viernes, 10 de agosto de 2007

LOS METALES

Para hablar de los metales, es necesario hablar de la Metalurgia, las clases de metalurgias que hay, las diferentes clases de propiedades que tienen los metales y sus diferentes tratamientos térmicos para su productividad.

La Metalurgia de Procesamiento o extractiva y
La Metalurgia Física: Que consta de la composición química, el tratamiento mecánico y el tratamiento Técnico.
Los tratamientos térmicos son:
El Temple
El Revenido
El Recocido
El Normalizado
Nitruración
Cementación
Grafitización.

EL TEMPLE
Transformación = punto crítico = en un medio que le quite el calor lo más rápidamente posible.

Efectos del Temple
 Aumenta la dureza desde 1.5 a 3 veces más
 Aumenta casi 50% la resistencia
 Disminuye la contracción, el alargamiento, la maleabilidad, y la tenacidad
 Afina notablemente el gramo
 Puede alterar la forma de una pieza
 Puede producir grietas o principios de rotura
 Aumenta ligeramente su volumen
 Aumenta la resistencia eléctrica.


Factores que determinan un Buen Temple
 Conocer la estructura que tiene el acero antes del temple
 El porcentaje de Carbono
 El calentamiento
 Y la velocidad de enfriamiento.



EL REVENIDO
Es el tratamiento térmico que efectúa después del Temple, y consiste en calentar el acero templado a una temperatura inferior al punto crítico y enfriarlo en agua, aire o aceite.
La finalidad de este proceso es:
 Quitar las tensiones moleculares del temple.
 Aumentar la tenacidad y la resistencia perdida por el temple.
 Mejorar las características mecánicas del material, mejorando y homogeneizando las estructuras.

EL RECOCIDO
Es el tratamiento de calentar una pieza a una temperatura convenientemente elevada, y luego dejarla enfriar lentamente.
La temperatura de calentamiento del recocido depende de la calidad del acero y de los fines que se quieran alcanzar. Estos pueden ser:
 Afinar la estructura
 Proporcionar al acero máximo grado de blandura
 Eliminar tensiones internas, fragilidad y dureza.

REFINADO
Es el tratamiento térmico combinado de temple y del revenido a altas temperaturas, usados únicamente para los aceros aleados.
Tienen como fin mejorar las propiedades mecánicas de los aceros en construcción confiriéndoles el máximo grado de dureza compatible con el máximo de resistencia y tenacidad. Por lo tanto, la diferencia del revenido entre un acero de herramienta y otro de construcción consiste, en que el primero es un revenido a baja temperatura con el objeto de quitar las tensiones y fragilidades del acero a todo temple y el segundo es un revenido a altas temperaturas a efectos de conseguir la mayor tenacidad.


NORMALIZADO
Es el tratamiento térmico que tiene semejanza con el recocido, y que consiste en calentar el acero a una temperatura entre 100o - 150o, por encima de su punto crítico dejándolo luego enfriar al medio ambiente. Tiene como fin dar al acero fraguado que tiene el grado muy irregular, una estructura homogénea y normal.
Si al normalizado sigue el recocido de ablandamiento, este se puede realizar calentado a temperaturas inferiores de la normal (650o – 680oF).
Si el tratamiento se realiza sobre piezas de acero que han sido calentadas con el fin de afinar el grueso del grano, el tratamiento se denomina de Generación.

NITRURACIÓN
Es un método moderno de cementación, por el cual se obliga a la superficie de algunos metales a absorber Nitrógeno, obteniéndose con ellos un endurecimiento mayor que el obtenido con la cementación y el temple.

CEMENTACION
Es el tratamiento térmico que consiste en introducir carbono en las superficies de las piezas de aceros pobres de dichos metaloides, pudiéndose luego endurecerse el producto obtenido mediante temple.
La metalografía es una ciencia relativamente nueva, y debe sus principios sólidos al estudio profundo de hombres, que han originado estructuras particulares de aceros que hoy llevan sus respectivos nombres.

Por ejemplo:
SORBY, quien en 1864 publicó el primer estudio sobre el estado microscópico del hierro.
MARTENS: Que en 1868 completó dicho estudio y establece normas para realizar los procedimientos metalográficos.
LEDEBURG: Es el primer metalurgista que consideran las aleaciones como disoluciones de metales entre sí.
ROOZABOOM: Quien traza los primeros diagramas de equilibrios de las aleaciones Hierro-Carbono.
LE CHATELLIER: Quién invento el primer microscopio metalográfico y los pirómetros.



TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Definimos Tratamientos Térmicos del acero como una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento, de tiempo determinado y aplicada a un metal o aleación en el estado sólido, en una forma tal que producirá propiedades deseadas.
El primer paso en un tratamiento térmico del acero es calentar el material a una temperatura por encima del intervalo crítico para formar austeníta.
Al terminar una junta soldada queda una desorganización molecular en todo el tubo y por medio de un tratamiento térmico seleccionado; es necesario volver esas moléculas a su estado inicial.
Pero antes de continuar debemos saber que la metalurgia es la ciencia y tecnología de los metales.
Que el trabajador de los metales se menciona en la Biblia y en la mitología griega y noruega.
Siendo un profesión practicada 4000ac. El arte de fundir, refinar y prefabricar tuvo gran desarrollo entre los egipcios como entre los chinos.
La metalurgia ha adquirido una importancia creciente en la Tecnología Moderna, y es hacia 1922 donde se adquieren los grandes conocimientos sobre la estructura y las propiedades de los metales. La metalurgia se divide en dos grandes ramas:

PRUEBA DE DUREZA
Dureza se define como la oposición de un metal para ser rallado por otro. La dureza no es la propiedad fundamental de un material; sino que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas.
El ensayo de la Dureza, mide la resistencia o la penetración sobre la superficie de un metal efectuada por un objeto.

El ensayo de Dureza ROCKEWELL utiliza una bola de acero de diámetro pequeño, para materiales suaves y un cono de diamante Brale, para materiales más duros. La profundidad de la penetración la mide automáticamente el instrumento de prueba, y es convenida a un índice de Dureza Rockwell.

Los ensayos VICKERS y KNOOP son pruebas de mico durezas.
Los índices de Durezas se usan principalmente como base de comparación para los materiales, específicamente de fabricación y tratamientos térmicos, control de calidad y correlación con otras propiedades y comportamiento de materiales.
Las propiedades Mecánicas de un tubo determinan como responde un material al aplicársele una fuerza o un esfuerzo.
Las durezas son tres:

La Dureza Elástica: Se mide mediante un escleroscopio, que es un dispositivo para medir altura de rebote de un pequeño martillo con emboquillado de diamante. Después de que cae por su propio peso desde una altura definida sobre la superficie de la pieza a prueba.

La Resistencia al Corte o Abrasión. Consta de dos clases: La prueba de ralladura y prueba de ensayo de lima. La prueba de ralladura la ideó FRIEDRICH MONS y la prueba de ensayo de Lima es cuando la pieza se somete a la acción de corte de una Lima de dureza conocida, para determinar si se produce un corte visible.


La Resistencia a la Indentación: Consta de los siguientes métodos:
Prueba o ensayo de dureza BRINELL
Prueba o ensayo de dureza ROCKWELL
Prueba o ensayo de dureza VICKERS

LA DUREZA BRINELL (HB) Es la razón de la carga en kilogramo al área en Mm.2 de la impresión.

LA DUREZA WICKERS (HV) Es cuando se emplea un instrumento con marcador piramidal de diamante de base cuadrada; con un ángulo incluido de 1360 entre las caras opuestas Las durezas se calculan mediante tablas normativas ya establecidas para evitar la utilización de las fórmulas.

VEAMOS UNA TABLA DE COMPARACIONES DE FUERZAS

VICKERS (HV) BRINELL
3000 Kg
(HB) ROCKWELL
C Scale
(HRC)
100 95
120 115
140 135
160 155
180 175
200 195
240 215
260 235 20.3
280 255 24.0
300 275 27.1
320 295 29.8
340 311 32.2
360 328 34.4
380 345 36.6
400 360 38.8
420 379 40.8
440 397 42.7
460 415 44.5
480 433 46.1
500 452 47.7
520 471 49.1
540 487 50.5
560 507 51.7
600 545 53.0
620 564 54.1
640 582 55.2
660 620 56.3
680 638 57.3
700 656 58.3
720 670 59.2
740 684 60.1
760 698 62.5
780 710 63.3
800 722 64.0
820 733 64.7
840 745 65.3


PRUEBA DE LIQUIDOS PENETRANTES
El objetivo principal de la inspección con. PLP es que es, un método de ensayo no destructivo que puede usarse para la detección de discontinuidades o fisuras superficiales o subsuperficiales que estén de alguna manera comunicada con el exterior.
La PLP y las Radiográficas son complementarias. La PLP ofrece ciertas ventajas como aplicación fácil, rápida interpretación, y relativamente barato y muy confiable. Respecto a sus desventajas se puede decir que están relacionadas con la determinación de defectos puramente superficiales o que tengan alguna comunicación con ella, es un método cualitativo pues no brinda información completa y confiable sobre las dimensiones de las fallas.
Este método es el más antiguo y se remonta a la denominada técnica de Aceite y Blanqueo aplicada desde los fines del siglo pasado en los talleres ferroviarios para detectar fisuras en los componentes de locomotoras y vagones.

Esta técnica consistía en:
1. Limpiar adecuadamente la pieza
2. Sumergir durante varias horas en una mezcla de 25% de aceite y 75% de kerosene.
3. Quitar la pieza del baño, escurrirla y remover la mezcla de la superficie.
4. Blanquear la pieza con cal o tiza suspendida en alcohol.
5. Observar detenidamente la pieza, a fin de detectar las zonas en que las manchas de aceite en la cal revelaban la presencia de los defectos en los cuales había sido retenida la mezcla de aceite y kerosene.

CLASES DE PLP.
Existen varias clases:
1. Penetrantes fluorescentes – Pre-Emulsificados
2. Penetrantes fluorescentes – Post-Emulsificados
3. Penetrantes coloreados

MODOS DE APLICACIÓN: La forma de aplicación de penetrantes no depende del tipo de proceso utilizado; sino de las condiciones en que se debe operar, tipo, tamaño y cantidad de piezas a examinar.
Entre los métodos tenemos:
1. Por inmersión
2. Por pinceles
3. Por pulverización

PROCEDIMIENTO DE LA INSPECCIÓN CON LÍQUIDO PENETRANTES
Se usa la técnica: Código ASME sección V. artículo 6 y la ASTME – 165
1. Se prepara la superficie a ser examinada, o sea una limpieza total.
2. Se aplica el penetrante, esperando luego 5 a 10 minutos.
3. Hacemos la remoción del exceso de penetrante, o sea limpieza total.
4. Hacemos un secado de la superficie, con trapo hasta que no se note el penetrante.
5. Aplicamos el revelador y esperamos de 10 a 15 minutos.
6. Interpretamos los resultados.
7. Hacemos la limpieza total post-inspección

Las propiedades mecánicas de un tubo se medirán según la siguiente tabla:

GRADO RESISTENCIA FLUENCIA
MINIMO PSI RESISTENCIA TRACCION
MINIMO PSI.
A 30.000 48.000
B 35.000 60.000
X-42 42.000 60.000
X-46 46.000 63.000
X-52 52.000 *60.000
**72.000
X-56 56.000 *71.000
**75.000
X-60 60.000 *75.000
**78.000
X-65 65000 *77.000
**82.000
X-70 70.000 82.000
X-80 80.000 90.000

Es para tubería menores de 20” Ø con cualquier espesor y tubería de 20” Ø y mayores con espesores de pared de Ø 375” y menores.


PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS TUBOS
Las composiciones químicas de los tubos son como la vemos en el siguiente cuadro.


clasifi Carb Mn Silicio Cromo Níquel %Otros Estructura
cación %Max % % % % Elementos
201 .15 5,5/7,5 1.0 16.0/18.0 3,5/5,5 N225 Max. Austenitico
202 .15 7.5/10.02. 1.0 17.0/59. 4.0/6.0 N225 Max. Austenitico
301 .15 0 1.0 16,0/18,0 6,0/8,0 Austenitico
302 .15 2.0 1.0 17,0/19,0 8,0/10,0 Austenitico
302B .15 2.0 2,0/3,0 17,0/19,0 8,0/10,0 Austenitico
304 .08 2.0 1.0 18,0/20,0 8,0/12,0 Austenitico
304L .03 2.0 1.0 18,0/20,0 8,0/12,0 Austenitico
305 .12 2.0 1.0 17,0/19,0 10,0/13,0 Austenitico
308 .08 2.0 1.0 19,0/21,0 10,0/12,0 Austenitico
309 .20 2.0 1.0 22,0/24,0 12,0/15,0 Austenitico
309S .08 2.0 1.0 22,0/24,0 12,0/15,0 Austenitico
310 .2.5 2.0 1.5 24.0/26.0 19.0/22.0 Austenitico
310S .0.8 2.0 1,5 24,0/26,0 19,0/22,0 Austenitico
314 .2.5 2.0 1.5/3,0 23,0/26,0 19,0/22,0 Austenitico
316 .08 2.0 1.0 16,0/18,0 10,0/14,0 M02,0/3,0 Austenitico
316L .03 2.0 1.0 16,0/18,0 10,0/14,0 M02,0/3,0 Austenitico
317 .0.8 2.0 1.0 18.0/20.0 11,0/15,0 M02,0/3,0 Austenitico
321 0.8 2.0 1.0 18.0/20.0 9,0/12,0 T15xC min. Austenitico
347 0.8 2.0 1.0 17,0/19,0 9,0/13,0 Cb-Ta10xC,min Austenitico
348 0.8 2.0 1.0 17.0/19.0 9,0/13,0 Cb-Ta10xC.min Austenitico
(Ta10xc.min.)
403 0.8 2.0 .5 11,5/13,0 Austenitico
410 .1,5 2.0 1.0 11,5/13,5 Martensitico
414 .15 1.0 1.0 11,5/13,5 1,25/2,5 Martensitico
416 .15 1.0 1.0 12,0/14,0 Zr ó Mo.60/Max Martensitico
420 .15 1.0 1.0 12,0/14,0 Martensitico
440B 75/85 1,25 1.0 16,0/18,0 M0.75 Max Martensitico
501 .10 1.0 1.0 4,0/16,0 M0.40/65 Martensitico
405 .08 1.0 1.0 11,5/14,5 Al:.10/.30 Ferritico
430 .12 1.0 1.0 16,0/18,0 Ferritico
442 .20 1.0 1.0 18,0/23,0 Ferritico
502 .10 1.0 1.0 4,0/6,0 M045/.60 Ferritico


VEAMOS ALGUNAS COMPOSICIONES QUÍMICAS DE LOS TUBOS

ACERO 321: ACERO 106
Carbono = .08% .30%
Manganeso = 2%
Fósforo = .040% .035%
Sulfuros = .030%
Níquel = 9% al 13% .40%
Cromo = 17% al 20% .40%
Hierro = lo restante. Lo restante

ACERO 304:
Carbono = 015%
Manganeso = .80%
Silicio = 1%
Fósforo = .04%
Azufre = .04%
Hierro = lo restante

ACERO 310:
Carbono = .08%
Manganeso = 2%
Silicio = 1%
Molibdeno = 3%
Cromo = 16% al 20%

ACERO 206:
Carbono = .15%
Manganeso = 5.5% al 7.5%
Silicio = 1.0%
Cromo = 16.0% al 18.0%
Níquel = 3.5% al 5.5%
Hierro = lo restante

ACERO 202:
Carbono = .15%
Manganeso = 7.5% al 10.02%
Silicio = 1%
Cromo = 17.0% al 59.0%
Níquel = 4.0% al 6.0%
Hierro = lo restante


Veamos la función que cumple cada uno de los elementos químicos en la función de un tubo.
El Manganeso se encuentra en todas las clases de aceros. Cuando en cantidades pequeñas se considera que no actúa como aleante. Su función principal es combinarse con el azufre= que es perjudicial solo = para evitar el agrietamiento. En cantidades muy altas aumenta la tenacidad y además aumenta la habilidad del acero para endurecerse.
Níquel: Aumenta la resistencia del acero al choque, y lo hace tenaz a baja temperatura por lo general en los aceros al carbono la resistencia al choque disminuye a medida de que disminuye la temperatura. El níquel aumenta la Resistencia pero en menor proporción al manganeso.
Cromo: Como el elemento aleante en el acero no tiene efecto muy benéficos en la resistencia al choque, o al impacto a baja temperatura, tiende a hacerlo frágil; produce endurecimiento en el acero y tiende a aumentar su resistencia.
Las principales funciones del Cromo son:
 Aumentar la resistencia a la corrosión
 Aumentar la resistencia a la oxidación
 Aumentar la resistencia al acero para que trabaje a altas temperaturas.
Molibdeno. Aumenta la dureza al acero, la resistencia a la corrosión y disminuye la fragilidad del acero especialmente cuando lleva como elemento aleante al cromo.
Vanadio. En muy pequeñas cantidades aumenta fuertemente la resistencia. Se usa para refinar el acero y aumentar la habilidad del acero para ser endurecido.
Silicio. Cuando el acero está en estado líquido, en su producción tiene gran cantidad de óxido de hierro con el objeto de desoxidarlo, se le agrega silicio el cual se combina más fácilmente con el oxigeno dejando libre el hierro del óxido.
En proporciones relativamente altas, mejora la resistencia a la oxidación, aumenta la resistencia y la capacidad para endurecer el acero.
Aunque estos aceros son muy costosos, al final son más económicos que los aceros carbón.

LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS TUBOS.

Entre las principales tenemos:
LA MALEABILIDAD: Es la propiedad que tienen los cuerpos de permitir deformaciones a causa de un golpe exterior sin llegar a la rotura.
LA DUCTIBILIDAD: Es la propiedad por la cual los metales se dejan estirar en hilos y en láminas.
LA ELÁSTICIDAD: Es la propiedad por la cual los metales después de una acción, vuelven a su estado inicial.
LA TENACIDAD: Es la propiedad que tienen los metales de recibir golpes y ralladuras sin que sus moléculas se separen.
LA FRAGILIDAD: Es la condición de ciertas sustancias de interrumpir la atracción molecular, cuando una fuerza exterior actúa sobre la misma.
LA PLÁSTICIDAD: Es la propiedad de algunos metales de permitir ser reducidos de su tamaño.
EL ALARGAMIENTO: Es el mayor o menor resultado de los esfuerzos de atracción de un metal que permite ser alargado a sumo grado.
LA DUREZA: Es la propiedad de los metales de oponerse a ser rallados por otros.

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