina la
forma de la red cristalina. En general, los cristales de la mayoría de los
metales, tienen sus átomos ordenados según tres tipos de redes cristalinas. Una
red cristalina es una representación visual de la ordenación geométrica que
toman los átomos de todos los metales al pasar de líquidos a sólidos.
Entre los metales que presentan esta estructura cristalina podemos citar
el cadmio (Mg), el titanio (Ti) y el cinc (Zn). Los metales que cristalizan en
el sistema cubico de caras centradas son generalmente dúctiles; es decir son
plásticos y fáciles de trabajar. Los que cristalizan en el sistema hexagonal
compacto, a excepción del circonio (Zr) y el titanio, carecen de plasticidad,
por lo que no se pueden conformar en frío. Los metales del sistema cubico
centrado en el cuerpo tienen mayor resistencia que los del sistema cubico de
cara centradas, pero presentan una menor aptitud para la conformación en frío.
CRISTALIZACIÓN DE LOS METALES
Todos los metales solidifican en forma de cristales. Cada metal tiene su
propio sistema de cristalización. En algunos metales se produce un cambio de
estructura cristalina al variar la temperatura. Por ejemplo, el hierro, que a
temperatura ambiente presenta una red cubica centrada en el cuerpo, cambia al
sistema cubico de caras centradas a la temperatura de 910° c (1670°f).
En el enfriamiento, el metal líquido pierde energía térmica (calor) a
través del aire y de las paredes del molde. Al alcanzar la temperatura de
solidificación, los átomos del metal van asumiendo su estructura cristalina
característica. Los cristales se van formando, al azar, en los puntos del
líquido que tienen menor energía. Cuanto mayor es la velocidad del
enfriamiento, mayor es el número de cristales que se forman en un momento dado.
Al ser mayor el número de cristales que están creciendo simultáneamente,
disminuye el tamaño del grano en el metal solidificado.
El tamaño de grano tiene una gran influencia sobre las propiedades del
material. Así los aceros de grano fino tienen características mecánicas
superiores a los de grano grueso. Según esto, es de suma importancia que el
soldador tome las medidas adecuadas para conservar el tamaño del grano del
metal base. Los calentamientos excesivos conducen a pequeñas velocidades de
enfriamiento, lo que origina una estructura de grano grueso y fragiliza la
soldadura.
EFECTOS DEL CALENTAMIENTO SOBRE LA ESTRUCTURA DE LOS ACEROS:
Cuando el acero, que es una aleación de hierro y carbono, se calienta
desde la temperatura ambiente hasta unos 835°c (1333°f), los granos de perlita
pasan a una estructura cubica centrada en el cuerpo a la estructura cubica de
caras centradas. Esta última disposición de los átomos de hierro recibe el
nombre de hierro gamma.
Además, cuando el acero alcanza su temperatura crítica (temperatura por
encima de la cual hay que calentar el acero para endurecerlo por temple), el
carburo de hierro se descompone en hierro y carbono, distribuyéndose este
uniformemente en el hierro. El producto resultante recibe el nombre de austenita.
Si se prosigue el calentamiento por encima de la temperatura critica, va
aumentando el tamaño de grano hasta que se alcanza la temperatura de fusión.
Cuando el acero funde, la estructura cristalina se destruye totalmente,
quedando los átomos libres y sin ninguna relación definida entre los mismos.
EFECTOS DEL ENFRIAMIENTO SOBRE LA ESTRUCTURA GRANULAR DE LOS ACEROS:
Si se enfría el metal desde el estado de fusión hasta la temperatura
ambiente, bajo condiciones adecuadas, se producen exactamente las transformaciones
opuestas a las que experimenta el metal durante el calentamiento.
A medida que el metal se va enfriando, los cristales de hierro inician
la solidificación. A esto sigue la cristalización de los granos de austenita
hasta que se produce la solidificación completa.
Cuales se produce la solidificación del acero, este pasa por distintos
grados de solidificación, desde un estado pastoso a la forma de solución
sólida. Mientras se encuentra en estado pastoso, se puede deformar fácilmente.
Por el contrario, después de alcanzado el estado sólido, aunque aún se
encuentre caliente, solo puede deformarse por aplicación de grandes presiones o
golpes por forja.
Si continuamos el enfriamiento del metal sólido, la austenita se va contrayendo
uniformemente a medida que la temperatura desciende. Cuando se alcanza la
temperatura de transformación, esta se estabiliza por un tiempo. En este
momento se produce la transformación de hierro
gamma en hierro alfa, así como la separación de carburo de hierro y
hierro puro en los granos de perlita.
En la transformación del material desde el estado líquido hasta el
estado sólido, es muy importante la velocidad de enfriamiento, pues de esta
depende la estructura final en que se disponen los átomos. Por ejemplo: si un
acero de 0.83% de carbono se
enfría rápidamente hasta por debajo de su temperatura crítica, algunas de las
transformaciones mencionadas anteriormente no se verifican. El resultado es que
aparece un constituyente que recibe el nombre de martensita, de gran dureza y muy frágil.
Finalmente, el acero queda con estas propiedades.
Por el contrario, si el mismo acero de 0.83% de carbono se enfría más lentamente, la estructura final
será mucho más dúctil.
INFLUENCIA DEL CARBONO EN EL ACERO:
El carbono es el principal elemento de aleación en los aceros y de el
depende la estructura y propiedades de los aceros al carbono. La influencia del
carbono sobre la dureza y resistencia de los aceros depende del contenido del
mismo y de su micro-estructura. Los aceros al carbono enfriados lentamente
presentan una micro-estructura de
ferrita y perlitica, en
cantidades que dependen directamente de la cantidad de carbono.
Entre menos carbono mayor cantidad de ferrita
y más blando será, a mayor
carbono mayor cantidad de perlita y su dureza aumenta.
Mientras que los aceros al carbono enfriados bruscamente tienen una
micro-estructura martensitica de gran resistencia y dureza, pero muy frágil.
A temperatura ambiente, los átomos de un acero al carbono se disponen
según el sistema cubico centrado en el cuerpo. Esto se conoce como hierro alfa.
Cada grano de la estructura del hierro alfa está formado por capas de
hierro puro (ferrita) y una combinación de hierro y carbono (carburo de
hierro), que recibe el nombre de cementita.
La cementita es muy dura y prácticamente no tiene ductilidad.
Si el acero tiene 0.83 % de carbono, presenta una estructura totalmente perlitica, es decir, todos los granos
son como los descritos anteriormente: láminas de ferrita con láminas de cementita.
Recibe el nombre de acero eutectoide.
Si el acero tiene menos de 0.83% de carbono, presenta una estructura ferritico-perlitica y recibe el nombre de acero
hipoeutectoide. El examen de esta estructura nos muestra granos de ferrita y
granos de perlita.
Cuando el acero tiene más del 0.83% de
carbono, la estructura está formada por una mezcla de perlita y cementita y recibe el nombre de acero
hipereutectoide. Al observar en el microscopio la micro-estructura de
dicho acero vemos como los granos de perlita están rodeados de cementita.
En general, los aceros utilizados en la industria suelen tener menos del
0.83% de carbono por lo que pertenecen al grupo de los hipoeutectoides.
OTROS FACTORES QUE ALTERAN LA RESISTENCIA Y ESTRUCTURA:
Cuando un metal se trabaja en frío por ejemplo: laminación, martilleado,
trefilado etc., los granos de ferrita y deperlita se hacen más pequeños,
aumentando la dureza y resistencia del material.
Si después del trabajo en frío el metal se calienta y se deja enfriar
lentamente, vuelve a aumentar el tamaño del grano y el material se ablanda y
pierde resistencia.
El tamaño de grano de algunos metales se
reduce y la resistencia aumenta, mediante un
proceso de calentamiento y enfriamiento posterior. Por ejemplo si un acero con
alto contenido de carbono se calienta a una temperatura determinada y luego se enfría
bruscamente en agua o en aceite (proceso de temple), el tamaño de grano
permanece fino. Por el contrario si el mismo acero se calienta por un largo
periodo de tiempo, el tamaño de grano aumenta y el material se fragiliza. Este
punto es de tener muy en cuenta en la soldadura de diversos aceros aleados.
El problema de los cambios de estructura no es demasiado grave en la
soldadura en los aceros de bajo contenido de carbono. Sin embargo, los aceros
de alto contenido de carbono y aceros aleados están muy influenciados en la
resistencia por la variación de estructura y el tamaño de grano. Según esto,
hay que tomar grandes precauciones durante la soldadura, para evitar un
excesivo calentamiento o un tratamiento inadecuado durante el enfriamiento y
evitar así alteraciones sustanciales en la estructura del metal.
EFECTOS DEL CALOR APLICADO DURANTE EL PROCESO DE SOLDADURA
En soldadura pueden ocurrir enfriamientos muy
rápidos de algunas zonas, lo que puede producir puntos
duros, los cuales pueden ser origen de fisuras o grietas en el cordón. Además,
hay que tener en cuenta que mientras una zona de la pieza se encuentra en
estado de fusión, el resto de la misma tiene temperaturas variables entre
amplios límites:
Desde zonas que están a una temperatura próxima a la de fusión hasta
otras que se mantienen a temperatura ambiente.
Esto implica que mientras en unas zonas la estructura cristalina está
totalmente rota o a punto de romperse, en otras se está iniciando la
recristalización.
ZONAS AFECTADAS POR EL CALOR
(ZAC)
Como ahora puede apreciarse hay una zona que aunque no se fundió si
estuvo expuesta a altas temperaturas. En esta zona el acero pudo llegar a
recristalizarse en forma de austenita y puede haber también modificaciones en
la estructura del grano.
Esa área es llamada: “zona afectada por el calor”.
La energía térmica aplicada por un electrodo al soldar depende del
voltaje, el amperaje y la velocidad de avance del electrodo.
Cuando el voltaje y el amperaje aplicados al electrodo son mayores, es
mayor la cantidad de calor aplicada y entre mayor sea la velocidad de avance es
menor la cantidad de energía o calor aplicado.
La velocidad de enfriamiento de las zonas que fueron calentadas al
soldar, es muy importante pues como ya vimos de esa velocidad depende que se
forme la estructura de temple o martensita o que ocurra reacción y segregación
de los elementos de aleación, como también influye en los esfuerzos, distorsión
y tamaño del grano.
Si tomamos dos planchas de acero de las mismas dimensiones a la primera
la calentamos con un soplete hasta que esté a 200° c la segunda la dejamos a
temperatura ambiente y aplicamos en cada una un cordón de soldadura con la
misma energía aplicada o sea con el mismo voltaje, amperaje y velocidad de
avance podemos encontrar que: para la primera plancha, como la temperatura
tiene que caer solo hasta 200° c., la velocidad de enfriamiento del cordón y la
zona afectada es más lento que para la segunda o visto en otra forma, el tiempo
que necesita la primera plancha para llegar a la temperatura ambiente es mayor
que el tiempo requerido que la segunda para llegar a la temperatura ambiente. A
esa temperatura aplicada a la primera plancha se le da el nombre de: temperatura de pre-calentamiento.
La temperatura de pre-calentamiento y la energía aplicada son factores
sumamente importantes en soldadura, pues con ellos se puede lograr un control
de las velocidades de enfriamiento y de los fenómenos que ocurren en el acero
con los cambios rápidos en temperatura que influyen en el tamaño del cordón y
del grano en la zona afectada por el calor.
Cuando se sueldan aceros de alto contenido en
carbono, si no se toman medidas para evitar los cambios de
estructura, bien sea mediante calentamientos previos o disminuyendo la
velocidad de enfriamiento, la soldadura quedara demasiado frágil, por lo que la
pieza será prácticamente inservible.
Si se suelda una pieza de acero de gran
elasticidad, por ejemplo un resorte, el calor aplicado durante
la soldadura puede disminuir la elasticidad, con lo que se inutiliza la pieza.
También hay que tener en cuenta que si se suelda una pieza endurecida por temple, la soldadura,
normalmente, disminuye la dureza de la misma. En muchos casos, una vez
realizada la soldadura, hay que someter las piezas a un tratamiento térmico que
les devuelva las características de dureza iniciales.
Es evidente que para soldar cualquier acero aleado o de elevado
contenido de carbono, hay que conocer muy bien los efectos del calentamiento y
del enfriamiento.
TRATAMIENTO TÉRMICOS.
Los tratamientos térmicos se aplican a los metales y
aleaciones para ablandarlos o eliminar tensiones internas, o para endurecerlos
total o parcialmente. Y a esto llamamos: recocido y temple total o superficialmente.
Es importante para el soldador el conocimiento de estos
procesos, pues en muchos casos deberá controlar los procesos de calentamiento y
de enfriamiento durante la soldadura, para evitar que un tratamiento pueda
modificar la estructura del material.
RECOCIDO
Es un tratamiento por el que se consigue ablandar el
material con vistas a facilitar su mecanización y que también elimina las
tensiones internas que pueden quedar en el material como consecuencia de la
soldadura.
Para recocer un acero, se calienta hasta una cierta temperatura y se mantiene
durante cierto tiempo para conseguir que todo el carbono se disuelva uniformemente
en toda la masa de hierro.
La temperatura de recocido varía según el tipo de acero.
Después que la pieza ha sido
calentada durante un periodo de tiempo
suficiente, se deja enfriar lentamente, bien sea dentro de un horno o cubierta
con ascuas, arena, cal, mantas de asbesto silicato o cualquier otro material
térmico aislante.
El recocido para eliminar
tensiones internas producidas durante el proceso de
soldeo, consiste en calentar a una temperatura por debajo de la crítica,
aprox., 594°c 1100°f, y enfriar luego lentamente.
Otro método para eliminar tensiones consiste en el martilleado; sin embargo, hay que aplicarlo con muchas
precauciones, pues siempre presenta un gran riesgo de figuración en las piezas.
El recocido para la eliminación de tensiones solo se aplica sobre piezas en las que se tema una rotura frágil y
siempre que no se disponga de otro procedimiento para eliminar las fuerzas de
expansión y contracción que se presentan durante el soldeo.
NORMALIZADO
Difiere del recocido estándar ya que consta de calentamientos a
temperaturas más elevadas durante tiempos más cortos y el enfriamiento se
realiza al aire.
TEMPLE
Se emplea para endurecer una vez mecanizadas. Se realiza calentando
hasta una temperatura por encima de la crítica y enfriando rápidamente en aire,
aceite, agua o sales.
Solo los aceros de mediano o alto contenido en carbono endurecen por
este procedimiento. Los de bajo contenido en carbono no templan. La temperatura de calentamiento depende del
tipo de acero.
El endurecimiento por temple no siempre es deseable. Su interés depende de la aplicación posterior de
la pieza. Por ejemplo si una pieza de
acero endurece por temple durante el proceso de soldadura, quedara muy
frágil y muy sensible a la figuración provocada por las tensiones de origen
térmico que se originan durante el proceso del soldeo. En estos casos deben
tomarse precauciones especiales, como un pre-calentamiento o un control severo
sobre la aportación de calor y las condiciones de enfriamiento para minimizar
esta tendencia.
Durante el proceso de soldeo existe una marcada diferencia de temperaturas entre el metal fundido,
las zonas adyacentes y el metal base que se encuentra frío. Este actúa como un
medio de enfriamiento enérgico de las zonas afectadas por el calor.
La consecuencia de esto es que las zonas próximas a la de fusión, que
durante la soldadura, superan la temperatura critica, quedan con una estructura
dura y frágil, de tipo martensitica.
Cuanto mayor es la tendencia al temple del
acero, mayor es el peligro que se presente este fenómeno
incluso con pequeñas velocidades de enfriamiento.
Esta es una de las razones por las cuales los aceros de elevado
contenido de carbono deben soldarse con muchas más precauciones que los aceros
ordinarios de bajos contenidos en carbono.
TRATAMIENTOS SUPERFICIALES.
Los tratamientos de endurecimiento
superficial se suelen aplicar a los aceros de bajo contenido en carbono
y consisten en añadir carbono,
nitrógeno o una combinación de ambos a la superficie exterior de la
pieza con vistas a conseguir una fina capa exterior de gran dureza.
Las tres técnicas principales de endurecimiento superficial se conocen
como carburación, cianuración y
nitruración.
CARBURACIÓN
Consiste en calentar las piezas a tratar en un horno cuya atmósfera sea
rica en monóxido de carbono. Otro método consiste en calentar el acero en
contacto con sustancias ricas en carbono, tales como carbón vegetal, carbón
mineral, etc.
Los métodos modernos de carburación utilizan la atmósfera gaseosa casi exclusivamente.
La pieza se calienta a una temperatura entre 899° y 927°C equivalente a
1650°f a 1700°f.
A esta temperatura el acero se encuentra en
forma austenita y fácilmente absorbe carbono de la atmósfera circundante rica en este elemento. El tiempo de duración del tratamiento depende
del espesor que se quiera conseguir en la capa dura. Después del calentamiento
la pieza se enfría bruscamente, con lo que se consigue una superficie exterior
muy dura sobre un núcleo relativamente tenaz.
CIANURACION
Consiste en introducir la pieza de acero en un baño de sales de cianuro sódico o potásico que se
encuentra a una temperatura de unos 815°c (1500°f). Se consigue una capa
exterior más fina y más dura que la obtenida con la carburación.
NITRURACION
Es el procedimiento que permite conseguir capas superficiales más duras.
El endurecimiento se consigue por las formaciones de compuestos de nitrógeno,
que son muy duras y resistentes al desgaste.
La nitruración se realiza calentando la pieza de unos 482° a 583°c (900°f a 1000°f) en un horno que
contenga una atmósfera a base de gases amoniacales.
Debido a que es el procedimiento que menor calentamiento exige se emplea
siempre que se quiera dureza superficial sin producir grandes deformaciones en
las piezas a tratar.
PROPIEDADES O RESISTENCIA MECÁNICAS DE LOS MATERIALES.
Las características mecánicas de los materiales son una
medida de comportamiento de los mismos bajo distintos tipos de esfuerzos.
También las podemos definir como
la resistencia de los materiales cuando
se someten a la acción de una o más fuerzas.
Si conocemos las propiedades resistentes de los materiales
podremos construir estructuras seguras.
Del mismo modo si un soldador conoce la resistencia de la
soldadura con relación a la del metal base, podrá aplicar la soldadura necesaria
para que su resistencia sea suficiente.
Podemos definir la resistencia de
un material como su capacidad para soportar cargas
sin que se produzca la rotura.
TENSIÓN
Es la resistencia interna que un material ofrece a la deformación. Se
mide en fuerza por unidad de superficie.
DEFORMACIÓN
Es el cambio de dimensiones o forma que experimenta la pieza al
aplicarle la tensión. Se suele expresar en valores unitarios.
ELASTICIDAD
Es la capacidad que tienen los materiales para
recuperar su forma y dimensiones iniciales al cesar las fuerzas que previamente
los deformaron.
Una banda de goma es un buen ejemplo de material elástico.
Si la goma se estira, recupera su forma y medidas iniciales al cesar la fuerza,
sin embargo, por encima de cierto límite, se romperá.
Los materiales con propiedades elásticas se comportan de la misma forma.
LIMITE
Es la carga máxima que puede soportar un material sin perder su forma
inicial al cesar la carga.
MODULO DE ELASTICIDAD
Es el cociente entre tensión y deformación dentro del límite
elástico. Cuanto menor es la deformación de un material bajo una tensión dada,
mayor es su módulo de elasticidad. Por comparación de sus módulos de
elasticidad, podemos determinar la rigidez de los materiales.
La rigidez u oposición de la deformación, tiene una gran importancia en muchas aplicaciones, tanto en máquinas
como en estructuras.
MODULO DE ELASTICIDAD
Es el cociente entre tensión y deformación dentro del límite elástico.
Cuanto menor es la deformación de un material bajo una tensión dada, mayor es
su módulo de elasticidad. Por comparación de sus módulos de elasticidad,
podemos determinar la rigidez de los materiales.
La rigidez u oposición de la deformación, tiene una gran importancia en muchas aplicaciones, tanto en máquinas como
en estructuras.
RESISTENCIA A LA
Es la capacidad que tiene un material para soportar fuerzas que intentan
alargarlo. Es una de las características mecánicas más importantes.
RESISTENCIA A
Es la capacidad que tiene el material para soportar fuerzas que intentan
acortarlo, o encogerlo si nos fijamos en el sentido de las fuerzas, la compresión es el esfuerzo opuesto
al de la tracción.
La mayoría de los metales tienen buena resistencia a la tracción y a la
compresión. Sin embargo, los materiales frágiles, tales como la fundición,
tienen buena resistencia a la compresión, pero solo una moderada resistencia a
tracción.
RESISTENCIA A
Es la capacidad que tienen los materiales para soportar cargas que
intentan curvarlos o flecarlos.
Una tensión de flexión es la combinación de tensiones de tracción y
compresión.
RESISTENCIA A
Es la capacidad del material para soportar fuerzas que intentan girarlo.
RESISTENCIA A CORTADURA
Es la que presenta el material a que una parte del mismo se deslice con
relación a otra.
RESISTENCIA A LA FATIGA
Nos indica la capacidad del material para soportar fuerzas intermitentes
o alternativas de tracción o de compresión.
RESISTENCIA AL IMPACTO
Nos indica la capacidad del material para soportar cargas aplicadas
bruscamente.
Cuanto mayor es la resistencia al impacto de un material, mayor es la
cantidad de energía requerida para romperlo. Esta característica, dado que es
una de las más sensibles a las variaciones de estructura, puede ser ampliamente
afectada por la soldadura.
DUCTILIDAD
Nos indica la aptitud del material a la deformación sin que produzca
grietas o roturas.
Los metales de gran ductilidad, como el cobre o acero suave, rompen
progresivamente a medida que la carga se va incrementando.
Los de pequeña ductilidad, tales como la fundición, rompen de repente
cuando la carga alcanza un determinado valor.
DUREZA
Es la oposición del material a ser rayado o penetrado por otros. Se suele determinar midiendo el área de la
huella dejada sobre la pieza por una bola que se aplica bajo una carga
determinada o midiendo la profundidad de la huella producida por un penetrador
adecuado bajo una carga dada.
FRAGILIDAD
La fragilidad viene a ser la característica opuesta a la resistencia al
impacto. Nos indica que el material se fractura fácilmente, bajo pequeñas
cargas. En muchos casos la fragilidad se puede originar por una soldadura
inadecuada. La fragilidad indica una pérdida total de ductilidad.
TENACIDAD
Se puede considerar como una combinación de resistencia y ductilidad. Un
material tenaz es aquel que puede absorber grandes cantidades de energía sin
que se produzca la rotura. Los metales que presentan un módulo de elasticidad
elevado y una gran ductilidad, son muy tenaces. La soldadura de este tipo de
materiales debe realizarse con sumo cuidado. Un régimen térmico inadecuado
puede modificar el tamaño de grano y la microestructura del material,
características a la que está íntimamente ligada la tenacidad.
MALEABILIDAD
Es la capacidad del material para ser deformado por aplicación de
fuerzas de compresión sin que se originen defectos. Los materiales maleables
pueden ser forjados o laminados.
FLUENCIA
Consiste en un lento, pero progresivo incremento de la deformación, que
normalmente se produce a elevadas temperaturas, hasta producir el fallo del
material.
LAS PROPIEDADES CRIOGÉNICAS
Las propiedades criogénicas del material nos indican el comportamiento
del mismo cuando se somete a tensiones a muy bajas temperaturas.
A demás de ser sensibles al tipo de estructura cristalina y a los
procesos de fabricación, los metales también son sensibles a las altas y bajas
temperaturas. Algunos materiales que se comportan perfectamente a temperatura
ambiente, pueden fallar inesperadamente a bajas o altas temperaturas.
Al descender la temperatura se suele producir un cambio brusco de
comportamiento dúctil a comportamiento frágil.
EL COEFICIENTE DE
Nos indica la variación unitaria de longitud que experimenta el
material, al variar la temperatura 1°c. Es siempre un factor importante en la
soldadura.
CLASIFICACIÓN DE LAS
FUNDICIONES.
El termino fundición de hierro es un nombre genérico que se
refiere a una familia de materiales que difieren ampliamente en sus
propiedades. Las fundiciones son aleaciones de hierro de hierro, carbono y
silicio que contienen también manganeso, fósforo, azufre, etc., su contenido en
carbono es de 1.7% a 4.5%, puede estar disuelto en la austenita o en forma
libre. (Grafito)
CLASES DE FUNDICIONES
La fundición de hierro es la forma más simple del producto obtenido a
partir del arrabio; las fundiciones coladas son hierros de segunda (acero) que
los ingenieros emplean como material de construcción.
El término hierro colado, es generalmente un sinónimo de hierro gris
suave. Esto es un error sabiendo que hay un rango muy extenso a partir de la
fundición gris suave a los hierros colados nodulares, cada uno con diferentes propiedades
y características cuyas variadas aplicaciones lo hacen un material común,
asociado con otro más costoso.
Las diferentes fundiciones de hierro se dividen en los siguientes
grupos:
- * Fundición De Hierro Gris.
- * Fundición De Hierro Blanco.
- * Fundición De Hierro Maleable O Dúctil.
- * Fundición De Hierro Nodular O Esferoidal.
- * Fundición De Hierro Austeníticos.
FUNDICIÓN DE HIERRO GRIS
En esta clase de hierro, el carbono se presenta como carbono libre en
forma de grafito, y la fractura debe ser de color obscuro.
Como es de suponerse es un metal suave y de fácil maquinado.
La fundición gris tiene una alta resistencia a la corrosión y puede
alcanzar una resistencia a la tensión de 9 a 26 tn /pul. Cuadrada, y su
esfuerzo a la compresión es aprox. Cuatro veces mayor. Esto significa que es
material dúctil. Posee buenas cualidades de resistencia a la abrasión y el
desgaste, gracias a la presencia del grafito libre, como tan bien buena
conductividad térmica.
USOS DE LA FUNDICIÓN GRIS
La fundición gris es usada en ingeniería para diversos procesos tales
como partes de máquinas – herramientas, cigüeñales automotrices, platos de
presión de embragues, tambores de frenos, monoblocks y componentes eléctricos.
FUNDICIÓN BLANCA
Esta forma de hierro colado tiene bajo contenido de silicio y carbono
combinado y es producida en el proceso normal de enfriamiento. Por lo cual este
es un material de alta dureza y quebradizo, mostrando una fractura blanca.
Normalmente la fundición blanca no es maquinable excepto por esmerilado.
La fundición blanca se usa para casos especiales donde la resistencia a la
fricción es esencial, por ejemplo, trabajos de rolado de metales, partes de
trapiches, equipos de limpieza por impacto, plantas de ladrillo y de cemento.
FUNDICIÓN DE HIERRO MALEABLE
El grupo de las fundiciones maleables se caracteriza por tener buena
resistencia a los esfuerzos por tensión, resistencia al impacto y ductilidad.
Hay dos distintos procesos para producir la fundición maleable a partir
de la fundición blanca ( que usualmente contiene menos del 1 % de silicio ) .
Estos métodos se diferencian por el color de la fractura y son llamados:
- ª Proceso De Corazón Blanco.
- ª Proceso De Corazón Negro.
EL PROCESO DE CORAZÓN BLANCO
Es el más conveniente para secciones delgadas y el hierro utilizado para
este proceso contiene generalmente:
- · 3.3 % De Carbono.
- · 0.6% De Silicio.
- · 0.5% De Manganeso.
- · 0.25% De Azufre.
- · 0.1% De Fósforo
Las fundiciones de corazón blanco son usadas en todas las ramas de la industria, por ejemplo como
conexiones de gas, aire, agua y vapor, tubería para accesorios eléctricos,
motocicletas, partes de maquinaria agrícola, industria textil, transportadores
de cadena, etc.
Los dos grados de fundición en el proceso de corazón blanco, han sido
clasificados por la norma:
B.s. 309 de 1958.
EL PROCESO DE CORAZÓN NEGRO:
En este proceso la fundición de hierro blanco es tratada sin ser descarburada
previamente.
Un hierro adecuado contiene:
Este es un material blando, dúctil y de fácil maquinado. Su ductilidad
se aproxima a la fundición de acero.
Existe otro grupo de fundiciones y son a saber:
- § Fundición De Hierro Maleable Perlático.
- § Fundición De Hierro Nodular.
- § Fundiciones Aleadas Al Cr, Ni, Mn, Cu, V.
- § Fundición De Hierro Forjado.
- § Fundición De Acero.
- § Fundición Semi-Acero O Hierro Concha.
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