Propiedades y Comportamiento de Materiales en Ingeniería

1. Interacción entre Acero Cadmiado y Aleaciones de Titanio

Se debe evitar el contacto entre piezas de acero cadmiado y aleaciones de titanio debido al grave peligro de corrosión galvánica y fragilización. Este fenómeno se produce cuando dos metales diferentes con distinta electronegatividad entran en contacto en un ambiente conductor.

Riesgos Asociados al Contacto Cadmio-Titanio:

  • Corrosión Galvánica Acelerada: El cadmio posee un potencial electroquímico muy negativo. Cuando el acero cadmiado (recubierto de cadmio) entra en contacto con una aleación de titanio, se forma una celda galvánica. En esta celda, el cadmio actúa como ánodo y el titanio como cátodo, lo que provoca que el cadmio se corroa rápidamente al ceder electrones al titanio. Los productos de esta corrosión pueden ser peligrosos, afectando la integridad estructural y el rendimiento de las piezas de titanio, y debilitando el área de contacto entre ambos materiales.
  • Fragilización Inducida por Cadmio: El titanio es susceptible a un proceso de fragilización inducido por el cadmio. Bajo condiciones de calor y presión, el cadmio puede difundirse en el titanio, volviéndolo quebradizo y disminuyendo drásticamente su resistencia. Este riesgo es crítico en aplicaciones donde las piezas de titanio deben soportar grandes tensiones, como en la industria aeroespacial.

Para mitigar estos problemas en ingeniería, se suelen emplear capas aislantes o selladores entre estos materiales. Otra estrategia es recurrir a recubrimientos alternativos para el acero que no sean incompatibles con el titanio, como el níquel, protegiendo así el acero sin inducir corrosión o fragilización en las aleaciones de titanio.

2. Verdadero o Falso: Cuestiones sobre Tratamientos y Propiedades de Materiales

a) El sellado en el anodizado de aleaciones de aluminio disminuye la resistencia a fatiga. VERDADERO

El sellado en el proceso de anodizado de aleaciones de aluminio puede, efectivamente, disminuir la resistencia a la fatiga del material. Esto se debe a varias razones relacionadas con la estructura de la capa anodizada:

  • Capa Frágil y Menos Flexible: La capa de óxido de aluminio generada durante el anodizado es dura pero frágil. El proceso de sellado la vuelve aún más rígida. Esta rigidez impide que la capa anodizada tolere adecuadamente las tensiones cíclicas (típicas de condiciones de fatiga), lo que puede causar microfisuras en la capa superficial y, potencialmente, propagarse al material base.
  • Propagación de Microfisuras: Las microfisuras que se forman en la capa anodizada actúan como puntos de concentración de tensiones. Bajo cargas cíclicas, estas microfisuras pueden crecer y propagarse con el tiempo, reduciendo significativamente la vida útil de la pieza al acelerar el inicio del fallo por fatiga.
  • Alteración de la Microestructura Superficial: El sellado también introduce tensiones residuales en la superficie, lo que contribuye a una mayor susceptibilidad a la propagación de grietas bajo cargas cíclicas.

b) Los tratamientos de conversión están contraindicados en piezas previamente anodizadas. VERDADERO

Los tratamientos de conversión están contraindicados en piezas previamente anodizadas. Ambos tratamientos buscan proteger contra la corrosión, pero emplean métodos diferentes que no son compatibles entre sí:

  • Incompatibilidad de Recubrimientos: El anodizado crea una capa de óxido de aluminio mediante un proceso electroquímico. Los tratamientos de conversión (como los de cromato o fosfato) forman una capa protectora mediante una reacción química en la superficie del metal. Aplicar un tratamiento de conversión sobre una pieza anodizada podría interferir con la adherencia y uniformidad de ambos recubrimientos, disminuyendo su eficacia.
  • Propiedades Distintas de las Capas: La capa anodizada y la capa resultante de un tratamiento de conversión tienen estructuras, porosidad y adherencia diferentes. La capa porosa del anodizado está diseñada para sellarse o para aplicar una pintura final, mientras que el tratamiento de conversión está pensado para superficies de metal desnudo. Aplicar un tratamiento de conversión sobre una capa anodizada podría resultar en una mala adherencia y un potencial desprendimiento de la capa protectora, comprometiendo la resistencia a la corrosión.
  • Reacciones No Deseadas y Posibles Contaminantes: Los productos químicos utilizados en los tratamientos de conversión pueden reaccionar con la capa de óxido creada durante el anodizado, generando residuos o contaminantes en la superficie. Esto no solo puede disminuir la protección, sino también afectar la estética y la funcionalidad de la pieza.

c) En los materiales metálicos las roturas frágiles se producen siempre con tensiones menores que el límite elástico. FALSO

En los materiales metálicos, las roturas frágiles no siempre ocurren a tensiones menores que el límite elástico. De hecho, en muchos casos, pueden producirse incluso cuando la tensión aplicada es igual o superior al límite elástico. La rotura frágil se caracteriza por la rápida propagación de grietas sin una deformación plástica significativa, pero el nivel de tensión al cual ocurre depende de varios factores:

  • Condiciones Ambientales y Temperatura: En ciertas condiciones, como bajas temperaturas o ambientes corrosivos, algunos metales pueden volverse frágiles y sufrir roturas frágiles. Esto puede suceder incluso a tensiones superiores al límite elástico debido a la alteración de la microestructura y la reducción de la capacidad de deformación plástica en esos ambientes.
  • Defectos Internos y Concentradores de Tensión: La presencia de defectos (grietas internas, inclusiones) o geometrías que crean concentraciones de tensión (esquinas, cambios bruscos de sección) puede provocar una rotura frágil a tensiones que pueden o no ser menores al límite elástico. Estos defectos actúan como puntos de inicio para la fractura y facilitan la propagación rápida de la grieta sin deformación plástica previa.
  • Velocidad de Aplicación de la Carga: Cuando una carga se aplica de forma rápida o en condiciones de impacto, el metal no tiene tiempo para deformarse plásticamente antes de romperse. Esto puede llevar a una fractura frágil incluso a tensiones que podrían estar cerca o por encima del límite elástico, dependiendo del material y la velocidad de aplicación de la carga.
  • Microestructura y Tipo de Metal: Materiales con una estructura cristalina que favorece la fragilidad (por ejemplo, con granos gruesos o estructuras no dúctiles) pueden experimentar rotura frágil a tensiones altas, especialmente si el metal es intrínsecamente frágil, como en el caso de algunas fundiciones y aceros de alta dureza.

d) Los aceros maraging son idóneos para trenes de aterrizaje. VERDADERO

Los aceros maraging son una excelente elección para aplicaciones de alta exigencia, como los trenes de aterrizaje de aviones, debido a sus propiedades mecánicas superiores que los hacen especialmente adecuados para soportar cargas intensas e impactos repetitivos:

  • Alta Resistencia y Tenacidad: Se caracterizan por su elevada resistencia mecánica y tenacidad, crucial para absorber los choques y fuerzas que experimentan los trenes de aterrizaje al impactar con la pista. Su resistencia y dureza se obtienen a través de un tratamiento de maduración (aging), en el cual se forman precipitados que refuerzan la estructura.
  • Resistencia a la Fatiga: Los trenes de aterrizaje están sujetos a ciclos de carga elevados y repetidos, por lo que la resistencia a la fatiga es fundamental. Los aceros maraging tienen una excelente resistencia a la fatiga, lo que aumenta la vida útil de las piezas y reduce la frecuencia de mantenimiento y reemplazo.
  • Ductilidad y Tolerancia al Daño: Aunque son muy resistentes, los aceros maraging también conservan una buena ductilidad y capacidad de deformación. Esto permite que las piezas se deformen en lugar de fracturarse catastróficamente en caso de sobrecargas inesperadas, mejorando la seguridad y confiabilidad.
  • Estabilidad Dimensional: Mantienen su forma y dimensiones bajo condiciones extremas de carga y temperatura, lo cual es importante para los trenes de aterrizaje, que deben soportar tanto altas temperaturas al frenar como bajas temperaturas en altitud.
  • Buena Maquinabilidad y Soldabilidad: Estos aceros son relativamente fáciles de maquinar y soldar, lo que facilita la fabricación y reparación de componentes complejos.

3. Comportamiento a la Corrosión de Aleaciones de Aluminio

a) ¿Qué aleación tendrá mejor comportamiento a corrosión?

Para determinar cuál de estas aleaciones de aluminio tendrá un mejor comportamiento a la corrosión, es fundamental analizar cómo los elementos aleantes afectan la resistencia a la corrosión en aleaciones de aluminio:

  • Cobre (Cu): Es el elemento que más disminuye la resistencia a la corrosión en aleaciones de aluminio. Las aleaciones con alto contenido de cobre (como las de la serie 2000) suelen tener una pobre resistencia a la corrosión y requieren protección adicional (anodizado o recubrimientos protectores).
  • Magnesio (Mg): En combinación con aluminio, forma aleaciones resistentes a la corrosión en ambientes marinos. Sin embargo, en aleaciones de la serie 5000 (Al-Mg) se evita el uso de altos porcentajes de cobre, ya que esta combinación puede ser susceptible a la corrosión bajo ciertas condiciones.
  • Zinc (Zn): En altas concentraciones, especialmente en las aleaciones de la serie 7000 (Al-Zn-Mg), puede reducir la resistencia a la corrosión, particularmente en ambientes marinos o húmedos. Estas aleaciones son más susceptibles a la corrosión por picaduras y a la corrosión intergranular.
  • Cromo (Cr): Se añade en pequeñas cantidades para mejorar la resistencia a la corrosión, ya que ayuda a refinar la microestructura y reducir la susceptibilidad a la corrosión intergranular.

(Nota: La pregunta original no especifica “estas aleaciones” a las que se refiere. Se asume que se refiere a las propiedades generales de los aleantes mencionados.)

4. Microestructura de Aleaciones con Moeq = 6%

Comentar la microestructura con calentamiento a diferente temperatura y con distintas velocidades de enfriamiento.

a) Calentamiento a Temperaturas Inferiores a la Beta-transus (Temperatura < β-transus)

  • Microestructura: La fase alfa (α) es la fase dominante, con una pequeña cantidad de fase beta (β) dispersa, especialmente en los límites de grano alfa.
  • Enfriamiento Rápido: Se retendrá la estructura de alfa más beta, aunque con granos alfa más finos y una fase beta que puede quedar en forma fina y dispersa.
  • Enfriamiento Lento: Se observarán granos alfa más gruesos y beta secundaria en los límites de grano alfa.

b) Calentamiento a la Beta-transus (Temperatura ≈ β-transus)

(El texto original se corta aquí. Se asume que se esperaba una descripción similar a la anterior para este caso.)