Clasificación de Materiales Metálicos
Materiales Ferrosos
Los metales ferrosos, como su nombre lo indica, tienen como principal componente el hierro. Sus características principales son su gran resistencia a la tensión y su dureza. Las principales aleaciones se logran con elementos como el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio.
Los principales productos representantes de los materiales ferrosos son:
- Fundición de hierro gris
- Hierro maleable
- Aceros
- Fundición de hierro blanco
Materiales No Ferrosos
Por lo regular, tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos; sin embargo, su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación con los materiales ferrosos. El principal metal no ferroso utilizado en la manufactura es el aluminio.
Tratamientos Térmicos Fundamentales
Recocido
El recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero u otros metales, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frío (enfriamiento en el horno).
Esto es, eliminar los esfuerzos residuales producidos durante el trabajo en frío sin afectar las propiedades mecánicas de la pieza finalizada, o puede utilizarse el recocido para eliminar por completo el endurecimiento por deformación. En este caso, la parte final es blanda y dúctil, pero sigue teniendo un acabado de superficie y precisión dimensional buenos. Después del recocido, se puede realizar un trabajo en frío adicional dado que la ductilidad se restaura; al combinar ciclos de repetición de trabajo en frío y recocido, pueden alcanzarse deformaciones totales grandes.
Normalizado
También llamado normalizado, tiene como función regenerar la estructura del material producido por temple o forja. Se aplica generalmente a los aceros con más del 0.6% de Carbono (C), mientras que a los aceros con menor porcentaje de C solo se les aplica para afinar y ordenar su estructura.
Determinación de la Templabilidad: El Método Jominy
El Método Jominy o Ensayo Jominy es el procedimiento estándar para determinar la templabilidad.
Se trata de templar una probeta estandarizada1 del acero estudiado. Primero se calienta a la temperatura de austenización, enfriándola posteriormente mediante un chorro de agua con una velocidad de flujo y a una temperatura especificada, el cual solo enfría su cara inferior. Dicha cara actúa como superficie templante y enfría la probeta de forma longitudinal hacia su extremo superior solo por conducción, apareciendo un gradiente de velocidades de enfriamiento desde la máxima velocidad en el extremo templado (inferior), hasta la mínima en el extremo superior.
Una vez que la probeta se ha enfriado a temperatura ambiente, se desbasta una tira de 0,4 milímetros de espesor y se determina la dureza a lo largo de los 50 mm primeros de la probeta. En los primeros 12,5 mm, las lecturas de dureza se toman a intervalos de 1,6 mm, y en los 37,5 mm siguientes, cada 3,2 mm. Después se traza una curva de templabilidad representando los valores de dureza en función de la distancia al extremo templado.
Mecanismos y Tipos de Corrosión
Mecanismo de Corrosión
Se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna.
Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.
Tipos Específicos de Corrosión
Corrosión General o Uniforme
Es la que se presenta en las superficies de las piezas, atacando grandes áreas y produciendo la transformación del material base en otros compuestos de menor energía. La pared o espesor de la pieza se reduce progresivamente hasta provocar fisuras, grietas o desprendimientos considerables.
Corrosión Galvánica
El ataque galvánico ocurre cuando ciertas áreas actúan siempre como ánodos y otras como cátodo. Estas celdas electroquímicas se denominan celdas galvánicas. Estas celdas galvánicas pueden clasificarse en tres tipos y producir tres tipos diferentes de corrosión:
- Celdas de composición
- Celdas por esfuerzos
- Celdas por concentración
Corrosión por Picaduras (Pitting)
Denominada “pitting”, se produce en puntos localizados en la periferia de la pieza y genera perforaciones de forma generalmente circular que penetran hacia el interior de la pieza.
Corrosión Selectiva
Se presenta cuando el ataque es solo para un determinado elemento o compuesto.
Corrosión con Erosión
Cuando un fluido de cierta velocidad pasa sobre la superficie de un material, por muy puro que sea, siempre producirá erosión.
Ensayos Mecánicos de Materiales
Ensayo de Impacto
El ensayo de impacto es de suma importancia, ya que nos brinda la información adecuada acerca de la ductilidad y fragilidad del material a ensayar. Señala ciertas propiedades del material ligadas al impacto, como la resiliencia, la tenacidad y la fragilidad.
Un objetivo primordial es la determinación del Coeficiente de Resiliencia (K), según que el mismo se haya obtenido a diferentes temperaturas de ensayo, de forma que se establezca una relación entre la temperatura de servicio de un material y su comportamiento ante cargas de impacto. Es comúnmente aplicado en materiales que han fallado como resultado de un choque y, sobre todo, si los mismos han estado sometidos a temperaturas extremas en el momento de la falla.
Fatiga de Materiales
Un componente se ve sometido a fatiga cuando soporta cargas alternadas: la rueda de un ferrocarril, la biela de un motor de explosión, entre otros. Pese a diseñarse estas piezas por debajo de su límite elástico, con un número suficiente de ciclos, las piezas se rompen. El 90% de las piezas que se rompen en servicio fallan debido a esta insidiosa patología.
Esto lo descubre August Wöhler, hacia el año 1860, y propone unos límites a las tensiones de diseño en función del número de ciclos que se requieran para una pieza. Aparece una microgrieta, que crece a medida que se realizan ciclos de carga hasta alcanzar un tamaño tal que la sección remanente es incapaz de soportar la carga máxima en el ciclo y finalmente el ligamento restante rompe de forma frágil o dúctil. A las formas de crecimiento lento de la grieta se les llama subcríticas, como lo es la fatiga.