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Materiales IngenieriaCarlos Chavez

ContenidosArtículos

Aluminio 1Acero 20Latón 41Bronce 43Acero inoxidable 51Fundición gris 55Tratamiento térmico 58Cincado mecánico 64Galvanizado 65Roscado 68Tornillo 73

ReferenciasFuentes y contribuyentes del artículo 85Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes 86

Licencias de artículosLicencia 88

Aluminio 1

Aluminio

Aluminio

Magnesio ← Aluminio → SilicioBAlGaTabla completa • Tabla extendida

13Al

Información general

Nombre, símbolo, número Aluminio, Al, 13

Serie química Metales del bloque p

Grupo, período, bloque 13, 3, p

Densidad 2698,4 kg/m3

Dureza Mohs 2,75

Apariencia Plateado

N° CAS 7429-90-5

N° EINECS 231-072-3

Propiedades atómicas

Masa atómica 26,9815386(8) u

Radio medio 125 pm

Radio atómico (calc) 118 pm (Radio de Bohr)

Radio covalente 118 pm

Configuración electrónica [Ne]3s23p1

Electrones por nivel de energía 2, 8, 3

Estado(s) de oxidación 3

Óxido Anfótero

Estructura cristalina cúbica centrada en las caras

Propiedades físicas

Estado ordinario Sólido

Aluminio 2

Punto de fusión 933,47 K

Punto de ebullición 2792 K

Entalpía de vaporización 293,4 kJ/mol

Entalpía de fusión 10,79 kJ/mol

Presión de vapor 2,42 × 10-6 Pa a 577 K

Volumen molar 10,00×10-6 m3/mol

Velocidad del sonido 6400 m/s a 293.15 K (20 °C)

Módulo elástico 70 GPa

Varios

Electronegatividad (Pauling) 1,61

Calor específico 900 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica 37,7 × 106 S/m

Conductividad térmica 237 W/(K·m)

1.ª Energía de ionización 577,5 kJ/mol

2.ª Energía de ionización 1816,7 kJ/mol

3.ª Energía de ionización 2744,8 kJ/mol

4.ª Energía de ionización 11 577 kJ/mol

5.ª Energía de ionización 14 842 kJ/mol

6.ª Energía de ionización 18 379 kJ/mol

7.ª Energía de ionización 23 326 kJ/mol

8.ª Energía de ionización 27 465 kJ/mol

9.ª Energía de ionización 31 853 kJ/mol

10.ª Energía de ionización 38 473 kJ/mol

Isótopos más estables

iso AN Periodo MDEd

PDMeV

26Al sint. 717 000 ε 4,004 26Mg

27Al 100% Estable con 14 neutrones

Nota: unidades según el SI y en CNPT, salvo indicación contraria.

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético.Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de lacorteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.[1] Enestado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extraeúnicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante elproceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se

Aluminio 3

mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX[2] el metal que másse utiliza después del acero.Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. El principal inconveniente para su obtenciónreside en la elevada cantidad de energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajocoste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.

Historia

Tendencia de la producción mundial de aluminio.

El aluminio se utilizaba en la antigüedad clásica en tintorería ymedicina bajo la forma de una sal doble, conocida como alumbre y quese sigue usando hoy en día. En el siglo XIX, con el desarrollo y lafísica y la química, se identificó el elemento. Su nombre inicial,aluminum, fue propuesto por el británico Sir Humphrey Davy en el año1809. A medida que se sistematizaban los nombres de los distintoselementos, se cambió por coherencia a la forma aluminium, que es lapreferida hoy en día por la IUPAC debido al uso uniforme del sufijo-ium. No es sin embargo la única aceptada ya que la primera forma esmuy popular en los Estados Unidos.[3] En el año 1825, el físico danésHans Christian Ørsted, descubridor del electromagnetismo, consiguió aislar por electrolisis unas primeras muestras,bastante impuras. El aislamiento total fue conseguido dos años después por Friedrich Wöhler.

Primera estatua construida de aluminio dedicadaa Anteros y ubicada en Picadilly- Londres,

construida en 1893.

La extracción del aluminio a partir de las rocas que lo contenían sereveló como una tarea ardua. A mediados de siglo, podían producirsepequeñas cantidades, reduciendo con sodio un cloruro mixto dealuminio y sodio, gracias a que el sodio era más electropositivo.Durante el siglo XIX, la producción era tan costosa que el aluminiollegó a considerarse un material exótico, de precio exhorbitado, y tanpreciado o más que la plata o el oro. Durante la Exposición Universalde 1855 se expusieron unas barras de aluminio junto a las joyas de lacorona Francia. El mismo emperador había pedido una vajilla dealuminio para agasajar a sus invitados. De alumino se hizo también elvértice del Monumento a Washington, a un precio que rondaba en1884 el de la plata.[4]

Diversas circunstancias condujeron a un perfeccionamiento de lastécnicas de extracción y un consiguiente aumento de la producción. Laprimera de todas fue la invención de la dinamo en 1866, que permitíagenerar la cantidad de electricidad necesaria para realizar el proceso.En el año 1889, Karl Bayer patentó un procedimiento para extraer laalúmina u óxido de aluminio a partir de la bauxita, la roca natural.Poco antes, en 1886, el francés Paul Héroult y el norteamericanoCharles Martin Hall habían patentado de forma independiente y conpoca diferencia de fechas un proceso de extracción, conocido hoy como proceso Hall-Héroult. Con estas nuevastécnicas la producción de aluminio se incrementó vertiginosamente. Si en 1882, la producción anual alcanzabaapenas las 2 toneladas, en 1900 alcanzó las 6.700 toneladas, en 1939 las 700.000 toneladas, 2.000.000 en 1943, y enaumento desde entonces, llegando a convertirse en el metal no férreo más producido en la actualidad.

La abundancia conseguida produjo un colapso del precio, y que perdiese la vitola de metal preciado para convertirse en metal común.[5] Ya en 1895 abundaba lo suficiente como para ser empleado en la construcción, como es el caso

Aluminio 4

de la cúpula del Edificio de la secretaría de Sídney, donde se empleó este metal. Hoy en día las líneas generales delproceso de extracción se mantienen, aunque se recicla de manera general desde 1960, por motivos medioambientalespero también económicos ya que la recuperación del metal a partir de la chatarra cuesta un 5% de la energía deextracción a partir de la roca.

Estructura atómicaVéase también: Magnesio

Lingote de aluminio.

El aluminio tiene número atómico 13. Los 13 protones que forman elnúcleo están rodeados de 13 electrones dispuestos en la forma:

1s22s22p63s23p1

La valencia es 3 y las energías de ionización de los tres primeroselectrones son, respectivamente: 577,5 kJ/mol, 1816,7 kJ/mol y 2744,8kJ/mol. Existen en la naturaleza dos isótopos de este elemento, el 27Aly el 26Al. El primero de ellos es estable mientras que el segundo esradiactivo y su vida media es de 7,2×105 años. Además de esto existen otros siete isótopos cuyo peso estácomprendido entre 23 y 30 unidades de masa atómica.

El 26Al se produce a partir del argón a causa del bombardeo por la radiación altamente energética de los rayoscósmicos, que inciden en la atmósfera sobre los núcleos de este elemento. Al igual que el 14C, la medida de lasabundancias del 26Al es utilizada en técnicas de datación, por ejemplo en procesos orogenéticos cuya escala es demillones de años o para determinar el momento del impacto de meteoritos. En el caso de estos últimos, la producciónde aluminio radiactivo cesa cuando caen a la tierra, debido a que la atmósfera filtra a partir de ese momento los rayoscósmicos.

Características

Detalle superficial (55×37 mm) de una barra dealuminio (pureza ≥ 99,9998%). La superficie hasido pulida mediante medios químicos con ácido

(etching ) para evidenciar a simple vista lasestructura de las cristalitas metálicas .

Características físicas

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sóloaventajado por el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, conuna densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C).Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética delespectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 34 y38 m/(Ω mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)).

Características mecánicas

Mecánicamente es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) ymaleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de160-200 N/mm2 [160-200 MPa]. Todo ello le hace adecuado para lafabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estaspropiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como laextrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

Aluminio 5

Características químicas

Estructura atómica del aluminio.

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, porlo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccionecon el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa grismate de alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo deulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. Apesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otrosmetales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidosy bases. Reacciona con facilidad con el ácido clorídrico y el hidróxidosódico.

Aplicaciones y usos

La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de losmás importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendohoy un material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos y que resulta estratégico ensituaciones de conflicto. Hoy en día, tan sólo superado por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleadocon otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para fabricarespejos domésticos e industriales, como pueden ser los de los telescopios reflectores. Su uso más popular, sinembargo, es como papel aluminio, que consiste en láminas de material con un espesor tan pequeño que resultafácilmente maleable y apto por tanto para embalaje alimentario. También se usa en la fabricación de latas ytetrabriks.

Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capaz de competir en coste y prestaciones con el cobretradicional. Dado que, a igual longitud y masa, el conductor de aluminio tiene más conductividad, resulta uncomponente útil para utilidades donde el exceso de peso resulta oneroso. Es el caso de la aeronáutica y de lostendidos eléctricos donde el menor peso implica en un caso menos gasto de combustible y mayor autonomía, y en elotro la posibilidad de separar las torres de alta tensión.[6]

Además de eso, aleado con otros metales, se utiliza para la creación de estructuras portantes en la arquitectura y parafabricar piezas industriales de todo tipo de vehículos y calderería. También está presente en enseres domésticos talescomo utensilios de cocina y herramientas. Se utiliza asimismo en la soldadura aluminotérmica y como combustiblequímico y explosivo por su alta reactividad. Como presenta un buen comportamiento a bajas temperaturas, se utilizapara fabricar contenedores criogénicos.El uso del aluminio también se realiza a través de compuestos que forma. La misma alúmina, el óxido de aluminioque se obtiene de la bauxita, se usa tanto en forma cristalina como amorfa. En el primer caso forma el corindón, ungema utilizada en joyería que puede adquirir coloración roja o azul, llamándose entonces rubí o zafiro,respetivamente. Ambas formas se pueden fabricar artificialmente.[7] y se utilizan como el medio activo para producirla inversión de población en los láser. Asimismo, la dureza del corindón permite su uso como abrasivo para pulirmetales. Los medios arcillosos con los cuales se fabrican las cerámicas son ricos en aluminosilicatos. También losvidrios participan de estos compuestos. Su alta reactividad hace que los haluros, sulfatos, hidruros de aluminio y laforma hidróxida se utilicen en diversos procesos industriales tales como mordientes, catálisis, depuración de aguas,producción de papel o curtido de cueros. Otros compuestos del aluminio se utilizan en la fabricación deexplosivos.[8]

Aluminio 6

Producción

Centavo estadounidense y trozo de aluminio. Elcentavo ha sido una moneda fabricada duranteaños en cobre. En 1974 se fabricó en aluminio,

por el valor mismo de los materiales. La monedaen aluminio fue posteriormente rechazada.

Bauxita (Hérault).

Bobina de chapa de aluminio.

El aluminio es uno de los elementos más abundantes de la cortezaterrestre (8%) y uno de los metales más caros en obtener. Laproducción anual se cifra en unos 33,1 millones de toneladas, siendoChina y Rusia los productores más destacados, con 8,7 y 3,7 millonesrespectivamente. Una parte muy importante de la producción mundiales producto del reciclaje. En 2005 suponía aproximadamente un 20%de la producción total.[9] A continuación se lista unas cifras deproducción:

Aluminio 7

Año África Américadel Norte

Américalatina

Asia Europay Rusia

Oceanía Total

1973 249 5.039 229 1.439 2.757 324 10.037

1978 336 5.409 413 1.126 3.730 414 11 428

1982 501 4.343 795 1.103 3.306 548 10.496

1987 573 4.889 1.486 927 3.462 1.273 12.604

1992 617 6.016 1.949 1.379 3.319 1.483 14.763

1997 1.106 5.930 2.116 1.910 6.613 1.804 19.479

2003 1.428 5.945 2.275 2.457 8.064 2.198 21.935

2004 1.711 5.110 2.356 2.735 8.433 2.246 22.591

Producción de aluminio en millones de toneladas. Fuente: International Aluminium Association [10]

La materia prima a partir de la cual se extrae el aluminio es la bauxita, que recibe su nombre de la localidad francesade Les Baux, donde fue extraída por primera vez. Actualmente los principales yacimientos se encuentran en elCaribe, Australia, Brasil y África porque la bauxita extraída allí se disgrega con más facilidad. Es un mineral rico enaluminio, entre un 20% y un 30% en masa, frente al 10% o 20% de los silicatos alumínicos existentes en arcillas ycarbones. Es un aglomerado de diversos compuestos que contiene caolinita, cuarzo óxidos de hierro y titania, ydonde el aluminio se presenta en varias formas hidróxidas como la gibsita Al (OH)3, la bohemita AlOOH y ladiasporita AlOOH.La obtención del aluminio se realiza en dos fases: la extracción de la alúmina a partir de la bauxita (Proceso Bayer) yla extracción del aluminio a partir de esta última mediante electrolisis. Cuatro toneladas de bauxita producen dostoneladas de alúmina y, finalmente, una de aluminio. El proceso Bayer comienza con el triturado de la bauxita y sulavado con una solución caliente de Hidróxido de sodio a alta presión y temperatura. La sosa disuelve loscompuestos del aluminio, que al encontrarse en un medio fuertemente básico, se hidratan:

Al(OH)3 + OH- + Na* → Al(OH)4- + Na*

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

Los materiales no alumínicos se separan por decantación. La solución caústica del aluminio se enfría luego pararecristalizar el hidróxido y separarlo de la sosa, que se recupera para su ulterior uso. Finalmente, se calcina elhidróxido de aluminio a temperaturas cercanas a 1000 °C, para formar la alúmina.

2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2OEl óxido de aluminio así obtenido tiene un punto de fusión muy alto (2000 °C) que hace imposible someterlo a unproceso de electrolisis. Para salvar este escollo se disuelve en un baño de criolita, obteniéndo una mezcla eutécticacon un punto de fusión de 900 °C. A continuación se procede a la electrólisis, que se realiza sumergiendo en la cubaunos electrodos de carbono (tanto el ánodo como el cátodo), dispuestos en horizontal. Cada tonelada de aluminiorequiere entre 17 y 20 MWh de energía para su obtención, y consume en el proceso 460 kg de carbono, lo quesupone entre un 25% y un 30% del precio final del producto, convirtiendo al aluminio en uno de los metales máscaros de obtener. De hecho, se están buscando procesos alternativos menos costosos que el proceso electrolítico.[11]

El aluminio obtenido tiene un pureza del 99,5% al 99,9%, siendo las impurezas de hierro y silicio principalmente.[12]

De las cubas pasa al horno donde es purificado mediante la adición de un fundente o se alea con otros metales conobjeto de obtener materiales con propiedades específicas. Después se vierte en moldes o se hacen lingotes o chapas.

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Aleaciones

Culata de motor de aleación de aluminio.

El aluminio puro es un material blando y poco resistente a la tracción.Para mejorar estas propiedades mecánicas se alea con otros elementos,principalmente magnesio, manganeso, cobre zinc y silicio, a veces seañade también titanio y cromo. La primera aleación de aluminio, elpopular duraluminio fue descubierta casualmente por el metalúrgicoalemán Alfred Wilm y su principal aleante era el cobre. Actualmentelas aleaciones de aluminio se clasifican en series, desde la 1000 a la8000, según el siguiente cuadro.

Serie Designación Aleante principal Fase principalpresente

en la aleación

Serie 1000 1XXX 99% al menos de aluminio -

Serie 2000 2XXX Cobre (Cu) Al2Cu - Al2CuMg

Serie 3000 3XXX Manganeso (Mn) Al6Mn

Serie 4000 4XXX Silicio (Si) -

Serie 5000 5XXX Magnesio (Mg) Al3Mg2

Série 6000 6XXX Magnesio (Mg) y Silicio (Si) Mg2Si

Série 7000 7XXX Zinc (Zn) MgZn2

Série 8000 8XXX Otros elementos -

Série 9000 / Sin utilizar -

Las series 2000, 6000 y 7000 son tratadas térmicamente para mejorar sus propiedas. El nivel de tratamiento sedenota mediante la letra T seguida de varias cifras, de las cuales la primera define la naturaleza del tratamiento. AsíT3 es una solución tratada térmicamente y trabajada en frío.• Serie 1000: realmente no se trata de aleaciones sino de aluminio con presencia de impurezas de hierro o aluminio,

o también pequeñas cantidades de cobre, que se utiliza para laminación en frío.• Serie 2000: el principal aleante de esta serie es el cobre, como el duraluminio o el avional. Con un tratamiento T6

adquieren una resistencia a la tracción de 442 MPa, que lo hace apto para su uso en estructuras de aviones.• Serie 3000: el principal aleante es el manganeso, que refuerza el aluminio y le da una resistencia a la tracción de

110 MPa. Se utiliza para fabricar componentes con buena mecanibilidad, es decir, con un buen comportamientofrente al mecanizado.

• Serie 4000: el principal aleante es el silicio.• Serie 5000: el principal aleante es el magnesio que alcanza una resistencia de 193 MPa después del recocido.• Serie 6000: se utilizan el silicio y el magnesio. Con un tratamiento T6 alcanza una resistencia de 290 MPa, apta

para perfiles y estructuras.• Serie 7000: el principal aleante es el zinc. Sometido a un tratamiento T6 adquiere una resistencia de 504 MPa,

apto para la fabricación de aviones.

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Extrusión

Perfiles de aluminio extruido

La extrusión es un proceso tecnológico que consiste en dar forma omoldear una masa haciéndola salir por una abertura especialmentedispuesta para conseguir perfiles de diseño complicado.[13]

Se consigue mediante la utilización de un flujo continuo de la materiaprima, generalmente productos metalúrgicos o plásticos. Las materiasprimas se someten a fusión, transporte, presión y deformación a travésde un molde según sea el perfil que se quiera obtener.

El aluminio debido a sus propiedades es uno de los metales que más se utiliza para producir variados y complicadostipos de perfiles que se usan principalmente en las construcciones de carpintería metálica. Se puede extruir tantoaluminio primario como secundario obtenido mediante reciclado.Para realizar la extrusión, la materia prima, se suministra en lingotes cilíndricos también llamados “tochos”. Elproceso de extrusión consiste en aplicar una presión al cilindro de aluminio (tocho) haciéndolo pasar por un molde(matriz), para conseguir la forma deseada. Cada tipo de perfil, posee un “molde” llamado matriz adecuado, que es elque determinará su forma.El tocho es calentado (aproximadamente a 500 °C, temperatura en que el aluminio alcanza un estado plástico) parafacilitar su paso por la matriz, y es introducido en la prensa. Luego, la base del tocho es sometida a una llama decombustión incompleta, para generar una capa fina de carbono. Esta capa evita que el émbolo de la prensa quedepegado al mismo. La prensa se cierra, y un émbolo comienza a empujar el tocho a la presión necesaria, de acuerdocon las dimensiones del perfil, obligándolo a salir por la boca de la matriz. La gran presión a la que se ve sometido elaluminio hace que este eleve su temperatura ganando en maleabilidad.Los componentes principales de una instalación de extrusión partes son, el contenedor donde se coloca el tocho paraextrusión bajo presión, el cilindro principal con pistón que prensa el material a través del contenedor, la matriz y elportamatriz.Del proceso de extrusión y temple, dependen gran parte de las características mecánicas de los perfiles, así como lacalidad en los acabados, sobre todo en los anodizados. El temple, en una aleación de aluminio, se produce por efectomecánico o térmico, creando estructuras y propiedades mecánicas características.

Acabado del extrusionadoA medida que los perfiles extrusionados van saliendo de la prensa a través de la matriz, se deslizan sobre unabancada donde se les enfría con aire o agua, en función de su tamaño y forma, así como las características de laaleación involucrada y las propiedades requeridas. Para obtener perfiles de aluminio rectos y eliminar cualquiertensión en el material, se les estira. Luego, se cortan en longitudes adecuadas y se envejecen artificialmente paralograr la resistencia apropiada. El envejecimiento se realiza en hornos a unos 200 °C y están en el horno durante unperiodo que varía entre 4 a 8 horas. Todo este proceso de realiza de forma automatizada.[14]

Temple de los perfilesLos procesos térmicos que aumentan la resistencia del aluminio. Hay dos proceso de temple que son el tratamiento térmico en solución, y el envejecimiento. El temple T5 se consigue mediante envejecimiento de los perfiles que pasan a los hornos de maduración, los cuales mantienen una determinada temperatura durante un tiempo dado. Normalmente 185 °C durante 240 minutos para las aleaciones de la familia 6060, de esta forma se consigue la precipitación del silicio con el magnesio en forma de siliciuro de magnesio (SiMg2) dentro de las dentritas de aluminio, produciéndose así el temple del material. La temperatura de salida de extrusión superior a 510 °C para las aleaciones 6060 más el correcto enfriamiento de los perfiles a 250 °C en menos de cuatro minutos, es fundamental

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para que el material adquiera sus propiedades, [15] a este material se le considera de temple 4 o T4 o tambiénconocido como sin temple.El temple es medido por Durometros, con la unidad de medida llamada Webster o grados Websters.

Fundición de piezas

Pistón de motor de aluminio fundido.

La fundición de piezas consiste fundamentalmente en llenar un moldecon la cantidad de metal fundido requerido por las dimensiones de lapieza a fundir, para que después de la solidificación, obtener la piezaque tiene el tamaño y la forma del molde.Existen tres tipos de procesos de fundición diferenciados aplicados alaluminio:• Fundición en molde de arena• Fundición en molde metálico• Fundición por presión o inyección.En el proceso de fundición con molde de arena se hace el molde enarena consolidada por una apisonado manual o mecánico alrededor deun molde, el cual es extraído antes de recibir el metal fundido. Acontinuación se vierte la colada y cuando solidifica se destruye elmolde y se granalla la pieza. Este método de fundición es normalmente elegido para la producción de:• Piezas estructurales fundidas de gran tamaño.

Pieza de fundición de una aleación de aluminio(pieza del ventilador de una aspiradora).

La fundición en molde metálico permanente llamados coquillas, sirvenpara obtener mayores producciones. En este método se vierte la coladadel metal fundido en un molde metálico permanente bajo gravedad ybajo presión centrífuga.Puede resultar caro, difícil o imposiblefundirlas por moldeo.En el método de fundición por inyección a presión se funden piezasidénticas al máximo ritmo de producción forzando el metal fundidobajo grandes presiones en los moldes metálicos.Mediante el sistema de fundición adecuado se pueden fundir piezasque puede variar desde pequeñas piezas de prótesis dental, con peso degramos, hasta los grandes bastidores de máquinas de varias toneladas,de forma variada, sencilla o complicada, que son imposibles de fabricar por otros procedimiento convencionales,como forja, laminación, etc.El proceso de fundición se puede esquematizar de la siguiente manera:• Diseño del modelo original de la pieza a fundir• Elaboración del tipo de modelo diseñado• Fusión del material a fundir• Inserción de la colada en el molde• Solidificación de la pieza• Limpieza de la superficie con procesos vibratorio o de granallado.[16]

Aluminio 11

Características de las aleaciones para fundiciónLas aleaciones de aluminio para fundición han sido desarrolladas habida cuenta de que proporcionan calidades defundición idóneas, como fluidez y capacidad de alimentación, así como valores optimizados para propiedades comoresistencia a la tensión, ductilidad y resistencia a la corrosión. Difieren bastante de las aleaciones para forja. El silicioen un rango entre el 5 al 12% es el elemento aleante más importante porque promueve un aumento de la fluidez enlos metales fundidos. En menores cantidades se añade magnesio, o cobre con el fin de aumentar la resistencia de laspiezas.[12]

Mecanizado

Centro de mecanizado CNC.

El mecanizado del aluminio y sus aleaciones en máquinas herramientasde arranque de virutas en general, es fácil y rápido y está dando paso auna nueva concepción del mecanizado denominada genéricamentemecanizado rápido. Durante el arranque de viruta, las fuerzas de corteque tienen lugar son considerablemente menores que en el caso de lasgeneradas con el acero (la fuerza necesaria para el mecanizado delaluminio es aproximadamente un 30% de la necesaria para mecanizaracero).[17] Por consiguiente, los esfuerzos sobre los útiles yherramientas así como la energía consumida en el proceso es menorpara el arranque de un volumen igual de viruta.

El concepto de mecanizado rápido se refiere al que se produce en lasmodernas máquinas herramientas de Control Numérico con cabezales potentes y robustos que les permiten girar amuchos miles de revoluciones por minuto hasta del orden de 30.000 rpm, y avances de trabajo muy grandes cuandose trata del mecanizado de materiales blandos y con mucho vaciado de viruta tal y como ocurre en la fabricación demoldes o de grandes componentes de la industria aeronáutica.El aluminio tiene unas excelentes características de conductividad térmica, lo cual es una importante ventaja, dadoque permite que el calor generado en el mecanizado se disipe con rapidez. Su baja densidad hace que las fuerzas deinercia en la piezas de aluminio giratorio (torneados) sean así mismo mucho menores que en otros materiales.Ocurre, sin embargo, que el coeficiente de fricción entre el aluminio y los metales de corte es, comparativamente conotros metales, elevado. Este hecho unido a su baja resistencia hace que se comporte como plastilina, pudiendo causarel embotamiento de los filos de corte, deteriorando la calidad de la superficie mecanizada a bajas velocidades decorte e incluso a elevadas velocidades con refrigeración insuficiente. Siempre que la refrigeración en el corte seasuficiente, hay una menor tendencia al embotamiento con aleaciones más duras, con velocidades de corte mayores ycon ángulos de desprendimiento mayores.El desarrollo del mecanizado rápido permite que muchas piezas complejas no sea necesario fundirlas previamentesino que se mecanicen a partir de unos prismas a los cuales se les realiza todo el vaciado que sea necesario.El mecanizado rápido puede representar una reducción de costes en torno al 60%. En este tipo de mecanizado rápidose torna crítico la selección de las herramientas y los parámetros de corte. La adopción del mecanizado de altavelocidad es un proceso difícil para el fabricante, ya que requiere cambios importantes en la planta, una costosainversión en maquinaria y software, además de una formación cualificada del personal.[18]

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Herramientas de corte

Fresa frontal de metal duro.

Para el mecanizado rápido que se realiza en las máquinas herramientasde Control Numérico es conveniente que se utilicen herramientasespeciales para el mecanizado del aluminio. Se distinguen de lasempleadas en el mecanizado del acero en que tienen mayores ángulosde desprendimiento y un mayor espacio para la evacuación de la viruta,así como unos rebajes para que la viruta fluya mejor. La mayoría de lasherramientas de filo múltiple como por ejemplo las fresas, tienen pocosdientes.Hay tres grandes familias de herramientas de corte para el mecanizadodel aluminio:• Acero rápido (HSS)• Metal duro (carburos metálicos) (widia)• Diamante• Las herramientas de acero rápido son apropiadas para el mecanizado de aleaciones de aluminio con bajo

contenido en silicio. Permite el uso de grandes ángulos de desprendimiento para obtener unas mejorescondiciones de corte. El acero rápido es más económico que el metal duro cuando la maquinaria de que sedispone no permite el uso de las velocidades de corte alcanzables con el carburo metálico. En el mecanizado dealuminios con elevado contenido de silicio el desgaste de este tipo de herramientas se acelera. Estas herramientasse utilizan principalmente en la industria de carpintería metálica para el mecanizado de perfiles extrusionados.

• Las herramientas de metal duro (widia) ofrecen la ventaja de una mayor duración de la herramienta. Se empleanen el mecanizado de aluminios con elevado contenido en silicio así como para los mecanizados a altasvelocidades de corte. Las fundiciones de aluminio, con la presencia de cristales de silicio de elevada durezarequieren obligatoriamente el uso de herramientas de carburo metálico. Dentro de los carburos metálicos losdistintos fabricantes tienen distintas gamas y calidades, en función de las condiciones de corte requeridas.

• Las herramientas de diamante se caracterizan por su elevada duración, incluso si se emplean en el mecanizado dealeaciones con un elevado contenido en silicio. Suelen emplearse para trabajos de mecanizado en piezas quegeneren mucha viruta.[19]

Refrigeración del mecanizadoComo lubricante de corte para el aluminio es recomendable que se utilicen productos emulsionables en agua conaditivos de lubricación específicamente formulados a tal fin que estén exentos de compuestos en base cloro y azufreLa lubricación se utiliza en operaciones de taladrado, torneado, fresado, brochado, escariado y deformación.[20]

Mecanizado por electroerosiónLas aleaciones de aluminio permiten su mecanizado por procedimientos de electroerosión que es un métodoinventado para el mecanizado de piezas complejas. No obstante, este método no es del todo adecuado para elaluminio, pues su elevada conductividad térmica reducen notablemente la velocidad de eliminación del material, yade por sí bastante lenta para este método.Se conoce como electroerosión a un proceso de mecanizado que utiliza la energía suministrada a través de descargaseléctricas entre dos electrodos para eliminar material de la pieza de trabajo, siendo ésta uno de los electrodos.[21] Alelectrodo que hace las funciones de herramienta se le suele denominar simplemente electrodo mientras que alelectrodo sobre el cual se desea llevar a cabo el arranque se le conoce como pieza de trabajo. Este sistema permiteobtener componentes con tolerancias muy ajustadas a partir de los nuevos materiales que se diseñan.

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Soldadura

Esquema de la soldadura TIG.

Los procedimientos de soldeo en aluminio pueden ser al arco eléctrico,bajo atmósfera inerte que puede ser argón, helio, por puntos o porfricción.

• Hay dos técnicas de soldadura al arco de un lado la soldadura alarco bajo atmósfera inerte con electrodo refractario o procedimientoTIG y de otro lado la soldadura al arco bajo atmósfera inerte conelectrodo consumible o procedimiento MIG.

La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo deun electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a un 2%.Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3.410 °C), acompañada de la protección del gas,la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección delarco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos. Una varilla de aportación alimenta el baño defusión. Esta técnica es muy utilizada para la soldadura de aleaciones de aluminio y se utiliza en espesorescomprendidos entre 1 y 6 mm y se puede robotizar el proceso.

Máquina de soldar por puntos.

• En el momento de ejecutar una soldadura la limpieza de laspiezas es esencial. La suciedad, aceites, restos de grasas,humedad y óxidos deben ser eliminados previamente, bien seapor medios mecánicos o químicos. Los métodos de limpiezaquímicos requieren equipos costosos para el tratamientosuperficial y no se pueden usar siempre por esta razón.

• El gas inerte que más se utiliza en la soldadura normal en lostalleres es el argón puro, puesto que es mucho más económico yrequiere menor flujo de gas. El helio se usa sólo cuando seexige mayor penetración.

• Para mantener libre de humos y gases la zona de soldadura, es aconsejable la instalación de extractores de humosy gases. La intensidad del arco es mucho mayor que en la soldadura de acero y bajo ningún concepto se debemirar al arco sin una máscara de protección adecuada.

Soldadura de aluminio por fricciónLa soldadura por fricción es un proceso de penetración completa en fase sólida, que se utiliza para unir chapas demetal, principalmente de aluminio, sin alcanzar su punto de fusión. El método está basado en el principio de obtenertemperaturas suficientemente altas para forjar dos componentes de aluminio, utilizando una herramienta giratoriaque se desplaza a lo largo de una unión a tope. Al enfriarse deja una unión en fase sólida entre las dos piezas. Lasoldadura por fricción, puede ser utilizada para unir chapas de aluminio sin material de aportación. Se consiguensoldaduras de alta calidad e integridad con muy baja distorsión, en muchos tipos de aleaciones de aluminio, inclusoaquellas consideradas de difícil soldadura por métodos de fusión convencionales.[22]

DobladoEl aluminio se presenta en el mercado en diversas formas, ya sean estas barras con diversos perfiles u hojas de varios tamaños y grosores entre otras. Cuando se trabaja con aluminio, específicamente en crear algún doblez en una hoja, o en una parte de ésta, es importante considerar la dirección del grano; esto significa que la composición en el metal, después de haber sido fabricado, ha tomado una tendencia direccional en su microestructura, mostrando así una mayor longitud hacia una dirección que hacia otra. Así es que el aluminio puede quebrarse si la dirección del grano no es considerada al crear algún doblez, o si el doblez es creado con un radio demasiado pequeño, el cual sobrepase

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la integridad elástica del tipo de aluminio.

Tratamientos protectores superficiales

Anodizado

Componentes de aluminio anodizado.

Este metal, después de extruido o decapado, para protegerse de laacción de los agentes atmosféricos, forma por sí solo una delgadapelícula de óxido de aluminio; esta capa de Al2O3, tiene un espesormás o menos regular del orden de 0,01 micras sobre la superficie demetal que le confiere unas mínimas propiedades de inoxidacción yanticorrosión.[23]

Existe un proceso químico electrolítico llamado anodizado que permiteobtener de manera artificial películas de óxido de mucho más espesor ycon mejores características de protección que las capas naturales.

El proceso de anodizado llevado a cabo en un medio sulfúrico producela oxidación del material desde la superficie hacia el interior, aumentando la capa de óxido de aluminio, conpropiedades excelentes por resistencia a los agentes químicos, dureza, baja conductividad eléctrica y estructuramolecular porosa, esta última junto con las anteriores, que permite darle una excelente terminación, que es un valordeterminante a la hora de elegir un medio de protección para este elemento.Según sea el grosor de la capa que se desee obtener existen dos procesos de anodizados:• Anodizados decorativos coloreados.• Anodizados de endurecimiento superficialLas ventajas que tiene el anodizado son:• La capa superficial de anodizado es más duradera que la capas obtenidas por pintura.• El anodizado no puede ser pelado porque forma parte del metal base.• El anodizado le da al aluminio una apariencia decorativa muy grande al permitir colorearlo en los colores que se

desee.• Al anodizado no es afectado por la luz solar y por tanto no se deteriora.Los anodizados más comerciales son los que se utilizan coloreados por motivos decorativos. Se emplean diversastécnicas de coloración tanto orgánicas como inorgánicas.Anodizado duro

Cuando se requiere mejorar de forma sensible la superficie protectora de las piezas se procede a un denominadoanodizado duro que es un tipo de anodizado donde se pueden obtener capas de alrededor de 150 micras, según elproceso y la aleación. La dureza de estas capas es comparable a la del cromo-duro, su resistencia a la abrasión y alfrotamiento es considerable.Las propiedades del anodizado duro son:• Resistencia a la abrasión: lo que permite que tenga una resistencia al desgaste superficial superior a muchos

tipos de acero• Resistencia eléctrica. La alúmina es un aislante eléctrico de calidad excelente, superior a la de la porcelana.• Resistencia química. La capa anódica protege eficazmente el metal base contra la acción de numerosos medios

agresivos.• Porosidad secundaria o apertura más o menos acusada en la entrada de los poros debido al efecto de disolución

del baño.

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Es muy importante a la hora de seleccionar el material para un anodizado duro, verificar la pieza que se vaya amecanizar y seleccionar la aleación también en función de sus características y resistencia mecánica.

Pintura

Ventanas de aluminio lacado. Habitación de lareina Isabel, Canterbury.

El proceso de pintura de protección que se da al aluminio es conocidocon el nombre de lacado y consiste en la aplicación de unrevestimiento orgánico o pintura sobre la superficie del aluminio.Existen diferentes sistemas de lacado para el aluminio

El lacado, que se aplica a los perfiles de aluminio, consiste en laaplicación electrostática de una pintura en polvo a la superficie delaluminio. Las pinturas más utilizadas son las de tipo poliéster por suscaracterísticas de la alta resistencia que ofrecen a la luz y a lacorrosión.

Los objetivos del lacado son:• Mejorar el aspecto estético y las propiedades físicas del aluminio.

El proceso de lacado, puede dividirse en tres partes:• Limpieza de las piezas• Imprimación de pintura• PolimerizadoEl proceso de lacado exige una limpieza profunda de la superficie del material, con disoluciones acuosas ácidas, paraeliminar suciedades de tipo graso. Este proceso consigue una mayor adherencia a las pinturas. Mejora la resistencia ala corrosión y a los agentes atmosféricos.La imprimación con la pintura deseada se realiza en cabinas equipadas con pistolas electrostáticas. La pintura espolvo de poliéster, siendo atraído por la superficie de la pieza que se laca. Combinando todos los parámetros de lainstalación se consiguen las capas de espesor requeridas que en los casos de carpintería metálica suele oscilar entre60/70 micras.El polimerizado se realiza en un horno de convención de aire, de acuerdo con las especificaciones de tiempo ytemperatura definidos por el fabricante de la pintura.El sistema industrial de lacado puede estar robotizado.[24]

Corrosión del aluminioEl aluminio metálico se recubre espontáneamente de una delgada capa de óxido que evita su corrosión. Sin embargo,esta capa desaparece en presencia de ácidos, particularmente del perclórico y clorhídrico; asimismo, en solucionesmuy alcalinas de hidróxido potásico (KOH) o hidróxido sódico (NaOH) ocurre una enérgica reacción. La presenciade CuCl2 o CuBr2 también destruye el óxido y hace que el aluminio se disuelva enérgicamente en agua. Conmercurio y sales de éste, el aluminio reacciona si está limpio formando una amalgama que impide su pasivación.Reacciona también enérgicamente en frío con bromo y en caliente con muchas sustancias, dependiendo de latemperatura, reduciendo a casi cualquier óxido (proceso termita). Es atacado por los haloalcanos. Las reacciones delaluminio a menudo van acompañadas de emisión de luz.[25]

No obstante, las aleaciones de aluminio se comportan bastante peor a corrosión que el aluminio puro, especialmentesi llevan tratamientos de recocido, con los que presentan problemas graves de corrosión intercristalina y bajotensiones debido a la microestructura que presentan en estos estados.

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Reciclaje. Aluminio secundario

Código de reciclaje del aluminio.

El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas, ysu recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en un facetaimportante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje delaluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere sóloun 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial.El reciclaje del aluminio fue una actividad de bajo perfil hasta finalesde los años sesenta, cuando el uso creciente del aluminio para lafabricación de latas de refrescos trajo el tema al conocimiento de laopinión pública.Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, peromantiene las mismas propiedades que el aluminio primario.La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir deproductos usados de dicho metal, los que son procesados pararecuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado.Se utilizan combustibles, fundentes y aleaciones, mientras que la remoción del magnesio se practica mediante laadición de cloro, cloruro de aluminio o compuestos orgánicos clorados.[26]

Las mejores técnicas disponibles incluyen:• Hornos de alta temperatura muy avanzados.• Alimentación libre de aceites y cloro.• Cámara de combustión secundaria con enfriamiento brusco• Adsorción con carbón activado.• Filtros de tela para eliminación de polvos.

Chatarra de Aluminio comprimida en lainstalación de Central European Waste

Management (Wels, Austria).

Durante el año 2002 se produjeron en España 243.000 toneladas dealuminio reciclado y en el conjunto de Europa occidental esta cifraascendió a 3,6 millones de toneladas.[27]

Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar unarevisión y selección de la chatarra según su análisis y metalrecuperable para poder conseguir la aleación deseada. La chatarrapreferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o sefragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte. Lapreparación de la chatarra descartando los elementos metálicos nodeseados o los inertes, llevarán a que se consiga la aleación en el hornode manera más rápida y económica.El residuo de aluminio es fácil de manejar porque es ligero, no arde yno se oxida y también es fácil de transportar. El aluminio reciclado es un material cotizado y rentable. El reciclaje dealuminio produce beneficios ya que proporciona ocupación y una fuente de ingresos para mano de obra nocualificada.[28]

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ToxicidadEste metal fue considerado durante muchos años como inocuo para los seres humanos. Debido a esta suposición sefabricaron de forma masiva utensilios de aluminio para cocinar alimentos, envases para alimentos, y papel dealuminio para el embalaje de alimentos frescos. Sin embargo, su impacto sobre los sistemas biológicos ha sido objetode mucha controversia en las décadas pasadas y una profusa investigación ha demostrado que puede producir efectosadversos en plantas, animales acuáticos y seres humanos.[29]

La exposición al aluminio por lo general no es dañina, pero la exposición a altos niveles puede causar seriosproblemas para la salud.La exposición al aluminio se produce principalmente cuando:• Se consumen medicamentos que contengan altos niveles de aluminio.• Se inhala polvo de aluminio que esté en la zona de trabajo.• Se vive donde se extrae o procesa aluminio.• Se colocan vacunas que contengan aluminio.• Se ingieren alimentos cítricos preparados sobre una superficie de aluminio.Cualquier persona puede intoxicarse con aluminio o sus derivados, pero algunas personas son más propensas adesarrollar toxicidad por aluminio.[30]

El aluminio y los suelosEn algunos suelos del planeta el aluminio tiende a concentrarse en algunos de los horizontes del perfil, otorgándolecaracterísticas muy particulares. De los 11 órdenes de suelos que se reconocen según la clasificación delDepartamento de Agricultura de los Estados Unidos, dos de ellos presentan una alta concentración de aluminio: losoxisoles, que se desarrollan en latitudes tropicales y subtropicales y los spodosoles, que se hallan en climas fríos ybajo vegetación de coníferas.[31] En este tipo de suelos el contenido en nutrientes disponibles para las plantas es bajo,sólo el magnesio puede ser abundante en algunos casos; además su elevado contenido en aluminio agrava elproblema por su toxicidad para las plantas. En las regiones tropicales y subtropicales en las que se presentan estossuelos lo habitual es que se cultiven plantas con bajas necesidades nutritivas y con fuerte resistencia al aluminio,tales como el té, el caucho y la palma de aceite.[32]

Véase también• Anodizado• Aluminosis• Aleaciones de aluminio• Aleaciones ligeras

ReferenciasLa mayoría de referencias que se citan a continuación se refieren a artículos técnicos realizados por empresasdedicadas a diferentes procesos relacionados con el aluminio, en estos enlaces el lector puede encontrar de fomamucho más desarrollada los procesos relacionados con el alumninio y sus aleaciones. También se hace referencia atrabajos realizados por diversos investigadores.[1] Tecnología automotriz.Monografías.com (http:/ / www. monografias. com/ trabajos13/ tramat/ tramat. shtml)Jesús Guevara, Carabolo,

Venezuela[2] Referido al volumen, el aluminio había sobrepasado a finales de 1930 a todos los metales no férreos, pero si se considera en masa, esto tiene

lugar hacia finales de la décadas de 1960.[3] IUPAC (en inglés) (http:/ / www. iupac. org/ index_to. html) Página web de International Union of Pure and Applied Chemistry[4] George J. Binczewski (1995). « The Point of a Monument: A History of the Aluminum Cap of the Washington Monument (http:/ / www. tms.

org/ pubs/ journals/ JOM/ 9511/ Binczewski-9511. html)». JOM 47 (11):  pp. 20- 25. .

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[5] Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Tomo 1, Aluminio. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.[6] El aluminio también es buen conductor, aunque no tanto como el cobre. Para transmitir el mismo flujo de corriente debe ser aproximadamente

un 50% más grueso. Pero, aun haciendo cables más gordos, siguen siendo más ligeros que los de cobre. (http:/ / juandelacuerva. blogspot.com/ 2008/ 02/ esos-kilitos-de-ms. html)

[7] Alúmina. Monografías.com (http:/ / www. monografias. com/ trabajos35/ alumina/ alumina. shtml) Trabajo muy extenso y documentadosobre la alúmina realizado por Francisco Castro

[8] Floculantes (http:/ / www. mtas. es/ insht/ ntp/ ntp_690. htm) NTP690: Piscinas de uso público:Peligrosidad de los productos químicos.Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales España.Redactores Asunción Freixa Blanxart, Adoración Pascual Benés Xavier Guardino Solá

[9] Informe sobre reservas mundiales de aluminio elaborado por el USGS americano (en inglés) (http:/ / minerals. usgs. gov/ minerals/ pubs/commodity/ aluminum/ alumimcs07. pdf)

[10] http:/ / www. world-aluminium. org/ Statistics/ Historical+ statistics[11] World research. Industrias de aluminio en la búsqueda de energía barata. Offnews.info (http:/ / www. offnews. info/ downloads/

industrias-aluminioPacheco. pdf) Estos procedimientos parten de arcillas ricas en aluminio en vez de partir de la bauxita.[12] William F. Smith (1998). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Madrid: Editorial Mc Graw Hill. ISBN 84-481-1429-9.[13] Vocabulario Tecnológico (http:/ / alerce. cnice. mecd. es/ ~hmartin/ Vocabularios/ vocaburesumenfin2002f. doc) Vocabulario de Tecnología

Industrial I y II H Martín 2002[14] Proceso de extrusión del aluminio Hydro aluminio La Roca (http:/ / www4. hydro. com/ extrusion/ laroca/ sp/ product/

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14-11-2007[29] Aluminio ¿culpable o inocente? (http:/ / www. quimicaviva. qb. fcen. uba. ar/ Actualizaciones/ Aluminio. htm) Revista Química Viva Vol2

Nº 1 abril de 2003. Artículo científico elaborado por Alcira Nesse, Graciela Garbossa, Gladys Pérez, Daniela Vittori, Nicolás Pregi.Laboratorio de Análisis Biológicos, Departamento de Química Biológica, facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de BuenosAires

[30] Toxicidad por aluminio. Envenenamiento por aluminio (http:/ / www. upmc. com/ HealthManagement/ ManagingYourHealth/HealthReference/ Diseases/ ?chunkiid=177911) UPMC.COM. Artículo divulgativo Última visita 14-11-2007

[31] FUNDAMENTALS OF PHYSICAL GEOGRAPHY, CHAPTER 10: Introduction to the Lithosphere, Soil Classification (http:/ / www.physicalgeography. net/ fundamentals/ 10v. html) Accedida 29-11-2007

[32] Suelos Alisoles (http:/ / www. unex. es/ edafo/ FAOInicio. htm) Accedida 29-11-2007

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Hill. ISBN 84-481-1429-9.• Sandvik Coromant (2006). Guía Técnica de Mecanizado. AB Sandvik Coromant 2005.10.• Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas.. Madrid:

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S.A.. ISBN 84-291-6011-6.

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre AluminioCommons• Precios históricos del aluminio, de acuerdo al FMI (http:/ / www. indexmundi. com/ es/ precios-de-mercado/

?mercancia=aluminio& meses=300)• Origen de la industria del Aluminio (http:/ / www. empresas. ws/ origen-de-la-industria-del-aluminio. html)• ATSDR en Español - ToxFAQs™: Aluminio (http:/ / www. atsdr. cdc. gov/ es/ toxfaqs/ es_tfacts22. html)• ATSDR en Español - Resumen de Salud Pública: Aluminio (http:/ / www. atsdr. cdc. gov/ es/ phs/ es_phs22.

html)• Aluportal - El portal del aluminio (http:/ / www. aluportal. com/ )• Portal del Hierro y Aluminio (http:/ / www. hierroyaluminio. com/ )• Toxicidad por aluminio (http:/ / www. upmc. com/ HealthManagement/ ManagingYourHealth/ HealthReference/

Diseases/ ?chunkiid=177911)

Acero 20

Acero

Prensas en acerías.

Acerías.

Acero es la denominación que comúnmente se le da en ingenieríametalúrgica a una aleación de hierro con una cantidad de carbonovariable entre el 0,1 y el 2,1% en peso de su composición, aunquenormalmente estos valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%. Si laaleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% seproducen fundiciones que, en oposición al acero, son quebradizas y noes posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metalrelativamente duro y tenaz, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, contemperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C. Porsu parte, el carbono es un no metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å),blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en laforma de diamante). La difusión de este elemento en la estructuracristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en diámetrosatómicos.

El acero conserva las características metálicas del hierro en estadopuro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicoscomo no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas.

Existen muchos tipos de acero en función del o los elementos aleantesque estén presentes. La definición en porcentaje de carbonocorresponde a los aceros al carbono, en los cuales este no metal es elúnico aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Otrascomposiciones específicas reciben denominaciones particulares enfunción de múltiples variables como por ejemplo los elementos quepredominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidada ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característicapotenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones dehierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado ladefinición de los comunes o "al carbono" que además de ser los primeros fabricados y los más empleados,[1]

sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como «uncompuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».[2]

Los dos componentes principales del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza, lo que favorece suproducción a gran escala. Esta variedad y disponibilidad[3] lo hace apto para numerosos usos como la construcciónde maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas, contribuyendo al desarrollo tecnológico de las sociedadesindustrializadas.[4] A pesar de ello existen sectores que no utilizan acero (como la construcción aeronáutica), debidoa su densidad (7.850 kg/m³ de densidad en comparación a los 2.700 kg/m³ del aluminio, por ejemplo).

Acero 21

Historia

Histórico horno Bessemer.

Se desconoce la fecha exacta en que se descubrió la técnica paraobtener hierro a partir de la fusión de minerales para producir un metal.Sin embargo, los primeros restos arqueológicos de utensilios de hierrodatan del 3000 a. C. y fueron descubiertos en Egipto, aunque hayvestigios de adornos anteriores.

El acero era conocido en la antigüedad, y quizá pudo haber sidoproducido por el método de boomery —fundición de hierro y susóxidos en una chimenea de piedra u otros materiales naturalesresistentes al calor, y en el cual se sopla aire— para que su producto,una masa porosa de hierro (bloom) contuviese carbón.[5]

Algunos de los primeros aceros provienen del este de África, cerca de1400 a. C.[6]

En el siglo IV a. C. se produjeron armas como la falcata en lapenínsula Ibérica.

Durante la dinastía Han de China, entre el 202 a. C. y el 220 d. C., creóacero al derretir hierro forjado junto con hierro fundido, en torno alsiglo I a. C.[7] [8] También adoptaron los métodos de producción para lacreación de acero wootz, una idea importada de India a China hacia elsiglo V[9]

El acero wootz fue producido en India y en Sri Lanka desde aproximadamente el año 300 a. C. Este tempranométodo utilizaba un horno de viento, soplado por los monzones.[10]

El acero wootz o acero Damasco es famoso por su durabilidad y capacidad de mantener un filo. Originalmente fuecreado de un número diferente de materiales, incluyendo trazas de otros elementos en concentraciones menores a1.000 partes por millón o 0,1% de la composición de la roca. Era esencialmente una complicada aleación con hierrocomo su principal componente. Estudios recientes han sugerido que en su estructura se incluían nanotubos decarbono, lo que quizá explique algunas de sus cualidades legendarias; aunque teniendo en cuenta la tecnologíadisponible en ese momento fueron probablemente producidos más por casualidad que por diseño.[11]

El acero de crisol (Crucible steel) —basado en distintas técnicas de producir aleaciones de acero empleando calorlento y enfriando hierro puro y carbón— fue producido en Merv entre el siglo IX y el siglo X.En China, bajo la dinastía Song del siglo XI, hay evidencia de la producción de acero empleando dos técnicas: unade un método "berganesco" que producía un acero de calidad inferior por no ser homogéneo, y un precursor delmoderno método Bessemer el cual utilizaba una descarbonización a través de repetidos forjados bajo abruptosenfriamientos (cold blast).[12]

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Grabado que muestra el trabajo en una fragua enla Edad Media.

El hierro para uso industrial fue descubierto hacia el año 1500 a. C., enMedzamor, cerca de Ereván, capital de Armenia y del monte Ararat.[13]

La tecnología del hierro se mantuvo mucho tiempo en secreto,difundiéndose extensamente hacia el año 1200 a. C.

Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierroforjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días,con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse enacero auténtico.

Las características conferidas por la templabilidad no consta que fueranconocidas hasta la Edad Media, y hasta el año 1740 no se produjo loque hoy día denominamos acero.

Los métodos antiguos para la fabricación del acero consistían enobtener hierro dulce en el horno, con carbón vegetal y tiro de aire. Unaposterior expulsión de las escorias por martilleo y carburación delhierro dulce para cementarlo. Luego se perfeccionó la cementaciónfundiendo el acero cementado en crisoles de arcilla y en Sheffield(Inglaterra) se obtuvieron, a partir de 1740, aceros de crisol.[4]

Fue Benjamin Huntsman el que desarrolló un procedimiento parafundir hierro forjado con carbono, obteniendo de esta forma el primeracero conocido.

En 1856, Sir Henry Bessemer, hizo posible la fabricación de acero en grandes cantidades, pero su procedimiento hacaído en desuso, porque solo podía utilizar hierro que contuviese fósforo y azufre en pequeñas proporciones.

En 1857, Carl Wilhelm Siemens ideó otro procedimiento de fabricación industrial del acero, que en la actualidad hacaído en desuso, el procedimiento Martin-Siemens, por descarburación de la fundición de hierro dulce y óxido dehierro, calentando con aceite, gas de coque, o una mezcla de gas de alto horno y de coque. Siemens habíaexperimentado en 1878 con la electricidad para calentar los hornos de acero, pero fue el metalúrgico francés PaulHéroult —coinventor del método moderno para fundir aluminio— quien inició en 1902 la producción comercial delacero en hornos eléctricos a arco.

El método de Héroult consiste en introducir en el horno chatarra de acero de composición conocida haciendo saltarun arco eléctrico entre la chatarra y unos grandes electrodos de carbono situados en el techo del horno.

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Estructura de acero de la Torre Eifel.

En 1948 se inventa el proceso del oxígeno básico L-D. Tras lasegunda guerra mundial se iniciaron experimentos en varios paísescon oxígeno puro en lugar de aire para los procesos de refinado delacero. El éxito se logró en Austria en 1948, cuando una fábrica deacero situada cerca de la ciudad de Linz, Donawitz desarrolló elproceso del oxígeno básico o L-D.

En 1950 se inventa el proceso de colada continua que se usa cuandose requiere producir perfiles laminados de acero de sección constantey en grandes cantidades. El proceso consiste en colocar un moldecon la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con unaválvula puede ir dosificando material fundido al molde. Porgravedad el material fundido pasa por el molde, el que está enfriadopor un sistema de agua, al pasar el material fundido por el molde fríose convierte en pastoso y adquiere la forma del molde.Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillosque al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema.Una vez conformado el material con la forma necesaria y con lalongitud adecuada el material se corta y almacena.

En la actualidad se utilizan algunos metales y metaloides en formade ferroaleaciones, que, unidos al acero, le proporcionan excelentes

cualidades de dureza y resistencia.[14]

Actualmente, el proceso de fabricación del acero, se completa mediante la llamada metalurgia secundaria. En estaetapa, se otorgan al acero líquido las propiedades químicas, temperatura, contenido de gases, nivel de inclusiones eimpurezas deseados. La unidad más común de metalurgia secundaria es el horno cuchara. El acero aquí producidoestá listo para ser posteriormente colado, en forma convencional o en colada continua.

Puente fabricado en acero.

El uso intensivo que tiene y ha tenido el acero para la construcción deestructuras metálicas ha conocido grandes éxitos y rotundos fracasosque al menos han permitido el avance de la ciencia de materiales. Así,el 7 de noviembre de 1940 el mundo asistió al colapso del puenteTacoma Narrows al entrar en resonancia con el viento. Ya durante losprimeros años de la Revolución industrial se produjeron roturasprematuras de ejes de ferrocarril que llevaron a William Rankine apostular la fatiga de materiales y durante la Segunda Guerra Mundialse produjeron algunos hundimientos imprevistos de los carguerosestadounidenses Liberty al fragilizarse el acero por el mero descensode la temperatura,[15] problema inicialmente achacado a las soldaduras.

En muchas regiones del mundo, el acero es de gran importancia para la dinámica de la población, industria ycomercio.

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Características mecánicas y tecnológicas del acero

Representación de la inestabilidad lateral bajo laacción de una fuerza ejercida sobre una viga de

acero.

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas delacero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y losdiversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los quepueden conseguirse aceros con combinaciones de característicasadecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunaspropiedades genéricas:• Su densidad media es de 7850 kg/m³.• En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o

fundir.• El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los

porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, elhierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sinembargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general latemperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otrosaleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a1.650 °C.[16]

• Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.[17]

• Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.• Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.• Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre

0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.• Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.• Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite

elástico.• La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros

procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable aaceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la piezaque evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en lasherramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo,wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell,entre otros.

• Se puede soldar con facilidad.• La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su

volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume lapieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficialesdiversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción«corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.

• Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de[18] 3 · 106

S/m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de aceroproporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres yoptimizar el coste de la instalación.

• Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro

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conocida como austenita no es atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel ycromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción.

• Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Esteaumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, quepara el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no seplantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por elresto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. Elacero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón,por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que sedenomina hormigón armado.[19] El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero suspropiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que puedenalcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

Normalización de las diferentes clases de acero

Llave de acero aleado para herramientas o aceroal cromo-vanadio.

Como existe una variedad muy grande de clases de acero diferentesque se pueden producir en función de los elementos aleantes queconstituyan la aleación, se ha impuesto, en cada país, en cadafabricante de acero, y en muchos casos en los mayores consumidoresde aceros, unas Normas que regulan la composición de los aceros y lasprestaciones de los mismos.Por ejemplo en España actualmente están regulados por la norma UNE-EN 10020:2001 y antiguamente estabanreguladas por la norma UNE-36010, ambas editadas por AENOR.[20]

Existen otras normas reguladoras del acero, como la clasificación de AISI (de hace 70 años, y de uso mucho másextenso internacionalmente), ASTM, DIN, o la ISO 3506.Véase también: UNE-36010

Formación del acero. Diagrama hierro-carbono (Fe-C)

Fases de la aleación de hierro-carbono

Austenita (hierro-ɣ. duro)Ferrita (hierro-α. blando)Cementita (carburo de hierro. Fe3C)Perlita (88% ferrita, 12% cementita)Ledeburita (ferrita - cementita eutectica, 4.3% carbón)BainitaMartensita

Tipos de acero

Acero al carbono (0,03-2.1% C)Acero corten (para intemperie)Acero inoxidable (aleado con cromo)Acero microaleado («HSLA», baja aleación altaresistencia)Acero rápido (muy duro, tratamiento térmico)

Otras aleaciones Fe-C

Hierro dulce (prácticamente sin carbón)Fundición (>2.1% C)Fundición dúctil (grafito esferoidal)

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En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbonocon la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente demodo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtieneexperimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivastransformaciones— por métodos diversos.

MicroconstituyentesEl hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la ambiente:• Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibe la

denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de lasaleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la quepierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono.

• Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC) y recibe la denominación dehierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y esparamagnética.

• Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe la denominación dehierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.

A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.Si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de ésteúltimo; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuestoquímico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidosrealmente por ferrita y cementita.

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Transformación de la austenita

Zona de los aceros (hasta 2% de carbono) del diagrama de equilibrio metaestablehierro-carbono. Dado que en los aceros el carbono se encuentra formando carburo

de hierro se han incluido en abscisas las escalas de los porcentajes en peso decarbono y de carburo de hierro (en azul).

El diagrama de fases Fe-C muestra doscomposiciones singulares:• Un eutéctico (composición para la cual el

punto de fusión es mínimo) que sedenomina ledeburita y contiene un 4,3%de carbono (64,5 % de cementita). Laledeburita aparece entre losconstituyentes de la aleación cuando elcontenido en carbono supera el 2%(región del diagrama no mostrada) y es laresponsable de la mala forjabilidad de laaleación marcando la frontera entre losaceros con menos del 2% de C (forjables)y las fundiciones con porcentajes decarbono superiores (no forjables yfabricadas por moldeo). De este modo seobserva que por encima de la temperaturacrítica A3

[21] los aceros estánconstituidos sólo por austenita, unasolución sólida de carbono en hierro γ ysu microestructura en condiciones deenfriamiento lento dependerá por tanto delas transformaciones que sufra ésta.

• Un eutectoide en la zona de los aceros,equivalente al eutéctico pero en estadosólido, donde la temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene un 0,77 %C(13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo suspropiedades mecánicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita.

La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero:• Aceros hipoeutectoides (< 0,77% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica A3 comienza a precipitar la

ferrita entre los granos (cristales) de austenita y al alcanzar la temperatura crítica A1 la austenita restante setransforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura ambiente una estructura de cristales de perlita embebidosen una matriz de ferrita.

• Aceros hipereutectoides (>0,77% C). Al enfriarse por encima de la temperatura crítica se precipita el carburo dehierro resultando a temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz de cementita.

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Otros microconstituyentesLas texturas básicas descritas (perlíticas) son las obtenidas enfriando lentamente aceros al carbono, sin embargomodificando las condiciones de enfriamiento (base de los tratamientos térmicos) es posible obtener estructurascristalinas diferentes:• La martensita es el constituyente típico de los aceros templados y se obtiene de forma casi instantánea al enfriar

rápidamente la austenita. Es una solución sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor esel carbono, a la sustitución de la estructura cúbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Trasla cementita (y los carburos de otros metales) es el constituyente más duro de los aceros.

• Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita, estructura similar a la perlita formada por agujasde ferrita y cementita pero de mayor ductilidad y resistencia que aquélla.

• También se puede obtener austenita por enfriamiento rápido de aleaciones con elementos gammágenos (quefavorecen la estabilidad del hierro γ) como el níquel y el manganeso, tal es el caso por ejemplo de los acerosinoxidables austeníticos.

Antaño se identificaron también la sorbita y la troostita que han resultado ser en realidad perlitas de muy pequeñadistancia interlaminar por lo que dichas denominaciones han caído en desuso.

Otros elementos en el acero

Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleaciónLas clasificaciones normalizadas de aceros como la AISI, ASTM y UNS, establecen valores mínimos o máximospara cada tipo de elemento. Estos elementos se agregan para obtener unas características determinadas comotemplabilidad, resistencia mecánica, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, soldabilidad o maquinabilidad.[22] Acontinuación se listan algunos de los efectos de los elementos aleantes en el acero:[23] [24]

• Aluminio: se usa en algunos aceros de nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza en concentraciones cercanas al 1%y en porcentajes inferiores al 0,008% como desoxidante en aceros de alta aleación.

• Boro: en muy pequeñas cantidades (del 0,001 al 0,006%) aumenta la templabilidad sin reducir la maquinabilidad,pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro. Es usado en acerosde baja aleación en aplicaciones como cuchillas de arado y alambres de alta ductilidad y dureza superficial.Utilizado también como trampa de nitrógeno, especialmente en aceros para trefilación, para obtener valores de Nmenores a 80 ppm.

Acería. Nótese la tonalidad del vertido.

• Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora laresistencia y la dureza en caliente. Es un elemento poco habitual enlos aceros. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros. Seusa en los aceros rápidos para herramientas y en aceros refractarios.

• Cromo: Forma carburos muy duros y comunica al acero mayordureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo oaleado con otros elementos, mejora la resistencia a la corrosión.Aumenta la profundidad de penetración del endurecimiento portratamiento termoquímico como la carburación o la nitruración. Seusa en aceros inoxidables, aceros para herramientas y refractarios.También se utiliza en revestimientos embellecedores orecubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc.

• Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, asícomo su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a lacorrosión.

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• Nitrógeno: se agrega a algunos aceros para promover la formación de austenita.• Níquel: Es el principal formador de austenita, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El níquel se

utiliza mucho para producir acero inoxidable, porque aumenta la resistencia a la corrosión.• Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos glóbulos, como si

estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado,taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0,15% y 0,30% debiendolimitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0,5% debido a que dificulta el templado y disminuye latenacidad en caliente. Se añade a algunos aceros para mejorar mucho la maquinabilidad.

• Silicio: aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante. Aumenta la resistencia delos aceros bajos en carbono.

• Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero, mantiene estables las propiedades del acero a altatemperatura.

• Tungsteno: también conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejos estables ydurísimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros rápidos con losque es posible triplicar la velocidad de corte de los aceros al carbono para herramientas.

• Vanadio: posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro, que proporcionan alacero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para herramientas.

Impurezas en el aceroSe denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composición de los aceros. Se encuentran en losaceros y también en las fundiciones como consecuencia de que están presentes en los minerales o los combustibles.Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleación. Enlos casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidadesmínimas.• Azufre: límite máximo aproximado: 0,04%. El azufre con el hierro forma sulfuro, el que, conjuntamente con la

austenita, da lugar a un eutéctico cuyo punto de fusión es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano.Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutéctico se encuentra en estadolíquido, lo que provoca el desgranamiento del material.

Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso tiene mayor afinidadpor el azufre que el hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusión y buenaspropiedades plásticas. El contenido de Mn debe ser aproximadamente cinco veces la concentración de S paraque se produzca la reacción.El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundición menos porosa, y por lo tanto demayor calidad.Aunque se considera un elemento perjudicial, su presencia es positiva para mejorar la maquinabilidad en losprocesos de mecanizado. Cuando el porcentaje de azufre es alto puede causar poros en la soldadura.

• Fósforo: límite máximo aproximado: 0,04%. El fósforo resulta perjudicial, ya sea al disolverse en la ferrita, puesdisminuye la ductilidad, como también por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con laaustenita y la cementita, forma un eutéctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente frágil y poseepunto de fusión relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitiéndole al material sufragilidad.

Aunque se considera un elemento perjudicial en los aceros, porque reduce la ductilidad y la tenacidad,haciéndolo quebradizo, a veces se agrega para aumentar la resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad.

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DesgasteEs la degradación física (pérdida o ganancia de material, aparición de grietas, deformación plástica, cambiosestrucuturales como transformación de fase o recristalización, fenómenos de corrosión, etc.) debido al movimientoentre la superficie de un material sólido y uno o varios elementos de contacto.

Tratamientos del acero

Tratamientos superficialesDebido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la atmósfera o con el agua, esnecesario y conveniente proteger la superficie de los componentes de acero para protegerles de la oxidación ycorrosión. Muchos tratamientos superficiales están muy relacionados con aspectos embellecedores y decorativos delos metales.Los tratamientos superficiales más usados son los siguientes:• Cincado: tratamiento superficial antioxidante por proceso electrolítico o mecánico al que se somete a diferentes

componentes metálicos.• Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la oxidación y embellecer.• Galvanizado: tratamiento superficial que se da a la chapa de acero.• Niquelado: baño de níquel con el que se protege un metal de la oxidación.• Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas de acero, como la tornillería.• Pintura: usado especialmente en estructuras, automóviles, barcos, etc.

Tratamientos térmicos

Rodamiento de acero templado.

Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentarsignificativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad yresistencia mecánica del acero. Los tratamientos térmicos cambian lamicroestructura del material, con lo que las propiedades macroscópicas delacero también son alteradas.

Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en sucomposición química son:• Temple• Revenido• Recocido• NormalizadoLos tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que,además de los cambios en la estructura del acero, también se producencambios en la composición química de la capa superficial, añadiendodiferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estostratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controladosen atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estostratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir elrozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga oaumentar la resistencia a la corrosión.

• Cementación (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica,

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obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste ybuena tenacidad en el núcleo.

• Nitruración (N): al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida,incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturascomprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.

• Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro,carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.

• Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, perocon hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el procesose requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.

• Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metalpor calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.

Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento térmico del acero se encuentran la temperatura y eltiempo durante el que se expone a dichas condiciones al material. Otro factor determinante es la forma en la que elacero vuelve a la temperatura ambiente. El enfriamiento del proceso puede incluir su inmersión en aceite o el uso delaire como refrigerante.El método del tratamiento térmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero tome sus propiedadescomerciales.Según ese método, en algunos sistemas de clasificación, se le asigna un prefijo indicativo del tipo. Por ejemplo, elacero O-1, o A2, A6 (o S7) donde la letra "O" es indicativo del uso de aceite (del inglés: oil quenched), y "A" es lainicial de aire; el prefijo "S" es indicativo que el acero ha sido tratado y considerado resistente al golpeo (Shockresistant).

Mecanizado del acero

Acero laminadoEl acero que se utiliza para la construcción de estructuras metálicas y obras públicas, se obtiene a través de lalaminación de acero en una serie de perfiles normalizados.El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que permitala deformación del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros apresión llamado tren de laminación. Estos cilindros van formando el perfil deseado hasta conseguir las medidas quese requieran. Las dimensiones de las secciones conseguidas de esta forma no se ajustan a las tolerancias requeridas ypor eso muchas veces los productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para ajustar susdimensiones a la tolerancia requerida.

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Acero forjado

Biela motor de aceroforjado.

La forja es el proceso que modifica la forma de los metales por deformación plásticacuando se somete al acero a una presión o a una serie continuada de impactos. La forjageneralmente se realiza a altas temperaturas porque así se mejora la calidad metalúrgicay las propiedades mecánicas del acero.

El sentido de la forja de piezas de acero es reducir al máximo posible la cantidad dematerial que debe eliminarse de las piezas en sus procesos de mecanizado. En la forjapor estampación la fluencia del material queda limitada a la cavidad de la estampa,compuesta por dos matrices que tienen grabada la forma de la pieza que se deseaconseguir.

Acero corrugado

El acero corrugado es una clase de acero laminado usado especialmente enconstrucción, para emplearlo en hormigón armado. Se trata de barras de acero quepresentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón. Está dotadode una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y doblar no sufra daños, ytiene una gran soldabilidad, todo ello para que estas operaciones resulten más seguras ycon un menor gasto energético.

Malla de acero corrugado.

Las barras de acero corrugado, están normalizadas. Por ejemplo enEspaña las regulan las normas (UNE 36068:1994- UNE 36065:2000–UNE36811:1998)

Las barras de acero corrugados se producen en una gama de diámetrosque van de 6 a 40 mm, en la que se cita la sección en cm² que cadabarra tiene así como su peso en kg. Las barras inferiores o iguales a 16mm de diámetro se pueden suministrar en barras o rollos, paradiámetros superiores a 16 siempre se suministran en forma de barras.Las barras de producto corrugado tienen unas características técnicasque deben cumplir, para asegurar el cálculo correspondiente de lasestructuras de hormigón armado. Entre las características técnicasdestacan las siguientes, todas ellas se determinan mediante el ensayode tracción:

• Límite elástico Re (Mpa)• Carga unitaria de rotura o resistencia a la tracción Rm (MPa)• Alargamiento de rotura A5 (%)• Alargamiento bajo carga máxima Agt (%)• Relación entre cargas Rm/Re

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Estampado del acero

Puerta automóvil troquelada y estampada.

La estampación del acero consiste en un proceso de mecanizado sinarranque de viruta donde a la plancha de acero se la somete por mediode prensas adecuadas a procesos de embutición y estampación para laconsecución de determinadas piezas metálicas. Para ello en las prensasse colocan los moldes adecuados.

Troquelación del acero

La troquelación del acero consiste en un proceso de mecanizado sinarranque de viruta donde se perforan todo tipo de agujeros en laplancha de acero por medio de prensas de impactos donde tienencolocados sus respectivos troqueles y matrices.

Mecanizado blando

Torno paralelo moderno.

Las piezas de acero permiten mecanizarse en procesos de arranquede virutas en máquinas-herramientas (taladro, torno, fresadora,centros de mecanizado CNC, etc.) luego endurecerlas portratamiento térmico y terminar los mecanizados por procedimientosabrasivos en los diferentes tipos de rectificadoras que existen.

Rectificado

El proceso de rectificado permite obtener muy buenas calidades deacabado superficial y medidas con tolerancias muy estrechas, queson muy beneficiosas para la construcción de maquinaria y equiposde calidad. Pero el tamaño de la pieza y la capacidad dedesplazamiento de la rectificadora pueden presentar un obstáculo.

Mecanizado duroEn ocasiones especiales, el tratamiento térmico del acero puede llevarse a cabo antes del mecanizado en procesos dearranque de virutas, dependiendo del tipo de acero y los requerimientos que deben ser observados para determinadapieza. Con esto, se debe tomar en cuenta que las herramientas necesarias para dichos trabajos deben ser muy fuertespor llegar a sufrir desgaste apresurado en su vida útil. Estas ocasiones peculiares, se pueden presentar cuando lastolerancias de fabricación son tan estrechas que no se permita la inducción de calor en tratamiento por llegar a alterarla geometría del trabajo, o también por causa de la misma composición del lote del material (por ejemplo, las piezasse están encogiendo mucho por ser tratadas). En ocasiones es preferible el mecanizado después del tratamientotérmico, ya que la estabilidad óptima del material ha sido alcanzada y, dependiendo de la composición y eltratamiento, el mismo proceso de mecanizado no es mucho más difícil.

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Mecanizado por descarga eléctricaEn algunos procesos de fabricación que se basan en la descarga eléctrica con el uso de electrodos, la dureza del acerono hace una diferencia notable.

Taladrado profundoEn muchas situaciones, la dureza del acero es determinante para un resultado exitoso, como por ejemplo en eltaladrado profundo al procurar que un agujero mantenga su posición referente al eje de rotación de la broca decarburo. O por ejemplo, si el acero ha sido endurecido por ser tratado térmicamente y por otro siguiente tratamientotérmico se ha suavizado, la consistencia puede ser demasiado suave para beneficiar el proceso, puesto que latrayectoria de la broca tenderá a desviarse.

DobladoEl doblado del acero que ha sido tratado térmicamente no es muy recomendable pues el proceso de doblado en fríodel material endurecido es más difícil y el material muy probablemente se haya tornado demasiado quebradizo paraser doblado; el proceso de doblado empleando antorchas u otros métodos para aplicar calor tampoco esrecomendable puesto que al volver a aplicar calor al metal duro, la integridad de este cambia y puede sercomprometida.

Armadura para un pilar de sección circular.

Perfiles de acero

Para su uso en construcción, el acero se distribuye en perfiles metálicos,siendo éstos de diferentes características según su forma y dimensiones ydebiéndose usar específicamente para una función concreta, ya sean vigaso pilares.

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Aplicaciones

Bobina de cable de acero trenzado.

El acero en sus distintas clases está presente de forma abrumadora ennuestra vida cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equiposmecánicos y formando parte de electrodomésticos y maquinaria engeneral así como en las estructuras de las viviendas que habitamos y enla gran mayoría de los edificios modernos. En este contexto existe laversión moderna de perfiles de acero denominada Metalcón.

Los fabricantes de medios de transporte de mercancías (camiones) ylos de maquinaria agrícola son grandes consumidores de acero.

También son grandes consumidores de acero las actividadesconstructoras de índole ferroviario desde la construcción deinfraestructuras viarias así como la fabricación de todo tipo de materialrodante.

Otro tanto cabe decir de la industria fabricante de armamento,especialmente la dedicada a construir armamento pesado, vehículosblindados y acorazados.

También consumen mucho acero los grandes astilleros constructores de barcos especialmente petroleros, y gasistas uotros buques cisternas.

Como consumidores destacados de acero cabe citar a los fabricantes de automóviles porque muchos de suscomponentes significativos son de acero.A modo de ejemplo cabe citar los siguientes componentes del automóvil que son de acero:• Son de acero forjado entre otros componentes: cigüeñal, bielas, piñones, ejes de transmisión de caja de

velocidades y brazos de articulación de la dirección.• De chapa de estampación son las puertas y demás componentes de la carrocería.• De acero laminado son los perfiles que conforman el bastidor.• Son de acero todos los muelles que incorporan como por ejemplo; muelles de válvulas, de asientos, de prensa

embrague, de amortiguadores, etc.• De acero de gran calidad son todos los rodamientos que montan los automóviles.• De chapa troquelada son las llantas de las ruedas, excepto las de alta gama que son de aleaciones de aluminio.• De acero son todos los tornillos y tuercas.Cabe destacar que cuando el automóvil pasa a desguace por su antigüedad y deterioro se separan todas las piezas deacero, son convertidas en chatarra y son reciclados de nuevo en acero mediante hornos eléctricos y trenes delaminación o piezas de fundición de hierro.

Acero 36

Ensayos mecánicos del acero

Durómetro.

Curva del ensayo de tracción.

Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta ouna máquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener losmateriales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y,además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos térmicos, seestablecen una serie de ensayos mecánicos para verificar principalmente ladureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estarsometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietasinternas en el material, lo cual afecta directamente al material pues se puedenproducir fracturas o roturas.Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros nodestructivos.Todos los aceros tienen estandarizados los valores de referencia de cada tipode ensayo al que se le somete.[25]

Ensayos no destructivos

Los ensayos no destructivos son los siguientes:• Ensayo microscópico y rugosidad superficial. Microscopios y

rugosímetros.• Ensayos por ultrasonidos.• Ensayos por líquidos penetrantes.• Ensayos por partículas magnéticas.• Ensayo de dureza (Brinell, Rockwell, Vickers). Mediante durómetros.

Ensayos destructivos

Los ensayos destructivos son los siguientes:• Ensayo de tracción con probeta normalizada.• Ensayo de resiliencia.• Ensayo de compresión con probeta normalizada.• Ensayo de cizallamiento.• Ensayo de flexión.• Ensayo de torsión.• Ensayo de plegado.• Ensayo de fatiga.

Producción y consumo de acero

Evolución del consumo mundial de acero (2005)El consumo mundial de productos de acero acabados en 2005 registró un aumento de aproximadamente un 6% y supera actualmente los mil millones de toneladas. La evolución del consumo resulta sumamente dispar entre las principales regiones geográficas. China registró un incremento del consumo aparente del 23% y representa en la actualidad prácticamente un 32% de la demanda mundial de acero. En el resto, tras un año 2004 marcado por un significativo aumento de los stocks motivado por las previsiones de incremento de precios, el ejercicio 2005 se caracterizó por un fenómeno de reducción de stocks, registrándose la siguiente evolución: -6% en Europa (UE25),

Acero 37

-7% en Norteamérica, 0% en Sudamérica, +5% en CEI, +5% en Asia (excluida China), +3% en Oriente Medio.[26]

Producción mundial de acero (2005)Véase también: Anexo:Producción de acero por país

La producción mundial de acero bruto en 2005 ascendió a 1.129,4 millones de toneladas, lo que supone unincremento del 5,9% con respecto a 2004. Esa evolución resultó dispar en las diferentes regiones geográficas. Elaumento registrado se debe fundamentalmente a las empresas siderúrgicas chinas, cuya producción se incrementó enun 24,6%, situándose en 349,4 millones de toneladas, lo que representa el 31% de la producción mundial, frente al26,3% en 2004. Se observó asimismo un incremento en India (+16,7%). La contribución japonesa se ha mantenidoestable. Asia en conjunto produce actualmente la mitad del acero mundial. Minetras que el volumen de producciónde las empresas siderúrgicas europeas y norteamericanas se redujo en un 3,6% y un 5,3% respectivamente.La distribución de la producción de acero en 2005 fue la siguiente según cifras estimadas por el International Ironand Steel Institute (IISI) en enero de 2006:[26]

Europa

• UE-27• CEI

331186113

Norteamérica y Centroamérica

• EE. UU.

13499,7

Sudamérica

• Brasil

4532,9

Asia

• China• Japón

508280112

Resto del mundo 39,3

Datos en millones de toneladas

Principales fabricantes mundiales de acero«World Steel Dynamics»[27] calificó trece siderúrgicas como «Compañías Acereras de Clase Mundial», de un totalconsiderado de 70 compañías. Las trece mejores catalogadas son las siguientes:

• Grupo Celsa• Nucor

• Corus• Gerdau• Baosteel

• U.S. Steel• ArcelorMittal• ThyssenKrupp

• Severstal• China Steel• Nippon Steel

• Tata Steel• Posco• CAP Compañía de Acero del pacífico

Acero 38

Reciclaje del acero

Compactos de chatarra en las instalaciones delCentral European Waste Management en Wels,

Austria.

Todos los metales, y el acero entre ellos, tienen una propiedad quedesde el punto de vista medioambiental es muy buena: pueden serreciclados. De esta manera todas las máquinas, estructuras, barcos,automóviles, trenes, etc., se pueden desguazar al final de su vida útil yse separan los diferentes materiales que los componen, originando unosdesechos seleccionados que se conocen con el nombre de chatarra.

Esta chatarra se prensa y se hacen grandes bloques compactos en laszonas de desguace que se envían nuevamente a las acerías, donde seconsiguen nuevos productos siderúrgicos, tanto aceros comofundiciones. Se estima que la chatarra reciclada cubre el 40% de lasnecesidades mundiales de acero (cifra de 2006).

Colada continua de una acería.

En todo el proceso de reciclado hayque respetar las normas sobreprevención de riesgos laborales y lasde carácter medioambiental. Al sermuy alto el consumo de electricidad, elfuncionamiento del horno de fundirdebe programarse hacerse cuando lademanda de electricidad es menor. Por

otro lado, en la entrada de los camiones que transportan la chatarra a las industrias de reciclaje tiene que haberdetectores de radioactividad, así como en diferentes fases del proceso.

El comercio de chatarra es un buen negocio que suministra materiales de segunda mano para su reutilización oreciclaje. La chatarra es un recurso importante, sobre todo porque recorta el gasto de materias primas y el de energíaempleado en procesos como la fabricación del acero.En el año 2006, debido al gran auge y gran demanda en el proceso constructivo en edificación, el precio del acero seestá incrementando considerablemente, suponiendo el coste de la chatarra de acero un 20% del precio de mercado.Como precaución general en el manejo de chatarra hay que tomar las medidas oportunas para no sufrir cortes queprovoquen heridas, ya que es altamente infecciosa, produciendo la infección del tétanos, por eso el personal quemaneja chatarra debe estar siempre vacunado contra esta infección y así no sufrir los daños provocados por los cortesque pueda sufrir. Cualquier persona que sufra un corte con un elemento de acero, debe acudir a un Centro Médicopara ser vacunado contra dicha infección.

Véase también• Acero corten• Acero inoxidable• Acero rápido• Acero al carbono• Edad de los Metales• UNE-36010• Siderurgia• Historia de la siderurgia• Chatarra

Acero 39

Referencias[1] Aproximadamente el 90% del acero comercializado es "al carbono". Ashby, Michael F.; & David R. H. Jones (1992) [1986] (en inglés).

Engineering Materials 2 (corregida edición). Oxford: Pergamon Press. ISBN 0-08-032532-7.[2] Diccionario Enciclopédico Hispano-Americano, Tomo I, Montaner y Simón Editores, Barcelona, 1887. p.265[3] Se estima que el contenido en hierro de la corteza terrestre es del orden del 6% en peso (http:/ / www. webelements. com/ webelements/

elements/ text/ Fe/ geol. html), mientras que el carbón vegetal pudo fácilmente obtenerse de las masas forestales para la elaboración del aceropor el procedimiento de la forja catalana. La industrialización del acero conllevó la sustitución del carbón vegetal por el mineral cuyaabundancia en la corteza terrestre se estima alrededor del 0,2% (http:/ / www. webelements. com/ webelements/ elements/ text/ C/ geol. html).

[4] Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Tomo 1 Acero. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.[5] Wagner, Donald B.. « Early iron in China, Korea, and Japan (http:/ / www. staff. hum. ku. dk/ dbwagner/ KoreanFe/ KoreanFe. html)».

Consultado el 28-02-2007.[6] Civilizations in Africa: The Iron Age South of the Sahara (http:/ / www. wsu. edu/ ~dee/ CIVAFRCA/ IRONAGE. HTM)[7] Needham, Volume 4, Part 3, 563 g[8] Gernet, 69.[9] Needham, Volume 4, Part 1, 282.[10] G. Juleff (1996). «An ancient wind powered iron smelting technology in Sri Lanka». Nature 379 (3):  pp. 60-63. doi: 10.1038/379060a0

(http:/ / dx. doi. org/ 10. 1038/ 379060a0).[11] Sanderson, Katharine (2006-11-15). Sharpest cut from nanotube sword: Carbon nanotech may have given swords of Damascus their edge

(http:/ / nature. com/ news/ 2006/ 061113/ full/ 061113-11. html). Nature. . Consultado el 17-11-2006.[12] Robert Hartwell, 'Markets, Technology and the Structure of Enterprise in the Development of the Eleventh Century Chinese Iron and Steel

Industry' Journal of Economic History 26 (1966). pp. 53-54[13] Museo de la metalurgia Elgóibar (http:/ / www. museo-maquina-herramienta. com/ historia/ tradizio-siderometalurgikoa)[14] Museo de la Metalurgia Elgóibar (http:/ / www. museo-maquina-herramienta. com/ historia/ tradizio-siderometalurgikoa)[15] Constance Tripper (http:/ / www-g. eng. cam. ac. uk/ 125/ 1925-1950/ tipper. html), del Departamento de Ingeniería de la Universidad de

Cambridge, determinó que las roturas en el casco de los cargueros Liberty se debieron a que el acero fue sometido a temperaturasuficientemente baja para que mostrara comportamiento frágil y estableciendo en consecuencia la existencia de una temperatura de transicióndúctil-frágil.

[16] Información sobre el punto de fusión del acero (http:/ / education. jlab. org/ qa/ meltingpoint_01. html)[17] Temperaturas aproximadas de fusión y ebullición del acero (http:/ / www. newton. dep. anl. gov/ askasci/ chem99/ chem99021. htm)[18] Datos (http:/ / www. ndt-ed. org/ GeneralResources/ MaterialProperties/ ET/ ET_matlprop_Misc_Matls. htm) de resistividad de algunos

materiales (en inglés)[19] Tabla de perfiles IPN normalizados (http:/ / www. uib. es/ facultat/ ciencies/ prof/ victor. martinez/ assignatures/ sismec/ material/

perfils_laminats. pdf)[20] Norma UNE 36010 (http:/ / www. nazaretti. org/ standreu/ general/ activitats/ celebracions/ altres/ telematica/ acer/ clasif2. htm)[21] Convencionalmente al subíndice del punto crítico acompaña una letra que indica si la temperatura se ha determinado durante el enfriamiento

(r, del francés refroidissement) o el calentamiento (c, del francés chauffage) ya que por fenómenos de histéresis los valores numéricosdifieren.

[22] (Kalpakjian, 2002, p. 144)[23] Tabla de los porcentajes admisibles de ocho componentes en los aceros normalizados AISI/SAE (http:/ / www2. ing. puc. cl/ ~icm2312/

apuntes/ materiales/ tabla2-3. html)[24] Publio Galeano Peña. « Aceros aleados (http:/ / www. utp. edu. co/ ~publio17/ ac_aleados. htm)». Materiales metálicos. Consultado el 27 de

junio de 2011.[25] Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.[26] Informe anual de Arcelor (http:/ / arcelor. com/ subsite/ 2005AnnualResults/ es/ arcelor_ra_2005. php?page=3_1)[27] World Steel Dynamics (http:/ / www. worldsteeldynamics. com/ )

Acero 40

Bibliografía consultada• Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.• Sandvik Coromant (2006). Guía Técnica de Mecanizado. AB Sandvik Coromant 2005.10.• Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas.. Madrid:

Thomson Editores. ISBN 84-283-1968-5.• Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.• Luis Colasante (2006). L’étude des superficies de l’acier inoxydable austénitique AISI 304 après une déformation

plastique et un procédé d’abrasion.. Venezuela, merida: universidad de Los Andes.

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Acero. Commons• Wikcionario tiene definiciones para acero.Wikcionario• steeluniversity.org (http:/ / www. steeluniversity. org/ content/ html/ spa/ )• Cuadros de la industria de acero (http:/ / www. stahlseite. de)• Distintos tipos de perfiles de acero (http:/ / www. constructalia. com/ es_ES/ products/ productos_detalle.

jsp?idApli=118448)• Proceso de producción de acero a partir de chatarra (http:/ / www. ipac. es/ acero/ fabricacion. asp)• International Iron and Steel Institute (http:/ / www. worldsteel. org)• Tabla de correspondencias entre aceros en sistemas de normalización de distintos países (http:/ / www. apta. org.

es/ asp/ approacier/ norme. htm)• La evolución del acero a través de la industrialización (http:/ / www. corodebabel. com. ar/

Arquitectura-y-Urbanismo/ la-evolucion-del-acero-a-traves-de-la-industrializacion. html)

Latón 41

Latón

Producto fabricado con latón, pasador deHerBron.

Componente de latón.

El latón, es una aleación de cobre y zinc que se realiza en crisoleso en un horno de reverbero o de cubilote. Las proporciones decobre y zinc se pueden variar para crear un rango de latones conpropiedades variables. En los latones industriales el porcentaje deZn se mantiene siempre inferior al 50%. [cita requerida] Sucomposición influye en las características mecánicas, la fusibilidady la capacidad de conformación por fundicíón, forja, estampacióny mecanizado. [cita requerida] En frío, los lingotes obtenidos puedentransformarse en láminas de diferentes espesores, varillas ocortarse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres.Su densidad también depende de su composición. En general, ladensidad del latón ronda entre 8,4 g/cm³ y 8,7 g/cm³. [cita requerida]

En cambio, el bronce es principalmente una aleación de cobre conestaño, No obstante, algunos tipos de latones son denominados'bronces'. [cita requerida] El latón es una aleación sustitucional, lacual es usada para decoración debido a su brillo de aparienciasimilar al del oro, para aplicaciones donde se requiere bajafricción, tales como cerraduras, válvulas, etc. [cita requerida] Parafontanería y aplicaciones eléctricas, y extensamente eninstrumentos musicales como trompetas y campanas, además deplatillos de bajo coste (Power Beat, Paiste PST3, Planet Z) por suspropiedades acústicas. [cita requerida]

El latón es conocido por los humanos desde épocas prehistóricas,incluso antes de que el mismo zinc fuese descubierto. [cita requerida]

Éste se producía por la mezcla de cobre junto con calamina, una fuente natural de zinc. En las villas alemanas deBreinigerberg un antiguo sitio romano se descubrió donde existía una mina de calamina. [cita requerida] Durante elproceso de mezclado, el zinc es extraído de la calamina y mezclado con el cobre. El zinc puro, por otra parte, tieneun bajísimo punto de fusión como para haber sido producido por las antiguas técnicas del trabajo del metal.[cita requerida]

Tipos de latónExisten tres grupos principales de latones en función de su porcentaje de Zn. [cita requerida]

• Latones de primer título, con porcentaje de Zn inferior a 33%• Latones de segundo título, con porcentaje de Zn de 33 a 45%• Latones de tercer título con porcentajes de Zn superior a 45% sin apenas aplicaciones industriales.Algunas aleaciones usuales recibían nombres especiales; así, se llamaba similor a la aleación de cobre y zinc enproporción 80 a 20; metal del príncipe Alberto a la misma aleación en proporción 84 a 16; y crisocola a la de 92partes de cobre, 6 de zinc y 6 de estaño.[1]

Los latones de acuerdo a los elementos minoritarios que intervengan en la aleación son maleables únicamente enfrío, y no caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de esta aleación se vuelvenquebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión. [cita requerida]

Latón 42

El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir, es resistente a la oxidación, a lascondiciones salinas y es dúctil por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía según lacomposición y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas.[cita requerida]

En el latón al plomo, el plomo es prácticamente insoluble en el latón, y se separa en forma de finos glóbulos, lo quefavorece la fragmentación de las virutas en el mecanizado. También el plomo tiene un efecto de lubricante por subajo punto de fusión, lo que permite disminuir el desgaste de la herramienta de corte. El latón admite pocostratamientos térmicos y sólo se realizan recocidos de recristalización y homogeneización. [cita requerida]

AplicacionesEl latón tiene un color amarillo brillante, con gran parecido al oro y por eso se utiliza mucho en joyería conocidacomo bisutería, y elementos decorativos. [1] Otras aplicaciones de los latones abarcan los campos más diversos,desde el armamento, calderería, soldadura, hasta la fabricación de alambres, tubos de condensador, terminaleseléctricas y también la elaboracion de dinero moneda. Como no es atacado por el agua salada, se usa mucho en lasconstrucciones de barcos, en equipos pesqueros y marinos, y en la fabricación de muchos instrumentos musicales deviento, lengüetas sonoras para armonios, acordeones y registros de lengüetería para órganos musicales. [cita requerida]

Además, por su acción antimicrobiana, se usa en los pomos de las puertas en los hospitales, que se desinfectan solosa diferencia de los metálicos. [cita requerida]

El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característicaconvierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestosinflamables. [cita requerida]

Por su fácil mecanización y buen precio de recompra de las virutas se usa mucho para la fabricación de válvulas parauso industrial. [cita requerida]

Se utiliza en la fabricación de hélices de barco por su resistencia a la cavitación. [cita requerida]

Tambien se usa en algunas cajas de ordenadores donde se situa la placa base

Véase también• Cobre• Estaño• Aleación• Bisutería• Zinc

Bibliografía• P.Coca Rebollero y J. Rosique Jiménez (2000). Ciencia de Materiales Teoría- ensayos- tratamientos. Ediciones

Pirámide. ISBN 84-368-0404-X.[1] Sáez de Montoya, Constantino (1856) Tratado teórico práctico de metalurgia. Madrid: Gaspar y Roig, p. 543

Bronce 43

Bronce

Fragmento de un retrato de bronce de Marco Aurelio.

Bronce es toda aleación metálica de cobre y estaño en la que elprimero constituye su base y el segundo aparece en una proporcióndel 3 al 20 por ciento.

Las aleaciones constituidas por cobre y zinc se denominanpropiamente latón; sin embargo, dado que en la actualidad el cobrese suele alear con el estaño y el zinc al mismo tiempo, en ellenguaje no especializado la diferencia entre bronce y latón esbastante imprecisa.

El bronce fue la primera aleación de importancia obtenida por elhombre y da su nombre al período prehistórico conocido comoEdad del bronce. Durante milenios fue la aleación básica para lafabricación de armas y utensilios, y orfebres de todas las épocas lohan utilizado en joyería, medallas y escultura. Las monedasacuñadas con aleaciones de bronce tuvieron un protagonismorelevante en el comercio y la economía mundial.

Cabe destacar entre sus aplicaciones actuales su uso en partesmecánicas resistentes al roce y a la corrosión, en instrumentosmusicales de buena calidad como campanas, gongs, platillos deacompañamiento, saxofones, y en la fabricación de cuerdas depianos, arpas y guitarras.

Etimología

El término bronce deriva probablemente del persa "berenj", (latón). Otras versiones lo relacionan con el latín "aesbrundisium" (mineral de Brindisi) por el antiguo puerto de Brindisium. Se cree que la aleación puede haber sidoenviada por mar a este puerto, y desde allí era distribuida a todo el Imperio romano.[1]

Historia

Pendiente-cuchillo de la Edad de bronceproveniente de Ucrania.

La introducción del bronce resultó significativa en cualquiercivilización que lo halló, constituyendo la aleación más innovadora enla historia tecnológica de la humanidad. Herramientas, armas, y variosmateriales de construcción como mosaicos y placas decorativasconsiguieron mayor dureza y durabilidad que sus predecesores enpiedra o cobre calcopirítico.

La técnica consistía en mezclar el mineral de cobre -por lo generalcalcopirita o malaquita- con el de estaño (casiterita) en un hornoalimentado con carbón vegetal. El carbono del carbón vegetal reducíalos minerales a cobre y estaño que se fundían y aleaban con el 5 al 10% en peso de estaño. El conocimiento metalúrgico de la fabricación de bronce dio origen en las distintascivilizaciones a la llamada Edad de Bronce.

Inicialmente las impurezas naturales de arsénico permitían obtener una aleación natural superior, denominada bronce arsenical. Esta aleación, con no menos de del 2 % de arsénico, se utilizaba durante la Edad de Bronce para la

Bronce 44

fabricación de armas y herramientas, teniendo en cuenta que el otro componente, el estaño, no era frecuente enmuchas regiones, y debía ser importado de parajes lejanos. Un ejemplo de arma con este material es el hacha deÖtzi[cita requerida], momia datada en 3300 a. C., que se halló en los alpes italianos en 1991.La presencia de arsénico hace a esta aleación altamente tóxica, ya que produce —entre otros efectos patológicos—atrofia muscular y pérdida de reflejos.

Estatua en cobre del faraón Pepy I. SigloXXIII a. C.

Las aleaciones basadas en estaño más antiguas que se conocen datandel cuarto mileno adC en Susa, (actual Irán) y otros sitiosarqueológicos en Luristán y Mesopotamia.

Aunque el cobre y el estaño pueden alearse con facilidad, raramente seencuentran minas mixtas, si bien existen algunas pocas excepciones enantiguos yacimientos en Irán y Tailandia. El forjado regular del bronceinvolucró desde siempre el comercio del estaño. De hecho, algunosarqueólogos sospechan que uno de los disparadores de la Edad delhierro, con el subsecuente y progresivo reemplazo del bronce en lasaplicaciones más importantes, se debió a alguna interrupción seria en elcomercio de ese mineral alrededor de 1200 a. C., en coincidencia conlas grandes migraciones del Mediterráneo. La principal fuente deestaño en Europa fue Gran Bretaña, que posee depósitos deimportancia en Cornwall. Se sabe que ya los fenicios llegaron hasta suscostas con mercancías del Mediterráneo para intercambiarlas porestaño.

En el Antiguo Egipto la mayoría de los elementos metálicos que se elaboraban consistían en aleaciones de cobre conarsénico, estaño, oro y plata. En tumbas del Imperio Nuevo, o en el templo de Karnak, se encuentran bajorrelievesmostrando una fundición datada en el siglo XV a. C.

En el caso de la Grecia clásica, conocida por su tradición escultórica en mármol, se sabe que desarrollaronigualmente técnicas de fundición de bronce avanzadas,[2] como lo prueban los bronces de Riace, originados en elsiglo V a. C.

Bronces de la dinastía Chola, India, aprox. SigloX.

En India, la plenitud artística de la dinastía Chola produjo esculturasnotables entre los siglos X y XI de nuestra era, representando lasdistintas formas del dios Siva y otras deidades.

Las civilizaciones de América prehispánica conocían todas el uso delas aleaciones de bronce, si bien muchos utensilios y herramientascontinuaban fabricándose en piedra. Se han hallado objetos fabricadoscon aleaciones binarias de cobre - plata, cobre - estaño, cobre al plomoe incluso aleaciones poco usuales de latón.[3] Ya en la época colonial,las fundiciones más importantes se encontraban en Perú y en Cuba,dedicadas principalmente a la fabricación de campanas y cañones.

El bronce siguió en uso porque el acero de calidad no estuvo ampliamente disponible hasta muchos siglos después:recién con las mejoras de las técnicas de fundición a inicios de la Edad Media en Europa se obtuvo acero más baratoy resistente, eclipsando al bronce en muchas aplicaciones.

Bronce 45

PropiedadesExceptuando al acero, las aleaciones de bronce son superiores a las de hierro en casi todas las aplicaciones.[4] Por suelevado calor específico, el mayor de todos los sólidos, se emplea en aplicaciones de transferencia del calor

Comparación entre bronces y acerosAunque desarrollan pátina no se oxidan bajo la superficie, son más frágiles y tienen menor punto de fusión. Sonaproximadamente el 10 % más pesadas que el acero, a excepción de las compuestas por aluminio o sílice. Tambiénson menos rígidas, por lo tanto en aplicaciones elásticas como resortes acumulan menos energía que las piezassimilares de acero. Resisten la corrosión, incluso la de origen marino, el umbral de fatiga metálica es menor, y sonmejores conductores del calor y la electricidad.Otra característica diferencial de las aleaciones de bronce respecto al acero, es la ausencia de chispas cuando se legolpea contra superficies duras. Esta propiedad ha sido aprovechada para fabricar martillos, mazas, llaves ajustablesy otras herramientas para uso en atmósferas explosivas o en presencia de gases inflamables.

VersatilidadEl cobre y sus aleaciones tienen una amplia variedad de usos como resultado de la versatilidad de sus propiedadesmecánicas, físicas y químicas. Téngase en cuenta, por ejemplo, la conductividad eléctrica del cobre puro, laexcelente maleabilidad de los cartuchos de munición fabricados en latón, la baja fricción de aleaciones cobre-plomo,las sonoridad del bronce para campanas y la resistencia a la corrosión de la mayoría de sus aleaciones.

Propiedades físicasDatos para una aleación promedio con 89 % de cobre y 11 % de estaño:• Densidad: 8,90 g / cm³.• Punto de fusión: 830 a 1020 °C• Coeficiente de temperatura: 0,0006 K-1

• Resistividad eléctrica: 14 a 16 µOhm/cm• Coeficiente de expansión térmica: entre 20 y 100 °C ---> 17,00 x 10-6 K-1

• Conductividad térmica a 23 °C : 42 a 50 Wm-1

Propiedades mecánicas• Elongación: < 65 %• Dureza Brinell: 70 a 200• Módulo de elasticidad: 80 a 115 GPa• Resistencia a la cizalla: 230 a 490 MPa• Resistencia a la tracción: 300 a 900 MPa

Bronce 46

Principales aleaciones

Tipos básicos

Llave de bronce.

La aleación básica de bronce contiene aproximadamente el 88 % decobre y el 12 % de estaño.[5] El bronce "alfa"[6] es la mezcla sólida deestaño en cobre. La aleación alfa de bronce con 4 a 5 % de estaño seutiliza para acuñar monedas y para fabricar resortes, turbinas, yherramientas de corte.

En muchos países se denomina incorrectamente "bronce comercial" allatón, que contiene el 90 % de cobre y el 10 % de zinc, pero no estaño.Es más duro que el cobre, y tiene una ductilidad similar. Se lo utilizaen tornillos y alambres.

Bronce arsenical

La aleación de cobre con arsénico es el primer bronce utilizado por elhombre.[7] Es una aleación blanquecina, muy dura y frágil. Se fabricaen una proporción del 70 % de cobre y el 30 % de arsénico, aunque esposible fundir bronces con porcentajes de arsénico de hasta 47,5 %. Enestos casos, el resultado es un material gris brillante, fusible al rojo yno alterado por el agua hirviente.

La simple exposición al aire del bronce arsenical produce una pátina oscura. Esta circunstancia, y la alta toxicidaddel arsénico la convirtieron en una aleación muy poco utilizada, especialmente a partir del descubrimiento de laalpaca, plata alemana o bronce blanco, conocida desde tiempos antiguos en China y fabricada en Alemania desdefines del siglo XVIII.

Bronce solEl denominado bronce sol (en alemán; Sonnenbronze) es una aleación utilizada en joyería, tenaz, dúctil y muy dura,que funde a temperaturas próximas a las del cobre (1.357 °C) y está constituida hasta por el 60 % de cobalto.

Bronce para armas de fuego

Cañón pesado de los Dardanelos, utilizado por losturcos en el sitio de Constantinopla (1453).

A partir del descubrimiento de la pólvora se utilizó un bronce paracañones compuesto por el 90 al 91 % de cobre y el 9 al 10 % de estaño,proporción que se denomina comúnmente "bronce ordinario". Estasarmas eran conocidas en China en épocas tan tempranas como el sigloXI a. C., y en Europa se utilizaron a partir del siglo XIII[8] tanto paracañones como en falconetes.

Para el siglo XV la artillería del Imperio otomano contaba con grandesbombardas de bronce. Construidas en dos piezas, con un largo total de5,20 m y 16,8 toneladas de peso, lanzaban balas de 300 kg a unadistancia de hasta 1.600 metros. De operación difícil, con un rango de tiro de no más de 15 disparos diarios, fueronutilizadas en el sitio de Constantinopla en 1453.

Bronce 47

Bronce para campanas

La "Tsar kolokol" (ruso.: "zar de las campanas",es la mayor campana de bronce que se conserva.Fundida en 1733, nunca se utilizó y se exhibe en

el Kremlin de Moscú.

La fundición para campanas es generalmente frágil: las piezas nuevaspresentan una coloración que varia del ceniza oscuro al blancogrisáceo, con tonos rojo amarillento o incluso rojo azulado en lasaleaciones con mayor contenido de cobre.La mayor proporción de cobre produce tonos más graves y profundos aigualdad de masa, mientras que el agregado de estaño, hierro o zincproduce tonos más agudos. Para obtener una estructura más cristalina yproducir variantes en la sonoridad, los fundidores han utilizadotambién otros metales como antimonio o bismuto, si bien en pequeñascantidades.

La aleación con mayor sonoridad para fabricar campanas es eldenominado metal de campana, que consta de 78 % de cobre y de 22 %de estaño. Es relativamente fácil para fundir, tiene una estructuragranulosa compacta con fractura vítreo-concoidea de color rojizo. Estetipo de bronce era conocido desde antiguo en la India para fabricargongs. Aunque poco frecuente por su coste, la adición de plata es unade las pocas que mejora aún más la sonoridad.

También se han utilizado aleaciones con hasta el 2 % de antimonio. EnChina se conocía una aleación con 80 % de cobre y 20 % de estañopara fabricar campanas, grandes gongos y timbales.

En Inglaterra se utilizó una aleación constituida por 80% de cobre, 10,25% de estaño, 5,50% de zinc y 4,25% deplomo. Es de sonoridad menor, teniendo en cuenta que el plomo no se homogeiniza con la aleación.

Para campanillas e instrumentos pequeños se utilizó frecuentemente una aleación del 68 % de cobre y el 32 % deestaño, que resulta en un material frágil, de fractura cenicienta.Para platillos y gongos se usan varias aleaciones que van desde una aleación templada con el 80 % de cobre y el 20% de estaño (B20), 88 % de cobre y 12 estaño (B12, ej ZHT Zildjian, Alpha Paiste), y la más económica B8, la cualconsiste en solo el 8 % de estaño por el 92 % de cobre (Ejemplo, B8 Sabian, Paiste 201, Zildjian ZBT). El temple selogra volviendo a calentar la pieza fundida y enfriándola rápidamente.La mayor campana que se conserva fue fundida en 1733 por Ivan Morotin, por encargo de la Emperatriz Ana deRusia, sobrina del Zar Pedro el Grande. Con un peso de 216 toneladas, 6,14 m de altura y 6,6 de diámetro. Nunca fueutilizada como instrumento, ya que un incendio en 1737 destruyó sus grandes soportes de madera. Desde 1836 seexhibe en el Kremlin de Moscú.

Bronce 48

Kara kane

Estatua de bronce de Buda Daibutsu, enKamakura, Japón, tiene 11,40 m de altura y 93

toneladas de peso.

El kara-kane[9] es un bronce para campanas y orfebrería tradicional delJapón constituido por 60% de cobre, 24% de estaño, y 9% de zinc, conagregados de hierro y plomo.[10]

Muchos orfebres suelen agregarle pequeñas cantidades de arsénico yantimonio para endurecer al bronce sin perder fusibilidad, y lograrmayor detalle en la impresión de los moldes.

El kara-kane es muy utilizado para artesanía y estatuaria no solo por subajo punto de fusión, gran fluidez y buenas características de relleno demolde, sino por su superficie suave que rápidamente desarrolla unafina pátina.

Existe una variedad singular denominada "seniokuthis", o broncedorado, originada en la época de la dinastía Ming en China, quedestaca por su textura lustrosa y su tonalidad dorada. En su fabricacióntienen especial importancia las técnicas de pátina.

Las grandes esculturas de Buda realizadas por los orfebres japonesesdemuestran el alto dominio técnico que poseían y teniendo en cuentasu gran tamaño, la mayoría de ellas debió ser fundida en el lugar deemplazamiento por medio de sucesivas etapas.

Aleaciones que imitan la plata• Metal de Tonca: aleación compuesta por un 36% de cobre, 28% de níquel y cantidades iguales de estaño, plomo,

hierro, zinc y antimonio. Es un metal difícil de fundir, poco dúctil, que se utiliza con poca frecuencia.• Mina plata: fabricada con 57% de cobre, 40% de níquel, 3% de tungsteno y trazas de aluminio, tiene la

propiedad de no ser atacada por el azufre y presenta propiedades muy similares a la plata.

Aleaciones con plomoPara la fabricación de cojinetes y otras piezas sometidas a fricción suelen utilizarse aleaciones de bronce con hastaun 10% de plomo, que le otorga propiedades autolubricantes.La característica distintiva del plomo es que no forma aleación con el cobre; de allí que queda distribuido de acuerdoa la técnica de fundido en la masa de la aleación, sin mezclarse íntimamente. Por este motivo, el calentamientoexcesivo de una pieza de maquinaria construida con este material puede llevar a la "exudación" de plomo que quedaaparente como barro o lodo. El reciclaje de estas piezas es también dificultoso, porque el plomo se funde y separa dela aleación mucho antes que el cobre llegue a punto de fusión.

Aleaciones comerciales

Bronce 49

Código Denominación Composición%

Densidadgr/cm3

DurezaBrinell

Mod.ElásticoGpa

Resist.elec.

ohm/cm

Cond.térmicaW/mK

Puntofusión

C

Aplicaciones

SAE40[11] Cu 85 Pb 5 Sn 5 Zn5

8,82 60 93 1,2-05 71,9 854

SAE64 Cu 80 Pb 10 Sn 10 8,88 60 76 1,7-05 46,9 762

UNS[12]

C22000

Comercial 90-10 Cu 89/91 Fe < 0,05Pb < 0,05 Zn 12,5

8,80 53 115 3,91-06 189 1020 matrices deimpresión,laminados,tornillos

UNSC22600

Bronce dejoyería

Cu 86/89 Fe < 0,05Pb < 0,05 Zn 12,5

8,78 55 115 4,30-06 173 1005 cremalleras,bijouterie,monedas

UNSC31400

Templadocomercial conplomo

Cu 87,5/90,5 Fe <0,1 Ni < 0,7 Pb1,3/2,5 Zn 9,25Otros < 0,05

8,83 115 180 1010 tornillos,contactoreseléctricos, partesde herramientas

UNSC31600

Templadoniquelado

Cu 87,5/90 Fe <0,1 Ni 0,7/1,2 Ph0,04/0,1 Pb 1,2/2,5Zn 8,1

8,86 115 140 1010 tornillos,contactoreseléctricos, partesde herramientas

UNSC40500

Bronce de altaconductividad

Cu 95 Sn 1 Zn 4

Técnica de fundiciónEl método más utilizado para la fundición artística del bronce es el de la "cera perdida" o microfusión, que -condiversas variantes- sigue los pasos siguientes:1. Modelado original en barro, escayola u otro material.2. Toma del molde principal, generalmente en escayola. Una vez fraguado, se retira el núcleo (modelo original)3. El molde "negativo" se llena con cera para producir un "positivo" de este material.4. Se recubre la cera con una mezcla de arcilla. Una vez seca, se lleva a horno, donde la cera se funde y se "pierde".5. En el caso de objetos pequeños, el nuevo molde sirve directamente para el colado del bronce. Para piezas

mayores, es habitual llenarlo con una capa de cera que formará una película del espesor deseado para el bronce, yel interior (macho) se rellena con material refractario. Todo el proceso requiere la colocación de aireadores,canales de colado y diversos cuidados para obtener una colada homogénea.

6. Acabado que incluye limado de imperfecciones, asperezas y pulido de la pieza.7. Pátina, mediante la aplicación de distintos ácidos y calentamiento a soplete para agilizar la oxidación.

Bronce 50

Simbología• Las medallas de bronce premian el tercer puesto en las competencias deportivas.• Representa los 8 años de matrimonio en varias culturas occidentales: Bodas de bronce.• Es el octavo nivel en la progresión de la cerbatana deportiva.

Véase también• Cobre• Estaño• Latón• Moldeo a la cera perdida• Edad de Bronce

Referencias[1] Glosario de arqueometalúrgica (http:/ / www. archaeometallurgie. de/ impressum/ glossar. en. html#b)[2] Probablemente, fundición directa mediante original de barro, capa de cera que será sustituida por el bronce fundido, y contramolde exterior de

barro: es una técnica muy difícil, en la que el mínimo error destruye la pieza.[3] Qué sabían de fundición los antiguos habitantes de Mesoamérica. (http:/ / ingenierias. uanl. mx/ 22/ quesabian. PDF)[4] Historia de las aleaciones - ININ (http:/ / omega2. inin. mx/ publicaciones/ documentospdf/ 35 SUPERALEACIONES. pdf)[5] Knapp, Brian. (1996) Copper, Silver and Gold. Reed Library, Australia[6] Glosario Enginnering network (http:/ / www. engnetglobal. com/ tips/ glossary. aspx?word=Alpha+ Bronze)[7] Edad del bronce (http:/ / www. artehistoria. jcyl. es/ arte/ contextos/ 3028. htm)[8] Los primeros registros de uso de cañones en España refieren al sitio de Sevilla por los moros en 1248.[9] Kara-kane significa "metal chino" en japonés.[10] Aleaciones japonesas (http:/ / www. ganoksin. com/ borisat/ nenam/ japanese-alloys. htm)[11] Society of Automotive Engineers SAE (http:/ / www. sae. org/ standardsdev/ )[12] UNS: Unified Numbering System (Sistema numerador unificado): Estándard de clasificación de metales operado conjuntamente por la

American Society for Testing and Materials y la Society of Automotive Engineers (SAE)

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Bronce. Commons• La metalurgia del bronce en los Andes Sur Centrales (http:/ / www. scielo. cl/ scielo.

php?pid=S0718-10432005000200002& script=sci_arttext) Tiwanaku y San Pedro de Atacama• Proceso de fundición del bronce (http:/ / www. modernsculpture. com/ bronze. htm)• Animación flash sobre el proceso de fundición a cera perdida (http:/ / www. jepsculpture. com/ bronze. html)• Fundición a cera perdida (http:/ / store. worldbronzes. com/ lowaxprin. html)• Inventario nacional de contaminantes - Estados Unidos Ficha sobre cobre y aleaciones (http:/ / www. npi. gov. au/

database/ substance-info/ profiles/ 27. html) (en inglés)

• Una fundición de más de 125 años en operaciones (http:/ / www. franklinbronzeplaques. com/ about. html) (en

inglés)

• Bronce, una tradición de 3.000 años (http:/ / www. unc. edu/ courses/ rometech/ public/ content/ arts_and_crafts/Sara_Malone/ BRONZE_2. html) (en inglés)

• Fundición tradicional campesina en la costa de Ecuador. (http:/ / www. raulybarra. com/ notijoya/archivosnotijoya8/ 8metalurgia_tradicional_campesina. htm)

Acero inoxidable 51

Acero inoxidable

Fuentes de acero inoxidable.

En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleación dehierro con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa.[1] El aceroinoxidable es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión,dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidadpor el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora,evitando así la corrosión del hierro (los metales puramente inoxidables,que no reaccionan con oxígenos son oro y platino, y de menor purezase llaman resistentes a la corrosión, como los que contienen fósforo).Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dandolugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismosintergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementosaleantes; los principales son el níquel y el molibdeno.

Un metal muy diferenteComo todos los tipos de aceros, el acero inoxidable es un material simple. Lo que tienen en común todos los aceroses que el principal componente (elemento que forma la aleación) es el hierro, al que se añade una pequeña cantidadde carbono. El acero inoxidable fue inventado a principios del siglo XX cuando se descubrió que una pequeñacantidad de cromo (el mínimo para conseguir propiedades inoxidables es del 12%) añadido al acero común, le dabaun aspecto brillante y lo hacía altamente resistente a la suciedad y a la oxidación. Esta resistencia a la oxidación,denominada «resistencia a la corrosión», es lo que hace al acero inoxidable diferente de otros tipos de acero.

No es un revestimientoEl acero inoxidable es un material sólido y no un revestimiento especial aplicado al acero común para darlecaracterísticas "inoxidables". Aceros comunes, e incluso otros metales, son a menudo cubiertos o “bañados” conmetales blancos como el cromo, níquel o zinc para proteger sus superficies o darles otras características superficiales.Mientras que estos baños tienen sus propias ventajas y son muy utilizados, el peligro radica en que la capa puede serdañada o deteriorarse de algún modo, lo que anularía su efecto protector. La apariencia del acero inoxidable puede,sin embargo, variar y dependerá en la manera que esté fabricado y en su acabado superficial.

El acero inoxidable está en todas partesSu resistencia a la corrosión es lo que da al acero inoxidable su nombre. Sin embargo, justo después de sudescubrimiento se apreció que el material tenía otras muchas valiosas propiedades que lo hacen idóneo para unaamplia gama de usos diversos. Las posibles aplicaciones del acero inoxidable son casi ilimitadas, hecho que puedecomprobarse con tan solo unos ejemplos:• En el hogar: cubertería y menaje, fregaderos, sartenes y baterías de cocina, hornos y barbacoas, equipamiento de

jardín y mobiliario.• En la ciudad: paradas de autobús, cabinas telefónicas y resto de mobiliario urbano, fachadas de edificios,

ascensores y escaleras, vagones de metro e infraestructuras de las estaciones.• En la industria: equipamiento para la fabricación de productos alimentarios y farmacéuticos, plantas para el

tratamiento de aguas potables y residuales, plantas químicas y electroquímicas, componentes para la automocióny aeronáutica, depósitos de combustible y productos químicos.

Acero inoxidable 52

Tipos de aceros inoxidables

Los aceros inoxidables que contienen cromo y Ni equivalente inferior al 8% se llaman ferríticos, ya que tienen unaestructura metalográfica formada por ferrita, y con contenidos superiores de Ni equivalente, este será de composiciónferrítica en disminución. Los aceros ferrítos son magnéticos (se distinguen porque son atraídos por un imán). Conporcentajes de carbono inferiores al 0,1% de C, estos aceros no son endurecibles por tratamiento térmico. En cambio,aceros entre 0,1% y 1% en C sí son templables (tienen martensita dura, pues con porcentajes inferiores hay muypoco C cmo para lograr endurecimeinto). Se llaman aceros inoxidables "martensíticos", por tener martensita en suestructura metalográfica siendo magnéticos, para aceros altamente aleados inoxidables, el acero martensítico puro(sin mezcla con autenítico y ferrítico) con Ni equivalente inferior al 18% (Cr eq de 0%) a "13% de Cr equivalente y7% de Ni eq", y hasta 8% de Creq y 0% de Ni-eq (esto puede ser fácilmente seguido en el diagrama de Schaeffler deCr-Ni equivalentes).%Ni equivalente = %Ni+ 30* (C+N)+0,5Mn%Cr equivalente = % Cr + Mo + 1,5 *Si+ 0,5 * (Ti + Nb)Los aceros inoxidables que contienen más de un 12% de níquel equivalente al 17 % de Cr equivalente, más de 25%de Ni equivalente a 0% de Cr equivalente, y menos de 34% de Cr equivalente a 30 % de Niquel equivalente. sellaman austeníticos, ya que tienen una estructura formada básicamente por austenita a temperatura ambiente (elníquel es un elemento "gammágeno" que estabiliza el campo de la austenita). No son magnéticos.Los aceros inoxidables austeníticos se pueden endurecer por deformación, pasando su estructura metalográfica acontener martensita (el carbono estabilizado de manera metaestable en forma de hierro gamma, se transforma a laforma estable de hierro alfa y martensita, pues el carbono es menos soluble en la matriz de hierro alfa, y este expulsael C). Se convierten en parcialmente magnéticos (tanto como porcentaje de carbono haya sido convertido enmartensita), lo que en algunos casos dificulta el trabajo en los artefactos eléctricos.También existen los aceros dúplex (20%< Cr < 30%), (5%< Ni < 8%), (C < 0.03%), no endurecibles por tratamientotérmico, muy resistentes a la corrosión por picaduras y con buen comportamiento bajo tensión. Estructura de ferrita yaustenita.A todos los aceros inoxidables se les puede añadir un pequeño porcentaje de molibdeno, para mejorar su resistencia ala corrosión por cloruros y otras propiedades.

Acero inoxidable 53

Aceros inoxidables comercialesAleaciones de acero inoxidable comerciales más comunes:• Acero inoxidable extrasuave: contiene un 13% de Cr y un 0,15% de C. Se utiliza en la fabricación de: elementos

de máquinas, álabes de turbinas, válvulas, etc. Tiene una resistencia mecánica de 80 kg/mm² y una dureza de175-205 HB.

• Acero inoxidable 16Cr-2Ni: tiene de 0,20% de C, 16% de Cr y 2% de Ni; resistencia mecánica de 95 kg/mm² yuna dureza de 275-300 HB. Se suelda con dificultad, y se utiliza para la construcción de álabes de turbinas, ejesde bombas, utensilios de cocina, cuchillería, etc.

• Acero inoxidable al cromo níquel 18-8: tiene un 0,18% de C, un 18% de Cr y un 8% de Ni Tiene una resistenciamecánica de 60 kg/mm² y una dureza de 175-200Hb, Es un acero inoxidable muy utilizado porque resiste bien elcalor hasta 400 °C

• Acero inoxidable al Cr- Mn: tiene un 0,14% de C, un 11% de Cr y un 18% de Mn. Alcanza una resistenciamecánica de 65 kg/mm² y una dureza de 175-200HB. Es soldable y resiste bien altas temperaturas. Esamagnético. Se utiliza en colectores de escape.

Familias de los aceros inoxidablesLa forma original del acero inoxidable todavía es muy utilizada, los ingenieros tienen ahora muchas opciones encuanto a los diferentes tipos. están clasificados en diferentes “familias” metalúrgicas:• Acero inoxidable ferrítico• Acero inoxidable martensítico• Acero inoxidable austenítico• Acero inoxidable Duplex (austenítico-ferrítico)Esta distribución de las familias metalúrgicas puede ser fácilmente reconocida a través del Diagrama de Schaeffler(Diagrama para aceros muy aleados inoxidables de Cromo y Niquel equivalente, o diagrama de Cr-Ni equivalente)Cada tipo de acero inoxidable tiene sus características mecánicas y físicas y será fabricado de acuerdo con lanormativa nacional o internacional establecida.

Usos del acero inoxidableLos aceros inoxidables se utilizan principalmente en cuatro tipos de mercados:• Electrodomésticos: grandes electrodomésticos y pequeños aparatos para el hogar.• Automoción: especialmente tubos de escape.• Construcción: edificios y mobiliario urbano (fachadas y material).• Industria: alimentación, productos químicos y petróleo.Su resistencia a la corrosión, sus propiedades higiénicas y sus propiedades estéticas hacen del acero inoxidable unmaterial muy atractivo para satisfacer diversos tipos de demandas, como lo es la industria médica.

Acero inoxidable 54

Acero inoxidable en la industria médicaExiste una diversidad de composiciones químicas para el acero inoxidable, las cuales le otorgan cualidadesparticulares y deseadas; desde el grado de implante médico, hasta la facilitación de manufactura de instrumentosquirúrgicos. Entre los aceros empleados en la industria médica se encuentran comúnmente los siguientes:• 17-4• 304• AISI 316• AISI 316L• 455• 589Muchos de éstos pueden ser sometidos a un tratamiento térmico con el fin de modificar sus cualidades físicas. Porejemplo, el acero inoxidable 17-4 puede ser tratado al calor, por una duración determinada, con el fin de lograr ciertogrado de dureza y así, hacer que el objeto funcione adecuadamente por más largo tiempo. Es importante que lascondiciones sean controladas, desde la temperatura y tiempo de horneado, hasta la limpieza de la atmósfera delhorno y del acero en sí. La dureza del acero inoxidable puede ser medida en la escala Brinell, Rockwell u otras.Adicionalmente, una capa pasiva puede ser aplicada para la inhibición del óxido o de reacciones con algún elemento,mas no siempre es el caso pues no siempre es ni necesario ni requerido, por razones de costo o porque no todos losaceros inoxidables pueden ser tratados.

Acero inoxidable serie 200Durante la Segunda Guerra Mundial, una gran falta de níquel llevó a un grupo de científicos a buscar otras vías parafabricar acero inoxidable con un menor contenido de níquel. Se desarrollaron nuevas calidades (el acero inoxidableserie 200) que quedaron en espera al finalizar el conflicto bélico. Este acero tiene propiedades amagnéticas como elacero inoxidable 304, pero propiedades muy diferentes en cuanto a corrosión.

Referencias[1] Steel Glossary. American Iron and Steel Institute (AISI) (http:/ / www. steel. org/ AM/ Template. cfm?Section=Steel_Glossary2&

CONTENTID=6426& TEMPLATE=/ CM/ HTMLDisplay. cfm) (en inglés)

Véase también• Acero• Dureza

Enlaces externos• iSERCOM Anticorrosive material producer (http:/ / www. isercom. eu)• JBG PLASTIC SL (http:/ / www. jbgplastic. com) - Acero inoxidable decorativo• Acerca del acero inoxidable (http:/ / www. cedinox. es) Cedinox• ¿Qué es el Acero Inoxidable? (http:/ / www. gualstainless. com/ htm/ img/ products/ QuesINOX. pdf) Gual Steel• Acerca del acero inoxidable (http:/ / www. worldstainless. org/ About+ stainless/ ) International Stainless Steel

Forum• LA SOLUCIÓN FERRÍTICA (http:/ / www. worldstainless. org/ ISSF/ Files/ ISSF The Ferritic Solution Spanish.

pdf)• New 200-series steels (http:/ / www. worldstainless. org/ NR/ rdonlyres/

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Acero inoxidable 55

• Acero inoxidable serie 200 (http:/ / www. buengastronomico. com. ar/ Consejos_gastronomicos. html) BuenGastronomico

• Proceso de producción del Acero Inoxidable (http:/ / www. acerinox. com/ Grupo_Acerinox/ Fabricas/Contenido_fabricas/ 0000_ACERINOX_S_A_Espana. html) Acerinox

Fundición gris

Puente construido con piezas de hierro fundido.

El hierro fundido, hierro colado, más conocido como fundición grises un tipo de aleación conocida como fundición, cuyo tipo más comúnes el conocido como hierro fundido gris.

El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y sunombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Estaaleación ferrosa contiene en general más de 2% de carbono y más de1% de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. Unacaracterística distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentraen general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como“hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficiesde ruptura de las piezas elaboradas con este material.

Las propiedades físicas y en particular las mecánicas varían dentro de amplios intervalos respondiendo a factorescomo la composición química, rapidez de enfriamiento después del vaciado, tamaño y espesor de las piezas, prácticade vaciado, tratamiento térmico y parámetros microestructurales como la naturaleza de la matriz y la forma y tamañode las hojuelas de grafito.Un caso particular es el del grafito esferoidal, que comienza a utilizarse en los años 1950, a partir de entonces hadesplazado otros tipos de hierro maleable y hierro gris.Entre los primeros usos de este material se dieron, en Europa occidental, en el año 1313, específicamente en lafabricación de cañones, y presumiblemente en la misma época se comenzaron a utilizar también en la construcciónde tuberías. Se tienen registros de que en 1455 la primera tubería de hierro fundido fue instalada en Alemania, en elCastillo Dillenberg.El proceso de fabricación de los tubos de hierro fundido ha tenido profundas modificaciones, pasando del métodoantiguo de foso de colada hasta el proceso moderno por medio de la centrifugación.

EstructuraLa composición típica para obtener una microestructura grafitica es de 2.5 a 4% de carbono y de 1 a 3% de silicio, elsilicio juega un papel importante en diferenciar a la fundición gris de la fundición blanca, esto es debido a que elsilicio es un estabilizador de grafito, esto significa que ayuda a precipitar el grafito desde los carburos de hierro.Otro factor importante que ayuda a la formación de grafito es la velocidad de solidificación de la colada, unavelocidad lenta tenderá a producir más grafito y una matriz ferritica, una velocidad moderada tenderá a producir unamayor matriz perlitica, para lograr una matriz 100% ferritica, se debe someter la fundición a un tratamiento térmicode recocido.Un enfriamiento veloz suprimirá parcial o totalmente la formación de grafito y en cambio propiciará la formación decementita, lo cual se conoce como Fundición Blanca.

Fundición gris 56

ClasificacionesEn los Estados unidos la clasificación más difundida para el hierro gris es la ASTM International A48, esta clasificaa la fundición gris dentro de clases dependiendo de su resistencia a la tracción (Tensile strength), la unidad que semaneja son miles de libras por pulgada cuadrada (ksi), que es una unidad derivada de la psi a la cual se lemultiplica 1000Ejemplo: La fundición gris clase 20 tiene una resistencia a la tracción mínima de 20000 psi (aproximadamente1407.8 kg/cm2o 140,000 kPa). la clase 20 tiene alto carbono equivalente y una matriz ferritica. Las fundiciones conalta resistencia a la tracción, encima de la clase 40, tienen bajo carbono equivalente y una matriz perlitica-ferritica .El hierro gris por encima de la clase 40 requiere de aleación para lograr el fortalecimiento de la solución sólida y detratamiento térmico para modificar la matriz, la clase 80 es la clase más alta posible, pero es en extremo frágil. Lanorma ASTM A247 es también comúnmente usada para describir la estructura de grafito, otras normas que tratan ala fundición gris son las ASTM A126, ASTM A278, and ASTM A319.En la industria automotriz las norma SAE J431 es usada para designar grados en lugar de la clases anteriores. Estosgrados son una medida de la relación que existe entre la resistencia a la tracción con la dureza dada en DurezaBrinell

Propiedades según la ASTM A48 para las clases de Fundiciones Grises

Clase Resistencia ala tracción [ksi]

Resistencia ala compresión[ksi]

Modulo detracción

(E) [106 psi]

20 22 33 10

30 31 109 14

40 57 140 18

60 62.5 187.5 21

Propiedades según la SAE J431 para los grados de Fundiciones Grises

Grado Dureza Brinell t/h† Descripción

G1800 120–187 135 Ferritica-Perlitica

G2500 170–229 135 Ferritica-Perlitica

G3000 187–241 150 Perlitica

G3500 207–255 165 Perlitica

G4000 217–269 175 Perlitica

†t/h = Resistencia a la tracción/Dureza Brinell

Ventajas y DesventajasLa Fundición gris es una aleación común en la ingeniería debido a su relativo bajo costo y buena maquinabilidad, lo que es resultado de las bandas de grafito que lubrican el corte y la viruta. También tiene buena resistencia al desgaste, debido a que las "hojuelas" de grafito sirven de autolubricante. El grafito provee también a la fundición gris de una excelente tenacidad debido a que este absorbe la energía, esta también experimenta una menor contracción por la solificación que otras fundiciones que no forman una estructura grafitica. El silicio promueve una buena resistencia a la corrosión e incrementa la fluidez de la colada de fundición, la fundición gris es considerada,

Fundición gris 57

generalmente, fácil de soldar.Comparada con otras aleaciones de hierro modernas, el hierro gris tiene una baja resistencia a la tracción yductibilidad; por lo tanto su resistencia al impacto es casi inexistente.

Efectos sobre la saludLas fundiciones, incluyendo también las de acero, se han reconocido (2009) como factores de riesgo para el cáncerde pulmón. [1] .

Referencias[1] Monographie CIRC 2007, vol. 98, in Traducción de la lista(02/12/2009) (vol 1 a 100A) del sitio: www.iarc.fr de las evaluaciones hechas por

el CIRC (grupos 1, 2A, 2B) sobre los riesgos de cancerígenos para el hombre y comentarios respecto a la utilización de los agentes citados.Esta lista se ha ampliado con las conclusiones de las monografías 100B a 100F donde los resultados de las evaluaciones son publicados el02/12/2009, por el Dr B. FONTAINE (http:/ / www. istnf. fr/ _admin/ Repertoire/ Fichier/ 2009/ 18-091221033418. pdf), consultado 2010 0106 (traducción de fr:w)

• Schweitzer, Philip A. (2003), Metallic materials (http:/ / books. google. com/ books?id=0XQBmsD8aIQC), CRCPress, ISBN 9780824708788.

Bibliografía• (en inglés) John Gloag and Derek Bridgwater, A History of Cast Iron in Architecture, Allen and Unwin, London

(1948)• (en inglés) Peter R Lewis, Beautiful Railway Bridge of the Silvery Tay: Reinvestigating the Tay Bridge Disaster of

1879, Tempus (2004) ISBN 07524 3160 9• (en inglés) Peter R Lewis, Disaster on the Dee: Robert Stephenson's Nemesis of 1847, Tempus (2007) ISBN

0-7524-4266-2• (en inglés) George Laird, Richard Gundlach and Klaus Röhrig, Abrasion-Resistant Cast Iron Handbook, ASM

International (2000) ISBN 0-87433-224-9

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Fundición gris. Commons

Tratamiento térmico 58

Tratamiento térmico

Tratamiento térmico.

Se conoce como tratamiento térmico el proceso que comprende elcalentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido atemperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura porsuficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidadesadecuadas con el fin de mejorar sus propiedades fisicas y mecánicas,especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales alos que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y lafundición, formados por hierro y carbono. También se aplicantratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos.

Propiedades mecánicasLas características mecánicas de un material dependen tanto de su composición química como de la estructuracristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química,dando a los materiales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamientos yenfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada.Entre estas características están:• Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de

fricción con otro material.• Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto).• Mecanizabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de

viruta.• Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB),

unidades ROCKWEL C (HRC), VICKERS (HV),etc.Dureza Vickers mediante el test del mismo nombre.

Mejora de las propiedades a través del tratamiento térmicoLas propiedades mecánicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros, reside en lacomposición química de la aleación que los forma y el tipo de tratamiento térmico a los que se les somete. Lostratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que forman los aceros sin variar la composición química delos mismos.Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la misma composición química se llama polimorfismo yes la que justifica los térmicos. Técnicamente el poliformismo es la capacidad de algunos materiales de presentardistintas estructuras cristalinas, con una única composición química, el diamante y el grafito son polimorfismos delcarbono. La α-ferrita, la austenita y la δ-ferrita son polimorfismos del hierro. Esta propiedad en un elemento químicopuro se denomina alotropía.Por lo tanto las diferentes estructuras de grano pueden ser modificadas, obteniendo así aceros con nuevaspropiedades mecánicas, pero siempre manteniendo la compisición química. Estas propiedades varían de acuerdo altratamiento que se le de al acero dependiendo de la temperatura hasta la cual se lo caliente y de como se enfría elmismo. La forma que tendrá el grano y los microconstituyentes que compondrán al acero, sabiendo la composiciónquímica del mismo (esto es porcentaje de Carbono y Hierro (Fe3))y la temperatura a la que se encuentra, se puedever en el Diagrama Hierro Carbono.

Tratamiento térmico 59

A continuación se adjunta a modo de ejemplo una figura que muestra como varía el grano a medida que el acero escalentado y luego enfriado. Los microconstituyentes a los que antes se hizo referencia en este caso son la Perlita, laAustenita y la Ferrita.En la figura que se adjunta a continuación se puede ver con mayor claridad como varía el grano del latón de acuerdoa la variación de temperatura en un tratamiento térmico.

Propiedades mecánicas del aceroEl acero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación, los cuales le confierenpropiedades mecánicas específicas para su utilización en la industria metalmecánica.Los otros principales elementos de composición son el cromo, tungsteno, manganeso, níquel, vanadio, cobalto,molibdeno, cobre, azufre y fósforo. A estos elementos químicos que forman parte del acero se les llamacomponentes, y a las distintas estructuras cristalinas o combinación de ellas constituyentes.Los elementos constituyentes, según su porcentaje, ofrecen características específicas para determinadasaplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etcétera. La diferencia entre los diversos aceros, tal como se hadicho depende tanto de la composición química de la aleación de los mismos, como del tipo de tratamiento térmico.

Tratamientos térmicos del aceroEl tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedadesmecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metalen su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir losesfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interiordúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en losaceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas,con unas pautas o tiempos establecidos.Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendablecontar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-carbono. En este tipo de diagramas se especifican lastemperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de losmateriales diluidos.Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantesinnovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Losprincipales tratamientos térmicos son:• Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una

temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menosrápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.

• Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple,conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia delos aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acerocon la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima yvelocidad de enfriamiento.

• Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) seguidode un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza.También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material,eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

• Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y conuna distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

Tratamiento térmico 60

Tratamientos del aceroLos tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura delacero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentesproductos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento yenfriamiento controlados en atmósferas especiales.Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando elnúcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia aldesgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.• Cementación (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de

carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante elcalentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica,obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste ybuena tenacidad en el núcleo.

• Nitruración (N): al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida,incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturascomprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.

• Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro,carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.

• Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, perocon hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el procesose requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.

• Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metalpor calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.

Ejemplos de tratamientos

Endurecimiento del aceroEl proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperaturacorrecta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en unacámara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción(tensión) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta sutemperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 790 y 830 °C, lo cual se identifica cuando el metaladquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produceuna estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite oaire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.

Temple y revenido: BonificadoDespués que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con elmínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidadse recomienda el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple).Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste enlimpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver tabla), para despuésenfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla.

Tratamiento térmico 61

Tabla de temperaturas para revenido de acero endurecido

Color Grados C Tipos de aceros

Paja claro 220 Herramientas como brocas, machuelos

Paja mediano 240 Punzones dados y fresas

Paja oscuro 255 Cizallas y martillos

Morado 270 Árboles y cinceles para madera

Azul obscuro 300 Cuchillos y cinceles para acero

Azul claro 320 Destornilladores y resortes

RecocidoEl recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero u otrosmetales, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen aun trabajo en frío. (Enfriamiento en el horno).

Recocido de Homogeneización

En el recocido de homogeneización, propio de los aceros hipoeutectoides, la temperatura de calentamiento es lacorrespondiente a A3+200ºC sin llegar en ningún caso a la curva de sólidos, realizándose en el propio horno elposterior enfriamiento lento, siendo su objetivo principal eliminar las heterogeneidades producidas durante lasolidificación.

Recocido de Regeneración

También llamado normalizado, tiene como función regenerar la estructura del material producido por temple o forja.Se aplica generalmente a los aceros con más del 0.6% de C, mientras que a los aceros con menor porcentaje de Csólo se les aplica para finar y ordenar su estructuraEjemplo:

Después de un laminado en frío, donde el grano queda alargado y sometido a tensiones, dicho tratamiento devuelvela microestructura a su estado inicial.

Recocido de Globulización

Usado en aceros hipoeutectoides para ablandarlos después de un anterior trabajo en frío. Por lo general se deseaobtener globulización en piezas como placas delgadas que deben tener alta embutición y baja dureza. Los valoresmás altos de embutición por lo general están asociados con la microestructura globulizada que solo se obtiene en unrango entre los 650 y 700 grados centígrados. Temperaturas por encima de la crítica producen formación de austenitaque durante el enfriamiento genera perlita, ocasionando un aumento en la dureza no deseado. Por lo general piezascomo las placas para botas de protección deben estar globulizadas para así obtener los dobleces necesarios para suuso y evitar rompimiento o agrietamiento. Finalmente son templadas para garantizar la dureza. Es usado para losaceros hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89 % de C, para conseguir la menor dureza posibleque en cualquier otro tratamiento, mejorando la maquinabilidad de la pieza. La temperatura de recocido está entreAC3 y AC1.

Tratamiento térmico 62

Ejemplo

- El ablandamiento de aceros aleados para herramientas de más de 0.8% de C.

Recocido de Subcrítico

Para un acero al carbono hipoeutectoide: La microestructura obtenida en este tratamiento varía según la temperaturade recocido. Por lo general las que no excedan los 600 grados liberarán tensiones en el material y ocasionaran algúncrecimiento de grano (si el material previamente no fue templado). Generalmente mostrando Ferrita-Perlita. Porencima de los 600 y bajo los 723 se habla de recocido de globulización puesto que no sobrepasa la temperaturacrítica. En este caso no hay grano de perlita, los carburos se esferoidizan y la matriz es totalmente ferrítica. Se usapara aceros de forja o de laminación, para lo cual se usa una temperatura de recocido inferior a AC1, pero muycercana. Mediante este procedimiento se destruyen las tensiones internas producidas por su moldeo y mecanización.Comúnmente es usado para aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni, Cr-Mo, etcétera. Este procedimiento esmucho más rápido y sencillo que los antes mencionados, su enfriamiento es lento.

CementadoConsiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil.Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el método de cementado se tiene la posibilidad deaumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. El carbono seagrega al calentar al acero a su temperatura crítica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. Lostres métodos de cementación más comunes son: empacado para carburación, baño líquido y gas.

Carburización por empaquetadoEste procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbónico en una caja cerrada conmaterial carbonáceo y calentarlo hasta 900 a 927 °C durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbono que se encuentraen la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Cuanto más tiempo se deje a la pieza en la caja con carbonode mayor profundidad será la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfríarápidamente en agua o salmuera. Para evitar deformaciones y disminuir la tensión superficial se recomienda dejarenfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 800 y 845 °C (rojo cereza) yproceder al enfriamiento por inmersión. La capa endurecida más utilizada tiene un espesor de 0,38 mm, sin embargose pueden tener espesores de hasta 0.4 mm.

Carburización en baño líquidoEl acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro de sodio líquido. También se puede utilizar cianuro de potasiopero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 845 °C durante 15 minutos a 1 hora, según laprofundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorberá el carbono y el nitrógeno del cianuro. Después sedebe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0,75mm.

Carburización con gasEn este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementación. La pieza de acero con bajo contenidocarbónico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gasnatural. El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 900 y 927 °C. después de un tiempopredeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la pieza y se recalienta a 760 °Cy se enfría con rapidez en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran piezas cuya capa dura tiene un espesorhasta de 0,6 mm, pero por lo regular no exceden de 0,7 mm.

Tratamiento térmico 63

Carburado, cianurado y nitruradoExisten varios procedimientos de endurecimiento superficial con la utilización del nitrógeno y cianuro a los que porlo regular se les conoce como carbonitrurado o cianurado. En todos estos procesos con ayuda de las sales del cianuroy del amoníaco se logran superficies duras como en los métodos anteriores.

Tratamiento Medio Temperatura Espesor Dureza

Cementación Carbón sólido Austenitica Mayor Menor

Carbo Nutruración Gas (metano + amoníaco Austenitica

Cianuración Baño de sales Austenitica

Menor MayorNitruración Gas 500 a 560° C

Véase también• Proceso de fabricación• Endurecimiento (metalurgia)• Recocido por Cortocircuito

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Tratamiento térmico. Commons• Introducción a los tratamientos térmicos [1]

• Tratamientos Térmicos [2]

• VACIO Y TERMOQUIMICA DE NAVARRA [3]Empresa dedicada a los tratamientos térmicos

Referencias[1] http:/ / www. interempresas. net/ MetalMecanica/ Articulos/ Articulo. asp?A=2506[2] http:/ / www. tecnologiaindustrial. info/ index. php?main_page=site_map& cPath=420[3] http:/ / www. tratamientotermico. es

Cincado mecánico 64

Cincado mecánicoEl cincado mecánico o zincado mecánico se realiza tal y como su nombre indica, mecánicamente, al impactar elmetal que se desea depositar contra la superficie del metal a recubrir, mediante bolas de vidrio de diferentes tamañosen una campana rotatoria. Al contrario que el proceso electrolítico, prácticamente no existen posibles fuentes deformación de hidrógeno en el proceso y, cuando aparece, lo hace siempre en muy pequeña cantidad concentrado enla superficie, situación que facilita su desorción espontánea en pocas horas sin llegar a crear problemas defragilización.El cincado mecánico es una de las técnicas a nuestro alcance que permite minimizar la absorción de hidrógeno y, enestos momentos, es una alternativa al cincado electrolítico para el tratamiento de piezas de acero de alta resistenciacomo tornillería, arandelas, tuercas, flejes, muelles, etc.

ProcesoEl proceso una vez introducidas las piezas y las bolas en la campana con agua, consta de un desengrasado previo,(que puede ser realizado en el mismo proceso), un decapado con inhibidores, un flash de cobre, un aditivo y el polvode metal dúctil que se desea aplicar sobre el acero, pudiéndose aplicar metales (incluso aleados) como el cinc,estaño, cobre, aluminio, etc.• Al término del tiempo son separadas las piezas de las bolas de vidrio. Las piezas posteriormente son pasivadas

para darle mayor protección contra la corrosión. Los pasivados actuales ya son totalmente libres de Cr VI.• La variación de espesor del recubrimiento puede ir desde las 3 hasta las 75 micras. Al pasar de las 25 su

denominación pasa a ser galvanizado mecánico.

EquipamientoEl equipo básico necesario para el proceso consta de:• Una campana rotatoria, la cual puede ser de diferentes tamaños.• Una tolva vibratoria.• Un separador magnético o criba.• Un deposito para la bola de vidrio.• Una secadora centrifuga.

Características, Beneficios y Desventajas• El hidrógeno generado por el cincado electrolítico afecta negativamente a las piezas de acero endurecido (> 1000

N / mm). El riesgo de rotura por fragilización por hidrógeno se elimina con el proceso mecánico.• El coste del recubrimiento mecánico es más económico a mayor micraje y no requiere de metales fundidos,

deshidrogenación, o corriente eléctrica para su depósito.• El recubrimiento mecánico opera a temperatura ambiente.• Es posible depositar una serie de metales en una amplia gama de espesores. Piezas de diferentes formas están

cubiertas de manera más uniforme que en la galvanización en caliente.• El espesor de la capa depende de la cantidad de polvo de metal añadido. Todos los aditivos químicos son

determinados por la superficie total de las piezas en la carga.• La variedad de metales que se pueden codepositar (ZnSn, ZnNi, ZnFe, ZnAl, ZnAlSn) es más flexible que en la

galvanoplastia y el galvanizado en caliente.• Los revestimientos pueden ser tratados posteriormente con lubricantes, pasivados o pintura.• No hay cianuros.

Cincado mecánico 65

• El tamaño de las piezas determina que se puedan revestir o no.• Es un acabado industrial, no decorativo.

Enlaces externos• Atotech (2009). «Mechanical Plating [1]» (en inglés). Consultado el 16 de septiembre de 2009..• FORPEZ (2009). «Zincado Mecánico [2]» (en español). Consultado el 16 de septiembre de 2009..

Referencias• Paul C. Wynn and Jonathon Timms (2009). «Mechanical Plating [3]» (en inglés). Consultado el 16 de septiembre

de 2009..• ASTM B 695 (2004). Coatings of Zinc Mechanically Deposited on Iron and Steel [4].

Referencias[1] http:/ / www. atotech. com/ en/ products/ general-metal-finishing/ corrosion-protection-coatings/ mechanical-plating. html[2] http:/ / www. forpez. com/ idioma1/ intro. asp?idioma=1[3] http:/ / www. pfonline. com/ articles/ 100103. html[4] http:/ / www. astm. org

Galvanizado

Placa de metal galvanizada.

Galvanizado es el proceso electroquímicopor el cual se puede cubrir un metal conotro. Se denomina galvanización pues esteproceso se desarrolló a partir del trabajo deLuigi Galvani, quien descubrió en susexperimentos que si se pone en contacto unmetal con una pata cercenada a una rana,ésta se contrae como si estuviese viva, luegodescubrió que cada metal presentaba ungrado diferente de reacción en la pata derana, por lo tanto cada metal tiene una cargaeléctrica diferente, segun el tipo de metal locual se debe a que se han descubiertometales con mucha carga electrica por elmagnetismo de la tierra.

Más tarde ordenó los metales según su carga y descubrió que puede recubrirse un metal con otro, aprovechando estacualidad (siempre depositando un metal de carga mayor sobre otro de carga menor).De su descubrimiento se desarrolló más tarde el galvanizado, la galvanotecnia, y luego la galvanoplastia.

Galvanizado 66

UtilidadLa función del galvanizado es proteger la superficie del metal sobre el cual se realiza el proceso. El galvanizado máscomún consiste en depositar una capa de zinc (Zn) sobre hierro (Fe); ya que, al ser el zinc más oxidable, menosnoble, que el hierro y generar un óxido estable, protege al hierro de la oxidación al exponerse al oxígeno del aire. Seusa de modo general en tuberías para la conducción de agua cuya temperatura no sobrepase los 60 °C ya queentonces se invierte la polaridad del zinc respecto del acero del tubo y este se corroe en vez de estar protegido por elzinc. Para evitar la corrosión en general es fundamental evitar el contacto entre materiales disímiles, con distintopotencial de oxidación, que puedan provocar problemas de corrosión galvánica por el hecho de su combinación.Puede ocurrir que cualquiera de ambos materiales sea adecuado para un galvanizado potencial con otros materiales ysin embargo su combinación sea inadecuada, provocando corrosión, por el distinto potencial de oxidacióncomentado.Uno de los errores que se cometen con más frecuencia es el del empleo de tuberías de cobre combinadas con tuberíasde acero galvanizado (vid. normas UNE 12502.3, UNE 112076, UNE 112081). Si la tubería de cobre, que es unmaterial más noble, se sitúa aguas arriba de la de galvanizado, los iones cobre, que necesariamente existen en el aguao las partículas de cobre que se puedan arrastrar por erosión o de cualquier otra procedencia, se cementarán sobre elzinc del galvanizado aguas abajo y éste se oxidará por formarse una pila bimetálica local Cu/Zn en los puntos en losque los iones cobre se hayan depositado como cobre metálico sobre el galvanizado. A partir de ese momento seacelerará la corrosión del recubrimiento galvanizado en todos esos puntos. Desaparecido el zinc del recubrimiento, lapila será Cu/Fe y continuará corroyéndose hasta perforarse el tubo de acero. Como el galvanizado está instaladoanteriormente este fallo pasa desapercibido y se suele atribuir al fin de la vida en servicio o, incluso, a la malacalidad del galvanizado. La causa sin embargo ha sido la mala calidad del diseño: la instalación de la tubería decobre aguas arriba, que es la que ha provocado la corrosión del galvanizado, aguas abajo. Por el contrario, en el casode que las tuberías de cobre se instalen al final de la red, es decir, aguas abajo de la tubería de galvanizado, no existeese problema siempre que se garantice que no haya agua de retorno que después de pasar por el cobre pase por elgalvanizado. Si existe ese riesgo se deberá colocar un sistema antiretorno. En cualquier caso, es necesario colocar unmanguito aislante entre el acero galvanizado de la instalación general y la tubería de cobre final para evitar elcontacto galvanizado/cobre. Esta solución, sin embargo, es ineficaz en el caso anterior, tubería general de cobre yramales finales de acero galvanizado. Aunque se elimine la corrosión en el punto de contacto entre ambos materiales,que es lo único que hace el manguito, no se evitará la corrosión. Ésta se producirá debido a los iones cobre quetransporta el agua, o las partículas de cobre, que producirán picaduras sobre toda la instalación de galvanizado aguasabajo, tal como se ha explicado.Otros procesos de galvanizado muy utilizados son los que se refieren a piezas decorativas. Se recubren estas piezascon fines principalmente decorativos, la hebillas, botones, llaveros, artículos de escritorio y un sinfín de productosson bañados en cobre, níquel, plata, oro, bronce, cromo, estaño, etc.. En el caso de la bisutería se utilizan baños deoro (generalmente de 18 a 21 quilates). También se recubren joyas en metales más escasos como platino y rodio.

ProcesoExisten varios procesos para recubrir de zinc el acero. Los principales son:• La galvanización en caliente,• la galvanización en frío,• el metalizado por pistola,• el zincado electrolítico y• el galvanizado por laminación.

Galvanizado 67

Galvanización en calienteLa galvanización es un procedimiento para recubrir piezas terminadas de hierro/acero mediante su inmersión en uncrisol de zinc fundido a 450ºC. Tiene como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y lacontaminación ambiental pueden ocasionar sobre el hierro. Esta actividad representa aproximadamente el 50% delconsumo de zinc en el mundo y desde hace más de 150 años se ha ido afianzando como el procedimiento más fiabley económico de protección del hierro contra la corrosión.

Zincado electrólíticoEn los procesos de zincado electrolítico se utilizan los siguientes elementos:• Fuente de alimentación: es un transformador que baja el voltaje de 380 V, 220 V ó 110 V a tensiones menores

(de 0,1 a 12 V). Además, estos equipos poseen semiconductores (placas de selenio, diodos y últimamentetiristores) que transforman la corriente alterna en corriente continua, que es la que se utiliza para estos procesos.

Esta fuente debe tener en lo posible un sistema de regulación de voltaje, puesto que cada proceso tiene unrango de tensión en el que el resultado es óptimo.

• Electrolito: es una solución de sales metálicas, que serán las que servirán para comenzar el proceso entregandoiones metálicos, que serán reemplazados por el ánodo.

Por ejemplo, los baños de niquelado se componen de sulfato de níquel, cloruro de níquel y ácido bórico. Losbaños de cincado contienen cianuro de sodio, hidróxido de sodio y sosa cáustica (los alcalinos) o cloruro decinc, cloruro de potasio y ácido bórico (los ácidos).Además se agregan a los electrolitos sustancias orgánicas como tensoactivos, agentes reductores yabrillantadores: sacarina sódica, trietanolamina, formalina, urea, sulfuro de sodio, carboximetilcelulosa yvarios tipos de azúcares (derivados por ejemplo de extractos del jarabe de maíz).

• Ánodos: son placas de metal muy puro, puesto que la mayoría de los procesos no resisten las contaminaciones:níquel 99,997 %; cobre 99,95 %; zinc 99,98 %. Cuando un ion entrega su átomo de metal en el cátodo,inmediatamente otro lo reemplaza desprendiéndose del ánodo y viajando hacia el cátodo. Por lo que la principalmateria prima que se consume en un proceso de galvanizado es el ánodo.

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Galvanizado. Commons• Galvanizado en frío y en caliente [1]. Interesante artículo de la revista Metalindustria• Propiedades de la galvanización [2]. Por la Asociación Técnica Española de Galvanización (ATEG)• Procedimientos de galvanizado [3]. Por la Asociación Técnica Española de Galvanización (ATEG)

Referencias[1] http:/ / www. asimet. cl/ galvanizado. htm[2] http:/ / www. ateg. es/ FRpropiedades. htm[3] http:/ / www. ateg. es/ FRprocedimientos. htm

Roscado 68

Roscado

Macho de roscar por laminación.

Perno roscado con tuercaM-16

Un roscado o rosca es una superficie cuyo eje está contenido en elplano y en torno a él describe una trayectoria helicoidalcilíndrica.[1]

El roscado puede ser realizado con herramientas manuales omáquinas herramientas como taladradora, fresadoras y tornos. Parael roscado manual se utilizan machos y terrajas, que sonherramientas de corte usadas para crear las roscas de tornillos ytuercas en metales, madera y plástico. El macho se utiliza pararoscar la parte hembra mientras que la terraja se utiliza para roscarla porción macho del par de acoplamiento. El macho tambiénpuede utilizarse para roscado a máquina.

Si se necesita producir grandes cantidades de roscados tantomachos como hembras se utiliza el roscado por laminación segúnel material con que esté construido.

Características

Roscado 69

Granete para posición de agujero.

Las roscas difieren según la forma geométrica de su filete. Segúnesta característica pueden ser roscas triangulares, cuadradas,trapezoidales, diente de sierra, etc. La distancia entre dos filetessucesivos se denomina paso y está normalizado según el sistemade rosca que se aplique. Estos sistemas pueden ser:

• Rosca métrica• Rosca Whitworth• Rosca Sellers• Rosca Gas• Rosca SAE• Rosca UNF

Otras características de las roscas son el ángulo de la hélice y los diámetros, que puede ser tanto interior (o de fondo)como medio (o de flanco).

Roscado manual

Macho de roscar a mano con su soporte.

El roscado manual puede realizarse por medio de un macho o deuna terraja. El macho es una herramienta de corte con la que sehacen roscas en la parte interna de agujeros, generalmente en unapieza metálica o de plástico.

Ambas herramientas deben tener un diámetro específico y un pasode rosca establecido por algún sistema de rosca. El proceso delroscado a mano se realiza aplicando tres machos en formasucesiva. El primer macho posee una entrada larga cónica y carecede dientes. Se utiliza para comenzar y guiar la rosca. El siguientese utiliza para desbastar la roscay el último acaba y calibra larosca. También se puede emplear como macho de máquina.

El roscado manual se utiliza en mantenimiento industrial ymecánico para repasado de roscas, en instalaciones y montajeseléctricos, etc. El roscado industrial o en serie se realiza en cambiocon machos de roscar a máquina. Hay cuatro tipos principales:macho con canal recto, macho con canal helicoidal a derechas ymacho con canal helicoidal a izquierdas y corte a derechas. Esteúltimo se utiliza para roscar agujeros con un corte interrumpido(por ejemplo: chaveteros longitudinales, agujeros transversales).La viruta va en dirección del avance del macho evitando quedarseatrapada entre las paredes del orificio y los dientes del macho.Finalmente, el macho recto con entrada corregida se utiliza enagujeros pasantes. La viruta es impulsada hacia adelante.

Por su parte, la terraja de roscar es una herramienta manual de corte que se utiliza para el roscado manual de pernosy tornillos.

Existe una terraja para cada tipo de tornillo normalizado de acuerdo a los sistemas de roscas vigentes. Las terrajaspueden

Roscado 70

Terraja de roscar a mano con subandeador.

accionarse con la mano o montarse en un portaterrajas o brazo bandeador, quefacilita aplicar la fuerza y el giro para formar la rosca deseada.

Roscado en máquina

Fresadora

Cuando se requiere que alguna rosca sea muy precisa se rectifica conrectificadoras centros de mecanizado (CNC), que permiten realizar perfiles detodos los sistemas de roscado y además tienen una gran precisión pues sonmáquinas dirigidas por un software al que un operador le añade parámetros,disminuyendo costos y simplificando la labor.

El fresado de roscas permiten roscar materiales de mayor dureza y desarrollar velocidades de corte y avance muysuperiores al roscado con macho. También puede realizar varias operaciones en los orificios, como taladrar unorificio, hacerle un chaflán, mecanizar la rosca y ranurar el final de la misma. Puede hacer que la rosca llegue máscerca del fondo de un orificio ciego, e incluso roscar agujeros de diferentes dimensiones en la misma pieza.Un macho solo puede producir "el sentido" de la rosca —derecho o izquierdo— que ha sido tallado en laherramienta. Pero la fresadora puede producir roscas en ambos sentidos cambiando la programación CNC.El control de las virutas mejora mucho con el fresado de roscas. Además la fresa de roscar se puede ajustarradialmente para conseguir una tolerancia distinta de la teórica o para alargar la vida de la herramienta.

Torno

Herramientas de roscado interior en torno.

El torneado de roscas se realiza frecuentemente en tornos CNC,con herramientas de metal duro con plaquita intercambiable que yatienen adaptado el perfil de la rosca que se trate de mecanizar.[2]

Los intervalos de avance de la máquina deben coincidir con elpaso de las mismas, lo que se logra con la programación de lostornos CNC. El torneado con plaquitas intercambiables se realizahaciendo varias pasadas de corte a lo largo de toda la longitud de

la rosca, dividiendo la profundidad total de la rosca en pequeñas pasadas.

Roscado por laminaciónCuando se requieren producir grandes cantidades de piezas roscadas se recurre a la laminación en lugar del arranquede viruta. En este método las fibras del material no son cortadas sino desplazadas. Esto reduce el tiempo defabricación, extendiendo la durabilidad de las herramientas, además de reducir los sobrantes de material.El roscado por laminación se puede realizar varios tipos de tornos, centros de mecanizado y tornos CNC. Aquí setoma en cuenta el diámetro de los flancos de la rosca. Las características mecánicas y funcionales de los tornillos conrosca métrica, cementados y revenidos se encuentra en la norma UNE-EN ISO 7085:2000.

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Gestión económica del roscado

Tapa de cilindros de un motor de 4 tiempos conmuchos agujeros roscados.

La suma del coste de la materia prima de una pieza, el coste delproceso de mecanizado y el coste de las piezas fabricadas de formadefectuosa constituyen el coste total de una pieza. El desarrollotecnológico permite obtener la mayor calidad posible de loscomponentes al menor coste tanto de la materia prima como delmecanizado. Para reducir costes se consiguen materiales blandosque luego del mecanizado son endurecidos por tratamientostérmicos que incrementan su dureza y resistencia, entre otraspropiedades mecánicas.

También se reducen costos con mejores herramientas de mecanizado que mejoran las condiciones tecnológicas delmecanizado (por ejemplo, más revoluciones de las herramientas de roscar o mayor duración de su filo).El control numérico redujo el índice de piezas defectuosas casi erradicando el roscado manual. Esto se aplica porejemplo en la fabricación de tornillos y tuercas estandarizadas porque en muy poco tiempo se puede producir unagran cantidad de piezas con muy buena calidad y a bajo precio. No ha sido igual con el roscado de agujeros, tantociegos como pasantes, porque antes del roscado se debe taladrar el agujero y debe coincidir con las características dela rosca.

Verificación y medición de roscas

Galga (pasa no-pasa) roscados exteriores.

Galga Pasa No-pasa para roscas interiores.

Las roscas pueden medirse o verificarse en forma directa oindirecta. Para la medición directa se utilizan generalmentemicrómetros con puntas adaptadas que son introducidas en elflanco de las roscas. También puede introducirse un juego devarillas para medir los diámetros medios.

Para la medición indirecta de las roscas se utilizan varios métodos,como las galgas, que están compuestas de dos partes que permitemedir tanto las roscas macho como hembras. Otro tipo de galgases un juego de plantillas que presentan los pasos de rosca de losdiferentes sistemas. En laboratorios de metrología también se usanlos proyectores de perfiles, que permiten verificar roscas deprecisión.

Fallos y defectos de las roscas

Las roscas pueden presentar varios defectos. El primero estáasociado con su cálculo y diseño. Pueden no haber sidoseleccionadas adecuadamente las dimensiones de la rosca, elsistema adecuado y el material adecuado. Esto produce eldeterioro prematuro o incluso súbito del apriete.

La rosca también puede deteriorarse por corrosión u oxidación, loque produce la pérdida de presión de apriete y podría originar unaavería porque se afloje el conjunto. Adicionalmente, si el apriete

supera el par de apriete límite del elemento roscado, puede ocasionarse una laminación del componente más lábil delpar.

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Micrómetro para medir roscas.

Véase también

• Destornillador• Llave (herramienta)• Tornillo• Tuerca

Referencias[1] Control de roscas (http:/ / www. unizar. es/ euitiz/ areas/ areingpf/ 21206/ desc/

medros. pdf)

[2] Plaquetas de metal duro intercambiables para roscar. Sandvik Coromant (http:/ / www. coromant. sandvik. com/ sandvik/ 3200/ Internet/Coromant/ es02001. nsf/ GenerateTopFrameset?ReadForm& menu=& view=http:/ / www. coromant. sandvik. com/ sandvik/ 3200/ Internet/Coromant/ ES02002. nsf/ Alldocs/ C1256B0C002C7186C1256B1900476DCC& banner=/ sandvik/ 3200/ Internet/ Coromant/ es02001. nsf/LookupAdm/ BannerForm?OpenDocument)

Bibliografía• Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.• Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas.. Madrid:

Thomson Editores. ISBN 84-283-1968-5.• Sandvik Coromant (2006). Guía Técnica de Mecanizado. AB Sandvik Coromant 2005.10.• Micheleti (1982). Mecanizado por arranque de viruta.• Casbas, José Luis (2005). Roscado.Manual practico de taller.

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Roscado. Commons• Doimark. Rectificadora de roscas: rer. Características técnicas (http:/ / www. doimak. es/ Folletos/ RER-2000.

pdf)• Fresado de roscas. Metalmecánica. Peter Zelinski (http:/ / www. metalmecanica. com/ mm/ secciones/ MM/ ES/

MAIN/ IN/ ARTICULOS/ doc_42653_HTML. html?idDocumento=42653)• Historia del roscado, por Albert Esteves (http:/ / www. interempresas. net/ MetalMecanica/ Articulos/ Articulo.

asp?A=11297& R=27541)

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Tornillo

Tornillo con cabeza hexagonal.

Se denomina tornillo a un elemento u operador mecánicocilíndrico dotado de cabeza, generalmente metálico, aunquepueden ser de madera o plástico, utilizado en la fijación temporalde unas piezas con otras, que está dotado de una caña roscada conrosca triangular, que mediante una fuerza de torsión ejercida en sucabeza con una llave adecuada o con un destornillador, se puedeintroducir en un agujero roscado a su medida o atravesar las piezasy acoplarse a una tuerca.[1]

El tornillo deriva directamente de la máquina simple conocidacomo plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado.[2] Los tornillos permiten que las piezassujetas con los mismos puedan ser desmontadas cuando la ocasión lo requiera.

Orígenes históricos

Sir Joseph Whitworth.

Los primeros antecedentes de la utilización de roscas se remontan al tornillode Arquímedes, desarrollado por el sabio griego alrededor del 300 a. C.,empleándose ya en aquella época profusamente en el valle del Nilo para laelevación de agua.

Durante el Renacimiento las roscas comienzan a emplearse como elementosde fijación en relojes, máquinas de guerra y en otras construccionesmecánicas. Leonardo da Vinci desarrolla por entonces métodos para el talladode roscas; sin embargo, éstas seguirán fabricándose a mano y sin ningunaclase de normalización hasta bien entrada la Revolución industrial.

En 1841 el ingeniero inglés Whitworth definió la rosca que lleva su nombre,haciendo William Sellers otro tanto en los Estados Unidos el año 1864. Estasituación se prolongó hasta 1946, cuando la organización ISO define elsistema de rosca métrica, adoptado actualmente en prácticamente todos lospaíses. En los EE.UU. se sigue empleando la norma de la Sociedad deIngenieros de Automoción (Society of Automotive Engineers, SAE).

La rosca métrica tiene una sección triangular formando un ángulo de 60º y cabeza un poco truncada para facilitar elengrase.

Características de los tornillosLos tornillos los definen las siguientes características:• Diámetro exterior de la caña: en el sistema métrico se expresa en mm y en el sistema inglés en fracciones de

pulgada.• Tipo de rosca: métrica, Whitworth, trapecial, redonda, en diente de sierra, eléctrica, etc. Las roscas pueden ser

exteriores o machos (tornillos) o bien interiores o hembras (tuercas), debiendo ser sus magnitudes coherentes paraque ambos elementos puedan enroscarse.

• Paso de la rosca: Distancia que hay entre dos crestas sucesivas, en el sistema métrico se expresa en mm y en elsistema inglés por el número de hilos que hay en una pulgada.

• Sentido de la hélice de la rosca: a derechas o a izquierdas. Prácticamente casi toda la tornillería tiene rosca aderechas, pero algunos ejes de máquinas tienen alguna vez rosca a izquierda. Los tornillos de las ruedas de los

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vehículos industriales tienen roscas de diferente sentido en los tornillos de las ruedas de la derecha (a derechas)que en los de la izquierda (a izquierdas). Esto se debe a que de esta forma los tornillos tienden a apretarse cuandolas ruedas giran en el sentido de la marcha. Asimismo, la combinación de roscas a derechas y a izquierdas esutilizada en tensores roscados.

• Material constituyente y resistencia mecánica que tienen: salvo excepciones la mayor parte de tornillos son deacero de diferentes aleaciones y resistencia mecánica. Para madera se utilizan mucho los tornillos de latón.

• Longitud de la caña: es variable.• Tipo de cabeza: en estrella o phillips, bristol, de pala y algunos otros especiales.• Tolerancia y calidad de la rosca

Tipos de tornillosEl término tornillo se utiliza generalmente en forma genérica, son muchas las variedades de materiales, tipos ytamaños que existen. Una primera clasificación puede ser la siguiente:[3]

• Tornillos tirafondos para madera• Autoroscantes y autoperforantes para chapas metálicas y maderas duras• Tornillos tirafondos para paredes y muros de edificios• Tornillos de roscas cilíndricas• Varillas roscadas de 1m de longitud

Tornillos para madera

Tornillo con rosca para madera.

Los tornillos para madera, reciben el nombre de tirafondo para madera, sutamaño y calidad está regulado por la Norma DIN-97, tienen una rosca queocupa 3/4 de la longitud de la espiga. Pueden ser de acero dulce, inoxidable,latón, cobre, bronce, aluminio y pueden estar galvanizados, niquelados, etc.Este tipo de tornillo se estrecha en la punta como una forma de ir abriendocamino a medida que se inserta para facilitar el autoroscado, porque no esnecesario hacer un agujero previo, el filete es afilado y cortante.Normalmente se atornillan con destornillador eléctrico o manual.

Sus cabezas pueden ser planas, ovales o redondeadas; cada cual cumplirá unafunción específica.

Cabeza plana: se usa en carpintería, en general, en donde es necesario dejar la cabeza del tornillo sumergida o a rascon la superficie.Cabeza oval: la porción inferior de la cabeza tiene una forma que le permite hundirse en la superficie y dejarsobresaliendo sólo la parte superior redondeada. Son más fáciles para sacar y tienen mejor presentación que los decabeza plana. Se usan para fijación de elementos metálicos, como herramientas o chapas de picaportes.Cabeza redondeada: se usa para fijar piezas demasiado delgadas como para permitir que el tornillo se hunda enellas; también para unir partes que requerirán arandelas. En general se emplean para funciones similares a los decabeza oval, pero en agujeros sin avellanar. Este tipo de tornillo resulta muy fácil de remover.Los diferentes tipos de cabeza pueden tener:Cabeza fresada (ranura recta): tienen las ranuras rectas tradicionales.Cabeza Phillips: tienen ranuras en forma de cruz para minimizar la posibilidad que el destornillador se deslice.Cabeza tipo Allen: con un hueco hexagonal, para encajar una llave Allen.Cabeza Torx: con un hueco en la cabeza en forma de estrella de diseño exclusivo Torx.

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Las características que definen a los tornillos de madera son: Tipo de cabeza, material constituyente, diámetro de lacaña y longitud.

Tornillos tirafondos para paredes y madera DIN-571Hay una variedad de tornillos que son más gruesos que los clásicos de madera, que se llaman tirafondos y se utilizanmucho para atornillar los soportes de elementos pesados que vayan colgados en las paredes de los edificios, comopor ejemplo, toldos, aparatos de aire acondicionado, etc. En estos casos se perfora la pared al diámetro del tornilloelegido, y se inserta un taco de plástico a continuación se atornilla el tornillo que rosca a presión el taco de plástico yasí queda sujeto muy fuerte el soporte. También se utiliza para el atornillado de la madera de grandes embalajes porejemplo. Estos tornillos tienen la cabeza hexagonal y una gama de M5 a M12.

Autorroscantes y autoperforantes para chapas metálicas y maderas duras

Diferentes tipos de cabeza de tornillos de chapa.

Tornillo autoroscante.

Ambos tipos de tornillos pueden abrirsu propio camino. Se fabrican en unaamplia variedad de formas especiales.Se selecciona el adecuado atendiendoal tipo de trabajo que realizará y elmaterial en el cual lo empleará.Los autorroscantes tienen la mayorparte de su caña cilíndrica y el extremoen forma cónica. De cabeza plana,oval, redondeada o chata. La rosca esdelgada, con su fondo plano, para quela plancha se aloje en él. Se usan enláminas o perfiles metálicos, porquepermiten unir metal con madera, metalcon metal, metal con plástico o con otros materiales. Estos tornillos son completamente tratados (desde la puntahasta la cabeza) y sus bordes son más afilados que el de los tornillos para madera.

Los autoperforantes su punta es una broca, lo que evita tener que hacer perforaciones guías para instalarlos. Se usanpara metales más pesados: van cortando una rosca por delante de la pieza principal del tornillo.Las dimensiones, tipo de cabeza y calidad están regulados por Normas DIN.

Tornillos de rosca cilíndrica para uniones metálicas

Tornillo cabeza Allen DIN 912.

Para la unión de piezas metálicas se utilizan tornillos con rosca triangular quepueden ir atornillados en un agujero ciego o en una tuerca con arandela en unagujero pasante.Este tipo de tornillos es el que se utiliza normalmente en las máquinas y lomás importante que se requiere de los mismos es que soporten bien losesfuerzos a los que están sometidos y que no se aflojen durante elfuncionamiento de la máquina donde están insertados.Lo destacable de estos tornillos es el sistema de rosca y el tipo de cabeza quetengan puesto que hay variaciones de unos sistemas a otros. Por el sistema derosca los más usados son los siguientes• Rosca métrica de paso normal o paso fino• Rosca inglesa Whitworth de paso normal o fino

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• Rosca americana SAEPor el tipo de cabeza que tengan los más usados son los siguientes:• Cabeza hexagonal. Tipo DIN 933 y DIN 931• Cabeza Allen. Tipo DIN 912• Cabeza avellanada• Cabeza cilíndrica DIN 84• Cabeza Torx

Dibujo de roscas y tornillos

Tornillo fijado en agujerociego.

Tornillo fijado con tuerca.

En los agujeros roscados las crestas vistas se representan con trazo continuo grueso y losfondos con trazo fino. En vistas ocultas, ambas se trazan con trazo fino discontinuo. Enlas secciones, el rayado se prolonga hasta la cresta. En vista frontal, la línea de fondoabarcará aproximadamente 3/4 de circunferencia para evitar errores de interpretación. Enlos dibujos conjuntos, las líneas de la rosca macho (tornillo) prevalecen sobre las de larosca hembra (tuerca).

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CabezasEl diseño de las cabezas de los tornillos responde, en general, a dos necesidades: por un lado, conseguir la superficiede apoyo adecuada para la herramienta de apriete de forma tal que se pueda alcanzar la fuerza necesaria sin que lacabeza se rompa o deforme. Por otro, necesidades de seguridad implican (incluso en reglamentos oficiales deobligado cumplimiento) que ciertos dispositivos requieran herramientas especiales para la apertura, lo que exige queel tornillo (si éste es el medio elegido para asegurar el cierre) no pueda desenroscarse con un destornilladorconvencional, dificultando así que personal no autorizado acceda al interior.

Así, se tienen cabezas de distintas formas: hexagonal (a), redonda o alomada (b), cilíndrica (d, g), avellanada (c, e, f);combinadas con distintos sistemas de apriete: hexagonal (a) o cuadrada para llave inglesa, ranura o entalla (b, c, d) yPhillips (f) para destornillador, agujero hexagonal (e) para llave Allen, moleteado (g) para apriete manual, etc.

Tornillos comerciales de cabeza hexagonal

Llave de bocas fijas.

A partir de determinados diámetros, lo normal es que la cabeza delos tornillos comerciales sea hexagonal, principalmente los queenroscan en piezas metálicas o en su correspondiente tuerca. Hayvarios tipos de tornillos comerciales de cabeza hexagonalfabricados según normas DIN que difieren unos de otros en la

longitud de la rosca que tienen sus cañas.[4]

Tornillos comerciales con cabeza Allen

Juego de llaves Allen.

Al igual que con las cabezas hexagonales hay varios modelos detornillos con cabeza Allen todos ellos normalizados según las normasDIN correspondiente. Los tornillos con cabeza hexagonal se utilizanprincipalmente cuando se desean superficies lisas y las fuerzas deapriete no son muy elevadas.[5]

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Tornillos para apriete con destornillador

Destornillador eléctrico.

Con los modernos destornilladores eléctricos y neumáticos que existen el usode tornillos de autorroscado se utiliza mucho en los diversos tipos decarpintería tanto de madera como metálica ya que es un sistema rápido deatornillado. En el atornillado de piezas metálicas se utiliza menos porque elpar de apriete que se ejerce es bajo y está expuesto a que se afloje durante elfuncionamiento de la máquina.

Fabricación de tornillos

Los tornillos son elementos presentes en casi todos los campos deconstrucciones metálicas, de madera o de otras actividades, por eso hay muchos tipos, tamaños, y procesos defabricación.Desde el punto de vista de la utilización se pueden citar los siguientes tipos de tornillos.• Tornillos para usos generales• Tornillos de miniatura• Tornillos de alta resistencia• Tornillos inviolables• Tornillos de precisión• Tornillos grandes o especiales• Tornillos de titanio

Tornillería para usos generales

Tornillo calidad8.8.

La producción actual de tornillería está muy automatizada tanto en lo que respecta a laestampación de la cabeza como a la laminación de la rosca. Por lo tanto es fácil encontrar en losestablecimientos especializados el tornillo que se necesite, siempre que esté dentro de la gamanormal de fabricación.Los tornillos normales diferencian su calidad en función de la resistencia mecánica que tienen.La Norma (EN ISO 898-1) establece el siguiente código de calidades 4.6, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9y 12.9. Los fabricantes están obligados a estampar en la cabeza de los tornillos la calidad a laque pertenecen.En cuanto a dimensiones todas están normalizadas por normas DIN, y los tamaños disponibles, en rosca métrica porejemplo con cabeza hexagonal oscila entre M3 y M68, la longitud de los tornillos estándar es variable en un escalónde 5 mm, desde un mínimo a un máximo según sea su diámetro. Sin embargo, si fuese necesario disponer de formaesporádica de tornillos de más longitud, se fabrican unas varillas roscadas de 1 m de longitud, donde es posiblecortar a la longitud que se desee obtener y con una fijación de dos tuercas por los extremos realizar la fijación que sedesee.

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Tornillos de miniatura

Juego de destornilladoresde precisión.

Con el desarrollo de componentes electrónicos cada vez más pequeños ha sido necesariodesarrollar y fabricar tornillería especialmente pequeña, este tipo de tornillos secaracteriza por ser autorroscante en materias blandas tales como plásticos, y su cabeza esadaptada para ser accionados por destornilladores muy pequeños y de precisión, elmaterial de estos tornillos puede ser de acero inoxidable, acero normal o latón.

Tornillos de alta resistencia

Los tornillos de alta resistencia se designan por las letras TR, seguidas del diámetro de lacaña y la longitud del vástago, separados por el signo x; seguirá el tipo de acero del queestán construidos Las tuercas se designarán con las letras MR, el diámetro nominal y eltipo del acero.Las características del acero utilizado para la fabricación de los tornillos y tuercasdefinidos como de alta resistencia están normalizadas.

El fabricante de este tipo de se ve obligado a entregar un certificado de garantía por lo que no se hace necesario losensayos de recepción, a no ser que el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares los imponga.Los tornillos de alta resistencia llevarán en la cabeza, marcadas en relieve, las letras TR, la designación del tipo deacero, y el nombre o signo de la marca registrada del fabricante.Sobre una de sus bases, las tuercas de alta resistencia llevarán, marcadas en relieve, las letras MR, la designación deltipo de acero, y el nombre de la marca registrada del fabricante.[6]

Alternativamente, con la aparición de los Eurocódigos en los últimos años, la nomenclatura de Tornillos de AltaResistencia sin pretensar ha pasado a ser Métrica + longitud + clase de resistencia, donde la clase se compone de dosnúmeros separados por un punto. El primero de ellos indica el valor nominal del límite de rotura por 100 (fub) enN/mm2, y el segundo el valor nominal del límite elástico (fyb) en N/mm2. Siendo éste valor el producto del límite derotura por este segundo número dividido por 10.Por ejemplo, M18x120 10.9 indica un tornillo de alta resistencia métrica 18, longitud nominal 120 mm, límite derotura 1000 N/mm2 y límite elástico 900 N/mm2. Y M8x60 8.8 indica un tornillo de métrica 8, longitud nominal 60mm, límite de rotura 800 N/mm2 y límite elástico 640 N/mm2.Otros ejemplos de clases de resistencia normalizados son 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9, 12.9

Tornillos de precisiónLos tornillos de precisión se instalan cuando las presiones, esfuerzos y velocidades de los procesos exigen unionesmás fuertes y tornillos más fiables que eviten fallos que puedan desencadenar una avería en la máquina o estructuradonde van instalado.Estos tornillos se caracterizan por tener una resistencia extra a los esfuerzos de tracción y fatiga. La resistencia mediaque pueden tener estos tornillos es de 1.300 N/mm² frente a los 1.220 N/mm² que tienen los de la gama ordinaria.Esta gran resistencia posibilita el montaje de tornillos de dimensiones más pequeñas o menos tornillos, ahorrandoespacio, material y tiempo.El perfil del filete de estos tornillos es redondeado eliminando la punta V aguda que es la causa principal del fallo demuchos tornillos.[7]

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Tornillos inviolables

Tornillo de grandes dimensiones.

Los tornillos inviolables son un tipo de tornillería especial que una vezatornillados en el lugar correspondiente ya es imposible quitarlos, a menosque se fuercen y rompan. Esto es gracias al diseño que tiene la cabeza que esinclinada en su interior, de forma tal que si se intenta aflojar sale la llave sinconseguirlo. Son tornillos llamados antivandálicos y son muy utilizados entrabajos de cerrajería que van con acceso a las calles o lugares dondepudiesen actuar personas malintencionadas. Al igual que se fabrican tornillosinviolables también se fabrican tuercas inviolables. Las normas de estostornillos de rosca métrica corresponden a la ISO-7380 y ISO-7991 y sefabrican con cabeza Allen y con cabeza Torx.[8]

También se utilizan algunos a los que se les acopla un sello a la cabeza,impidiendo introducir una llave para aflojarlo. Estos tornillos se venden consu tapa correspondiente, y suelen ser para llave Allen. Como solucióntemporal o improvisada, se pueden introducir a golpe de martillo unosplomitos redondos de pesca en el mismo lugar.

Tornillos grandes o especialesCon las tecnologías modernas actuales es posible fabricar aquellos tornillos que por sus dimensiones se salgan de laproducción estándar. Para estos casos siempre se debe actuar de acuerdo a las especificaciones técnicas que tenga eltornillo que se desea fabricar, tamaño, material, calidad, etc.

Tornillos de titanio• Titanio quirúrgico: una de las mejores propiedades que tiene el titanio es que no es tóxico en contacto con el

organismo de las personas, lo cual, unido a sus cualidades mecánicas de dureza, poco peso y resistencia mecánica,han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones de gran utilidad como prótesis articulares, implantesdentales, componentes para la fabricación de válvulas cardíacas y marcapasos, clavos o placas de osteosíntesispara la recuperación de fracturas óseas, además de muchos otros productos.

Uno de los elementos imprescindibles para muchas de las aplicaciones quirúrgicas del titanio es poder disponer detoda la gama de tornillos que puedan ser necesarios de acuerdo con la aplicación requerida.El titanio desde que se empezó a utilizar en el tratamiento de las fracturas y en ortopedia no se conoce a la fechaningún caso de incompatibilidad reportado conocido.La aleación de titanio más empleada en este campo contiene aluminio y vanadio según la composición: Ti6Al4V. Elaluminio incrementa la temperatura de la transformación entre las fases alfa y beta. El vanadio disminuye esatemperatura. La aleación puede ser bien soldada. Tiene alta tenacidad.[9]

• Tornillos de titanio de alta resistencia mecánica: La industria aeronáutica utiliza una gran cantidad de tornillosde titanio y requiere de ellos una gran calidad y alta resistencia mecánica. La aleación grado 5-CA -Ti6Al4V- es laque cumple con tales exigencias técnicas. Algunos de estos tornillos se fabrican con recubrimiento de lubricantede película sólida MoS2 (bisulfuro de molibdeno).

• Tornillos de titanio para motocicletas, bicicletas y elementos de hobby. Dichos tornillos mejoran el aspecto ylas prestaciones de los de acero y los usuarios aprecian los coloreados que tienen (oro, azul, negro, etc.),obtenidos por procesos de anodizado.

• Tornillos de titanio para uso industrial: En este caso la propiedad que se busca en el tornillo o pieza solicitadaes principalmente su resistencia al ataque de todo tipo de ácidos.[10]

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Tratamientos térmicos de los tornillosEn la práctica, la totalidad de tornillos que se fabrican son de acero. El proceso industrial de fabricación de tornillosmediante estampación y laminación, requiere el uso de acero de gran ductilidad, es decir con poco contenido decarbono. Esta particularidad, hace que los tornillos de menor resistencia, 4.6,5.6, 5.8 y 6.8 no reciban tratamientotérmico de endurecimiento.Para fabricar tornillos más resistentes de calidades 8.8 y 10.9, la empresa productora de acero SIDENOR,[11] porejemplo, produce un acero creado ex profeso para tornillería denominado DUCTIL 80 y DUCTIL 100 que secaracteriza por ser pretratado antes del proceso de fabricación de los tornillos, gracias que su composición químicapermite que siga siendo dúctil aunque ya tenga más resistencia mecánica, posibilitando su la fabricación de tornillosen frío.La composición química del denominado DUCTIL 80 es la siguiente:C(.06/.08), Mn(1.30/1.80), Si(.20/.40), Cr(,20/.50), Ti(.20/.40)Nb(.03/.05)

Con este contenido tan bajo de C permite mantener la ductilidad a pesar de su dureza, con el contenido de Mn y Si seconsigue templabilidad a bajo coste y con el Nb se mantiene el control de tamaño del grano a alta temperatura.Composición parecida tiene el acero denominado DUCTIL 100 aunque en este acero el contenido de C pasa a ser de(.05/.20) para elevar su resistencia mecánica.Para la fabricación de tornillos de gran resistencia se utiliza acero que permita el temple después de un tratamientode cementación o nitruración.

Tratamientos superficiales anticorrosivos de los tornillos

Selección de tornillos cincados y pavonados.

El acero es el metal más empleado en la fabricación de tornillos.Satisface la mayor parte de las demandas de las principalesindustrias en términos de calidad técnica y económica paradeterminados usos. Sin embargo, existen una serie de limitaciones.Por ejemplo, los aceros comunes no son muy resistentes a lacorrosión.

Generalmente, la función de los tornillos forma parte del soportede la carga, por lo que una exposición prolongada puede dar lugar a daños en la integridad de la estructura con elconsiguiente coste de reparación y/o sustitución. Además muchos tornillos trabajan a la intemperie.

Por esta razón se utiliza el galvanizado como uno de los métodos que se utilizan para mejorar la resistencia a lacorrosión de los tornillos mediante un pequeño recubrimiento sobre la superficie. El galvanizado permite elrecubrimiento de los tornillos mediante su inmersión en un baño de cinc fundido.La técnica de galvanizado o cincado electrolítico o mecánico es la que más se utiliza para el recubrimientoanticorrosivo de los tornillos. Esta técnica consiste en depositar sobre la pieza una capa de cinc mediante corrientecontinua a partir de una solución salina que contiene cinc. El proceso se utiliza para proteger piezas más pequeñas,cuando requieren un acabado más uniforme que proporciona el galvanizado.Otro proceso de protección anticorrosiva lo constituye el tratamiento llamado pavonado.El pavonado es un acabado negro o azulado, brillante o mate, para piezas de acero, de gran duración, efectodecorativo y resistencia a la corrosión.El pavonado atrae y retiene los aceites lubricantes. El revestimiento no aumenta ni disminuye las dimensiones de los metales tratados, por lo que las tolerancias para el ajuste de piezas no se ven afectadas. Además, las superficies tratadas pueden ser soldadas, enceradas, barnizadas o pintadas. Se obtiene un revestimiento mate cuando se aplica sobre una superficie tratada con chorro de arena o con un mordiente químico, y un revestimiento brillante sobre una

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superficie pulida o lisa. Los colores que se pueden obtener varían del negro al azulado, según la clase de aleacióntratada.Para situaciones de mayor protección anticorrosiva se utiliza tornillería fabricada con acero inoxidable quelógicamente es más cara, e incluso para casos más específicos se fabrican tornillos de titanio cuya resistenciaanticorrosiva es casi total

Medición y verificación de tornillos

Galga (pasa no-pasa) roscados exteriores.

Micrómetro para medir roscas.

Existen dos medios diferentes para medir o verificar la rosca de los tornilloslos que son de medición directa y aquellos que son de medición indirecta.Para la medición directa se utilizan generalmente micrómetros cuyas puntasestán adaptadas para introducirse en el flanco de las roscas. Otro método demedida directa es hacerlo con el micrómetro y un juego de varillas que seintroducen en los flancos de las roscas y permite medir de forma directa losdiámetros medios en los flancos de acuerdo con el diámetro que tengan lasvarillas.

Para la medición indirecta de las roscas se utilizan varios métodos, el máscomún es el de las galgas. Con estas galgas compuesta de dos partes en lasque una de ellas se llama PASA y la otra NO PASA.

También hay una galga muy común que es un juego de plantillas de losdiferentes pasos de rosca de cada sistema, donde de forma sencilla permiteidentificar cual es el paso que tiene un tornillo o una tuerca. En laboratoriosde metrología también se usan los proyectores de perfiles ideales para laverificación de roscas de precisión.[12]

Apriete de tornillos controlado. Par de apriete

Llave dinamométrica.

El apriete regulado se establecenormalmente como la precarga que se debeaplicar al atornillar un tornillo mediante laherramienta adecuada.

• Los aprietes están regulados para latornillería pavonada o cincada, conlubricación adecuada, (µ = Coeficiente de

viscosidad dinámico) y calidad de tornillo utilizada. El apriete regulado proporciona al ensamble unas mejorasesenciales porque va a evitar que el anclaje quede flojo con riesgo de desapriete o que se aplique una precargademasiado fuerte, con riesgo de deformación de las piezas ensambladas, o de ruptura del tornillo.

• La precarga es función del par de apriete aplicado al tornillo y del coeficiente de frotamiento. La precarga es lafuerza en Newton que presiona a las piezas durante el apriete del tornillo.

• El par es una fuerza aplicada en el extremo de un brazo de palanca constituido por las herramientas de apriete(llaves, destornillador, etc.) y la fuerza manual o neumática que se aplica a las mismas.

par (N•m) = fuerza (Newton) x longitud (metro).

La conversión de N•m a kilogramo-fuerza • metro es la siguiente:

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1 N•m = 0,102 Kp•mLos pares de apriete se calculan al 85% del límite elástico del tornillo en función de las dimensiones y calidades quetenga. Existen tablas que regulan los pares de apriete recomendado para cada caso.[13]

Resulta crucial que se preste atención a los pares de apriete y a las instrucciones de instalación en los casos que lodeterminen las especificaciones de montaje. Los motores de vehículos, son especialmente sensibles a un par deapriete inadecuado. Los motores modernos reaccionan de un modo particularmente sensible a los errores de montaje.La herramienta que se utiliza para apretar un tornillo con el par regulado se llama llave dinamométrica.

Defectos y fallos de los tornillosLa tornillería en general es parte importante de la rigidez y buen funcionamiento que cabe esperar y desear de loselementos ensamblados. Por eso los fallos o defectos que pueda tener un tornillo puede ocasionar un fallo o unaavería indeseada.El primer defecto que puede presentar un tornillo es un defecto de diseño o de cálculo porque sus dimensiones ocalidades no sean las adecuadas, en este caso el fallo que se puede provocar es una rotura prematura del tornillo porno poder soportar las tensiones y esfuerzos a los que está sometido.El segundo defecto en importancia que puede tener un tornillo es un defecto de fabricación donde la calidad delmaterial constituyente no sean las previstas en el diseño o un defecto dimensional en lo que respecta principalmentea las tolerancias que debe tener su roscado. En este caso se puede producir una rotura del tornillo o un deterioro de larosca.El tercer defecto puede ser un montaje deficiente por no aplicar el par de apriete adecuado, de acuerdo con su calidady dimensiones, en este caso si es un exceso de apriete se puede producir rotura del tornillo o deterioro de la rosca, ysu es un defecto de apriete el ensamblaje queda flojo y si es un objeto en movimiento aparecen vibracionesindeseadas que ocasionan una avería en el mecanismo ensamblado.

Líquido penetrante para aflojar tornillosoxidados.

El cuarto defecto se produce por deterioro del tornillo si resulta atacado por laoxidación y corrosión si no ha sido protegido debidamente. En este caso ydurante las operaciones rutinarias de mantenimiento preventivo delmecanismo se deben sustituir todos los tornillos deteriorados por unos nuevosy protegerlos adecuadamente de la corrosión y oxidación.

El último defecto grave que puede tener un tornillo es cuando se procede aldesmontaje de un ensamblaje y si por causa de la oxidación y corrosión eltornillo se descabeza en el momento de intentar aflojarlo. Para estos casos detornillos deteriorados se deben utilizar productos lubrificantes que permitan elaflojamiento sin que se rompa el tornillo.

Véase también

• Bulón

• Arandela• Tuerca• Roblón• Roscado• Terraja• Llave (herramienta)• Destornillador

Tornillo 84

• Perno (tornillo para piezas de gran volumen)

Referencias[1] Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica, Tomo 13 Tornillos y tuercas. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.[2] IES Marenostrum de Alicante, Dpto. de Tecnología (2008). « Tornillo (http:/ / replay. web. archive. org/ 20090303080030/ http:/ / www.

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Fuentes y contribuyentes del artículo 85

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