CODIGO DE CURSO:

TECNOLOGA DE MATERIALES

TECNOLOGA DE MATERIALES

CODIGO DE CURSO:M36218

LABORATORIO 02CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES

LUGAR DE REALIZACIONDURACION DE LA TAREATOLERANCIA

TALLER M601 SESION5 min

1. IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD

2. HERRAMIENTAS Y MATERIALES OPCIONALES Martillo de pea.

Desarmadores planos.

Mesas de trabajo.3. MATERIALES

Mdulos con muestras de diversos materiales naturales, metales, no metales y materiales sintticos.

Productos industriales conocidos.

4. OBJETIVOS

El alumno diferenciar e identificar los diferentes materiales ms utilizados para las aplicaciones industriales y analizar sus caractersticas.5. SEGURIDADRIESGODESCRIPCIN DEL PELIGRO

CortesLos alumnos que realizan trabajos con herramientas cortantes (Alicates, cuchillas, etc.) deben de tener cuidado, para evitar daos personales.

CortocircuitosLos alumnos que realizan trabajos con componentes mecnicos y/o elctricos, no debern conectar inadecuadamente a los toma corrientes.

Agentes que pueden daar los instrumentos de comprobacin.Los alumnos que realizan trabajos de equipos, debern tener cuidado con el empleo correcto de los instrumentos de medicin y comprobacin.

INSTRUCCIONES DE TRABAJO.

Trabajar en forma ordenada. Nunca juntar instrumentos de comprobacin y medicin con otras herramientas.

6. CONOCIMIENTOS RELACIONADOS CON LA TAREAMuchas mquinas, vehculos y equipos similares utilizan diversos materiales que pueden ser: Naturales, metales, no metales, sintticos y muchos otros que no siempre son posibles de reconocer. El conocimiento de sus propiedades es importante para determinar su utilizacin.

Figura 01. Montacargas

Cuntos tipos de materiales tendra la mquina de la figura 01? Habr slo materiales metlicos si la mquina eleva pesos de 5 toneladas? Habr varios tipos de materiales sintticos?En forma general los materiales se clasifican en dos grupos principales y cuatro grandes grupos

A) NATURALES: Son aquellos materiales que se encuentran en la naturaleza y que no han sufrido un proceso de transformacin severo, manteniendo su estructura por ejemplo la madera, el caucho entre otros.

B) Metales Ferrosos y No Ferrosos: Son materiales procesados a partir de minerales existentes en la tierra y cuando son minerales de hierro se obtienen metales ferrosos. Los metales no Ferrosos pueden ser procesados de otros minerales como el Cobre, aluminio etc. Los metales a su vez pueden ser pesados y ligeros.

C) Sintticos: tambin conocidos como plsticos .Como su nombre dice son materiales obtenidos sintticamente a partir de los derivados del petrleo .Existen diversos tipos con propiedades diversas y pueden ser transparentes u opacos, resistentes al impacto, aislantes elctricos entre otras propiedades.

Los materiales sintticos se dividen en tres grupos generales:

Los plsticos deformables con el calor se conocen como termoplastos. Los plsticos que se producen y ya no se pueden deformar con el calor se denominan duroplastos. Los materiales sintticos con propiedades elsticas se les denominan elastmeros.

7. PROCESOS DE FABRICACIN DEL ACERO7.1. Fabricacin en horno elctricoLa fabricacin del acero en horno elctrico se basa en la fusin de las chatarras por medio de una corriente elctrica, y al afino posterior del bao fundido.

El horno elctrico consiste en un gran recipiente cilndrico de chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el bao de acero lquido y escoria. El resto del horno est formado por paneles refrigerados por agua. La bveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a travs de unas cestas adecuadas.

La bveda est dotada de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de dimetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la carga a medida que se van consumiendo.

Figura 02. Fabricacin en horno ElctricoLos electrodos estn conectados a un transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad variable, en funcin de la fase de operacin del horno.

Otro orificio practicado en la bveda permite la captacin de los gases de combustin, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmsfera. El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del bao.

El proceso de fabricacin se divide bsicamente en dos fases: la fase de fusin y la fase de afino.

7.1.1. Fase de fusin

Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, hacindose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.

7.1.2. Fase de afino

El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composicin del bao fundido y se procede a la eliminacin de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fsforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composicin qumica por medio de la adicin de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, nquel, molibdeno, vanadio o titanio).

El acero obtenido se vaca en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la funcin de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composicin del acero y de drsele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricacin.

7.2. La colada continuaFinalizado el afino, la cuchara de colada se lleva hasta la artesa receptora de la colada continua donde vaca su contenido en una artesa receptora dispuesta al efecto.

La colada continua es un procedimiento siderrgico en el que el acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya seccin transversal tiene la forma geomtrica del semi-producto que se desea fabricar; en este caso la palanquilla.

La artesa receptora tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el acero lquido en varias lneas de colada, cada una de las cuales disponen de su lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su refrigeracin con agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera se mueve alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar la costra slida que se va formando durante el enfriamiento.

Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado por medio de duchas de agua fra primero, y al aire despus, cortndose el semi-producto en las longitudes deseadas mediante sopletes que se desplazan durante el corte.

En todo momento el semi-producto se encuentra en movimiento continuo gracias a los rodillos de arrastre dispuestos a los largo de todo el sistema.

Finalmente, se identifican todas las palanquillas con el nmero de referencia de la colada a la que pertenecen, como parte del sistema implantado para determinar la trazabilidad del producto, vigilndose la cuadratura de su seccin, la sanidad interna, la ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.

7.3. La laminacin

Las palanquillas no son utilizables directamente, debiendo transformarse en productos comerciales por medio de la laminacin o forja en caliente.

De forma simple, podramos describir la laminacin como un proceso en el que se hace pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su seccin transversal gracias a la presin ejercida por stos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura. De ah que la laminacin en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250C, al inicio del proceso, y 800C al final del mismo.

La laminacin slo permite obtener productos de seccin constante, como es el caso de las barras corrugadas.

El proceso comienza elevando la temperatura de las palanquillas mediante hornos de recalentamiento hasta un valor ptimo para ser introducidas en el tren de laminacin.

Generalmente estos hornos son de gas y en ellos se distinguen tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de homogeneizacin. El paso de las palanquillas de una zona a otra se realiza por medio de distintos dispositivos de avance. La atmsfera en el interior del horno es oxidante, con el fin de reducir al mximo la formacin de cascarilla.

Alcanzada la temperatura deseada en toda la masa de la palanquilla, sta es conducida a travs de un camino de rodillos hasta el tren de laminacin. Este tren est formado por parejas de cilindros que van reduciendo la seccin de la palanquilla. Primero de la forma cuadrada a forma de valo, y despus de forma de valo a forma redonda. A medida que disminuye la seccin, aumenta la longitud del producto transformado y, por tanto, la velocidad de laminacin. El tren se controla de forma automtica, de forma que la velocidad de las distintas cajas que lo componen va aumentando en la misma proporcin en la que se redujo la seccin en la anterior.

El tren de laminacin se divide en tres partes:

a) Tren de desbaste: donde la palanquilla sufre una primera pasada muy ligera para romper y eliminar la posible capa de cascarilla formada durante su permanencia en el horno.

b) Tren intermedio: formado por distintas cajas en las que se va conformando por medio de sucesivas pasadas la seccin.

c) Tren acabador: donde el producto experimenta su ltima pasada y obtiene su geometra de corrugado.

Las barras ya laminadas se depositan en una gran placa o lecho de enfriamiento. De ah, son trasladadas a las lneas de corte a medida y empaquetado y posteriormente pasan a la zona de almacenamiento y expedicin.

En el caso de la laminacin de rollos, stos salen del tren acabador en forma de espira, siendo transportados por una cinta enfriadora, desde la que las espiras van siendo depositadas, donde se compacta y se ata para su expedicin, o bien se lleva a una zona de encarretado, dnde se forman bobinas en carrete.

Durante la laminacin se controlan los distintos parmetros que determinarn la calidad del producto final: la temperatura inicial de las palanquillas, el grado de deformacin de cada pasada para evitar que una deformacin excesiva d lugar a roturas o agrietamientos del material, as como el grado de reduccin final, que define el grado de forja, y sobre todo el sistema de enfriamiento controlado.

8. EL CONVERTIDOR DE BESSEMER, THOMAS Y LD.El arrabio procedente del alto horno, transportado por los torpedos se deposita en los convertidores, recipientes de acero y revestidos interiormente, como los altos hornos, de ladrillos refractarios.

Se diferencian de los hornos en que a stos se les proporciona calor y a los convertidores no, el material se deposita fundido y dentro se produce ms calor con la combustin del carbono del arrabio.

Figura 03. Horno de Bessemer, ThomasEl convertidor ideado por Bessemer consista en un recipiente metlico basculante de gran tamao recubierto por material refractario de carcter cido. El proceso de afino duraba entre 15 y 20 minutos y tena tres fases: llenado, soplado y vaciado.

En la fase de llenado, se inclinaba el convertidor para facilitar su llenado con el arrabio fundido procedente del horno alto.

En la fase de soplado, el convertidor se situaba en posicin vertical y se inyectaba aire a presin a travs de unos orificios practicados en el fondo. El aire entraba a travs de la masa fundida y oxidaba el carbono, el silicio y el manganeso. El calor desprendido en estos procesos de oxidacin permita mantener la temperatura de fusin del arrabio.

La fase de vaciado se iniciaba una vez quemadas las impurezas. Se inclinaba de nuevo eI convertidor y se verta acero en las lingoteras.

La principal ventaja de este procedimiento consista en poder detenerlo con slo cerrar la entrada del aire. De este modo se conseguan aceros con distintas cantidades de carbono, silicio y manganeso. Su principal inconveniente radicaba en que slo poda utilizarse para arrabios con cantidades muy pequeas de fsforo, ya que este material no se eliminaba.

La modificacin introducida por Thomas consisti en incorporar un fundente de carcter bsico la cal, que permita eliminar el exceso de fsforo presente. Al finalizar el proceso, se extraa primero el acero y, posteriormente, la escoria formada. Sin embargo, a diferencia del anterior, este proceso no poda detenerse para regular la cantidad de otros componentes.En la actualidad, ambos procesos han cado en desuso y se han sustituido por el moderno convertidor LD, en el que solo se insufla O2 con una lanza, por la boca del convertidor.

TAREAS A DESARROLLARSE EN EL LABORATORIO8.1. Primera Tarea: CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

Se tienen disponibles grupos de materiales en cajas para la experiencia. El profesor entregar a los grupos conformados las muestras de los materiales, para la experiencia, cada una de las cajitas etiquetadas deber ser vaciada a la mesa de trabajo para su reconocimiento.

Los estudiantes reconocern cada uno de los materiales del envase respectivo y completarn los cuadros 1 y 2. Posteriormente debern devolver las muestras y colocarlas en su lugar.CUADRO N 1. CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES METLICOS

NOMBREDESCRIPCIN/APLICACIONES

FERRICOSAcero corriente

Resistente a la fatiga, maquinable, duro, conductor de la corriente elctrica. Aplicado a instrumentos de mecnica, estructuras metlicas de construccin y de decoracin.

Acero aliado

Es el acero que se mezcla con otros elementos para adquirir ciertas propiedades. Aplicados al material quirrgico, a calderos, hornos elctricos, etc.

Acero inoxidable

Aleaciones de acero con Cromo, formados de Fierro, Cromo y Oxigeno. Resistentes a la corrosin y a la accin mecnica. Se usa para piezas de cuchillera, recipientes de la industria qumica, equipos para el manejo de alimentos

Hierro fundido

Aleacin de Fierro y Carbono con ms de 1.7% de C. Muy colables. Aplicacin en la elaboracin de piezas.

NO FERRICOS PESADOS :

Plomo

Aliable con otros metales, txico, de fcil deformabilidad.

Aplicaciones en cubierta para cables, estabilizadores en contra de la luz para los plsticos, esmalte de vidrio y cermica.

Cobre

Buena conductividad elctrica y trmica, buena ductilidad, resistencia a la corrosin y a la oxidacin, buena maquibilidad, no magntico. Usado en conductores elctricos tuberas radiadores, empaquetaduras.

Bronce

Aleacin Cobre y Estao, maauinables, buen conductor elctrico. Aplicacin en resortes, usado en campanas acsticas.

Latn

Aleacin Cobre y Zinc, maquinable, fcil trabajo en fro. Aplicacin en placa de grabados, llaves, piezas de cerradura, piezas de relojes.

Zinc

Material relativamente barato, se usa para el galvanizado del hierro y acero. Aplicacin en piezas de automvil, utensilios domsticos, ferretera en edificios, candados, juguetes.

LIGEROS :

Aluminio

Se oxida rpidamente y forma una pelcula de oxido, protegindola de mayor oxidacin, trabajable en frio. Aplicaciones en monturas de ptica, equipos criognicos, equipo para manejo de alimentos, accesorios marino, alambres de aportacin para la soldadura.

CUADRO N 2. Clasificacin de los materiales NO METALICOS

NOMBREDESCRIPCIN/APLICACIONES

NATURALESCermica

Son duros frgiles, resistentes al calor, y corrosin, cristalinas y malas conductoras de la electricidad. Capsulas para laboratorio qumico, nanotubos de carbono

Vidrio

Material frgil, no conduce la electricidad, transparente. Se usa para ventanas, equipos de medicin, envases.

Cuero

Material de plasticidad, proveniente de los animales. Se usa para hacer abrigos, zapatos , correas,.

Mrmol

Material resistente a la ser rayado, natural. Se usa para la construccin y acabados de construccin.

Carbn

Material que se incinera en contacto con el fuego. Se usa para calentar estufas, se usa para hacer lpices.

Madera

Material natural resistente a la deformacin, traccin, fatiga, aislante trmico, no conduce la electricidad. Aplicado a los muebles, construccin de vigas, construccin de utensilios.

SINTETICOSTERMOPLSTICOS :

PVC

Es incoloro transparente, inodoro e inspido, estable al ataque de cidos, lejas, sales y gasolina. Se usa parea tapizados, juntas, mangueras, zapatillas, guantes, trajes protectores.

Polietileno

Producto del petrleo, de aspecto ceroso, resistente a los cidos y lejas y disolventes corrientes, buen aislante elctrico. Aplicacin en vlvulas grifos cilindros de presin y de gua, roldanas y rodillos, mangos de herramientas, bidones, cubos, cantimploras.

Poliamida

Material fabricado del fenol, color blanco lechoso, resistente a la deformabilidad hasta los 100C. Aplicacin se usa en casquillos de cojinetes para ruedas dentadas muy silenciosas, para roldanas.

Acrilico

Soporta la luz ultravioleta, resistencia a la fragilidad. Aplicaciones en parabrisas de los carros, proteccin de equipos elctricos, fabricacin de utensilios

Poliestireno

Material derivado del carbn, formado por estireno, de fcil uso, coste relativamente bajo. Aplicacin en ventanillas de luces para cajas de distribucin, piezas aislantes en las tcnicas de alta frecuencia de baja tensin y de alta intensidad.

DUROPLSTICOS :

Resina de fenol

Se mezclan con materiales de relleno, y se trabajan para ser piezas moldeadas o prensas. Aplicaciones en mangos para palancas de interruptores, interruptores elctricos, piezas para aparatos de telefona y telegrafa, carcasa de pequeos motores, plumas estilogrficas.

Resina de poliester

Derivados del alquitrn de hulla y estirol; incoloros, se mezclan co la fibra de vidrio. Aplicaciones, cascos para embarcaciones y carroceras para coches.

ELASTMEROS :

Caucho sinttico

Se conocen el Buna y Perbunan, tienen resistencia al calor, al envejecimiento. Aplicacin para piezas de goma blanda u dura, para juntas radiales membranas, mangueras de agua, neumticos para ruedas de vehculos.

Poliuretano

Formados por poliadicin de un derivado denominado benzol y un polister. Aplicacin en materiales espumosos elsticos, guantes lavables, bases de alfombras relleno de almohadas y colchones.

8.2. Segunda tarea: EVALUACIN SOBRE LOS MATERIALES SELECCIONADOS

Seleccionar 20 materiales que se encuentren mencionados en la siguiente lista. Colocar en el espacio en blanco el nombre de los mismos. El profesor comprobar su trabajo final.

LISTA DE MATERIALES

PlomoZincAcrlico

VidrioMaderaMrmol

PVC (cloruro de polivinilo)CueroPoliuretano blando

Acero inoxidableHierro fundido(ms de 2%C)Acrlico

CermicaAluminioCobre

BronceLatnPolietileno

Poliestireno expandidoResina de poliesterAcero de herramientas (ms de 0,5% C)

Acero de construccin (menos de 0,5% C)CauchoPoliamida

CarbnAsbestoResina de fenol

Tenga en consideracin en todo momento acerca de las normas de seguridad.

NOMBRE DE LOS MATERIALES

1Vidrio11Acero inoxidable

2PVC12Acero galvanizado

3Bronce13Acero de construccin

4Madera14Hierro fundido

5Aluminio15Poliuretano blando

6Latn16

7Caucho17

8Cobre18

9Acero de herramientas19

10Poliamida20

Usar el sentido comn y el conocimiento para contestar estas preguntas.

8.3. Tercera tarea: APLICACIONES DE LOS MATERIALES

Se presentan 10 materiales procesados (productos), pertenecientes a equipos tecnolgicos. Sobre la base de las identificaciones realizadas, escribir la funcin y el nmero de la propiedad por la que utiliza el material.

ITEMNOMBREMATERIALES Y PROPIEDADES RELEVANTES PARA LA ELECCIN DEL MATERIAL

1Cao de aguaHecho de PVC, anticorrosivo, da fcil fabricacin.

2Perno y tuercaAcero, Resistencia a la rotura

3Perfil de aluminioAluminio, peso, anticorrosivo

4Soldadura de estao y plomoEstao y plomo ,Conductor elctrico

5Conductor de cobreHecho de cobre. Conductor elctrico, conductor trmico.

6BorneraHecho de cobre. Aislante elctrico por fuera u conductor por dentro.

8EnchufeHecho de cobre. Conductor elctrico.

9Envase de alimentosHecho de aluminio. Peso y anticorrosivo.

10Recipiente para productos qumicosHecho de silicio. Anticorrosivo, poca dilatacin.

PROPIEDADES RELEVANTES PARA SU USO

a. Resistente al calor

b. Conductibilidad elctrica

c. Aislante elctrico

d. Dureza

e. Elasticidad

f. Poca dilatacin

g. Autolubricacinh. Conductibilidad trmica

i. Peso

j. Anticorrosivo

k. Facilidad de fabricacin

l. Resistencia a la rotura

m. Resistencia al desgaste

9.4. Escribir el material correspondiente y la propiedad relevante en la confeccin del componente mostrado en cada ejemplo.

1. En el siguiente componente se elige el material de la broca por criterios de

Dureza.2. En el siguiente componente se elige el material del engranaje de corona 1 por criterios de;

Resistente al impacto, al trabajo en fro.

3. En el siguiente componente se elige el material presentado por criterios de

Por su resistencia a la corrosin.4. En el siguiente componente se elige el material del rodamiento por criterios de

Resistencia a la friccin, trabajo en fro.

9. CONCLUSIONES

Los diversos materiales se utilizan de acuerdo a sus propiedades.a. Muchos materiales naturales son remplazados por materiales sintticosO tambin denominados plsticos.b. Los metales no ferrosos pueden ser pesados y ligeros.c. Los metales ferrosos se diferencian por el contenido de Carbono.d. los materiales que se utilizan para herramientas son Molibdeno y Tungsteno.e. El material ferroso que tiene el ms alto contenido de Carbonoes Hierro dulce.10. DIFICULTADES HALLADAS DURANTE EL DESARROLLO DEL LABORATORIO:

No hubo el can multimedia, no hubo una explicacin detallada con cada material de parte del docente.11. OBSERVACIONES y RECOMENDACIONES:

Se recomienda un mayor explicacin en la clase. 12. ANEXO EN EL INFORME SOBRE EL TEMA DESARROLLADO:

Investigue sobre los tipos de materiales no frricos ligeros utilizados en electrnica.Los materiales usados en la electrnica son en Silicio y Germanio semiconductores usados en los diodos y transistores, estos a su vez forman lo materiales tipo P con mayor cantidad de electrones y N con deficiencia de electrones.ALUMNO: GONZALO PALERO UMERES

C3-A-II

NO METALES

METALES

SINTETICOS

NATURALES

FERROSOS

NO FERROSOS

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