Propiedades de Materiales, Aceros y Tratamientos Térmicos

Propiedades de los Materiales y Procesos

Propiedades Fundamentales de los Materiales

• Dureza: Resistencia que oponen los cuerpos a dejarse penetrar por otros.
• Tenacidad: Energía que es capaz de absorber un material hasta romper.
• Fragilidad: Contrario a tenacidad.
• Resiliencia: Energía absorbida por una superficie para lograr rotura por impacto.
• Fatiga: Rotura de material bajo cargas cíclicas.
• Elasticidad: Propiedad por la cual los cuerpos recobran casi por completo su extensión y forma original tras cesar la carga.
• Plasticidad: Cambio de extensión y forma de manera permanente e irreversible.
• Ductilidad: Capacidad de deformarse en hilos.
• Maleabilidad: Capacidad de extenderse en láminas.
• Otras propiedades relacionadas con la fabricación: Maquinabilidad, Forjabilidad, Templabilidad.

El Acero y Otras Aleaciones

El Acero: Aleación de hierro + carbono (entre 0,05% y 2%). El carbono proporciona dureza y resistencia mecánica.

Tipos de Aceros

• Aceros no aleados: Hierro + Carbono.
• Aceros inoxidables: Su composición química presenta Cromo en más del 10,5% y no supera el 1,2% de carbono. Tipos principales: Ferríticos, Martensíticos, Austeníticos (incluyendo Dúplex).
• Otros aceros aleados: Contienen elementos como Cromo y Cobalto, entre otros.

Aceros Especiales y Otras Aleaciones

• Aceros rápidos: (Tipo de acero aleado especial, optimizado para herramientas de corte).
• Fundiciones: Aleaciones de hierro + carbono (con un porcentaje de carbono superior al del acero).
• Bronces y Latones: Aleaciones de cobre.
  • Bronces: Cobre + Estaño (aplicaciones típicas: hélices, engranajes...).
  • Latones: Cobre + Zinc.

Sinterización

Proceso utilizado para materiales como el polvo de carburo de tungsteno y cobalto.

Proceso de Sinterización

1. Compresión en frío: La presión genera unión atómica (la pieza está blanda y quebradiza).
2. Sinterización: Mediante horno, se aplica calor sin llegar a la temperatura de fusión.
3. Acabado: No siempre requiere operaciones posteriores, pero las piezas pueden ser rectificadas o tratadas químicamente.

Aplicación: Fabricación de aleaciones de metal duro.

Diagrama Fe-C (Hierro-Carbono)

Representa las fases del sistema Hierro-Carbono en función de la temperatura y el porcentaje de carbono.

• A la izquierda (bajo carbono): Materiales Hipoeutectoides. A temperatura ambiente, la microestructura es Perlita + Ferrita.
• A la derecha (alto carbono): Materiales Hipereutectoides. A temperatura ambiente, la microestructura es Perlita + Cementita.
• El punto medio es el punto Eutectoide (aproximadamente 0,77% C y 727ºC) donde se forma la Perlita.
• Por encima de 727ºC:
  • A la izquierda: Ferrita + Austenita.
  • A la derecha: Austenita + Cementita.
  • En el punto eutectoide: Austenita.

Tratamientos Térmicos

Procesos que modifican las propiedades de los materiales mediante ciclos controlados de calentamiento y enfriamiento.

Objetivos de los Tratamientos Térmicos

• Aumentar o disminuir la dureza de los materiales, variando su resistencia.
• Mejorar la maquinabilidad.
• Eliminar tensiones internas.
• Eliminar acritud (endurecimiento por deformación plástica).

Tratamientos Térmicos de Aceros

Recocido

Se usa principalmente para ablandar el material. Se calienta entre 30-50ºC por encima de la temperatura crítica Ac3 y se enfría lentamente (normalmente en el horno).

Tipos de Recocido

• Homogeneización: Elimina segregaciones (ej. de azufre).
• Regeneración: Anula efectos de un tratamiento térmico previo o de deformación.
• Ablandamiento: Disminuye la dureza para facilitar el mecanizado.
• Contra acritud: Elimina la acritud.
• Globular (o Esferoidización): Mejora la maquinabilidad al globular la cementita.
• Estabilización: Elimina tensiones internas.
• Recocido completo: Busca un gran ablandamiento y estructura de equilibrio.
• Isotérmico: Enfriar rápidamente hasta una temperatura intermedia y mantenerla, luego enfriar al aire.

Temple

Se usa para aumentar la resistencia y la dureza. Se calienta a una temperatura alta hasta obtener estructura Austenita y se enfría rápidamente (en medios como agua, aceite, metales y sales fundidas o al aire, dependiendo del acero).

Tipos de Temple

• Completo: Se templa toda la pieza.
• Incompleto o Superficial: Se calienta solo la superficie hasta superar la temperatura de austenización y se enfría rápidamente.

Revenido

Tratamiento complementario del temple. Se realiza a temperaturas inferiores a la crítica para reducir la fragilidad, eliminar tensiones residuales y ajustar la relación dureza/tenacidad.

Tratamientos Termoquímicos

Modifican la composición química superficialmente, además de la estructura.

Objetivos de los Tratamientos Termoquímicos

• Aumentar la dureza superficial.
• Mejorar la resistencia a la corrosión.
• Mejorar la resistencia al desgaste.

Tipos de Tratamientos Termoquímicos

Cementación

Se calienta la pieza hasta temperatura de austenización en un medio rico en carbono, que difunde en la superficie. Al terminar, se suele realizar temple y revenido. El producto final tiene gran dureza superficial, mientras que el núcleo conserva su tenacidad. Se aplica a aceros con bajo contenido en carbono (<0,3%). Medios comunes: sólidos, líquidos y gases.

Nitruración

Tratamiento termoquímico que consiste en aportar nitrógeno a la superficie de un acero, endureciéndolo superficialmente. Es un proceso de periodo largo. Logra capas muy duras, resistentes al desgaste y con bajo rozamiento. No se realiza en aceros con menos del 0,1% de carbono.

Cianuración

Enriquece la capa superficial con carbono y nitrógeno. Es una mezcla de cementación y nitruración, combinando características de ambos procesos.

Movimientos Fundamentales de Máquina Herramienta

En procesos de mecanizado, se distinguen tres movimientos principales:

• Movimiento de corte: Define la velocidad de corte (expresada comúnmente en m/min).
• Movimiento de avance: Define la sección de corte (expresada comúnmente en mm/rev o mm/diente).
• Movimiento de penetración o pasada: Define la profundidad de material a remover (movimiento transversal o longitudinal, expresado en mm).