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Presentacin de PowerPoint

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADASESPE - EXTENSIN LATACUNGADEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGA Y MECNICACARRERA DE INGENIERA AUTOMOTRIZ

ASIGNATURA: DISEO DE ELEMENTOS DE MQUINA

TEMA: ACEROS, HIERRO, METALES PULVERIZADOS, ALUMINIOINTEGRANTES: RECALDE RENJOHN SNCHEZ BYRON TOAPANTADAVID TAIPECARLOS CEPEDA LISETH QUISHPELATACUNGA - ECUADORDOCENTE: Ing. Guido Torres

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Objetivos:Describir y conocer los diferentes tipos de aceros para herramientas as como sus usos tpicos.

Describir los hierros colados y varias clases de hierro gris, hierro dctil y hierro maleable.

Describir los metales pulverizados, sus propiedades y usos.

Describir las aleaciones de aluminio y condiciones de endurecimiento por la deformacin y tratamiento trmico.

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ACEROS PARA HERRAMIENTASEl trmino Acero para herramientas se refiere a un grupo de aceros que se usan para fabricar herramientas de corte.

Punzones

Matrices

Hojas cortantes

Cinceles, etc.

La mayor parte de los aceros para herramientas se relacionan con los usos del campo de la Ingeniera de manufactura pero tambin pertenecen al diseo de mquinas.

Ejemplo de los tipos de aceros para herramientasAISI: American Iron and Steel Institute (Instituto americano del hierro y el acero)

Tipos especficosEjemplosTipo generalSmbolo del tipoPrincipales elementos de aleacinNum AISINum UNSUsos tpicos (otras aleaciones comunes)Alta velocidadMMolibdenoM2T11302Aceros para herramientas con uso general en herramentas de corte y matrices para forja, extrusin, doblez, estirado y penetrado.M10T11310M42T11342TTugstenoT1T12001Semejantes a los usos de tipo M (T2, T4, T5, T6, T8)

El sistema UNS es alfanumrico siendo el prefijo una letra que describe las clases de aleaciones y los dgitos que incorporan los dgitos SAE y otras caractersticas de las aleaciones.UNS: Unified Numbering System (Sistema unificado de numeracin)

Los aceros para herramientas tienen una resistencia bastante alta al choque, ventajoso en componentes de mquinas como:Piezas para embragues mecnicos.TrinquetesCuchillasGuas para partes en movimientoPinzas (Tipo S, L, F, W)

Para el diseo de mquinas las herramientas tendrn la capacidad de mantener un borde agudo bajo condiciones abrasivas.

USO: Estructuras de mquina, los engranes grandes, soportes, piezas de eslabonamiento y dems piezas importantes de mquinasHIERRO COLADO PROPIEDADES:Los diversos tipos disponibles abarcan amplios mrgenes de resistencia ductilidad, facilidad de maquinado, resistencia al desgaste y costo. Estas propiedades son atractivas para muchas aplicaciones.

CLASIFICACIN DEL HIERRO COLADO

Fuente: Diseo de elementos de mquinas, Robert Mott

Se consigue en grados cuya resistencia a la tensin va de 20 000 a 60 000 psi (138 a 414 MPa). Su resistencia ltima a la compresin es mucho mayor, tres a cinco veces mayor que la de tensin. Una desventaja del hierro gris es que es frgil y, en consecuencia, no se debe usar en aplicaciones donde probablemente haya cargas de impacto. Pero tiene una excelente resistencia al desgaste, es relativamente fcil de maquinar, tiene buena capacidad para amortiguar la vibracin y se puede endurecer superficialmente.Entre sus aplicaciones estn los bloques de motores, engranes, piezas de frenos y bases de mquinas. Los hierros grises se evalan con la especificacin A48-94 de ASTM, en clases 20, 25, 30, 40, 50 y 60, donde el nmero indica la resistencia indica a la tensin en kips/pulg2 (ksi). Ejemplo, el hierro gris clase 40 tiene una resistencia mnima a la tensin de 40 ksi o 40 O00 psi (276 MPa). Como es frgil, el hierro gris no tiene la propiedad de resistencia de fluencia.EL HIERRO GRIS

Es un grupo de hierros colados trmicamente tratables, con resistencia de moderada a alta, alto mdulo de elasticidad (rigidez), buena maquinabilidad y buena resistencia al desgaste.

La designacin de cinco dgitos indica aproximadamente la resistencia de fluencia y la elongacin porcentual esperada del material.

Ejemplo, el grado 40010 tiene una resistencia de uencia de 40 ksi (276 MPa) y una elongacin del 10%.

Con el tratamiento trmico, se obtienen mayores resistencias. EL HIERRO MALEABLE

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Tienen mayores resistencias que los grises y, como indica el nombre, son ms dctiles, sin embargo, su ductilidad es todava mucho menor que la de los aceros tpicos.En las especicaciones ASTM A536-84 se maneja una designacin del grado mediante tres partes. El primer nmero indica la resistencia de tensin en ksi, el segundo es la resistencia de uencia en ksi y el tercero es la elongacin porcentual aproximada. Ejemplo, el grado 80-55-06 tiene una resistencia de tensin de 80 ksi (552 MPa), una resistencia de uencia de 55 ksi (379 MPa) y una elongacin de 6% en 2.00 pulg. Las partes coladas con mayor resistencia como los cigeales y engranes, se fabrican con hierro dctil.LOS HIERROS DCTILES

(ADI, de austempered ductile iron) es un hierro dctil aleado y tratado trmicamente.La norma 897-90 de ASTM menciona cinco grados de ADI, cuya resistencia a la tensin va de 125 ksi (850 MPa) a 230 ksi (1600 MPa). Las resistencias de uencia van de 80 ksi (550 MPa) a 185 ksi (1300 MPa). La ductilidad disminuye al aumentar la resistencia y la dureza, y los valores del porcentaje de elongacin disminuyen en el intervalo aproximado de 10 a 1%. El ADI comienza como un hierro dctil convencional con un control cuidadoso de la composicin y del proceso de colado, y se obtiene una buena fundicin ntegra y libre de huecos. EL HIERRO DCTIL AUSTENPLADO O HIERRO DCTIL CON TEMPLE AUTENTICO

Se agregan pequeas cantidades de cobre, nquel y molibdeno para mejorar la respuesta del metal al ciclo especial de tratamiento trmico, se calienta a la temperatura de austenitizacin (1550 a 1750 F u 843 a 954 C), dependiendo de la composicin, se conserva a esta temperatura de una a tres horas, para que el material se vuelva totalmente austentico. Sigue un temple rpido en un medio de 460 a 750 F (238 a 400 C), y la fundicin se conserva a esta temperatura de media a cuatro horas. Es la parte del austemplado del ciclo donde todo el material se convierte en una mezcla, en su mayor parte de austenita y ferrita o ausferrta. Es importante que durante este ciclo no se formen ni perlita ni bainita. Despus se deja enfriar la pieza hasta la temperatura ambiente. PROCESOFig. : Ciclo de tratamiento trmico para el hierro dctil austemplado (ADI)Fuente: Diseo de elementos de mquinas, Robert Mott

Tiene atractivas propiedades que permiten su empleo en equipos de transporte, maquinaria industrial y otras aplicaciones donde el bajo costo, buena maquinabilidad, gran amortiguamiento de vibracin buena resistencia al desgaste y colado a la forma neta aproximada, son apreciables ventajas.

Como ejemplo estn los engranes de tren de impulsin, piezas de juntas de velocidad constante y los componentes de la suspensin. APLICACIONES Fig : Maquinaria IndustrialFuente:www.tecnicaproductiva.com

La metalurgia de polvos es un proceso de produccin en masa donde se emplean polvos de un solo metal, varios metales o una mezcla de metales y no metales.Proceso: Se compacta en matrices a altas presiones que despus se calienta a una temperatura alta (sinterizado) para fundir el polvo y formar una masa uniformeA veces se hace un segundo prensado, para mejorar las propiedades o la exactitud dimensional de la pieza.

Sirven para fabricar piezas o elementos mecnicos mediante metalurgia de polvos

METALES PULVERIZADOS O EN POLVO

TamaoFormaFabricacinMicroestructuraQumicaManejoMoldeExtrusinSinterizadoForjaCompactacinDensidadDuctilidadMagnticoDurezaConductividadMicroestructura

Fig : Materiales PulverizadosFuente:www.dreamstime.com

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Caractersticas de los polvos

FormaFinura, micras (36 - 850m)Distribucin FluidezPropiedades qumicasCompresibilidadDensidad Sinterizacin Preparacin de polvos

Polvos de metalesNo metalesAleaciones (xidos nitruros, carburos)Hierro, cobre, aluminio, nquel, titanio, cromo, aceros, inoxidables, grafito, silicio, etc.Refractarios como el tungsteno, tantalio y molibdeno.Combinaciones de metales y cermicos.

Obtencin de los PolvosGeneralmente se realiza de metales puros, principalmente hierro, cobre, estao, aluminio, nquel y titanio, aleaciones como latones, bronces, aceros y aceros inoxidables o polvos pre-aleados. Condensacin de vapores metlicos. Aplicable en metales que pueden hervir condensando el vapor en forma de polvo (magnesio, cadmio y zinc).

Atomizacin en estado lquido. El metal fundido se vierte a travs de un embudo refractario en una cmara de atomizacin, hacindole pasar a travs de chorros de agua pulverizada

Pulverizacin mecnica. til en metales frgiles. Se muele el metal o se lima y se lleva a travs de un gas, separndose el metal del gas en una corriente turbulenta dentro de un separador ciclnico.Fig : Atomizacin en estado lquidoFuente:cristianorlando-technician.blogspot.comFig : Centrifugacin Fuente:www.dirind.com

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Mtodos de produccin de polvosFig : Mtodos de produccin de polvosFuente:www.cec.uchile.cl

Matriz y compactacin de polvos

Fig : Matriz y comparacin de polvosFuente:www.cec.uchile.cl

Proceso de sinterizado

Dosificacin y mezclaGeneralmente, para obtener las caractersticas requeridas ser necesario mezclar polvos de tamaos y composiciones diferentes. Igualmente se puede aadir aditivos que acten como lubricantes durante el compactado o aglutinantes que incrementen la resistencia del compactado crudo.La mayora de los polvos metlicos tienden a reaccionar con el oxgeno del ambiente generando as una flama en la mayora de los casos, adems de otros como el magnesio que es explosivo, por lo que debern manejarse con precaucin, y para contenerlos (los polvos) se utilizan normalmente cuartos de ambientes controlados.

LAS PIEZAS QUE SE FABRICAN TPICAMENTE CON METALES EN POLVO Engranes Levas ExcntricasCojinetes impregnados con aceite, Filamentos de lmparas incandescentes Imanes permanentesPuntas de carburo cementado para herramientasDiversas partes de maquina con orificios o proyecciones de forma especial Ventajas de las piezas pulverizadasEliminacin de chatarra o material de desperdicio Eliminacin de operacin de maquinadoBajo costo unitario cuando se producen en masaControl exacto de la composicin Desventajas de las piezas pulverizadas Suelen ser frgiles.Alto costo de las matricesPropiedades fsicas ms pobresLimitaciones en el diseoRango limitado de materiales que pueden utilizarse

MPIF: Metal Poder Industries Federation (Federacin de la Industria de Metales en Polvo)

Fuente: Penton Publish Co, Machine Desingn Magazine Materials, Manufacturing and Assembly Reference Volume. Vol 61. No. 3.

USO: APLICACIONES ESTRUCTURALES Y MECNICASALUMINIO PROPIEDADES:BAJO PESOBUENA RESISTENCIA A LA CORROSINFACILIDAD RELATIVA DE FORMADO Y MAQUINADOAPARIENCIA AGRADABLESDENSIDAD TERCERA PARTE DEL ACERO

DESIGNACIN ESTANDARIZADA POR LA ASOSIACIN DEL ALUMINIO (AA)Sistema de cuatro dgitos:Primero: tipo de aleacinSegundo: si es distinto de cero, indica modificaciones de otra aleacin o lmites de las impurezas en la aleacin.Aluminio cobre 2XXX

Fuente: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/Imagenes/Tabla13-8.jpg Propiedades mecnicas y aplicaciones de algunas aleaciones comerciales de aluminio.

GRUPO DE ALEACIONES DEL ALUMINIOFUENTE: Robert L. Mott, P. E. Diseo de elementos de mquinas, Cuarta edicin Familia de aluminioDesignacin Aluminio puro, 99% mnimo 1xxxAluminio-Cobre2xxxAluminio-Manganeso3xxxAluminio-Silicio4xxxAluminio-Magnesio5xxxAluminio-Magnesio-Silicio6xxxAluminio-Zinc7xxxOtros elementos, Al-Sn, etc.8xxx

Designacin Subdivisin TratamientoFMaterial tal como se ha fabricado. Sin control en el endurecimiento por deformacin.ORecocida y recristalizada. Endurecimiento con mnima resistencia y mxima ductilidad.HEndurecimiento por deformacin, trabajada en fro.H1Endurecido solo por deformacin. El grado de endurecimiento se indica mediante un segundo dgito, H12, hasta el endurecimiento total, H18, que proporciona aproximadamente una reduccin del 75%.H2Endurecido por deformacin y recocido parcial. Igualmente se indica con un segundo digito el nivel de trabajo en frio.TTratado trmicamente, endurecida por precipitacin.T4Tratada por solucin y envejecida naturalmente.T5Enfriada desde la temperatura de fabricacin y envejecida artificialmente.T6Tratada por solucin y envejecida artificialmente.T8Tratada por solucin, trabajada en frio y envejecida artificialmente.

Designaciones del grado de endurecimiento de las aleaciones de aluminio.Fuente: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/Imagenes/Tabla13-10.jpg

carroceras de automviles

chasis de vehculos pesados

OTRAS ALEACIONES DE ALUMINIO COMUNES Y SUS APLICACIONESTabla 2-7. Aleaciones de aluminio comunes y sus aplicaciones AleacinAplicacionesFormas1060Equipos qumicos y tanquesLmina, placa, tubo 1350Conductores elctricos Lmina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, perfiles2014Estructuras de avin y armazones de vehculoLmina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo, perfiles, piezas forjadas2024Estructuras de avin, ruedas, piezas de mquinas Lmina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo, perfiles, remaches2219Piezas sometidas a altas temperaturas (hasta 600 F)Lmina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo, perfiles, piezas forjadas3003Equipo qumico, tanques, utensilios de cocina, piezas arquitectnicasLmina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo, perfiles, remaches, piezas forjadas 5052Tubos hidrulicos, electrodomsticos, fabricaciones con lminas Lmina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo, perfiles, remaches6061Estructuras, armazones y piezas de vehculos, usos marinosTodas la formas 6063Muebles, herrajes arquitectnicosTubo, perfiles extruidos7001Estructuras de alta resistencia Tubo, perfiles extruidos7075Estructuras de aviones y para trabajo pesado Todas la formas, excepto tubos

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ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIN(O endurecimiento por deformacin en fro o por trabajo)Es el trabajo en fro, controlado, de la aleacin, donde con mayor trabajo aumenta la dureza y resistencia, mientras disminuye la ductilidad.

TEMPLES DISPONIBLES COMUNESF: (Como se fabric). Es el material tal como sale del proceso de fabricacin.O: (Recocido). Tratamiento trmico que produce el estado mas suave y de menor resistencia.H: (Endurecido por deformacin). Un proceso de trabajo en frio bajo condiciones controladas.Mejora las propiedades para las aleaciones de los grupos:1xxx3xxx5xxx(H12, H14, H16, H18) Indican resistencias cada vez mayores.

T: (Con tratamiento trmico). Serie de procesos controlados de calentamiento y enfriamiento.

Aplican: 2xxx4xxx6xxx7xxx

T4: Productos mecnicos T6: Estructurales

Aleacin y tratamientoResistencia a la tensinResistencia de fluenciaductilidad (porcentaje de elongacin en 2 pulgadas)Resistencia al corteResistencia a la fatiga(Ksi)(MPa)(Ksi)(MPa)(Ksi)(MPa)(Ksi)(MPa)160-O1069428437483211060-H1414971176129625341060-H1819131181246111216411350-O1283428288551350-H1416110149710691350-H192718624165151037482014-O271861497181812413902014-T452427422902038262201382014-T670483604141342290181242024-O271861176221812413902024-T468469473241941283201382024-T36172496573931242290181242219-O251721176182219-T62604144229010151032219-T87694765739310151033033-O1611064140111217483003-H1422152211451614979623003-H182920027186101611010695052-O2819313903018124161105052-H3438262312141421145181245052-H384229037255824165201386061-O181248553012839626061-T43524121145252416514976061-T64531040276173020714976063-O139074810698556063-T4251721390226063-T63524131214122215210697001-O3725522152147001-T698676916279221527075-O332281510316221527075-T68357273503114833123159

BIBLIOGRAFIA[1] ROBERT L. MOTT, P.E (2006) Diseo de elementos de muquina. Pearson, Mxico: SAE Internacional.[2] Aluminio, [En lnea]. Disponible en: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_4.html