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TEMA 2. Fundamentos y técnicas de procesado de materiales metálicos -…
TEMA 2. Fundamentos y técnicas de procesado de materiales metálicos
1. INTRODUCCIÓN
Materiales metálicos más importantes
ALEACIONES LIGERAS
Aluminio
Titanio
Magnesio
ALEACIONES PESADAS
Cobre
:check:Latón
:check:Bronceeeeeeeeeeee
ALEACIONES FÉRREAS
Aceros
Fundiciones
METALES NOBLES
Oro
Plata
-Etc
Propiedades de los materiales metálicos
MAGNÉTICAS:
Algunos presentan ferromagnetismo
ÓPTICAS:
Opacos
Reflejan la luz
ELÉCTRICAS:
Conductores de la electricidad
QUÍMICAS:
Corrosión
Oxidación
TÉRMICAS:
Conductividad térmica
Dilatación y contracción
Temperatura de fusión media
Soldabilidad
MECÁNICAS:
Dúctiles: experimentar gran cantidad de deformación permanente
Resistentes a la tracción: puede soportar gran carga sin romperse
Tenaces: absorbe mucha energía antes de romperse
3. TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Enfriamiento rápido = material más duro, pero más frágil
Enfriamiento lento = material más duro
TEMPLADO
(formación de martensita en los aceros)
Calentado por encima de los 1200ºC
Enfriamiento muy rápido (en agua / aceite
Altísima dureza y fragilidad
REVENIDO: disminuye ligeramente la dureza y la fragilidad
ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN
RECOCIDO
Enfriamiento lento:
· Reduce la dureza y la fragilidad
· Ablanda el metal mejorando su maquinabilidad
· Alivia tensiones residuales
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
(para el acero)
Carburación
Nitruración
Carbo-nitruración
Cromización y borización
2. MÉTODOS DE FABRICACIÓN
2.3 PULVIMETALURGIA
- Ventajas:
· Alta precisión dimensional y buen acabado
· Gran rapidez de producción
· Posibilidad de producir formas complicadas
· Posibilidad de conseguir alta gama de composiciones
· Posibilidad de conseguir alta gama de propiedades
· Eliminación de la chatarra
- Inconvenientes:
· Características mecánicas inferiores
· Coste del equipo elevado
· Coste del material elevado
· Limitaciones de diseño
MEZCLADO
(lubricantes, + aglutinantes)
Molino de bolas:
· Bolas de acero o sílice
· Contaminación
Atritor:
· Más rápido
· Para polvos más finos
· Menos contaminación
· En seco, húmedo, vacío o atmósfera controlada
CONFROMADO
a) Prensado: unidireccional / isostático
b) Conformado plástico: por moldeo por inyección
PRODUCCIÓN DEL POLVO
a) Pulverización mecánica
b) Atomización (método más versátil y popular)
COMBINACIÓN: misma composición química)
MEZCLADO: polvos de distinta composición química)
SINTERIZADO
Se sintetiza a un temperatura, por lo general, de 2/3 de la temperatura de fusión del polvo
Horno con presión o sin presión
¿Cuándo utilizar este método?
Materiales demasiado frágiles para ser deformados y tienen temperaturas de fusión altas y no funden con facilidad
Gran diferencia entre los puntos de fusión de los elementos de aleación
Fácil contaminación del metal fundido por la atmósfera, el crisol o el material del molde
Cuando son necesarias varias etapas de conformado y existen dificultades
APLICACIONES:
Engranajes
Cojinetes
Piezas de motor
Contactos eléctricos
Componentes de aeronáutica
2.4 IMPRESIÓN 3D
SINTERIZADO SELECTIVO POR LÁSER
(SLS)
Extremadamente poroso, se infiltra con bronce líquido
Revestido con un aglutinante polimérico antes de colocarlo en el horno, evaporando el aglutinante y sintetizando el polvo restante
SINTERIZADO POR LÁSER DE METAL DIRECTO (DMLS)
FUSIÓN SELECTIVA POR LÁSER
(SLM)
FORMACIÓN MEDIANTE POLVO POR LÁSER
(LPF)
FUSIÓN POR HAZ DE ELECTRONES
(EBM)
2.2 DEFORMACIÓN
Deformaciones significativas y grandes cambios de forma
Materiales frágiles: fundiciones
Materiales dúctiles: aluminio, aceros,...
Trabajo en frío
Trabajo en caliente
ESTIRADO:
(trefilado)
Una barra, tubo o alambre son reducidos de diámetro por un movimiento alternativo radial de una o dos parejas de matrices opuestas
CONFORMADO EN CHAPA:
Diferentes pasadas mediante rodillos hasta conseguir la forma deseada
EXTRUSIÓN:
(directa e indirecta)
METALES: aluminio (casi exclusivamente), acero, zinc
FORMAS: huecas, sólidas y perfiles
DOBLADO / CURVADO:
Doblado por estiramiento
Doblado por tracción
Doblado por compresión
FORJADO:
SEGÚN TIPO DE PROCESO:
· Forja intermitente (golpes discontinuos)
· Forja continua (prensado)
SEGÚN EL MOLDE:
· Forjado en dado abierto
· Forjado en dado impresor
· Forjado sin rebaba
Defectos típicos:
Llenado incompleto en forja sin rebaba
Rebabas y defectos superficiales
Formación de ´óxidos en la superficie = superficie rugosa
Grietas por diferencias de temperatura o por tensiones residuales debido a la deformación excesiva
FORJADO EN DADO IMPRESOR:
Dado superior
Rebaba
Dado inferior
FORJADO EN DADO CERRADO (o estimación):
Tolerancias muy estrechas
Generalmente piezas pequeñas
Gran precisión
Matrices y equipos muy caros
Sin rebaba
ACUÑADO
FORJADO EN DADO ABIERTO:
Dados convexos
Dados cóncavos
Por secciones
ESTAMPACIÓN DE LÁMINAS:
Embutido
Troquelado
Doblado
Estirado
LAMINACIÓN:
Trabajo en caliente:
· Muy buen acabado superficial y pocas tensiones
· Tolerancia dimensional 2-5%
Trabajo en frío:
· Muchas tensiones (propiedades direccionales)
· Tolerancia: menor que en caliente
EQUIPOS: trenes de laminación
PERFORADO DE RODILLOS
Tubos sin costura, pero pueden hacerse laminados y luego soldarse
LAMINADO EN CONTINUO POR COLADA
El proceso de fundición, colada y laminado se realiza continuamente
Utilizada sobre todo en aceros
LAMINADO DE ROSCAS O ENGRANAJES
(laminado de cuerdas)
LAMINADO DE ANILLOS
2.5 MECANIZADO
MÉTODOS QUÍMICOS
OPERACIONES MÁS IMPORTANTES:
Mecanizado químico: reacción química - eliminación de material
Mecanizado electroquímico: corriente eléctrica - reacción química - eliminación de material
MÉTODOS TÉRMICOS
MECANIZADO POR PLASMA:
Fuente de energía de tipo eléctrico
Hay que tener en cuenta:
· Es necesario un sistema de vacío
· Puede cortar mayores espesores que el láser
OXICORTE:
Fuente de energía de tipo químico
Hay que tener en cuenta:
· Oxígeno + acetileno
· Puede cortar mayores espesores que el mecanizado por plasma
MECANIZADO CON LÁSER:
Fuente de energía de tipo luminoso
Hay que tener en cuenta:
· Índice de reflexión y coeficiente de absorción
· Conductividad térmica
· Punto de fusión
· Gas protector
MÉTODOS MECÁNICOS
Agente externo (abrasivo) aplica fuerza - arranque de partículas
Menor tamaño; Mejor acabado; Menor velocidad de procesado
OPERACIONES MÁS IMPORTANTES:
Ultrasonidos: el abrasivo es expulsado por una herramienta que vibra a una frecuencia en el rango ultrasónico
Chorro de agua: el abrasivo es impulsado por un fluido
Hilo abrasivo: el abrasivo está embebido en un hilo metálico
PROCESOS DE ARRANQUE DE VIRUTA
OPERACIONES MÁS IMPORTANTES:
Torneado
Fresado
Taladrado
Herramienta de corte
Arranque de viruta
Es necesario el uso de refrigerantes
SE DIFERENCIAN EN:
Movimiento de avance
Movimiento de corte
MÉTODOS ELECTRÓNICOS
ELECTROEROSIÓN: La velocidad de mecanizado es en función de la intensidad de corriente
2.1 MOLDEO POR FUNDICIÓN
- Ventajas:
· Piezas de geometría compleja
· Algunos métodos NO necesitan acabado
· Piezas de tamaño variado
· Cualquier metal que funda y solidifique
· Adaptable a producción en masa
- Inconvenientes:
· Porosidad
· Baja precisión dimensional y acabado (algunos acabados)
· Contracción
· Seguridad
I. MOLDE ABIERTO O CERRADO
II. MOLDE DESECHABLE O PERMANENTE
MOLDE DESECHABLE
MOLDEO EN ARENA:
El proceso MÁS IMPORTANTE
Preparación de la arena - Preparación del modelo - Preparación del molde
Casi todas las aleaciones de fundición
Arena
es sílice + aditivos
· Refractariedad (característica natural)
· Cohesión (+arcillas)
· Permeabilidad (tamaño granos de arena)
· Colapsabilidad (+aditivos)
·
TIPOS
: molde de arena verde - molde de arena seca - molde de capa seca
Modelo
de madera, metal o plástico
MOLDEO A LA ESPUMA PERDIDA:
(espuma de poliestireno expandido)
Ventajas:
· Evita molde en dos mitades
Inconvenientes:
· Se pierde el patrón en cada fundición
MOLDEO A LA CERA PERDIDA:
- Ventajas:
· Proceso de precisión
· Gran control dimensional
· Excelente acabado
· Reproducción pequeños detalles
· Recuperación de la cera
- Inconvenientes:
· Se pierde el patrón en cada fundición
· Es caro
MOLDEO EN CONCHA:
(o cascarón)
- Ventajas:
· Mejor acabado que el molde de cera
· Mayor exactitud dimensional
· Menor mano de obra
- Inconvenientes:
· Elevado coste de fabricación
MOLDEO EN MOLDE CERÁMICO:
Patrón de poliestireno expandido es recubierto con una capa de cerámica como en la fundición a la cera perdida
MOLDEO AL VACÍO:
(proceso V)
- Ventajas:
· Molde de arena se mantiene unido por presión de vacío en vez de aglutinante
· La arena se puede reutilizar
· No tiene humedad
- Inconvenientes:
·Proceso lento
MOLDEO EN MOLDE DE YESO:
Similar a moldeo en arena pero el molde es de yeso + talco/polvo de sílice
Molde de plástico o metal (madera NO, absorbe mucha humedad)
NO resisten temperaturas tan altas como las de moldes de arena
Sólo metales de bajo punto de fusión (aluminio, magnesio, etc)
MOLDE PERMANENTE
EN COQUILLA:
- Ventajas:
· Molde reutilizable
· Fabricación rápida
· Buen acabado superficial
· Buena precisión dimensional
· Baja cantidad de desperdicios
· Enfriamiento rápido
· Mayor resistencia de las piezas
- Inconvenientes:
· NO moldean piezas complejas
· Coste elevado
· Tiempo elevado construcción del molde
· Molde en dos secciones
· Para metales férreos es necesario baño de grafito
- PASOS:
El molde se precalienta y se recubre
Se insertan los corazones y se cierra el molde
Se introduce el metal fundido
Se abre el molde
MOLDEO POR PRESIÓN:
Combinación colada y forja (solidifica bajo presión)
Piezas con formas complejas cercanas a la forma final (sin porosidad)
Enfriamiento rápido
MOLDEO POR CENTRIFUGACIÓN:
Fundición de acero o tubos fundidos de hierro
MOLDE POR INYECCIÓN:
(alta presión)
METALES: aluminio, zinc, magnesio
FORMAS: sólidas o paredes de poco espesor