Tecnologia Mecanica

República Bolivariana de Venezuela

Instituto Universitario de Tecnología

“Antonio José de Sucre”

Extensión Barcelona – Puerto La Cruz

Escuela de Mecánica

Materiales para la Fabricación de Herramientas

Bachiller:

Jesús López

17.971.989

Barcelona, Abril del 2012

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PARA LA FABRICACIÓN DE HERRAMIENTAS

o Propiedades Químicas:

Las propiedades químicas (reaccionan con otros materiales) son de interés para todos los materiales porque afectan la capacidad para combinarse o alearse con materiales diferentes; afectan la refinación de los materiales, sobre todo el cambio de un mineral a un metal más puro, y afectan la capacidad del material para resistir la descomposición bajo diversas condiciones ambientales.

o Propiedades Físicas:

Las propiedades físicas están asociadas con la estructura atómica. Estas propiedades incluyen densidad (peso por unidad de volumen), tipo cristalino, espaciamiento atómico, calor especifico, resistencia teórica y punto de fusión. Las diferencias en las propiedades físicas de diferentes materiales pueden ser importantes por varias razones. El hierro tiene un punto de fusión más alto que el aluminio, lo que crea problemas diferentes en el proceso de fundición para los metales diferentes. Un diseñador puede estar más interesado en el hecho de que el hierro tenga una densidad más alta que la del aluminio.

El endurecimiento por tratamiento térmico toma formas diferentes para el hierro y el aluminio debido a las diferencias en la estructura cristalina. El hierro es alotrópico: puede existir en varias estructuras cristalinas diferentes, en oposición a aluminio, que siempre existen en estructura cristalina única.

o Propiedades Mecánicas:

Las propiedades mecánicas de dureza y resistencia son de gran interés para la manufactura y el diseño. Estas cualidades determinan las cargas de trabajo para cualquier tipo de deformación de proceso de manufactura lo mismo que los tamaños y formas necesarias para soportar cargas. Ni el hierro ni el aluminio en estado puro tienen muchas aplicaciones en la manufactura debido a que sus resistencias son bajas, pero sus aleaciones, en particular las aleaciones de acero, son las más comúnmente usadas de todos los metales. Ambos materiales pueden reforzarse sobre sus formas más débiles por factores de casi diez, por medio de aleaciones y tratamientos adecuados, las aleaciones de hierro son aproximadamente cinco veces tan fuertes como las del aluminio en una base de volumen.

o Propiedades de Procesos:

Como se indico al principio, las propiedades que se han expuesto dependen en la realidad de la estructura atómica del material, pero en práctica estas propiedades diferentes que se relacionan con dureza resistencia, ductibilidad y otras propiedades físicas y mecánicas, y que con frecuencia son de importancia aun mayor en la manufactura deben, en la práctica, definirse por pruebas separadas. Estas pruebas incluyen fundición, soldadura, maquinado y doblado que describen la facilidad del material al procesarse en formas definidas.

Las pruebas de este tipo pueden efectuarse en cualquier tiempo que sea necesario para determinar las capacidades del material para satisfacer necesidades críticas de proceso, y se realizan usualmente bajo condiciones muy similares a aquellas en las cuales se realizara el proceso.

NATURALEZA DE LOS MATERIALES

El químico considera que la parte funcional mas pequeña de la materia es el átomo. El átomo de un núcleo, formado por protones cargados positivamente y de neutrones sin carga, rodeado por electrones.

Los electrones tienen cargas negativas y se mueven en orbitas a niveles diferentes. Cada nivel de orbita puede contener solamente un numero defino de electrones, y el numero de niveles o capas está determinado por el numero atómico de elemento.

Todo los electrones están en constante movimiento, girando sobre sus propios ejes y viajando en sus orbitas alrededor del núcleo con velocidades que dependen de su nivel de energía, el cual a su vez es afecto por las condiciones de presión y temperatura.

IMPORTANCIA EN EL DISEÑO

Un diseñador necesariamente está interesado en las propiedades porque debe conocer las resistencias de los materiales antes de que pueda calcular los tamaños y formas requeridas para soportar las cargas, las propiedades químicas para afrontar las condiciones corrosivas y otras propiedades para satisfacer otros requisitos funcionales. Es probable que el conocimiento de las propiedades que efectúan los procesos, sea más importante para el personal de manufactura que para el diseñador, aun así el diseñador deba ser capaz de escoger el material por manufacturarse en modo razonablemente económico. Muchos problemas de manufacturas se originan en una elección de materiales basada solo en los requisitos funcionales, sin considerar cual es el más adecuado para el proceso requerido.

La Elección del Material es Fundamental.

La mayoría de los productos pueden manufacturarse con diferentes materiales posibles que pueden satisfacer los requisitos funcionales. Sin embargo, algunos son más deseables desde el punto de vista del producto que otros, y un material en particular puede tener la mejor combinación posible de propiedades. De igual manera, todos los materiales pueden manufacturarse por algún medio, aunque los costos de manufactura pueden variar, y habrá posiblemente un solo material con el cual se pueda manufacturar un producto adecuado al costo más bajo. Rara vez puede escogerse un material que tenga las propiedades optimas tanto para el producto como para la manufactura, de modo que la mayoría de las elecciones de los materiales tienen contratiempo. La elección final puede ser un resultado de pruebas de ensayo y error entre varios materiales y procesos posibles. Pueden requerirse nuevas elecciones con cambios del diseño, disponibilidad del material, procesos o demandas del mercado.

ACEROS UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE HERRAMIENTAS

o Acero:

Es la denominación que comúnmente se le da en ingeniería metalúrgica a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,1 y el 2,1% en peso de su composición, aunque normalmente estos valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son quebradizas y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

o Hierro de Forja:

Comúnmente para fabricar acero, se uso un método para reducir el contenido de carbono del hierro de lingote desde antes de 1,600. El producto, aunque llamado hierro de forja, fue en realidad el primer acero de bajo carbono que se manufacturo en cantidad.

o Acero de Hogar Abierto:

Tanto el horno moderno de hogar abierto como el convertidor Bessemer se desarrollaron en la década de 1850. Estos dos avances aumentaron enormemente la rapidez con la cual podía refinarse el hierro de lingote. La era moderna de la industria puede relacionarse a estos avances que permitieron la producción de grande cantidades de acero de la alta calidad y bajo costo.

o Acero de Horno Eléctrico:

Es una variante del viejo proceso de crisol con el horno calentado por un arco eléctrico o por inducción. La atmosfera puede controlase bien en el horno eléctrico y puede mantenerse un cuidadoso control de la composición. Por este método se produce acero de la más alta calidad.

o Acero de Bessemer:

La carga consiste en hierro de lingote líquido. Puede agregarse chatarra de acero para ayudar a controlar la temperatura. Después de cargarlo en la posición horizontal, el soplo de aire se pone en funcionamiento a través de la toberas y el convertidor se gira a posición vertical de modo que las burbujas de aire a través del liquido oxiden quemen primero el silicio y después el carbono. El proceso puede usarse para reducir el contenido de carbono a casi 0.05%. Aunque menos caro de operar que el horno de hogar abierto con revestimiento básico, la incapacidad del convertidor Bessemer de revestimiento acido para reducir el contenido de fosforo del metal ha restringido su uso la producción de solo una pequeña cantidad del acero producido en Estado Unidos.

o Acero de Oxigeno Básico:

El método para producir acero conocido como el proceso de oxigeno asico fue desarrollado en Suiza y en Austria y en la actualidad la mayoría del acero del mundo se produce por el proceso de oxigeno básico.

El Proceso de Oxigeno Básico

Hay variaciones en el equipo y métodos de hacer acero de oxigeno básico. Fundamentalmente todos ellos operan como sigue:

 La chatarra en cantidad tan grande como 30% de la horneada se carga en el recipiente de refinación.

 El hierro de lingote líquido se carga en la parte superior de la chatarra.

 La lanza se posiciona y se sopla un chorro de oxigeno a alta velocidad en la parte superior de la mezcla liquida durante casi 20 minutos.

 Se demuestra entonces el metal y si satisface las especificaciones, se vierte a través del agujero de sangrado en un cucharón inclinando el recipiente.

 Finalmente, el recipiente se invierte para vaciar la escoria y entonces queda lista para volverse a usar. Con uso cuidadoso, el revestimiento del recipiente puede durar hasta 400 horneadas.

o Acero Bajo Carbono:

Los aceros con aproximadamente 6 a

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