Fundamentos de Materiales y Aleaciones en Tecnología Industrial: Propiedades y Aplicaciones Clave

Propiedades Mecánicas y Esfuerzos en Materiales

Definiciones de Propiedades Fundamentales

• Dureza: Es la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otros.
• Acritud: Es la dureza superficial originada por procesos de conformado.
• Tenacidad: Es la resistencia que opone un material a la rotura o a la deformación cuando actúan fuerzas exteriores.
• Maleabilidad: Capacidad de extenderse en láminas.

Tipos de Esfuerzos Mecánicos

• Torsión: Se presenta cuando las fuerzas tienden a retorcer las piezas.
• Pandeo: Ocurre cuando, sobre piezas o columnas cargadas axialmente a compresión, la sección transversal es pequeña en relación con su altura o longitud, lo que puede originar la flexión de la pieza. Por lo tanto, el pandeo es un esfuerzo combinado de compresión que origina flexión.
• Cortadura (Cizallamiento): Es el esfuerzo que soporta una pieza cuando actúan sobre ella fuerzas contrarias, situadas en dos planos contiguos, que tienden a hacer deslizar entre sí las secciones en que actúan.

Metales No Férreos Comunes y sus Aleaciones

Cobre (Cu)

Datos clave: Peso 8.9 kg/dm³, Punto de fusión 1083 °C. Es un metal rojo, muy dúctil y maleable. En estado puro, se utiliza para aparatos eléctricos y para la construcción de algunas piezas, aunque también forma parte de muchas aleaciones.

Estaño (Sn)

Datos clave: Peso 7.3 kg/dm³, Punto de fusión 235 °C. Color blanco brillante, blando, flexible y maleable en frío; se vuelve agrio y quebradizo en caliente.

Aplicaciones: Recubrimiento de otros metales para evitar su corrosión (hojalata), cojinetes, engranajes, grifos y llaves de paso.

Aleaciones de Cobre

Latón (Cobre y Cinc)

Son aleaciones de cobre y cinc. Se emplean en barras para tornillería y otras piezas de maquinaria, en planchas y tubos para quincalla, instrumentos de física y multitud de piezas de electricidad. Hay latones laminados y latones fundidos; los más importantes son la tumbaga, el latón para chapas, el latón para tornillos y el latón de soldadura.

Bronce (Cobre y Estaño)

Las aleaciones de cobre y estaño en las que predomina el cobre se llaman bronces, aunque puedan incluir otros metales (por ejemplo, bronce de magnesio, bronce de silicio).

Se denominan bronces especiales aquellos que contienen otros metales distintos del estaño (por ejemplo, el bronce de campanas, bronce para objetos artísticos o bronces de maquinaria).

Selección de Materiales para Aplicaciones Industriales

• Construcción de cárteres de aleación ligera: Aluminio.
• Calamina: Cinc.
• Electrodo para una máquina de electroerosión: Cobre.
• Construcción de un cojinete de fricción para una M-H (Máquina-Herramienta): Bronce.
• Tornillería expuesta a la oxidación: Latón.
• Soldadura blanda de conductores eléctricos: Estaño o Plomo.
• Construcción de una bancada para una fresadora: Fundición.
• Desagües que han de resistir a los ácidos: Plomo.
• Construcción de un engranaje: Poliamida (Nylon).
• Plástico que soporta altas temperaturas: Politetrafluoretileno (Teflón, 270 °C).
• Tubo de desagüe de un fregadero: Policloruro de vinilo (PVC).

Clasificación Normalizada de Aceros (Serie F)

• F1000: Aceros finos de construcción.
• F2000: Aceros de usos especiales.
• F3000: Aceros resistentes a la oxidación y corrosión.
• F5000: Aceros para herramientas.
• F6000: Aceros comunes.

Metales Férreos: Hierro, Acero y Fundición

Hierro (Fe)

Datos clave: Símbolo Fe, color blanco grisáceo, punto de fusión 1530 °C, tensión de rotura (r) ≈ 25 kp/mm². Es un metal blando, dúctil y maleable. Antes de fundirse, se reblandece y puede trabajarse fácilmente en caliente. Conduce bien la electricidad y puede imantarse y desimantarse con facilidad. Sus minerales principales son óxidos y carbonatos.

Acero

Es una aleación de hierro y carbono (y otros posibles elementos), en la cual la proporción de este elemento es menor que en la fundición. El carbono se encuentra combinado.

Se consideran aceros las aleaciones de hierro y carbono que contienen menos del 1.76% de carbono, aunque ordinariamente no pase del 1% (en algunos aceros especiales pueden llegar al 2%).

Fundición

Son aleaciones de hierro y carbono que contienen del 1.7% al 4% de carbono. Además, pueden contener otros elementos. La característica principal de las fundiciones es la forma en la que se encuentra el carbono.

La propiedad más importante de la fundición es ser fácilmente fusible, hasta el punto de obtener piezas mediante moldes.