Soldadura

Materiales utilizados en Ingeniería Mecánica

1. Naturaleza Cristalina de los Materiales

Analizaremos los aspectos más relevantes de las propiedades mecánicas de los aceros y plásticos de mayor uso en la fabricación de piezas. Lo primero es comprender que un metal está internamente ordenado en celdas cristalinas como por ejemplo la celda cúbica simple, y otras de mayor complejidad como lacelda cúbica centrada en el cuerpo que se muestra en la figura 1.


Cuando el metal fundido solidifica, en varios puntos se comienzan a reunir moléculas y forman un núcleo ordenado que crece en todas direcciones. Las figuras 2 y 3 ilustran la asociación de dos celdas vecinas en un diagrama simple y en una maqueta.
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Las agrupaciones de celdas que comienzan a solidificar, crecentridimensionalmente hasta toparse unas con otras, deteniendo el crecimiento.

Esto produce zonas en las cuales la red cristalina está ordenada las que llamaremos granos y zonas denominadas límites de grano o fronteras de grano, en donde no existe orden alguno. En la figura 4 se muestra una micrografía obtenida con un microscopio electrónico, donde se aprecian granos y sus fronteras.

Para observaresto en un microscopio, se pule una superficie plana, lo que corta los granos en cualquier dirección. Para mejorar la visualización se aplica sobre la superficie una solución ácida denominada ataque, la cual corroe los granos en mayor o menor grado, dependiendo de su orientación cristalina. En la figura 5 se muestra una metalografía con granos de acero ampliada 175 veces.
Por otra parte, losplásticos están estructurados por ordenamientos en línea, compuestos por un "monómero", o unidad básica que se une con otro monómero idéntico, para formar cadenas de gran longitud. Pero a diferencia de los metales, una cadena (polímero) no se relaciona con otra cadena. El crecimiento es lineal y en los metales es espacial.
Los cambios que ocurren en las aleaciones a distintas temperaturas dependen dela cantidad presente de cada elemento aleante. Esto se puede graficar en los llamados diagramas de fases, que indican las posibles combinaciones en función de la composición química de la aleación y de la temperatura. Estos diagramas sirven para seleccionar los tratamientos térmicos y optimizar la composición de la aleación en función a la micro estructura que se desea obtener.

Figura 6
En lafigura 6 se muestra el diagrama de fases de la aleación Fierro Carbono, que muestra en el eje vertical la temperatura y en el eje horizontal la composición química. En el extremo izquierdo se encuentra la composición 100% Fe y 0% C y en el extremo derecho se encuentra la composición 100% C y 0% Fe. En la figura se muestra solamente hasta 5% C y 95% Fe por ser la zona de mayor interés ya quecontiene los aceros y las fundiciones de mayor uso.
Este verdadero mapa de ordenamientos cristalinos nos muestra cómo el metal al solidificar se dispone en diversas formas. Al variar la temperatura, los cristales ganan o pierden energía y buscan una nueva ordenación tratando siempre de permanecer estables.

2. Composición Química y Designación de los Aceros Comunes
Existen dos formas de identificarlos aceros: la primera es a través de su composición química, por ejemplo utilizando la norma AISI:
Nº AISI: Descripción Ejemplo
10XX Son aceros sin aleación con 0,XX % de C (1010; 1020; 1045)
41XX Son aceros aleados con Mn, Si, Mo y Cr (4140)
51XX Son aceros aleados con Mn, Si y C (5160)

La Tabla 1 relaciona la nomenclatura AISI-SAE con los valores de resistencia, ductilidad y dureza,conceptos que se explicarán más adelante. Sirve para relacionar la composición química y las propiedades mecánicas de los aceros. En las Tablas 2 y 3 se entrega información detallada de la composición química de diversas aleaciones listadas en base su número AISI-SAE.
Nº SAE o
AISI Resistencia
a la tracción
Rm Límite de
fluencia
Re Alargamiento
en 50 mm Dureza
Brinell
Kgf / mm2 Mpa...