Catalogo de materiales.

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Universidad Nacional de La Plata

Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales

Dto. De Ingeniería agrícola y Forestal

Materiales utilizados en las máquinas agrícolas y procesos de fabricación

Curso de Mecánica Aplicada.

Autores: Prof. Draghi, Laura

                          Ing. Agr. Guilino, Facundo

Año: 2015

En la industria de la maquinaria agrícola, los metales en estado puro tienen una aplicación relativamente escasa, básicamente por dos razones principales: sus inadecuadas propiedades  mecánicas y sus malas condiciones en cuanto a fundición. Es por ello se utilizan las denominadas aleaciones, que resultan de la unión de dos o más metales, o incluso de la unión de un metal con otros no metales, pero con aspectos y propiedades definidas.

Mediante una adecuada elección de los componentes intervinientes en la aleación, se logra gran variabilidad en sus propiedades y la posibilidad de someterse a tratamientos térmicos, lográndose mayor resistencia mecánica y adecuado  comportamiento en fundición.

En una aleación vamos a encontrar dos componentes básicos: el metal base, que se encuentra en mayor proporción y uno o más metales aleados para atenuar o acentuar las propiedades de aquel.

Por otro lado, los elementos de máquinas y tractores pueden ser fabricados con otros materiales no metálicos como: plásticos, cerámicos, caucho, polímeros, vidrios.

Podemos diferenciar  cuatro tipos de aleaciones:

• Aleaciones Férricas (el metal base es el hierro)
• Aleaciones no férricas (el metal base no es el hierro)
• Aleaciones ligeras (el metal base es aluminio o manganeso)
• Otras aleaciones.

Aleaciones Férricas:

Acero: aleación férrica de hierro y carbono donde este último no supera el 2%, si el porcentaje es mayor recibe el nombre de fundición. Se clasifican en blandos (acero de bajo carbono), si tienen menos del 0,25% de C, aceros de medio carbono si tienen entre 0,25 y 0,6%,  y de alto contenido de carbono que son los menos dúctiles pero más resistentes, los que tienen entre 0,6 y 2% de C. El carbono es el elemento principal que modifica las características mecánicas del acero; cuanto mayor es el porcentaje de carbono mayores serán la resistencia y la dureza del acero, pero también será más frágil y menos dúctil.  

Según su composición se clasifican en:

• Aceros al carbono: excepto el hierro y carbono, no presentan otros elementos agregados salvo impurezas.
• Aceros aleados: además del C y Fe, tienen otros elementos añadidos presentes en cantidad suficiente como para alterar sus propiedades. Los elementos aleados utilizados son cromo, Manganeso, molibdeno, níquel, silicio, vanadio y walframio, también pueden aparecer el cobre y el plomo.

Según su designación se clasifican:

Según AISI: La norma AISI (American Iron and Steel Institute) utiliza un esquema general para realizar la especificación de los aceros mediante 4 números:

AISI ZYXX

El significado de los anteriores campos de numeración es la siguiente:

XX indica el tanto por ciento (%) en contenido de carbono (C) multiplicado por 100;

Y indica, para el caso de aceros de aleación simple, el porcentaje aproximado del elemento predominante de aleación;

Z indica el tipo de acero (o aleación). Los valores que puede adoptar Z son los siguientes:

Z=1: si se trata de aceros al Carbono (corriente u ordinario);

Z=2: si se tarta de aceros al Níquel;

Z=3: para aceros al Níquel-Cromo;

Z=4: para aceros al Molibdeno, Cr-Mo, Ni-Mo, Ni-Cr-Mo;

Z=5: para aceros al Cromo;

Z=6: si se trata de aceros al Cromo-Vanadio;

Z=7: si se trata de aceros Al Tungsteno-Cromo;

Z=8: para aceros al Ni-Cr-Mo;

Ejemplos de designación de tipos de aceros según la norma AISI.

- AISI 1020:

1: para indicar que se trata de un acero corriente u ordinario;

0: no aleado;

20: para indicar un contenido máx. de carbono (C) del 0,20%.

- AISI 3215: 

3: acero al Níquel-Cromo;

2: contenido del 1,6% de Ni, 1.,5% de Cr;

15: contenido del 0,15% de carbono (C).

- AISI 4140: 

4: acero aleado (Cr-Mo);

1: contenido del 1,1% de Cr, 0,2% de Mo;

40: contenido del 0,40% de carbono (C).

Según SAE: La norma SAE (Society of Automotive Engineers) clasifica los aceros en distintos grupos, a saber:

• ACEROS AL CARBONO:

La denominación que emplea la normativa SAE para los aceros al carbono es según el siguiente esquema:

SAE 10XX, donde XX indica el contenido de Carbono (C).

Ejemplos:

SAE 1010 (con un contenido en carbono entre 0,08 - 0,13 %C)

SAE 1040 (0,3 - 0,43 %C)

• ACEROS DE MEDIA ALEACIÓN:

Son aceros al Mn, y su denominación según SAE es del tipo SAE 15XX, donde el porcentaje de Mn varía entre 1,20 y 1,65, según el %C.

Ejemplos:

SAE 1524, con contenido en el rango de 1,20 - 1,50 %Mn, y son empleados para construcción de engranajes;

SAE 1542, indica un contenido del 1,35 - 1,65 %Mn, y son empleados para temple.

• ACEROS ALEADOS:

A continuación se indican su denominación SAE según los elementos de aleación que lleven incorporados:

• Ni

Denominación SAE: 23XX, 25XX.

El contenido en níquel (Ni) aumenta la tenacidad de la aleación, pero no la templabilidad, por lo que deberá incluir otro elemento aleante como Cr ó Mo.

• Cr-Ni

Denominación SAE: 31XX, 32XX, 33XX, 34XX

Ejemplo:

SAE 3115 (1,25 %Ni y 0,60 a 0,80 %Cr), que ofrece una gran tenacidad y templabilidad, no obstante el elevado contenido en Ni dificulta la maquinabilidad. Aleación utilizada en la fabricación de  cigüeñales.

• Mo

Denominación SAE: 40XX, 44XX

Son aleaciones que aumenta levemente la templabilidad del acero.

• Cr-Mo

Denominación SAE: 41XX

Son aleaciones que poseen 1,00 %Cr y de 0,15 a 0,30 %Mo. Se utilizan para nitrurado, tornillos de alta resistencia, etc.

FUNDICIONES: aleación de hierro y carbono con 2% ó mas de carbono. Significa que la pieza ha sido diseñada por fundir un material dentro de un molde para que tome su forma una vez enfriado. Quizá el mayor volumen de componentes del tractor lo ocupan aquellos que se han fabricado por fundición. Por ejemplo, todas las carcasas y hasta el cárter, pasando por ejes y engranajes, son piezas de fundición.

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                            Carcasa de eje trasero hecha de fundición gris

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                             Carcasa de transmisión hecha de fundición gris

Fundición gris es el término más conocido para llamar al hierro fundido ó colado. Es la aleación ferrosa más utilizada. Incorpora silicio (1-3%) y manganeso. El carbono se encuentra como grafito que es el que da el color gris a la ruptura.

Se encuentra muy presente en el tractor porque es poco costosa, se mecaniza muy bien, tiene elevada resistencia al desgaste, es fácil de soldar y el silicio le da resistencia a la corrosión. Por otro lado, es muy frágil, no es dúctil, no es tenaz, tiene baja resistencia a la tracción y al impacto.

Fundición blanca se diferencia de la gris por el contenido de silicio en la pieza. La velocidad de enfriamiento de la colada es la diferencia con la fundición gris. En este caso la velocidad es rápida quedando el carbono en forma de cementita en lugar de grafito.

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                             Monoblock de tractor.

Otros materiales: CERAMICOS DE ALTA RESISTENCIA

Son cerámicos para uso ingenieril con resistencia mecánica superior a lo habitual para estos materiales. La base de su mayor resistencia no es un cambio fundamental en su composición química, sino en su estructura. Los cerámicos son materiales inorgánicos, no metálicos, buenos aislantes, con temperatura de fusión muy elevada y de comportamiento frágil. Son sólidos que se obtienen con la aplicación de calor y a veces con la combinación de calor y presión, comprimiendo por lo menos dos elementos con la condición de que uno de ellos es un no-metal ó un elemento sólido no–metálico. El otro elemento(s) puede ser un metal(s) u otro elemento sólido no-metálico. Comparados con los materiales metálicos, son mucho más livianos y su campo de aplicación es sumamente amplio, desde uso en la industria espacial a usos en prótesis dentales. Todas estas propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc). Por esta razón, su fabricación se hace en base a un tratamiento de sinterización que es un tratamiento térmico de un polvo o compactado cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas generando un material de alta resistencia y dureza. Las ventajas de la sinterización son:  

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