unidad3superaleacionesfinal-091217145049-phpapp02

7/22/2019 unidad3superaleacionesfinal-091217145049-phpapp02

1/89


2/89

2

INDICE

UNIDAD 3

SUPERALEACIONES

3.1 Aspectos Generales

3.1.1 Superaleaciones Base Nquel

3.1.2 Superaleaciones Base Cobalto

3.1.3 Superaleaciones base Titanio

3.2 Diagramas de equilibrio

3.3 Mtodos de elaboracin

3.3.1 Fusin

3.3.2 Solidificacin direccional

3.3.3 Pulvimetalurgia

3.4 Comportamiento mecnico

3.5 Oxidacin y corrosin

3.6 Cambios en la microestructura durante su exposicin a

temperaturas elevadas


3/89

3

UNIDAD 3

SUPERALEACIONES

3.1aspectos generales

Un superaleacin,o aleacin de alto rendimiento, es una aleacin que presenta una

excelente resistencia mecnica y resistencia a la fluencia a altas temperaturas, buena

estabilidad de la superficie, y la corrosin y resistencia a la oxidacin. Superaleaciones

suelen tener una matriz con una cara austenticos centrado en la estructura cristalina

cbicos. Una base de superaleacin elemento de aleacin es generalmente de nquel,

cobalto o nquel-hierro. Superaleacin desarrollo ha dependido en gran medida en las

industrias de qumicos y la innovacin de procesos y ha sido impulsado principalmente por

las industrias aeroespacial y de poder. Las aplicaciones tpicas se encuentran en la

industria aeroespacial, de la turbina de gas industriales y de la industria de turbinas

marinas, por ejemplo, palas de la turbina para las secciones calientes de los motores a

reaccin.


4/89

4

Ejemplos de superaleaciones

1. Hastelloy,

2. Inconel,

3. Waspaloy,

4. aleaciones de Ren (por ejemplo, Rene 41, Ren 80, Ren 95, Ren 104), aleaciones

de Haynes, Incoloy, MP98T, aleaciones de TMS, y aleaciones de cristal CMSX nico.

Las Superaleaciones son materiales metlicos para el uso a altas temperaturas,

especialmente en las zonas calientes de las turbinas de gas.

Estos materiales permiten la turbina para operar ms eficientemente por soportar

temperaturas ms altas. Temperatura de entrada de la turbina (TIT), que es un indicador

directo de la eficiencia de un motor de turbina de gas, depende de la capacidad de

temperatura de 1 etapa de la hoja de la turbina de alta presin hechos de

superaleaciones de base Ni exclusivamente.

Una de las propiedades superaleacin ms importante es la alta resistencia a la prdida

de temperatura. Otras propiedades de los materiales fundamentales son la fatiga, la

estabilidad de fase, as como la oxidacin y la resistencia a la corrosin.

Superaleaciones desarrollan la fuerza de alta temperatura mediante el fortalecimiento de

solucin slida. La oxidacin y la resistencia a la corrosin es proporcionada por la

formacin de una capa de xido que se forma cuando el metal est expuesta al oxgeno y

encapsula el material, y as proteger el resto de los componentes. La oxidacin o la


5/89

5

resistencia a la corrosin es proporcionada por elementos tales como aluminio y cromo.

Mediante un mecanismo de fortalecimiento de la medida ms importante es a travs de la

formacin de la fase secundaria se precipita como el primer gamma y los carburos

mediante el fortalecimiento de la precipitacin.

Aplicaciones

Superaleaciones se utilizan comnmente en los motores de turbina de gas en las regiones

que estn sujetas a las altas temperaturas que requieren de alta resistencia, excelente

resistencia a la fluencia, as como la corrosin y resistencia a la oxidacin. En la mayora de

los motores de turbina de esto est en la turbina de alta presin, hojas de aqu puede

enfrentar temperaturas que se acercan, si no ms all de su temperatura de fusin.

Recubrimientos de barrera trmica (TBCs) desempean un papel importante en las hojas

que les permite operar en tales condiciones, la proteccin del material de la base de los

efectos trmicos, as como la corrosin y oxidacin. Aplicaciones adicionales de

superaleaciones se incluyen los siguientes: turbinas de gas (aviones comerciales y militares,

generacin de energa y propulsin marina); vehculos espaciales, los submarinos, los

reactores nucleares, militares motores elctricos, los buques de transformacin qumica, y

los tubos de intercambiador de calor.

Revestimiento de superaleaciones

Superaleacin los productos que son sometidos a altas temperaturas y atmsferas

corrosivas (tales como regin de alta presin de la turbina de motores de avin) estn

cubiertas con diferentes tipos de recubrimiento. Principalmente dos tipos de proceso de

recubrimiento se aplican: el proceso de cementacin en paquetes y revestimiento de fase

gaseosa. Ambos son un tipo de enfermedad cardiovascular. En la mayora de los casos,

despus de que el proceso de revestimiento cerca de las regiones de la superficie de laspiezas se enriquecen con el aluminio, la matriz de la capa que se aluminuro nquel.

Investigacin y el desarrollo de nuevos superaleaciones

La disponibilidad de superaleaciones durante los ltimos decenios ha conducido a un

aumento constante de las temperaturas de entrada de la turbina y la tendencia se espera

que contine.


6/89

6

Sandia National Laboratories est estudiando un nuevo mtodo para la toma de

superaleaciones, conocido como radiolisis. Se introduce un nuevo mbito de investigacin

en la creacin de aleaciones y superaleaciones a travs de la sntesis de nanopartculas.

Este proceso es una promesa como un mtodo universal de la formacin de

nanopartculas. Mediante el desarrollo de la comprensin de la ciencia de los materiales de

base detrs de estas formaciones de las nanopartculas, se especula que podra ser posible

ampliar la investigacin en otros aspectos de superaleaciones.

Puede haber considerables desventajas en la fabricacin de aleaciones por este mtodo.

Alrededor de la mitad del uso de superaleaciones se encuentra en las aplicaciones donde la

temperatura de servicio est cerca de la temperatura de fusin de la aleacin. Es comnque por lo tanto, el uso de monocristales. El mtodo anterior produce aleaciones

policristalinas que sufren de niveles inaceptables de fluencia.


7/89


8/89

8

- Fase gamma prima: dispersin de precipitados ordenados intermetlicos,

responsable de la gran resistencia de las superaleaciones. Las frmulas

estequiomtricas de esta fase son:

- Ni3Al, Ni3Ti o Ni3(AlTi).

(a) Microestructura de una superaleacin con carburos en los lmites de grano y precipitados en la matriz

(15000).


9/89

9

(b) Microestructura de una superaleacin envejecida produciendo precipitados cbicos de diferentes

tamaos (10000).

Aplicaciones de las superaleaciones de nquel.

Debido a sus propiedades, estas aleaciones son empleadas para la construccin de turbinas

de gas (labes), turborreactores de avin, toberas y cmaras de combustin, reactores

qumicos, generadores y prensas de extrusin.

Procesado de superaleaciones de nquel.

Una superaleacin de nquel, normalmente se fabrica fundiendo una pieza de nquel y

agregando cromo y pequeas cantidades de otros elementos, como el aluminio o el titanio,

para formar la fase gamma prima. El cromo protege el producto final de la corrosin,

mientras que otros metales como titanio y wolframio, incrementan la dureza. Despus la

mezcla liquida se enfra, apareciendo una masa de fase gamma de nquel-aluminio.

Cuando la aleacin experimenta un enfriamiento posterior ya en estado slido, se

precipitan pequeos cubos de fase gamma prima dentro de la matriz de fase gamma. Eltamao final de las partculas de gamma prima se controla variando la velocidad de

enfriamiento del material.

La primera superaleacin de nquel fue la Nimonic 80, endurecible por precipitacin,

desarrollada en el ao 1941 en Gran Bretaa. Es una solucin slida de nquel con 20% Cr,

2.25 % Ti, y 1% de Al; siendo estos dos ltimos metales tiles para la formacin de

precipitados de gamma prima.

A principios de los aos sesenta, se descubri tambin otra nueva tcnica de fabricacin de

piezas metlicas; por medio del efecto superplstico. Ciertos metales son susceptibles de

experimentar deformaciones de su longitud inicial del orden del mil por ciento sin

romperse, despus de haber conseguido afinar mucho el tamao de grano. La razn de

este comportamiento radica en que los granos muy pequeos se deforman lentamente y

deslizan unos respecto a otros sin perder su mutua cohesin. As, los materiales

superplsticos se pueden forjar en formas complejas, eliminando muchas etapas de

mecanizado y de terminacin.


10/89

10

Despus, las piezas as deformadas se tratan trmicamente, se enfran rpidamente y se

envejecen, para conseguir una microestructura ms resistente y estable a elevada

temperatura que la ofrecida por granos pequeos de la estructura superplstica. Los

materiales fabricados superplsticamente son menos costosos de mecanizar.

Tan importantes como las propias aleaciones son las nuevas tcnicas de procesado de

metales. Las tcnicas de procesado posibilitan que la metalurgia saque el mximo

provecho de los nuevos conocimientos microestructurales. Estas tcnicas permiten fabricar

las aleaciones tradicionales de maneras hasta ahora desconocidas, y facilitan la creacin de

nuevos metales que jams se hubieran obtenido con las tcnicas histricas.

Procesos de endurecimiento empleados en estas aleaciones:

- Endurecimiento por solucin slida: Grandes adiciones de Cr, Mo y W,

pequeas adiciones de Ta, Zr, Nb y B proporcionan el endurecimiento por solucin

slida. Estos efectos son bastante estables, actuando los bordes de grano como

frenos en el avance de las dislocaciones, lo que provoca la resistencia a la

termofluencia.

- Endurecimiento por dispersin de carburos: Todas las superaleaciones

contienen pequeas cantidades de carbono, que en combinacin con otroselementos aleantes produce una red de finas partculas de carburo muy estables.

Estos carburos, tales como TiC, BC, ZrC, TaC, etc., poseen una extraordinaria dureza.

- Endurecimiento por precipitacin: Algunas superaleaciones de nquel que

contienen Al y Ti forman precipitados endurecedores, coherentes con la matriz, del

tipo gamma prima (Ni3Al, Ni3Ti, Ni3(AlTi) ) durante el envejecimiento, que

aumentan la resistencia de la aleacin, sobre todo a altas temperaturas.

Superaleaciones de nquel ms empleadas:

- Hastelloy D (Ni, 10% Si, 3% Cu). Es una aleacin para moldeo, fuerte, tenaz y

extremadamente dura. Tiene una excelente resistencia a la corrosin al acido

sulfrico. Difcil mecanizacin. Se emplea para evaporadores, reactores,

canalizaciones y accesorios en la industria qumica.

-


11/89

11

- Hastelloy A(57% Ni, 20% Mo, 20% Fe) y Hastelloy B(62% Ni, 28% Mo, 5% Fe).

Forman carburos globulares en una matriz de solucin slida. Ninguna responde al

proceso de envejecimiento. Gran resistencia a la corrosin por cido clorhdrico,

fosforito y otros cidos no oxidantes. Se emplean en la industria qumica para

manejar, transportar y almacenar cidos y otros materiales corrosivos.

-

- Inconel (76% Ni, 16% Cr, 8% Fe). Combina la resistencia a la corrosin, resistencia

mecnica y tenacidad caractersticas del Ni, con la resistencia a la oxidacin a altas

temperaturas, tpica del Cr. Resiste la fatiga trmica sin hacerse frgil. Se utiliza en

escapes y calentadores de motores de avin, en hornos y recipientes para

tratamientos de nitruracin y en tubos de proteccin de termopares.

-

- Chromel A(80% Ni, 20% Cr). Se emplea como elemento elctrico de calefaccin

para aparatos caseros y hornos industriales. Nichrome (60% Ni, 16% Cr, 24% Fe)

para resistencias de tostadores, cafeteras, planchas, secadores de pelo, calentadores

elctricos y restatos para equipos electrnicos.

-

- Illium B (50%Ni, 28%Cr, 8.5%Mo, 5.5%Cu) y el Illium G (56%Ni, 22.5%Cr,

6.5%Mo, 6.5%Cu) proporcionan superior resistencia a la corrosin en aleaciones de

fundicin maquinables de alta resistencia. Se utilizan en cojinetes de impulso y

rotatorios y las piezas de bombas y vlvulas en las que se requiere alta dureza a

medios corrosivos. Fueron diseados principalmente como materiales resistentes a

los cidos sulfricos y ntricos.

-

- Nimonic 90 (53%Ni, 20%Cr, 18%Co, 2.5%Ti, 1.5%Al, 1.5%Fe). Principalmente

utilizada por su resistencia a la fluencia (creep), su alta tenacidad y estabilidad a

temperaturas elevadas. Es la aleacin bsica para los motores a reaccin.

-


12/89


13/89

13

2. El desarrollo de aleacin que resulta en mayores de usar materiales de

temperatura principalmente a travs de la adicin de elementos refractarios, tales

como Re, W, Ta, y Mo.

Aumenta un 60% de la utilizacin de temperatura se deben a los conceptos avanzados derefrigeracin, el 40% son el resultado de las mejoras materiales. State-of-the-art de la

turbina temperaturas estn cerca de la superficie de la hoja 2.100 F (1.150 C); las

combinaciones ms grave de la tensin y la temperatura se corresponde con una

temperatura media de la mayor parte de metal acercarse 1.830 F (1.000 C).

A pesar de superaleaciones mantener su resistencia significativa a temperaturas cercanas

a 1800 F, que tienden a ser susceptibles al ataque del medio ambiente debido a la

presencia de elementos de aleacin de reaccin (que ofrecen a sus alta resistencia detemperatura). De superficie de ataque incluye la oxidacin, corrosin en caliente, y la

fatiga trmica. En las aplicaciones ms exigentes, tales como palas y paletas de la turbina,

las superaleaciones, son a menudo recubiertas para mejorar la resistencia del medio

ambiente.

Las principales fases presentes en la mayora de las superaleaciones de nquel son los

siguientes:

Gamma ( ): La matriz continua (llamada gamma) es una cara centrada

cbicos (FCC) de nquel-fase austentica base que por lo general contiene un alto

porcentaje de slidos elementos de solucin, tales como Co, Cr, Mo, y W.

Gamma Prime ( '):La fase de fortalecimiento de primaria en base de nquel

es superaleaciones de Ni 3(Al, Ti), y se llama gamma de primer orden ( '). Es una

fase coherente precipitante (es decir, los planos de cristal del precipitado en el

registro con la matriz de rayos gamma), con una ordenadaL1 2(FCC)la estructuracristalina. El partido de cierre en la matriz / precipitado parmetro de la red (~ 0-

1%), combinado con la compatibilidad qumica permite la 'Para precipitar de

forma homognea en toda la matriz y tener una estabilidad de largo plazo.

Curiosamente, el esfuerzo de fluencia de la "Aumenta al aumentar la

temperatura hasta aproximadamente 650 C (1200 F). Adems, "Es muy dctil y

por lo tanto transmite la fuerza a la matriz sin reducir la resistencia a la fractura de

la aleacin. El aluminio y el titanio son los principales componentes y se aaden en

las cantidades y proporciones mutuo para precipitar una fraccin de alto volumen
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://www.surfaceweb.com/surfaceweb/index.shtml&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhgUEWM44ZpbzEh7JJ4n5Q2T6yIhTg#_blankhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://www.surfaceweb.com/surfaceweb/index.shtml&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhgUEWM44ZpbzEh7JJ4n5Q2T6yIhTg#_blankhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/l1_2.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjsj7yMY-7PXajwd80pkIIdkpAINAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/l1_2.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjsj7yMY-7PXajwd80pkIIdkpAINAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/l1_2.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjsj7yMY-7PXajwd80pkIIdkpAINAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/l1_2.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjsj7yMY-7PXajwd80pkIIdkpAINAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://www.surfaceweb.com/surfaceweb/index.shtml&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhgUEWM44ZpbzEh7JJ4n5Q2T6yIhTg#_blank


14/89

14

en la matriz. En algunas aleaciones moderna de la fraccin de volumen de la

'Precipitado es alrededor del 70%. Hay muchos factores que contribuyen al

endurecimiento impartidas por el "E incluir De energa de la culpa, ', La fuerza

de las cepas de la coherencia, el volumen de fraccin de ', Y 'Tamao de

partcula.

Extremadamente pequeo 'Precipitados siempre ocurren como esferas. De

hecho, para un determinado volumen de precipitado, una esfera tiene 1,24 menos

superficie de un cubo, y por lo tanto es la forma preferida para minimizar la

energa de la superficie.

Con una partcula coherente, sin embargo, la energa de la interfase se puede

minimizar mediante la formacin de cubos y permitir que los aviones de la matriz

de crystalographic cbicos y precipitar a permanecer constante. As como la

Crece, puede cambiar la morfologa de las esferas a los cubos (como se muestra en

esta figura) o las placas dependiendo del valor de la matriz / precipitado desajuste

de celosa. Para mayor desfase de los valores de la dimensin de las partculas

fundamentales en el cambio de las esferas a los cubos (o placas) se produce es

reducido. La coherencia se puede perder por overaging. Un signo de una prdida

de coherencia es brutalidad de direccin (relacin de aspecto) y el redondeo de los

bordes del cubo. El aumento de la brutalidad de direccin cada vez mayor

(positivo o negativo) coinciden tambin se espera.

Carburos: Carbono, aadido a los niveles de 0.05-0.2%, se combina con

elementos reactivos y refractarios, tales como el titanio, el tntalo, el hafnio, y para

formar carburos (por ejemplo, tic, tac, o HFC). Durante el tratamiento trmico y


15/89

15

de servicio, stos comienzan a descomponerse y la forma inferior carburos como M

23C 6y M 6C, que tienden a formar en los bordes de grano. Estos carburos comn,

todos tienen una estructura cristalinaFCC. Los resultados varan si los carburos son

perjudiciales o ventajosas a las propiedades de superaleaciones. La opinin general

es que en superaleaciones con los lmites de grano, carburos son beneficiosos

aumentando la resistencia a la ruptura en temperatura alta.

Topolgicamente plano Fases Bolsas: Estos son generalmente indeseables,

fases frgiles que pueden formarse durante el tratamiento trmico o de servicio. La

estructura de la clula de estas fases se han apretada tomos en capas separadas

por distancias interatmicas relativamente grande. Las capas de tomos de Bolsas

de cerca estn desplazados entre s por tomos ms grandes insertado, el desarrollo

de una caracterstica "topologa". Estos compuestos se han caracterizado por poseer

un topolgicamente apretada (PCT) de la estructura. Por el contrario, Ni 3 Al

(gamma prime) es apretada en todas las direcciones y se llama geomtricamente

apretada (GCP).

PCT ( , , Laves, etc.) por lo general la forma como las placas (que aparecen como

agujas en un solo plano micro.) La placa-como la estructura afecta negativamente a las

propiedades mecnicas (ductilidad y la fluencia-rotura.) Sigma parece ser la ms

perjudicial, mientras que la retencin de la fuerza se ha observado en algunas aleaciones

que contengan mu y Laves. TCPs son potencialmente dainos por dos razones: Atan y

"El fortalecimiento de los elementos en una forma no til, reduciendo as la resistencia a la

fluencia, y pueden actuar como iniciadores de grietas debido a su naturaleza frgil.

3.1.2Base Cobalto

Base Cobalto

Mantienen su resistencia a temperaturas elevadas.

Adems de llevar metales refractarios y carburos metlicos, contienen niveles

elevados de cromo, lo que aumenta la resistencia a la corrosin.

Son ms fciles de soldar que otras superaleaciones y se forjan con ms facilidad.
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a1.html&prev=/search%3Fq%3Dsuper%2Balloys%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG&rurl=translate.google.com.mx&usg=ALkJrhjh0zSSt4T1Y2dI_vpBvUxtidRpEQ


16/89

16

Se aplican para fabricar la laboriosa estructura de la cmara de combustin de las

turbinas de gas.

Otras aplicaciones

Industria aeroespacial.

Cuchillas de las turbinas y motor de Cohetes.

Industria marina

Submarinos

Industria de Procesos qumicos.

Reactores Nucleares.

Tubos de intercambiadores de calor.

Turbinas de gas industrial.

Industria aeroespacial.

Cuchillas de las turbinas y motor de Cohetes.

Industria marina

Submarinos

Industria de Procesos qumicos.

Reactores Nucleares.

Tubos de intercambiadores de calor.

Turbinas de gas industrial.

3.1.3Base titanio

La densidad es mucho menor que las superaleaciones basadas en Co y Ni, sin

embargo la resistencia a elevadas temperaturas es bastante menor.


17/89

17

Hay materiales intermetlicos del tipo TiAl y Ti3Al, que prometen buenas

prestaciones mecnicas a temperaturas elevadas.

Aplicaciones

En los ltimos diez aos se han realizado avances tecnolgicos en el desarrollo de

modernos motores de turbinas para aeroplanos, dirigibles y componentes de

superaleaciones de base nquel.


18/89

18

3.2Diagramas de equilibrio, microestructura y cristalografa

Tipos de reacciones

Diagrama Cobre-Niquel


19/89

19

Diagrama Cobre-Niquel

Tipos de reacciones


20/89

20

Diagrama Hierro-Carbono

Superaleaciones refractarias


21/89


22/89

22

Los diagramas de fases se construyen a partir de datos experimentales de Anlisis Trmico

diferencial (ATD),

1. observacin metalogrfica y difraccin de rayos X.

2. Regla de las fases (Gibbs)

FASES + GRADOS DE LIBERTAD = COMPONENTES + 2

( si la presin se mantiene constante F + L = C + 1 )

Clasificacin simplificada de los diagramas de fases en metales

1. Solubilidad total en estado lquido2. solubilidad total en estado slido

presentan nicamente lneas de lquidus y slidus, forman soluciones slidas substitucionales

Reglas de Hume - Rothery (para que dos metales formen soluciones slidas

substitucionales) deben cristalizar en el mismo sistema tener idntica valencia igual

carcter electroqumico dimetros atmicos que no difieran en ms del 15%

- insolubilidad total en estado slido

- aparicin de un punto invariante (eutctico E)

- transformacin eutctica: Lquido--> Slido A + Slido B

- la curva de enfriamiento de una composicin eutctica sigue el mismo patrn que la de

un metal puro

- el eutctico presenta una morfologia caracterstica

- solubilidad parcial en estado slido

- lneas de solvus

- soluciones slidas terminales


23/89

23

- en aleaciones que presentan soluciones slidas terminales en que disminuye la solubilidad

en estado slido con la temperatura puede producirse un endurecimiento por precipitacin

y posterior envejecimiento (ej. Al-Cu).


24/89

24


25/89

25

3.3mtodos de elaboracin

3.3.1Fusin

Para incrementar progresivamente la ley o contenido de las superaleaciones sometidas a

fundicin, el proceso pirometalrgico considera fases consecutivas de Fusin, Conversin

y Refinacin.

As se logra que la pureza inicial de 30% a 40% contenida inicialmente en el concentrado,

se incremente progresivamente hasta 99,5% en el nodo.

De las fases consecutivas, la fusin y la conversin son las ms importantes por lo

determinantes que resultan en el proceso general.

La fusin tiene por objetivo concentrar el metal a recuperar, mediante una separacin de

fases de alta temperatura: una sulfurada rica en el metal y otra oxidada o pobre en l.

La conversin elimina el azufre y el hierro presentes en la fase sulfurada, mediante

oxidaciones del bao fundido para obtener

un cobre final relativamente puro.

Hoy en da el proceso de fundicin once etapas:

1. Recepcin y manejo de materias primas e insumos.

2. Secado de concentrados.

3. Tostacin parcial de concentrados.

4. Alimentacin de concentrados al horno de fusin.

5. Fusin de concentrados.

6. Limpieza de escorias.

7. Granallado de eje alta ley y escorias.8. Preparacin y manejo de eje de alta ley.

9. Conversin de eje de alta ley.

10. Refinacin y moldeo de nodos.

11. Plantas de limpieza de gases.

En la figura de una secuencia clsica de etapas pirometalrgicas se muestra el rango

aproximado de temperaturas involucradas. En su forma clsica, hay una secuencia

alternada de etapas endo y exotrmicas, siendo las ms relevantes por su tamao las


26/89

26

correspondientes a la fusin y la conversin. Secuencialmente, tambin hay un aumento

paulatino de la temperatura del sistema fundido.

Etapas del Proceso

Recepcin y manejo de materias primas e insumos:

El proceso se inicia con la recepcin y almacenamiento de los fundentes y otros insumos en

reas especiales para el concentrado. Estos materiales, que son transportados por va

martima o terrestre, tienen un contenido de humedad que vara entre un 6% a 8% y

proviene de distintas fuentes de abastecimiento. Se descargan mediante correas

transportadoras tubulares o similares para evitar derrames y daos al medio ambiente.

Un equipo extrae el concentrado desde las camas de almacenamiento hacia el domo de

mezcla. La operacin normal permite que mientras una de las camas se est llenando, la

otra se encuentre descargando a la planta. El domode mezcla, cuya geometra es una

semiesfera metlica cerrada, debe tener capacidad suficiente para algunos das de

operacin y estar ubicado en las inmediaciones del rea de secado. El domo prepara

mediante una correa circular interna una mezcla homognea de concentrado, para dar la

estabilidad operacional requerida por el proceso de fusin.


27/89

27

Secado de concentrados

El concentrado hmedo proveniente del domode mezcla, es almacenado en tolvas desde

donde ingresa a las lneas de secado de cada equipo de fusin que cuenta con secadores

calefaccionados con vapor de agua En esta etapa la humedad original del concentrado(entre 6% y 8%) se reduce a niveles que oscilan entre 0,2% y 0,3%.

El concentrado va reduciendo sus niveles de humedad a medida que avanza dentro un

tambor metlico. En el interior circula vapor a temperatura de 180C, por un serpentn

que permite la transferencia de calor por radiacin y conveccin. El calor requerido para el

secado es suministrado por vapor saturado, a una presin de 20 bares, proveniente desde

calderas de recuperacin de calor de los gases generados en el proceso de fundicin y que

se encuentran asociadas a los respectivos hornos de fusin y conversin.

Los vahosproducidos por el proceso de secado, compuestos por aire de purga(vapor de

agua desprendido del concentrado y polvo arrastrado), pasan a un filtro de mangas

donde se recuperan las partculas en suspensin, para ser dirigidas a las tolvas de

almacenamiento de concentrado seco. Los vahos limpios son descargados a la atmsfera.

El vapor condensado producto del proceso es conducido por caeras a un estanque

recuperador de condesados para su reutilizacin.

Debido a que la temperatura de operacin del secador es de 180 C, no se generar

emisin de SO2 al ambiente, ya que el azufre solo reacciona con el oxgeno a una

temperatura superior a los 300 C. En algunos casos puntuales, el grado de humedad del

concentrado a tratar se convierte en un parmetro importante, como en la alimentacin a

los procesos de fusin flash, en los que el concentrado es transportado suspendido en aire

enriquecido o en oxgeno. As, los procedimientos Outokumpu e INCO consideran una

etapa de secado de concentrado en un secador rotatorio previo a su tratamiento.

Outokumpu y Convertidor Teniente en particular, necesitan grados de humedad inferiores

al 0,2%.

Tostacin parcial de concentrados.

La tostacin consiste en la oxidacin parcial de los sulfuros del concentrado y en la

eliminacin parcial del azufre de ste como SO2y ocurre segn reacciones slido-gaseosas,

a temperaturas de 500 a 800 C, dependiendo de los productos que se desea obtener.


28/89

28

La fase gaseosa contiene normalmente O2 y SO2 en la alimentacin y productos y

cantidades menores de gases SO3y SO2, dependiendo de las reacciones de oxidacin.

Alimentacin de concentrados al horno de fusin.

Una vez alcanzado el nivel de humedad requerido, el concentrado es descargado por

gravedad desde los secadores y transportado en forma neumtica a tolvas intermedias. En

ellas se encuentran, simultneamente, los polvos recuperados de diferentes partes del

proceso de fusin y el concentrado seco proveniente de los secadores. Junto a cada tolvaintermedia hay una tolva de almacenamiento de cuarzo fino; el cuarzo es requerido como

fundente para la formacin de escoria producida por las unidades de conversin del eje

alta ley (FCF) y, en menor cantidad, escoria proveniente de la refinacin andica y

materiales recuperados de limpieza de canales, ductos y otros.

El concentrado seco, en conjunto con el cuarzo y en la dosificacin adecuada, se extrae por

un crculo neumtico operado en fase densa que lo conduce por una caera hasta el

quemador del Horno Flash o de fusin inmediata, de tecnologa Outokumpu.

Fusin de concentrados.

El objetivo de esta etapa es formar una fase de sulfuros lquidos, compuesta

principalmente por calcosina (Cu2S), covelina (CuS), calcopirita (CuFeS2), pirita (FeS2) y

bornita (Cu5FeS4). En lo posible, debe contener todo el cobre alimentado, y otra fase

oxidada lquida adherida a la anterior, llamada escoria, ojal exenta de cobre, compuesta

principalmente de silicatos de hierro. Los silicatos de hierro y los fundentes forman laescoria. La mata de cobre contiene sulfuros de cobre y hierro, algunos metales preciosos y

otros elementos a nivel de trazas. La escoria, pobre en el metal, es caracterizada y

descartada directamente o sometida a una etapa adicional de recuperacin del metal, si

su contenido es alto. La mata, en cambio, pasa a una etapa posterior de conversin por

oxidacin.

Los concentrados sulfurados de cobre son bsicamente combinaciones, en proporciones

variables, de sulfuros de hierro y cobre mezclados con ganga silcea cido o bsica. Lasreacciones que tienen lugar en el Horno de Fusin (HF) transcurren entre estos


29/89

29

constituyentes del concentrado y los fundentes, y corresponden principalmente a la

reduccin de los xidos de cobre por el sulfuro cuproso y a la sulfuracin de los xidos de

cobre por el sulfuro ferroso. Todo el sulfuro de cobre se descompone de acuerdo con las

siguientes reacciones:

La tecnologa HF corresponde a un proceso de fusin-conversin continua de concentrados,

desarrollado por Outokumpu, que aprovecha el calor generado en las reacciones del

oxgeno presente en el aire del proceso, con los sulfuros de hierro contenidos en el

concentrado alimentado al reactor. Dependiendo principalmente de las caractersticas

mineralgicas o qumicas del concentrado, de los flujos y enriquecimientos en oxgeno del

aire soplado, se generarn importantes cantidades de calor en el reactor, suficientes para

tener un proceso totalmente autgeno, donde se funden adems, materiales fros de

recirculacin con cobre o carga fra, generada en el proceso productivo y utilizada para

regular la temperatura en el horno.

Los productos generados en este proceso son una fase rica en cobre, conocida como eje de

alta ley, con un 62%-70% de cobre, una escoria con un 1%-2% de cobre y 8%-12% de

Fe3O4, y una corriente continua de gases con un 30%-35% de SO2en la salida del horno.

Concentracin que depender principalmente del enriquecimiento en oxgeno del aire de

proceso.

La escoria generada en el HF es evacuada por un pasaje de sangra ubicado en el extremo

opuesto al punto de extraccin del metal blanco, transferida por gravedad a travs de

una canaleta inclinada, cerrada, refrigerada y recubierta por material refractario, a un

Horno Elctrico de Limpieza de Escoria (en adelante HELE) para recuperar su contenido

de cobre. Ambas canaletas, tanto la que conduce la escoria al HELE, como la que conduce

el metal blanco a la etapa de granallado, se encuentran totalmente confinadas de tal

forma que los gases y vahos emanados por la extraccin o sangrado de los productos

(metal blanco y escoria), sean captados y conducidos mediante ventilacin a un sistema delimpieza de gases secundarios, donde un filtro de mangas recupera las partculas en


30/89

30

suspensin (las que luego son recirculadas como carga fra al HF). Luego, los gases y vahos

son neutralizados y emitidos a la atmsfera.

Respecto de los gases metalrgicos primarios producidos en el proceso (ricos en SO2), stos

salen del HF por una torre refrigerada y pasan a una caldera donde se enfran hastaalcanzar una temperatura de 350 C. Transfieren su calor por radiacin y conveccin a los

tubos de la caldera para producir vapor saturado de 60 bar de presin, que se utiliza en

mltiples aplicaciones como un medio calefactor en procesos de intercambio de calor. Los

gases primarios, limpios en partculas y ricos en SO22, son forzados por un ventilador de tiro

inducido y conducido a la Planta de Limpieza de Gases y el dixido de azufre es utilizado

en la produccin de cido sulfrico. El accionar de este ventilador permite inducir el flujo

de gases a travs del horno y asegurar que no existirn fugas de gases con contenido de

SO2al entorno.

El proceso de fusin ocurre a temperatura de 1.200 C, en un sistema fundido, con

suspensin de partculas slidas en el bao, correspondiente a compuestos de alto punto de

fusin (lase slice, magnetita, entre otros).

La reaccin de produccin de mata y escoria podemos representarla por:

Concentrado + Fundentes + Energa ------> Mata + Escoria + Gas (5)

Donde:

Mata: Cu2S, FeS, fundamentalmente.

Escoria: FeO, Fe3O4, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Cu2O, otros

Gas: O2, SO2, N2, CO, CO2, H2, H2O, otros.

Limpieza de escorias.

La escoria fundida producida por el HF es alimentada al HELE por la gravedad a travs

de una canaleta cerrada y ventilada. La reduccin del contenido de Fe 3O44 permite

mejorar las propiedades fisicoqumicas de la escoria optimizndose la separacin y, en

consecuencia, la sedimentacin de las partculas de cobre. As se logra la separacin de las

dos fases fundidas presentes: metal blanco con un contenido de cobre de 70% y escoria

descartable con un contenido de cobre de alrededor de 0.70%. Los gases generados en el

HELE son captados y conducidos a un incinerador que permite asegurar la quema totaldel carbn remanente no utilizado. Posteriormente, son mezclados con aire del sistema de


31/89


32/89

32

Conversin de eje de alta ley.

En la etapa de conversin, el sulfuro ferroso se oxida formando dixido de azufre, mientras

que el xido ferroso se une con la slice y cal para formar escoria, esencialmente ferrtica. El

calor de formacin de esta escoria, junto con el producido en la oxidacin del azufre y elhierro, es suficiente para mantener los diferentes materiales en estado fundido. Cuando se

ha oxidado todo el azufre asociado con el hierro, el eje de alta ley (sulfuro cuproso)

tambin se oxida y, tan pronto como se ha formado una cantidad apreciable de xido

cuproso, ste reacciona con el sulfuro cuproso para formar cobre blster y dixido de azufre,

segn las siguientes reacciones que ocurren hasta que se consume prcticamente todo el

azufre:

Respecto de las impurezas presentes en el eje de alta ley, una parte importante del

arsnico, antimonio, plomo y zinc se volatiliza en forma de xidos, mientras que la plata y

el oro permanecen en el cobre blster.

La tecnologa de conversin considerada en esta descripcin de una fundicin moderna,

corresponde a Hornos Flash u Hornos de Conversin Inmediata Outokumpu / Kennecott(FCF).

Los principales insumos requeridos en el proceso de conversin son: cal fina (95% CaO

promedio), oxgeno tcnico (95% O2, en promedio) y aire de distribucin. El

enriquecimiento del aire en proceso es 70% de oxgeno promedio.

En la torre de reaccin se encuentra el quemador donde se alimenta la carga. Una lanza

central, con aire enriquecido, facilita su distribucin con la consecuente reaccin el sulfuro

contenido, lo que genera el calor de fusin requerido para el correcto funcionamiento del

proceso.

Horno Flash. Divisin

Ventanas.


33/89

33

El material se funde de manera instantnea (flash) produciendo cobre blster, escoria y

gases metalrgicos con altos contenidos de SO2(35%-45%). La temperatura de la reaccin

exotrmica alcanza hasta los 1.450 C y el calor generado es transferido a los productos

fundidos, gases metalrgicos y al sistema de refrigeracin de la torre constituido por

elementos de cobre refrigerados por agua, insertos en el revestimiento refractario de la

misma.

El calor retirado desde el horno por las chaquetas de cobre refrigeradas por agua, con

circuito cerrado de agua tratada e intercambiadores de calor, es eliminado mediante un

sistema secundario que no considera torres de enfriamiento, sino una solucin radiactiva

conectiva mediante el uso de refrigeradores aleteados y ventiladores de aire forzado.

Los materiales fundidos son depositados en el decantador (settler) del FCF, quecorresponde a una estructura metlica rectangular revestida interiormente de refractarios

y elementos de enfriamiento similares a los de la torre de reaccin, pero con geometra

distinta. Estos materiales son evacuados desde settler, una vez que la separacin de fases

(blister y escoria) est claramente definida debido a su diferencia de densidades y pesos

especficos.

El decantador del horno posee placas de sangra para blister y placas de escoria. Estas

canaletas que tienen una plancha metlica de acero refrigerada y recubierta con ladrillorefractario, son selladas y ventiladas para evitar el escape de gases y mantener la

temperatura adecuada para el sangrado.

La produccin de cobre blster alcanzar un contenido promedio de cobre de 99.0%. La

secuencia de sangra del blster fundido est configurada de acuerdo a la disponibilidad

operacional de los hornos de nodos.

La escoria producida en el FCF es evacuada mediante canaletas selladas, de caractersticas

similares a las utilizadas para el blster, hacia una etapa de granallado. Dado el contenido

metlico de la escoria granulada (17.6% de cobre), es transferida por camiones al rea de

almacenamiento de concentrados para su reprocesamiento como carga fra al HF.


34/89

34

Refinacin y moldeo de nodos

El cobre blster obtenido de la etapa de conversin an contiene impurezas y materiales

valiosos tales como plata, oro, arsnico, antimonio, bismuto y hierro, por lo que debe ser

refinado en los hornos andicos. La operacin de los hornos de refinacin es cclica (batch) yest constituida por las siguientes etapas: Llenado, Oxidacin, Escoriado, Reduccin y

Vaciado.

Cada horno opera de forma secuencial, de acuerdo con las cinco etapas mencionadas.

Completada la carga del horno, se inicia la etapa de oxidacin, que permite remover el

sulfuro contenido en el blster hasta un nivel de 50 ppm. Para tal efecto se inyecta al bao

fundido aire enriquecido con oxgeno. Adicionalmente se renuevan otras impurezas

contenidas en el cobre blster, inyectndose va toberas, si es necesario, pequeas

cantidades de cal, que permiten la formacin de una escoria que se descarta por sangrado

y posteriormente es recirculado.

Una vez limpio el metal, se inicia la etapa de reduccin del nivel de oxgeno presente en el

bao fundido, mediante la inyeccin de gas natural fraccionado con vapor de aire. El

metal se extrae del horno de nodos por una canaleta cubierta, a la rueda de moldeo que

va girando, producindose la soldificacin del nodo fundido por contacto con el aire

ambiente.

Rueda de Moldeo. Divisin

Codelco Norte.


35/89

35

Un equipo especialmente diseado, toma automticamente los nodos solidificndolos y

los deposita en estanques longitudinales de enfriamiento con agua. Desde los estanques, los

nodos son sacados por un montacargas y depositados en un rea dedicada.

Embarque de ctodos

Plantas de limpieza de gases

El objetivo de estas plantas de limpieza es acondicionar los gases metalrgicos primarios

para su utilizacin como insumo en la produccin de cido sulfrico (H2SO4). Los gases

emitidos por el HF estn compuestos principalmente por SO2, humo, vapores metlicos y

partculas de cobre arrastradas. Los gases provenientes del FCF, estn compuestos

fundamentalmente de SO2y material particulado.

Ambos gases primarios, luego de pasar por los respectivos precipitadores

electrectroestticos, se juntan en una cmara de mezcla comn desde donde son

conducidos a las plantas de limpieza de gases.

El proceso de produccin de cido sulfrico se lleva a cabo en tres fases: purificacin de

gases, oxidacin cataltica de SO2/SO3y absorcin.

La etapa de purificacin o limpieza de gases tiene por objetivo acondicionar el gas,retirando todos aquellos compuestos cuya presencia pueda significar una merma en la

eficiencia de produccin de cido sulfrico o un dao al catalizador. Para ello, se contar

con una torre de lavado que permitir el enfriamiento y limpieza de slidos y humos

metlicos arrastrados; una seccin de precipitadores de neblina hmeda y una torre de

secado, donde son mezclados con aire de dilucin hasta alcanzar un contenido medio de

14% de SO2, apto par ser enviado a la seccin de contacto u oxidacin.


36/89

36

Cul es el objetivo?.

El objetivo de la fusin es lograr el cambio de estado que permite que el concentrado pase

de estado slido a estado lquido para que el cobre se separe de los otros elementos que

componen el concentrado.

Qu ocurre en la fusin?.

En la fusin el concentrado de aleacion es sometido a altas temperaturas (1.200 C) para

lograr el cambio de estado de slido a lquido. Al pasar al estado lquido, los elementos que

componen los minerales presentes en el concentrado se separan segn su peso, quedando

los ms livianos en la parte superior del fundido, mientras que el cobre, que es ms pesado

se concentra en la parte baja. De esta forma es posible separar ambas partes vacindolas

por vas distintas.

Tradicionalmente la fusin puede realizarse de dos maneras, utilizando dos tipos de hornos:

el horno de reverbero para la fusin tradicional y el convertidor modificado Teniente

(CMT) que realiza en una sola operacin la fusin y la conversin. En las divisiones de

Codelco no se utiliza el

horno de reverbero, sino que solo se realiza el proceso de fusin-conversin, utilizando el

horno de convertidor modificado.


37/89

37

Convertidor modificado Teniente: sistema de fusin - conversin

El concentrado sufre un proceso

de fusin. Se separa el eje de la

escoria.

El convertidor Teniente, desarrollado y patentado por la Divisin El

Teniente de Codelco, es un horno basculante, formado por un cilindro

metlico de 5 m de dimetro por 22 m de largo, dispuesto en

posicin horizontal y revestido por ladrillos refractarios en su interior.

Este horno est montado sobre un sistema de cremalleras que le

permiten oscilar.

Cmo funciona?

El convertidor Teniente es cargado en forma continua con

concentrado de cobre yslice(cuarzo) por una abertura ubicada en

su parte superior. La slice tiene por objeto captar el hierro contenido

en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlo en la parte ms liviana de la mezcla fundida.

En el proceso de fusin

conversin se separa la escoria

del metal blanco, la fase ms

pesada y que contiene 70 a 75 %de cobre.

El convertidor Teniente tiene un sistema de caeras en el interior, las

cuales insuflan aire enriquecido con oxgeno, el cual permite la

oxidacin del hierro y del azufre presentes en los minerales que

constituyen el concentrado. El hierro forma magnetita, que se

concentra en la escoria, y el azufre forma gases (monxidos y

dixidos) los cuales son evacuados a travs de gigantescas chimeneas,

junto a otros gases, donde son captados en gran parte para producir

cido sulfrico(H2SO4).

Las reacciones que se producen producto de la oxidacin de los

distintos elementos, y entre ellos, libera energa la que es

aprovechada para ayudar a la fusin.

En el convertidor Teniente los elementos se concentran en fases, de acuerdo a su peso:

Metal blanco : corresponde a la parte ms pesada del material fundido y que se encuentra en la

parte baja del convertidor. Contiene un 70% a 75% de cobre.

Escoria: es la parte ms liviana del fundido, la cual se enva de vuelta al horno de reverbero o a hornosdestinados a limpieza de escoria para recuperar el contenido de cobre que an le queda.
https://www.codelcoeduca.cl/glosario/s.html#sIlicehttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/s.html#sIlicehttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/s.html#sIlicehttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/m.html#magnetitahttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/m.html#magnetitahttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/a.html#acidosulfuricohttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/a.html#acidosulfuricohttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/m.html#metalblancohttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/m.html#metalblancohttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/e.html#escoriahttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/e.html#escoriahttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/e.html#escoriahttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/m.html#metalblancohttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/a.html#acidosulfuricohttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/m.html#magnetitahttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/s.html#sIlice


38/89

38

3.3.2Solidificacin direccional

Solidificacin direccional es una serie de medidas aplicadas para controlar la

alimentacin de bastidores. Como la mayora de metales y aleaciones solidifican,

cambiando del estado lquido al de estado slido experimentarn una contraccin

apreciable del volumen. Sin la atencin a los principios del control, los objetos que el molde

contendr encogimiento comnmente llamado interno de los vacos a desertan.

Algunas de las medidas aplicadas son el uso de frialdades, canalizaciones verticales, control

de la tarifa que vierte, temperatura que vierte, y el uso de exotrmico materiales.

Con el uso apropiado de las medidas, como el metal solidifica el interfaz para el lmite

entre el lquido y el metal slido se mueve hacia una fuente del metal adicional de laalimentacin y lejos de la regin donde la solidificacin comenz.

La solidificacin direccional se puede utilizar como proceso de la purificacin. Puesto que la

mayora de las impurezas sern ms solubles en el lquido que en la fase slida durante la

solidificacin, las impurezas sern empujadas por el frente de la solidificacin, causando

mucho de echar acabado para tener una concentracin ms baja de impurezas que el

material de la materia de base, mientras que el metal solidificado pasado ser enriquecido

con las impurezas. Esta ltima parte del metal puede ser desechada o ser reciclada. Laconveniencia de la solidificacin direccional en quitar un inmpurity especfico de cierto

metal depende de coeficiente de la particin de la impureza en el metal en la pregunta,

segn lo descrito por Ecuacin de Scheil. La solidificacin direccional se emplea con

frecuencia como paso de la purificacin en la produccin de multicrystalline silicio para

clulas solares.

La solidificacin direccional (DS) es controlado por la solidificacin del metal lquido para el

suministro continuo al frente de solidificacin de la fundicin de metal de alimentacin.

Entre los mtodos de solidificacin direccional, el mtodo de crecimiento Bridgman consiste

en calentar el material cristalino por encima de su punto de fusin y solidificacin como

consecuencia de su tasa de crecimiento definidos y el gradiente de temperatura.

IMMS SAS para las necesidades de solidificacin direccional poseen el aparato de Bridgman

modificado.


39/89

39

Opciones de utilizacin de la DS:

1. para producir los cristales individuales con orientacin de los cristales definidos

2. eutctica para producir materiales compuestos

3. para dilucidar la dependencia entre las condiciones de crecimiento y la

microestructura de las aleaciones de intermetlicos

4. el estudio del crecimiento celular a dendrticas por el cambio de los parmetros de

solidificacin

5. para el estudio de las columnas de equiaxial transicin de crecimiento de grano

6. para estudiar la evolucin microestructural durante la solidificacin y posteriorestransformaciones de estado slido por la combinacin de solidificacin direccional

con los mtodos de enfriamiento

7.

Eutctica Ni-Al-Mo compuestos con DS Ti-46Al-2W-0.5Si (At.%) de aleacin,

matriz intermetlicos reforzados por V = 1.18x10-4 ms-1. C - las partculas de Al2O3

Fibras Mo

La interfaz dendrticas templados en


40/89

40

Ni-21.7Al-7.5Cr-6.5Ti (At.%) despus de aleacin de

DS en V = 5.56x10-5 ms-1,

Para minimizar los efectos dainos de la contraccin es conveniente que las regiones de la

fundicin ms distantes de la fuente de metal lquido se solidifiquen primero y que lasolidificacin progrese de estas regiones hacia la mazarota.

En esta forma, el metal fundido continuar disponible en las mazarotas para prevenir los

vacos de contraccin durante la solidificacin.

Se usa el trmino - solidificacin direccional para describir este aspecto del proceso de

solidificacin y sus mtodos de control .

La solidificacin direccional deseada se logra aplicando la regla de Chvorinov al diseo dela fundicin, a su orientacin dentro del molde y al diseo del sistema de mazarotas.

Por ejemplo, al localizar las secciones de la fundicin con menores relaciones V/A lejos de

las mazarotas la solidificacin aparecer primero en estas regiones y el suministro de metal

lquido para el resto de la fundicin permanecer abierto hasta que solidifiquen las

secciones ms voluminosas.

Otra forma de fomentar la solidificacin direccional es usar enfriadores sumideros de calor

internos o externos que causan un, enfriamiento rpido en ciertas regiones de la fundicin,

Los enfriadores internos son pequeas partes de metal colocadas dentro de la cavidad

antes del vaciado, cuyo objetivo es que el metal fundido solidifiqu primero alrededor de

estas partes. El refrigerante interno debe tener una composicin qumica igual a la del

metal que se vaca. Esto se logra fabricando el enfriador del mismo metal que la fundicin.

El concepto de solidificacin direccional se inici con los trabajos realizados, en 1960, por

tcnicos de la General Electric.


41/89

41

Despus de vaciar el metal fundido en el molde, ste se enfra y solidifica. En esta seccin

examinaremos los mecanismos fsicos de solidificacin direccionalque ocurren durante la

fundicin.

Solidificacin de los metales

La solidificacin involucra el regreso del metal fundido al estado slido. El proceso de

solidificacin difiere, dependiendo de si el metal es un elemento puro o una aleacin.

Metales puros. Un metal puro solidifica a una temperatura constante que constituye su

punto de congelacin o punto de fusin. Los puntos de fusin de los metales puros son bien

conocidos. El proceso ocurre en un tiempo determinado como se muestra en la figura 2.3,

conocida como curva de enfriamiento.

La solidificacin real toma un tiempo llamado, tiempo local de solidificacin, durante el

cual el calor latente de fusin del metal escapa fuera del molde. El tiempo total de

solidificacin va desde el momento de vaciar el metal hasta su completa solidificacin.

Despus que la fundicin se ha solidificado completamente, el enfriamiento contina a una

velocidad indicada por la pendiente hacia debajo de la curva de enfriamiento.


42/89

42

Debido a la accin refrigerante de la pared del molde, se forma una delgada pelcula

inicial de metal slido en la pared inmediatamente despus del vaciado. El espesor de esta

pelcula aumenta para formar una costra alrededor del metal fundido que va creciendo

hacia el centro de la cavidad conforme progresa la solidificacin. La velocidad del

enfriamiento depende del calor que se transfiere en el molde y de las propiedades trmicas

del metal.

Curva de enfriamiento para un metal puro durante la fundicin.

Es interesante examinar la formacin del grano metlico y su crecimiento durante este

proceso de

Solidificacin direccional. El metal que forma la pelcula inicial se ha enfriado rpidamente

por la extraccin de calor a travs de la pared del molde. Esta accin de enfriamientocausa que los granos de la pelcula sean finos, equiaxiales y orientados aleatoriamente. Al

continuar el enfriamiento se forman ms granos y el crecimiento ocurre en direcciones

alejadas de la transferencia de calor.

Como el calor se transfiere a travs de la costra y la pared del molde, los granos crecen

hacia adentro como agujas o espinas de metal slido. Al agrandarse estas espinas se

forman ramas laterales que siguen creciendo y forman ramas adicionales en ngulos rectos

con las primeras. Este tipo de crecimiento llamado crecimiento dendrtico del grano ocurre


43/89

43

no solamente en la solidificacin de los metales puros, sino tambin en la de las aleaciones.

Estas estructuras tipo rbol se llevan a cabo en forma gradual durante el enfriamiento, al

depositarse continuamente metal adicional en las dendritas hasta completar la

solidificacin. Los granos resultantes de este crecimiento dendrtico adoptan una

orientacin preferente y tienden a ser burdos y alinearse en forma de granos columnares

hacia el centro de la fundicin. La estructura granulada resultante se ilustra en la figura

Estructura cristalina caracterstica del un metal puro, mostrando los granos, pequeos

orientados aleatoriamente cerca de las paredes del molde, y los granos columnares

grandes orientados hacia el centro de la fundicin

Aleaciones en general.

Las aleaciones solidifican generalmente en un intervalo de temperaturas en lugar de una

temperatura nica. El rango exacto depende de la aleacin y su composicin particular.

Se puede explicar la solidificacin de una aleacin con referencia a la figura 2.5, que

muestra el diagrama de fase de una aleacin en particular y a la curva de enfriamiento

para una composicin dada. Conforme desciende la temperatura, empieza la solidificacin

en la temperatura que indica la lnea liquidus y se completa cuando se alcanza la solidus.

El inicio de la solidificacin es similar a la del metal puro. Se forma una delgada pelcula en

la pared del molde debido a un alto gradiente de temperatura en esta superficie. La

solidificacin contina como para un metal puro, mediante la formacin de dendritas

alejadas de las paredes.

Sin embargo, debido a la propagacin de la temperatura entre liquidus y solidus, el

crecimiento de las dendritas es tal que se forma una zona avanzada donde el metal slido

y el lquido coexisten. La porcin slida est constituida por estructuras dendrticas que se


44/89

44

han formado lo suficiente y han atrapado en la matriz pequeas islas de lquido. La regin

slido-lquido tiene una consistencia suave que da lugar a su nombre de zona blanda.

Dependiendo de las condiciones del enfriamiento, la zona blanda puede ser relativamente

angosta o puede ocupar la mayor parte de la fundicin. Los factores que promueven laltima condicin son una lenta transferencia de calor fuera del metal caliente y una

amplia diferencia entre liquidus y solidus. Las islas de lquido en la matriz de dendrita se

solidifican gradualmente al bajar la temperatura de la fundicin hasta la temperatura

solidus que corresponde a la composicin de la aleacin.

Otro factor que complica la solidificacin de las aleaciones es la composicin de las

dendritas que al iniciar su formacin son favorecidas por el metal que tiene el punto de

fusin mayor Al continuar la solidificacin las dendritas crecen y se genera un desbalanceentre la composicin del metal solidificado y el metal fundido remanente. Este desbalance

de composicin se manifiesta finalmente como segregacin de elementos en las fundiciones

terminadas. La segregacin es de dos tipos, microscpica y macroscpica. A nivel

microscpico, la composicin qumica vara a travs de cada grano individual. Esto se debe

a que la espina inicial de cada dendrita tiene una proporcin ms alta de uno de los

elementos de la aleacin La dendrita crece a expensas del lquido remanente que ha sido

parcialmente agotado de este primer elemento. Finalmente, el ltimo metal que solidifica

en cada grano es el que qued atrapado en las ramas de las dendritas, cuya composicin

es an ms desbalanceada. El resultado es una variacin en composicin qumica dentro

de cada grano de la fundicin.

Estructura cristalina caracterstica de fundicin para una aleacin, mostrando la

segregacin de los componentes en el centro de la fundicin.


45/89

45

A nivel macroscpico, la composicin qumica vara a travs de la fundicin. Como las

regiones de la fundicin que se solidifica primero (generalmente cerca de las paredes del

molde) son ms ricas en un componente que en otro, la composicin de la aleacin

fundida remanente queda modificada cuando ocurre la solidificacin en el interior. Se

genera entonces, una segregacin general a travs de la seccin transversal de la fundicin,

llamada algunas veces segregacin de lingote como se muestra en la figura

Aleaciones eutcticas.

Las aleaciones eutcticas constituyen una excepcin del proceso general de solidificacin de

las aleaciones. Una aleacin eutctica tiene una composicin particular en la cual las

temperaturas slidus y lquidus son iguales. En consecuencia, la solidificacin ocurre a una

temperatura constante, y no en un rango de temperaturas como se describi para unmetal puro, el hierro fundido (4.3%C) son ejemplos de aleaciones eutcticas que se usan en

fundicin.

Tiempo de solidificacin

Si la fundicin es metal puro o aleacin, de todos modos, su solidificacin toma tiempo. El

tiempo total de solidificacin es el tiempo necesario para que la fundicin solidifique

despus del vaciado. Este tiempo depende del tamao y de la forma de la fundicinexpresada por una relacin emprica conocida como regla de Chvorinov que establece

Dado que n = 2, las unidades de Cm son (min/m2), su valor depende de las condiciones

particulares de la operacin de fundicin, entre las cuales se incluyen el material del molde

(calor especfico y conductividad trmica), propiedades trmicas del metal de fundicin

(calor de fusin, calor especfico y conductividad trmica), y la temperatura relativa de

vaciado con respecto al punto de fusin del metal. La regla de Chvorinov indica que una


46/89

46

fundicin con una relacin de volumen a rea superficial se enfriar y solidificar ms

lentamente que otra con una relacin ms baja.

Este principio ayuda en el diseo de la mazarota del molde. Para cumplir su funcin de

alimentar metal fundido a al cavidad principal, el metal en la mazarota debe permaneceren fase lquida ms tiempo que el de la fundicin. En otras palabras, la TST para la

mazarota debe exceder la TST de la fundicin principal. Como la condicin del molde para

la mazarota y la fundicin es la misma, las constantes del molde sern iguales.

Si el diseo de la mazarota incluye una relacin de volumen a rea ms grande, podemos

estar ms o menos seguros de que la fundicin principal solidificar primero y se reducirn

los efectos de la contraccin. Antes de considerar el diseo de la mazarota mediante la

regla de Chvorinov tomemos en cuenta el tema de la contraccin, razn por la cual senecesitan las mazarotas.

Contraccin

Nuestro anlisis de la solidificacin ha omitido el impacto de la contraccin que ocurre

durante el enfriamiento y la solidificacin. La contraccin ocurre en tres pasos: 1)

contraccin lquida durante el enfriamiento anterior a la solidificacin; 2) contraccin

durante el cambio de fase de lquido a slido, llamada contraccin de solidificacin, y 3)

contraccin trmica de la fundicin solidificada durante el enfriamiento hasta la

temperatura ambiente. Los tres pasos pueden explicarse con referencia a una fundicin

cilndrica hipottica hecha en un molde abierto, como se muestra en la figura 2.7.

El metal fundido inmediatamente despus de vaciado se muestra en la parte (0) de la

serie. La contraccin del metal lquido durante el enfriamiento, desde la temperatura de

vaciado hasta la temperatura de solidificacin, causa que la altura del lquido se reduzca

desde el nivel inicial como en (1) de la Fig. La cantidad de esta concentracin lquida es

generalmente alrededor del 0.5%. La contraccin de solidificacin que se observa en la

parte (2) tiene dos efectos.

Primero, la contraccin causa una reduccin posterior en la altura de la fundicin.

Segundo, la cantidad de metal lquido disponible para alimentar la porcin superior del

centro de la fundicin se restringe. sta es usualmente la ltima regin en solidificar; la

ausencia de metal crea un vaco en este lugar de la fundicin.


47/89

47


48/89

48

3.3.3Metalurgia de Polvos

Se define como el arte de elaborar productos comerciales a partir de polvos metlicos.

En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero cuando se utiliza este debe mantenersedebajo de la temperatura de fusin de los metales a trabajar. Cuando se aplica calor en el

proceso subsecuente de la metalurgia de los polvos se le conoce como sinterizado, este

proceso genera la unin de partculas finas con lo que se mejora la resistencia de los

productos y otras de sus propiedades. Las piezas metlicas producto de los procesos de la

metalurgia de los polvos son producto de la mezcla de diversos polvos de metales que se

complementan en sus caractersticas. As se pueden obtener metales con cobalto, tungsteno

o grafito segn para qu va a ser utilizado el material que se fabrica.

El metal en forma de polvo es ms caro que en forma slida y el proceso es slo

recomendable para la produccin en masa de los productos, en general el costo de

produccin de piezas producto de polvo metlico es ms alto que el de la fundicin, sin

embargo es justificable y rentable por las propiedades excepcionales que se obtienen con

este procedimiento. Existen productos que no pueden ser fabricados y otros no compiten

por las tolerancias que se logran con este mtodo de fabricacin.

El proceso de manera general consiste en:

1. Produccin de polvo de los metales que sern utilizados en la pieza

2. Mezclado de los metales participantes

3. Conformado de las piezas por medio de prensas

4. Sinterizado de las piezas

5. Tratamientos trmicos

Diagrama para la produccin de piezas por medio de polvos


49/89

49

produccin y caracterizacin de polvos

El tamao, forma y distribucin de los polvos afectan las caractersticas de las piezas a

producir, por lo que se debe tener especial cuidado en la forma en la que se producen los

polvos. Las principales caractersticas de los polvos a considerar son:

1. Forma

2. Finura

3. Distribucin

4. Capacidad para fluir

5. Propiedades qumicas

6. Compresibilidad


50/89

50

7. Densidad

8. Densidad

9. Propiedades de sinterizacin

Forma

La forma del polvo depende de la manera en la que se produjo el polvo, esta puede ser

esfrica, quebrada, dendrtica. plana o angular.

Finura

La finura se refiere al tamao de la partcula, se mide por medio de mallas normalizadas,

las que consisten en cribas normalizadas, las que se encuentran entre las 36 y 850 micras.

Distribucin de los tamaos de partculas

Se refiere a las cantidades de los tamaos de las partculas que participan en la

composicin de una pieza de polvo, esta distribucin de tamaos tiene gran influencia en

la fluidez y densidad de las partculas y en la porosidad final del producto.

Fluidez

Es la propiedad que le permite fluir fcilmente de una parte a otra o a la cavidad del

molde. Se mide por una tasa de flujo a travs de un orificio normalizado.

Propiedades qumicas

Son caractersticas de reaccin ante diferentes elementos. Tambin se relacionan con la

pureza del polvo utilizado.

Compresibilidad

Es la relacin que existe entre el volumen inicial del polvo utilizado y el volumen final de la

pieza comprimida. Esta propiedad varia considerablemente en funcin del tamao de las

partculas de polvo y afecta directamente a resistencia de las piezas.

Densidad aparente

Se expresa en kilogramos por metro cbico. Esta debe ser constante siempre, para que la

pieza tenga en todas sus partes la misma cantidad de polvo.


51/89

51

Facilidad de sinterizacin

La sinterizacin es la unin de las partculas por medio del calor. Depender del tipo de

polvo que se est utilizando, por lo que existen tantas temperaturas de sinterizacin como

materiales utilizados.

Mtodos para producir polvos

Todos los metales pueden producirse en forma de polvo, sin embargo no todos cumplen

con las caractersticas necesarias para poder conformar una pieza. Los dos metales ms

utilizados para la produccin de polvo para la fabricacin de piezas son el cobre y el

hierro. Como variaciones del cobre se utilizan el bronce para los cojinetes porosos y el latnpara pequeas piezas de mquinas. Tambin se llegan a utilizar otros polvos de nquel,

plata, tungsteno y aluminio.

Existen diferentes formas de producir polvos metalrgicos dependiendo de las

caractersticas fsicas y qumicas de los metales utilizados:

Con maquinado se producen partculas gruesas y se usan principalmente para producir

polvos de magnesio.

En el proceso de molido se tritura el material con molinos rotatorios de rodillos y por

estampado rompiendo los metales, por este mtodo los materiales frgiles pueden

reducirse a partculas irregulares de cualquier finura.

El proceso de perdigonado consiste en vaciar metal fundido en un tamiz y enfriarlo

dejndolo caer en agua. En este proceso se obtienen partculas esfricas o con forma de

pera. La mayora de los metales pueden perdigonarse, pero el tamao de las partculas es

demasiado grande.

La pulverizacin consiste en la aspersin del metal y su enfriamiento en aire o en agua. Es

un excelente mtodo para la produccin de polvo de casi todos los metales de bajo punto

de fusin como el plomo, aluminio, zinc y estao.

Algunos metales pueden convertirse en polvo con una agitacin rpida del metal mientras

se est enfriando. Este proceso se le conoce como granulacin.


52/89

52

Otro procedimiento para la produccin de polvo de hierro, plata y algunos otros metales

es el de depsito electroltico. Consiste en la inmersin del metal a pulverizar, como nodos,

en tinas con un electrolito, los tanques actan como ctodos, el hierro o metal a pulverizar

se mueve de los nodos hacia los ctodos depositndose como un polvo fino que puede

posteriormente utilizarse con facilidad.

Polvos especiales

Polvos prealeados: Cuando se logra la produccin de un polvo de un metal previamente

aleado con otro se mejoran considerablemente las propiedades de las piezas, en

comparacin con las que tendran con los metales puros. Una de las ventajas de este tipo

de polvos es que requieren menores temperaturas para su produccin y que proporcionan

la suma de las propiedades de los dos metales unidos similares a las que se obtendran conla fundicin.

Polvos recubiertos. Los polvos pueden ser recubiertos con determinados elementos cuando

pasan por medio de un gas portador. Cada partcula es uniformemente revestida, cuando

se sinteriza adquiere las propiedades del recubrimiento. Esto permite el uso de polvos ms

baratos.

Conformacin

Consiste en la accin de comprimir al polvo que fluy a un recipiente con la forma deseada

de la pieza a producir. Existen varios mtodos de conformacin, a continuacin se

presentan algunos de ellos:

Prensado. Los polvos se prensan en moldes de acero con la forma requerida, la presinvara entre 20 y 1400 Mpa. Los polvos plsticos no requieren de altas presiones, como los


53/89

53

que son ms duros. La mayora de las prensas que fueron diseadas para otros fines

pueden ser utilizadas para la produccin de piezas de polvo. Pueden utilizarse prensas

hidrulicas sin embargo es ms comn que se usen las mecnicas debido a su alta

capacidad de produccin.

Compactacin centrfuga. Los moldes se llenan con polvos metlicos pesados y luego se

centrifugan para obtener presiones de hasta 3 Mpa. Con lo anterior se obtienen densidades

uniformes producto de la fuerza centrfuga en cada partcula de polvo. Posteriormente se

extraen las piezas de los moldes y se sinterizan con lo que adquieren su dureza final.

Conformacin por vaciado. Las piezas para tungsteno, molibdeno y otros polvos se hacen

algunas veces por compactacin por vaciado. Este procedimiento consiste en hacer una

lechada con el polvo del metal que se va a utilizar, esta se vaca en un molde de yeso.Como el molde de yeso es un material poroso drena gradualmente dejando una capa

slida del material metlico. Despus de transcurrido el tiempo suficiente para tener una

capa lo suficiente gruesa, se sinterizan las piezas de manera normal. Para objetos huecos es

muy til este procedimiento.

Extrusin

Para la fabricacin de piezas largas producidas a partir de polvos metlicos, deben

producirse a travs del proceso de extrusin. Los mtodos a utilizar para este proceso

dependen de las caractersticas del polvo; algunos se extruyen en fro con un aglutinante y

otros se calientan hasta la temperatura de extrusin. Generalmente el polvo se comprime

en forma de lingote y posteriormente se calientan y sinterizan antes de pasarlos a la prensa

para la extrusin.

Compactado por explosivos. Como su nombre lo indica la fuerza necesaria para

compactar a un polvo en su molde adecuado puede ser producto de una explosin. El

procedimiento es sencillo y econmico sin embargo adems de peligros puede que su

control no sea del todo satisfactorio.

Sinterizado

Es el proceso por medio del cual con el aumento de la temperatura, las partculas de los

cuerpos slidos se unen por fuerzas atmicas. Con la aplicacin de calor, las partculas se

prensan hasta su ms mnimo contacto y la efectividad de las reacciones a la tensin

superficial se incrementan. Durante el proceso la plasticidad de los granos se incrementa y


54/89

54

se produce un mejor entrelazamiento mecnico por la formacin de un lecho fluido.

Cualquier gas presente que interfiera con la unin es expulsado. Las temperaturas para el

sinterizado son menores a la temperatura de fusin del polvo principal en la mezcla

utilizada.

Existe una amplia gama de temperaturas de sinterizado, sin embargo las siguientes han

demostrado ser satisfactorias.

Hierro 1095 C

Acero inoxidable 1180 C

Cobre 870 C

Carburo de tungsteno 1480 C

El tiempo de sinterizado varia entre los 20 y 40 minutos.

IMPREGNACIN

Los cojinetes de polvo metlico se pueden impregnar con aceite, grafito, cera u otros

lubricantes, se obtiene un cojinete sellado, libre de mantenimiento, con el lubricante yaintegrado, no se necesita lubricacin desde el exterior. Estos productos se aplican en bujes,

bombas de agua, alternadores, motores de arranque y equipo similar.Las partes de

metales en polvo y todas las clases de colados como monobloques de motor, cajas de

engranajes, cuerpos de bomba y muchos ms se impregnan para sellar los poros y evitar

fugas en servicio. esto se hace con silicato de sodio, resinas polister o polmeros

anaerbicos.

INFILTRACIN

La infiltracin consiste en reforzar el producto de polvo y hacerlo ms denso al colocar una

pieza metlica slida sobre la pieza formada con polvo y sinterizada para luego volver a

sinterizar ambas piezas. La segunda pieza se funde y la absorbe el objeto poroso hecho con

el polvo. Este proceso imparte cualidades de tenacidad, durabilidad, resistencia y densidad

al producto hecho con polvo metlico. polvo de hierro-cobre. La infiltracin aumenta la

resistencia de 70% a 100%. Las partes de hierro pueden tener carbono agregado a la


55/89

55

mezcla original o carburizarse despus del sinterizado, luego el tratamiento trmico de

temple y revenido.

TRATAMIENTO TRMICO

Los productos de polvos metlicos se pueden someter a tratamiento trmico por los

mtodos convencionales para mejorar la dureza, tenacidad y otras propiedades

metalrgicas deseables, el perodo de calentamiento debe ser ms largo que para piezas

similares de material macizo, pero el enfriamiento debe ser ms rpido, debe evitarse la

oxidacin por medio de atmsferas protectoras. La oxidacin puede disminuir la resistencia

y producir puntos dbiles e impurezas en el objeto. Los problemas con la oxidacin son ms

serios con los metales en polvo que con los macizos.

ELECTRODEPOSICIN

Se pueden electrodepositarla mayora de los metales en los productos de metal en polvo,

como cobre, oro, plata, cromo y otros. La porosidad de las piezas de metal en polvo

presentan algunos problemas que no se encuentran en los metales macizos, estas piezas se

suelen impregnar con sustancias resinosas o plsticas para evitar la absorcin de la solucin

electroltica. Los objetos de polvos metlicos se pueden trabajar con operaciones similares

al punzonado y acuado, se calientan despus, para aumentar su dureza y tener ms

uniformidad en la estructura y densidad de los granos.

MAQUINADO

El maquinado suele hacerse con mtodos convencionales, que no requieren adaptaciones

al herramental o a las mquinas, no se usan aceites para corte, debido a la porosidad de

los objetos, como no se tiene enfriamiento, se genera un intenso calor durante el

maquinado, que disminuir la duracin de las herramientas de corte. En algunas

situaciones en las cuales se necesita utilizar lubricantes, se emplean lquidos voltiles y

disolventes, los cuales se evaporan con rapidez y no dejan manchas ni residuos.

OPERACIONES DE ACABADO


56/89

56

Estas imparten propiedades o caractersticas especificas a las partes de metal: la

infiltracin, tratamiento trmico, impregnacin y maquinado. Las partes de metal en

polvo pueden volverse a comprimir despus del sinterizado. esto se denomina

dimensionado si se hace para mantener dimensiones y acuado para aumentar la

densidad. La recompresin puede hacerse en prensas compactadoras o en prensas

ordinarias.

Las partes de precisin hechas a partir de los polvos, como engranajes, tiene que

determinarse el tamao para incrementar su precisin y su densidad.

OPERACIONES DE ACABADO

Estas imparten propiedades o caractersticas especificas a las partes de metal: la

infiltracin, tratamiento trmico, impregnacin y maquinado. Las partes de metal en

polvo pueden volverse a comprimir despus del sinterizado. esto se denomina

dimensionado si se hace para mantener dimensiones y acuado para aumentar la

densidad. La recompresin puede hacerse en prensas compactadoras o en prensas

ordinarias.

DISEO DE PARTES DE METAL EN POLVO

Deben observarse varias reglas para disear partes en forma apropiada y mantener las

partes tan pequeas como sea posible. Las formas ms fciles de comprimir son los

cilindros, cuadrados y rectngulos. Son mejores las piezas planas. Los pasos agregan

dificultad para obtener la homogeneidad. Deben evitarse aristas y esquinas agudas, filos

delgados y ranuras profundas ya que debilitan las herramientas, las preformas y las partes

terminadas. Una parte no debe tener contrasalidas que eviten que se saquen del dado

cuando se compactan. Las paredes que son muy delgadas se vuelven difciles de llenar, la

longitud de una parte no debe exceder de dos a tres veces su dimetro. Se deben evitar

esquinas agudas en los ensanchamientos. Se deben tener un radio de curvatura en los

cambios de seccin.

Las secciones delgadas o gruesas no deben estar contiguas entre s porque tienen diferenteexpansin con el calor y causan grietas. Las paredes que son muy delgadas se vuelven


57/89

57

difciles de llenar. La longitud de una parte no debe exceder de dos a tres veces su

dimetro. Las secciones delgadas o gruesas no deben estar contiguas entre s porque tienen

diferente expansin con el calor y causan grietas. Las tolerancias ms prcticas son de ms

o menos 20 um/ cm para dimetros y ms o menos 30 um/ cm a lo largo. Los polvos

metlicos no llenan bien los dados que tienen bordes agudos. Deben preferirse diseos con

aristas redondeadas.

PRODUCCIN DE LOS POLVOS METLICOS Existen tres procesos principales para

producir el metal base y luego reducirlo a polvo. Normalmente los polvos se hacen con

metales que se han procesado en forma especifica para pulverizarlo. Algunos metales

destinados a la pulverizacin se producen con electrlisis, incluyen hierro, plata, tantalio y

cobre. Algunas aleaciones de hierro, nquel, cobalto, molibdeno y tungsteno tiene un alto

contenido de impurezas y se producen por reduccin del metal en un horno. El

tratamiento en horno, debido a los gases y la oxidacin , suele dejar mayor cantidad de

impurezas que en los metales producidos por electrlisis o en hornos de induccin.


58/89

58

La accin del molino de bolas se ilustra como una molienda continua que se realiza al girar

el tambor.

Trituracin de polvos

El laminado de polvos puede producir tiras d

unidad3superaleacionesfinal-091217145049-phpapp02

Documents

Transcript of unidad3superaleacionesfinal-091217145049-phpapp02