Capitulo III

3.- PROPIEDADES DE LOS METALES

los metales tienen propiedades físicas tales como densidad, punto de fusión, color, conductividad y otras. También tienen propiedades mecánicas, como resistencia, dureza, ductibilidad y otras.

3.1.- PROPIEDADES FISICAS

COLOR: se relaciona con la calidad de la luz reflejada por el metal

MASA: relaciona la masa con respecto al volumen

PUNTO DE FUSIÓN: esta relacionado con la temperatura cuando el metal cambia de estado sólido a estado líquido

PUNTO DE EBULLICION: es la temperatura a la cual el metal cambia del estado líquido al estado de vapor

CONDUCTIVIDAD TERMICA. es la capacidad de un metal para transmitir calor a través de su masa

CALOR ESPECIFICO: es una medida de la cantidad de calor que se requiere para incrementar la temperatura de un metal en una cantidad específica.

DILATACION: el coeficiente de dilatación tèrmica lineal es una medida del incremento lineal por longitud de unidad basándose en el cambio de temperatura del metal. La dilatación es el incremento en la dimensión de un metal causado por el calor.

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA: es la capacidad del metal para conducir la corriente eléctrica.

3.2.- PROPIEDADES MECANICAS

Las propiedades mécanicas determinan el margen de utilización del metal y establecen el servicio que puede esperarse de ellos. Las propiedades mécanicas también ayudan a especificar y a identificar metales. las propiedades mécanicas más comunes de los metales son las siguientes:

RESISTENCIA: es la capacidad para resistir la acción de las fuerzas externas sin romperse. la resitencia a la tensiòn que también se denomina, esfuerzo máximo, es la máxima resistencia que desarrolla un metal en una prueba de tensión. La prueba de tensión es un método para determinar el comportamiento de un metal bajo una carga de estiramiento real. Esta prueba proporciona el límite elástico, el alargamiento, el punto de rotura, el esfuerzo máximo, esfuerzo de cadencia y la reducciòn en el área

A continuación se muestra la prueba de tensión en metales y la curva esfuerzo-deformación

prueba de tension en metales

 

DUCTIBILIDAD: la ductibilidad de un metal e sla propiedad que le permite estirarse o cambiar de forma de algún otro modo sin romperse, retener su otra forma después de que se ha eliminado la carga

REDUCCION DEL AREA: es otra medida de la ductilidad y se obtiene por medio de la prueba de tensión midiendo el área transversal después de la falla

DUREZA: se define como la resistencia del metal a una penetración local por otra sustancia más dura se obtiene mediante la prueba de dureza Rockwell

Equipo para pruebas de dureza Rockwell

 



RESITEMCIA AL IMPACTO: se evalúa en términos de la fuerza del impacto. La fuerza del impacto se determina con mayor frecuencia por la prueba de charpy. Algunas veces se mide por la prueba de izod. Ambas pruebas usan el mismo tipo de maquina de prueba de péndulo.

Equipo para pruebas de impacto Charpy

 

 

 

 

3.3.- ESPECIFICACIONES DE METALES Y CLASIFICACION DE ACEROS

 

El método más popular para especificar un metal es por medio del número de la American Society of Testing and Materials (ASTM).

 

las normas ATM para los metales proporcionan las propiedades mecánicas del metal y en muchos casos su composición química. Las especificaciones para los aceros generalmente proporcionan composiciones que se refieren, ya sea al análisis del acero en la cuchara de la colada, o en su forma final.

 

Algunas veces a los aceros se les dan nombres basándose en su aleación principal. Los aceros a veces se identifican por medio de números. En otros casos los aceros pueden identificarse por medio de letras. Los fabricantes también les dan diferentes nombres comerciales ala cero. El metodo de fabricación del acero también entra en el sistema de identificación.

 

Un sistema popular para clasificar aceros es el del  "American Ion and Steel Institute Numerical Designation of standard Carbon and Alloy Steels". Este se conoce como el sistema de designación AISI-SAE.

 

Especificaciones sobre el acero SAE

El siguiente sistema númerico para indicar aceros al carbono y aceros de aleación de diversas especificaciones ha sido adoptado por la Society of Automotive Engineers

 

 

 

La siempre creciente variedad de composiciones quçimicas y requerimientos de calidad de las especificaciones del acero ha dado como resultado varios miles de diferentes combinaciones de elementos químicos que se estan especificando para satisfacer las exigencias de cada uno de los compradores y d elos artículos de acero. La SAE elaboro un excelente sistema  de nomenclaturas para identficar diversas composiciones químicas . El American iron and Steel Institute ha avanzado más a este aspecto, ya que ha establecido nouevas normas que incluyen un anomenclatura similar

 

 

La AISI y la SAE tambén colaboraron en un sistema para identificar los aceros resistentes a la corrosión ó los aceros inoxidables. En este sistema los aceros inoxidables y los aceros resistentes al calor se clasifican en 4 grupos generales. A continuacion se muestran en la tabla

 

En los metales no ferrosos participan varias asociaciones comerciales. La Aluminum Association (AA) roporciona un sistema para designar las composiciones de las aleaciones de aluminio forjado. la AA también proporciona designaciones de templado como letras  y números de sufijos para indicar la condición de templado.

Una designación estandar  para el cobre y las aleaciones de cobre usa un número de tres dígitos para definir e identificar los cobres y las aleaciones de cobre. El sistema agrupa las componentes en familias, incluyendo los cobre, las aleaciones altas de cobre, latones, bronces, cuproníquel y aleaciones de cobre-zinc.

 

 

 

3.4.- INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION EN LOS ACEROS

 

las propiedades mecánicas de un metal pueden ser modificadas por la aplicación de varios tratamientos térmicos. Pero cambios drásticos en las propiedades de unmetal suelen ocurrir cuando se modifica su composición química.

A continuación se describe la influencia de los elementos de aleación sobre las propiedades de los aceros:

 

 

ALUMINIO(Al):  es un fuerte desoxidante y se combina con el nitrogeno reduciendo la susceptibilidad de deformación por envejecimiento. En pequeñas cantidades restringe el crecimiento de grano.

 

CARBONO(C): es un elemento aleante que se encuentra presente en todos los aceros. el carbono puede existir en el acero en forma combinada como carburo de hierro.

 

 

COBALTO(Co): el cobalto no forma carburos, impide el crecimiento del grano a temperaturas altas; mejora notablemente la resistencia del temple y de tensión en caliente.

 

CROMO(Cr): el cromo incrementa la dureza, la resistencia y reduce ligeramente la elasticidad. Mejora la resistencia al calor y a la escamación(oxidación) a temperaturas altas. Los aceros con alto contenido de cromo son resistentes a la corrosión.

 

COBRE(Cu): el cobre eleva la resistencia y el punto de cedencia del acero, pero reduce sus propiedades de elasticidad. Un bajo contenido de cobre en el acero mejora las propiedades de resistencia a la corrosión(herrumbrre) cuando se expone a la intemperie.

 

MANGANESO(Mn): se encuentra presente en todos los aceros en cantidades que alcanzan hasta el 2%. Es un elemento importante para controlar la escoria en fundiciones. Mejora las propiedades de resistencia del acero, dañadndo ligeramente su elasticidad e influye favorablemente sobre las propiedades de soldabilidad y forja.

 

 

MOLIBDENO(Mo): la función principal consiste en aumentar la dureza y la tenacidad del acero, mejora la resistencia a la tensión, especialmente el calor, e influye favorablemente sobre las propiedades de soldabilidad, normalmente se utiliza combinado con cromo

 

 

NITROGENO(N): en cantidades hasta de 0.25% en aceros austeniticos estabiliza la estructura e incrementa la dureza, especialmente el punto de cedencia, así como las propiedades mecanicas a temperaturas altas

 

NIQUEL(Ni): es un elemnto adecuado para mejor la tenacidad de los aceros, en combinación con cromo proporciona buenas propiedades de resistencia a la corrosíon, mejora las propiedades de soldabilidad e incrementa notablemente la resistencia al impacto en aceros estructurales, especialmente a temperaturas críogenicas.

 

 

FOSFORO(P): se considera perjudicial al acero, por lo que siempre se ha procurado conservar su contenido en aceros (con alto grado)a un nivel maximo de 0.03 a 0.05%

 

 

AZUFRE(S): el azufre produce fragilidad, haciendo quebradizo el acero cuando se encuentra en cantidades al 0.04%

 

 

SILICIO(SI): se encuentra presente en todos los aceros debido a que los minerales utilizados en la fabricación lo contien en una cantidad variable. El alto contenido de silicio afecta seriamente las propiedades de soldabilidad en aceros resistemtes al calor por porcentajes altos en cromo y níquel

 

 

TITANIO(Ti): es un elemento aleante utilizado principalmente en aceros inoxidables para la estabilización contra la corrosión inter granular.

 

 

VANADIO(V): el efecto principal del vanadio consiste en refinar el grano y mejorar las propiedades mecanicas. En pequeñas cantidades mejora la dureza en caliente y reduce el crecimiento del grano

 

 

A continuaciòn se muestra una tabla que muestra la influencia de los elementos de aleación sobre las propiedades de los aceros