INSTRUMENTOS DE EVALUACION

HERRAMIENTAS Y MATERIALES INDUSTRIALES – 1° TALLER MATERIALES

METALICOS EN CLASE.

DATOS GENERALES.

Nombre del Estudiante: Daniel de Jesús Garizao Acosta.

Semestre: 2. Tutor: Andy Cabarcas. Ciudad y Fecha: Cartagena jueves 8 de abril 2021.

DESARROLLE.

1. a) ¿Cómo podría fabricar grandes hélices para buques? b) Seleccione un material

adecuado para esta aplicación. Razone su elección.

2. a) Proponga dos ejemplos de aleaciones de aluminio que no pueden ser endurecidas

por tratamiento térmico. b) ¿Cómo incrementaría usted la dureza en esos casos?

3. a) Si usted tuviera que seleccionar el material para la fabricación de las tuberías de un

condensador convencional o de un intercambiador de calor, tomando como base tanto el
rendimiento como el costo, ¿cuál de las siguientes aleaciones metálicas seleccionaría:
aleaciones de acero al carbono simples, superaleaciones de níquel o aleaciones de
cobre, ¿y por qué? b) Proponga un ejemplo específico de la aleación que usted
seleccionaría.

4. ¿Qué son los hierros fundidos? ¿Cuál es el rango básico de su composición?

5. ¿Por qué el titanio y sus aleaciones son especialmente importantes en ingeniería para
aplicaciones aeroespaciales?

6. ¿Por qué es el níquel un metal importante en la ingeniería? ¿Cuáles son sus ventajas?
¿Y sus desventajas?

7. Explique el sistema de numeración utilizado por AISI y SAE para los aceros al carbono
simples.

8. Describa específicamente como es el proceso de la obtención del acero.

9. Describa específicamente como es el proceso de la obtención del aluminio.

10. Haga una breve descripción de cómo es la clasificación de los aceros y explique cada
uno de ellos.

EXITOS….
1. La hélice de un buque, como elemento propulsor, tiene una gran importancia y puede ser el
componente más determinante, ya que de ella dependerá la velocidad alcanzada y la eficacia en
la navegación. Existen multitud de diferentes hélices: hélice de paso variable, de palas
intercambiables, plegables, entre otras.

La hélice debe calcularse en base a las características propias de cada embarcación en este
caso del buque en el cual deben calcularse la potencia efectiva del motor, relación de
transmisión del inversor-reductor, eslora de flotación, espacio de codaste, régimen de crucero al
que se desee navegar, etc. Para así poder obtener el máximo rendimiento en nuestro buque.

La forma en como calculamos el tamaño de la hélice es el diámetro total de la hélice y el paso de

sus palas, es decir lo inclinado que están y, por tanto, la capacidad de impulsar agua,
generalmente un diámetro pequeño se corresponde con un motor de pequeña potencia o con un
barco pensado para navegar a mucha velocidad.

El material adecuado a nivel general de las hélices es el aluminio. Se repara fácilmente y

presenta una elevada resistencia a la corrosión. Por otra parte, el acero inoxidable es cinco
veces más resistente. De hecho, es el material más duro y duradero, lo que significa que es más
resistente frente a los arañazos y abolladuras que suelen suceder a las hélices de aluminio, y
que las palas de acero inoxidable pueden ser menos gruesas y aumentar su eficiencia. Así que,
si lo que buscamos es una mayor aceleración, una velocidad punta máxima y mayor eficiencia
general, se debe considerar las hélices de acero inoxidable.

2. Las aleaciones de aluminio son Al-Mg y Al-Mn estas dos aleaciones son consideradas no
tratables térmicamente es decir no son endurecidas térmicamente o por precipitación por lo cual
deben ser endurecidas o trabajadas en frio.

3. Pues sin duda alguna seleccionaría las aleaciones de cobre ya que esta cumple con los
requerimientos de base rendimiento-costo o calidad-precio como comúnmente es conocido
actualmente pues el cobre posee un antimicrobiano que es una sustancia que mata o inhibe el
crecimiento de microbios, tales como bacterias, hongos o parásitos dañinos a la salud. por lo
que es una alternativa económica y ecológica para la instalación de sistemas de calefacción al
garantizar su excelencia.

Los principales beneficios de utilizar el cobre en este caso son:

 Resistencia a la corrosión

 Mínima pérdida de carga

 Seguridad

 Uniones estables y duraderas

 Fácilmente maleable

 Propiedades bactericidas-fungicidas

 Buena conductividad térmica

 Sustancias orgánicas como aislantes térmicos

 Intercambiadores de calor íntegramente de cobre

 Bobinas de cobre económicas

Actualmente, este tipo de materiales se fabrican usando tubos de cobre convencionales con un
diámetro de 9.52 mm. Y ejemplos claros serian que se han estado usando en aplicaciones
críticas, como unidades hospitalarias de cuidado intensivo, en unidades de aire acondicionado y
en sistemas de transporte masivo, tales como vagones del metro y camiones debido a sus
excelentes beneficios ya mencionados anteriormente.
4. El hierro fundido es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a la
apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2 %
de carbono y más de 1 % de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. Una característica
distintiva del hierro fundido es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando
formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las
superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.

5. Las aleaciones de titanio ofrecen muchas ventajas, como una buena resistencia a la fractura, a
la fatiga y a la corrosión, junto con un comportamiento excepcional ante temperaturas elevadas.
La contrapartida es que el mecanizado de esas aleaciones resulta costoso.

La iniciativa TIFAN (Manufacturing by SLM of Titanium FAN wheels. Comparison with a

conventional manufacturing process), se ha explorado la fusión selectiva por láser (SLM) como
medio de fabricación de una rueda de ventilador en aleación de titanio. La SLM es una técnica
de impresión tridimensional específica para metales. Convencionalmente, las ruedas de
ventilador se fabrican en acero inoxidable, mucho más pesado que la alternativa en aleación de
titanio.

Los investigadores del proyecto han hallado que la ventaja principal del método SLM, en
comparación a los métodos convencionales, es el peso reducido del componente producido. Si
bien la fabricación de esta pieza supone un impacto ambiental mayor, la reducción de peso
garantiza una mejor eficiencia operativa.

Los investigadores también han hallado que la pieza en aleación de titanio exhibe una rugosidad
superficial muy baja que le otorga una buena resistencia a la corrosión. En cambio, la flexibilidad
bajo tensión no es tan buena como en la pieza de acero inoxidable, por lo que el tratamiento
térmico posterior cobra la mayor importancia.

Gran parte de la materia prima utilizada para fabricar esta pieza se puede reciclar y reutilizar.
Las piezas en aleación de titanio pueden contribuir a hacer realidad un futuro sostenible dado
que su fabricación da lugar a menos residuos, generan menos ruido y aumentan la eficiencia
operativa.

Gracias a una labor de investigación financiada por la UE se ha desarrollado una rueda de

ventilador a partir de una aleación de titanio que es, aplicable a la industria aeronáutica.

6. El níquel es un metal importante de ingeniería debido a su excepcional resistencia a la corrosión

y a la oxidación a elevada temperatura. El níquel cristaliza en una estructura c.c.c la cual hace
que éste sea altamente maleable. Sin embargo, en su contra está su elevado precio, alrededor
de 2200 pts/kg, y su elevada densidad (8.9 g/cm3), lo que limita su uso.

Ventajas:

• Ofrecen una buena resistencia mecánica a la tracción a temperaturas elevadas.

• Excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación en caliente.

• Buena resistencia a la fatiga térmica trabajando a alto y bajo número de ciclos.

• Las superaleaciones base níquel son rígidas y resistentes a la deformación.

• Presentan una gran dureza.

• Alta resistencia a las vibraciones.

• Presentan una alta conductividad eléctrica y propiedades magnéticas.

Desventajas:

• Precio elevado

•Elevada densidad
7. En el sistema AISI-SAE, los aceros se clasifican con cuatro dígitos. El primer digito especifica la
aleación principal, el segundo modifica al primero y los dos últimos dígitos, dan la cantidad de
carbono en centésimas. La norma AISI es también conocida por ser una clasificación de aceros
y aleaciones de materiales no ferrosos. AISI es el acrónimo en inglés de American Iron and Steel
Institute (Instituto americano del hierro y el acero), mientras que SAE es el acrónimo en inglés de
Society of Automotive Engineers (Sociedad de Ingenieros Automotores). En 1912, la SAE
promovió una reunión de productores y consumidores de aceros donde se estableció una
nomenclatura y composición de los aceros que posteriormente AISI expandió.

8. el acero es uno de los metales más utilizados en el mundo, sus cualidades lo hacen una
excelente materia prima para la fabricación de diversos artefactos y es 100% amigable con el
medio ambiente. Su alcance y durabilidad han permitido realizar resistentes construcciones a lo
largo del tiempo, sin embargo, poco se conoce el proceso que existe detrás de la realización de
este material.

El acero es un metal que se obtiene mediante la aleación (mezcla de uno o más elementos) de
hierro (Fe) y carbono (C) siempre que el porcentaje de carbono varié entre el 0.035 y 2.14%. A
menudo suelen incluirse en la aleación otros materiales como el cromo (Cr), el níquel (Ni) o el
manganeso (Mg) con el fin de brindarle al material ciertas propiedades en especial, éstos son
llamados aceros aleados. Para conseguir esta aleación se deben introducir los materiales dentro
de un horno a muy altas temperaturas para ser fundidos por el calor y eliminar las impurezas
presentes en el hierro. Después de esto se consigue un material resistente y maleable, pero con
un pequeño inconveniente, al ser un metal como la mayoría de los metales se oxida y tiende a
perder sus cualidades; normalmente la plata tiende a ponerse negra, el aluminio cambia a
blanco, el cobre cambia a verde y el aluminio tiende a ponerse rojo. En el caso del acero el
hierro presente en el tiende a oxidarse al mezclarse con el oxígeno en el ambiente y crean
óxidos de hierro de un característico color rojo.

Para evitar la oxidación causada por el oxígeno presente en el aire o el agua en el proceso de
aleación se incorpora cromo (Cr) el cual crea una capa protectora conocida como capa activa,
que es la encargada de impedir que el oxígeno penetre el material. A este tipo de acero se le
conoce como acero inoxidable, éste a su vez es tiene propiedades anticorrosivas, que le
permiten ser resistente a la corrosión causada por los líquidos; para garantizar esta cualidad la
mezcla debe tener como mínimo un 10.5% de cromo.

9. La obtención del aluminio se realiza en dos fases: la extracción de la alúmina a partir de la

bauxita (proceso Bayer) y la extracción del aluminio a partir de esta última mediante electrolisis.
Cuatro toneladas de bauxita producen dos toneladas de alúmina y, finalmente, una de aluminio.
El proceso Bayer comienza con el triturado de la bauxita y su lavado con una solución caliente
de hidróxido de sodio a alta presión y temperatura. La sosa disuelve los compuestos del
aluminio, que, al encontrarse en un medio fuertemente básico, se hidratan:

Al(OH)3 + OH- + Na* → Al(OH)4- + Na*

AlO(OH)2 + OH- + H2O + Na* → Al(OH)4- + Na*

Los materiales no alumínicos se separan por decantación. La solución cáustica del aluminio se
enfría luego para recristalizar el hidróxido y separarlo de la sosa, que se recupera para su
ulterior uso. Finalmente, se calcina el hidróxido de aluminio a temperaturas cercanas a 1000 °C,
para formar la alúmina.
 10.
Seri Grupo Denominación Descripción
e
Serie Grupo 1 Acero al carbono Son aceros al carbono y por tanto no aleados. Cuanto más
1 Grupos 2 y 3 Acero aleado de gran carbono tienen sus respectivos grupos son más duros y
menos soldables, pero también son más resistentes a los
resistencia choques. Son aceros aptos para tratamientos térmicos que
Grupo 4 Acero aleado de gran aumentan su resistencia, tenacidad y dureza. Son los aceros
elasticidad que cubren las necesidades generales de la Ingeniería de
Grupos 5 y 6 Aceros para cementación construcción, tanto industrial como civil y de
comunicaciones.
Grupo 7 Aceros para nitruración

Serie Grupo 1 Aceros de fácil Son aceros a los que se incorporan elementos aleantes que
2 mecanización mejoran las propiedades necesarias que se exigen a las
piezas que se vayan a fabricar con ellos como, por ejemplo,
Grupo 2 Aceros para soldadura tornillería, tubos y perfiles para el caso de los grupos 1 y 2.
Grupo 3 Aceros magnéticos Núcleos de transformadores y motores para los aceros del
Grupo 4 Aceros de dilatación grupo 3. Piezas de unión de materiales férricos con no
térmica férricos sometidos a temperatura para los que pertenezcan
al grupo 4. Piezas instaladas en instalaciones químicas y
Grupo 5 Aceros resistentes a la refinerías sometidas a altas temperaturas los del grupo 5.
fluencia

Serie Grupo 1 Aceros inoxidables Estos aceros están basados en la adición de cantidades
3 Grupos 2 y 3 Aceros resistentes al considerables de cromo y níquel a los que se suman otros
elementos para conseguir otras propiedades más
calor específicas. Son resistentes a ambientes húmedos, a agentes
químicos y a altas temperaturas. Sus aplicaciones más
importantes son para la fabricación de depósitos de agua,
cámaras frigoríficas industriales, material clínico e
instrumentos quirúrgicos, pequeños electrodomésticos,
material doméstico como cuberterías, cuchillería, etc.

Serie Grupo 1 Acero al carbono para Son aceros aleados con tratamientos térmicos que les dan
5 herramientas características muy particulares de dureza, tenacidad y
resistencia al desgaste y a la deformación por calor. Los
Grupos 2, 3 y 4 Acero aleado para aceros del grupo 1 de esta serie se utilizan para construir
herramientas maquinaria de trabajos ligeros en general, desde la
Grupo 5 Aceros rápidos carpintería y la agrícola (aperos). Los grupos 2,3 y 4 se
utilizan para construir máquinas y herramientas más
pesadas. El grupo 5 se utiliza para construir herramientas
de corte.

Serie Grupo 1 Aceros para moldeo Son aceros adecuados para moldear piezas mediante
8 Grupo 3 Aceros de baja radiación vertido en moldes de arena, por lo que requieren cierto
contenido mínimo de carbono con el objetivo de conseguir
Grupo 4 Aceros para moldeo estabilidad. Se utilizan también para el moldeo de piezas
inoxidable geométricas complicadas, con características muy variadas,
que posteriormente son acabadas en procesos de
mecanizado.
Referencias.
https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_4.html

https://www.nauticadvisor.com/blog/2016/03/21/todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-la-helice-de-
tu-barco/

https://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_gris

https://www.mundohvacr.com.mx/2014/11/intercambiadores-de-calor-fabricados-con-cobre/

https://cordis.europa.eu/article/id/173631-titanium-alloys-for-aeronautics-industry/es

https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_6.html#:~:text=El%20n%C3%ADquel%20es
%20un%20metal,que%20%C3%A9ste%20sea%20altamente%20maleable.&text=Propiedades
%20mec%C3%A1nicas%20y%20principales%20aplicaciones%20de%20algunas
%20aleaciones%20de%20n%C3%ADquel%20y%20cobalto.

https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn109.html#:~:text=Ofrecen%20una%20buena
%20resistencia%20mec%C3%A1nica%20a%20la%20tracci%C3%B3n%20a%20temperaturas
%20elevadas.&text=Excelente%20resistencia%20a%20la%20corrosi%C3%B3n%20y%20a
%20la%20oxidaci%C3%B3n%20en%20caliente.&text=Buena%20resistencia%20a%20la
%20fatiga,y%20bajo%20n%C3%BAmero%20de%20ciclos.&text=Las%20superaleaciones
%20base%20n%C3%ADquel%20son%20r%C3%ADgidas%20y%20resistentes%20a%20la
%20deformaci%C3%B3n.

http://lasarteweboficial.com/clasificaciondeaceros.php#:~:text=Clasificaci%C3%B3n%20de
%20los%20aceros%20seg%C3%BAn,cantidad%20de%20carbono%20en%20cent
%C3%A9simas.

https://www.ainoxsas.com/como-se-fabrica-el-acero/

https://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio#:~:text=La%20obtenci%C3%B3n%20del%20aluminio
%20se,de%20esta%20%C3%BAltima%20mediante%20electrolisis.&text=Finalmente%2C
%20se%20calcina%20el%20hidr%C3%B3xido,C%2C%20para%20formar%20la%20al
%C3%BAmina.

https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn101.html