Designación de aceros y fundiciones según UNE, Apuntes de Estructuras y Materiales

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LECTURAS COMPLEMENTARIAS

Designación de Materiales

ELECCIÓN DE MATERIALES

La elección de los materiales a utilizar en cualquier proyecto es fundamental para que una vez materializado, satisfaga las condiciones funcionales y de fiabilidad esperados. La especificación de los mismos en los planos de definición de los productos a fabricar debe de realizarse de forma inequívoca mediante designaciones normalizadas y admitidas por los sectores profesionales. El objetivo de esta publicación es el de definir unos criterios orientadores elementales de ayuda al ingeniero para elegir con una cierta aproximación el material a emplear en los proyectos que aborde.

El tipo de material a emplear en una aplicación concreta está condicionado por la función que desempeña (condiciones de funcionamiento), su forma, el procedimiento de fabricación y los condicionantes técnico económicos.

El proceso de selección de los materiales se ilustra en el gráfico de la figura 1

Como se observa en el mismo el primer paso a realizar en la determinación del material de un determinado componente de máquina o mecanismo es el análisis de necesidad de la misma, para lo que será necesario conocer que funciones realiza, a que tipo de esfuerzos esta sometido, que condicionantes físico-químicos debe de cumplir, cual es su forma geométrica, que medios de fabricación se utilizarán, cual es el contexto técnico económicas, todo ello se muestra esquemáticamente en la figura 2

Todas las singularidades expresadas anteriormente han de transformarse en características medibles de forma que a través de los datos expresados en prontuarios, normas, catálogos, etc. sea posible realizar la selección mas adecuada a las necesidades expresadas. En la figura 3 se indican la mayor parte de esas características y algunas de las unidades de medida empleadas.

Como principales tipos de materiales utilizados en la industria distinguimos:

Materiales metálicos

Aleaciones férricas (aceros y fundiciones) Aleaciones de aluminio Aleaciones de magnesio Aleaciones de cobre

Materiales no metálicos

Madera Plásticos Textiles Materiales compuestos

La designación de ellos esta tipificada en normas, concretamente en España se utilizan las UNE, existiendo tablas de equivalencias con las de otras países, actualmente se han armonizado con las europeas.

ANALISIS DE NECESIDAD (FUNCIONES)

FUNCIONES

EN EL CONJUNTO

CARACTERISTICAS

DESEABLES

MECANICAS FISICO-QUIMICAS GEOMETRIA TECNICO-

ECONOMICAS

ESTRUCTURA

CONEXIÓN

ARTICULACION

TRANSMISION

IMPERMEABILIDAD

ENGRASE

PROTECCION

DECORACION

MANDO

ESTATICAS:

TRACCION

COMPRESION

ELASTICIDAD

PRESION MAX

CORTADURA.

DINAMICAS:

TENACIDAD

FATIGA

PESO

DUREZA

DUREZA MASICA.

TEMPERATURA

COEF. ROZAM.

CONDUCTIVIDAD

COEF. DILATACION

RESIST. QUIMICA

REFLECTIVIDAD

FORMA

DIMENSIONES

CANTIDAD

PRECIO

CONDIC. SUMINISTRO

PLAZO ENTREGA

CONTRATACION

MANTENIMIENTO

Figura 2

GEOMETRIA

MECANICAS FISICO-QUIMICAS

TECNICO-ECONOM.

ESTATICAS:

TRACCION: Newton/mm 2 COMPRESION: Newton/mm 2 LÍMITE ELÁSTICO: Newton/mm 2 CORTADURA: Newton/mm 2 PRESION MAX.: MPa

DINAMICAS:

TENACIDAD, Newton.m FATIGA: Ciclos, horas funcionamiento

PESO: Kg DUREZA: Rockwell, Brinell, Vickers, Shore TEMPERATURA: ºC, fusión crítica, transformaciones. COEF. ROZAMIENTO RESISTIVIDAD ELECTRICA: Ohmios.metro CALOR ESPECIFICO: Cal/gr. ºC COEF. DILATACION PERMEABILIDAD MAGNETICA: RESIST. QUIMICA: oxidación, corrosión, ácidos... REFLECTIVIDAD LUMINOSA REFLECTIVIDAD SONORA

DENSIDAD: Kg/dm 3 FORMA: Compleja o no DIMENSIONES

CANTIDAD

PRECIO

CONDIC. SUMINISTRO

PLAZO ENTREGA

CONTRATACION

MANTENIMIENTO

TRADUCCION NECESIDADES A CARACTERISTICAS MEDIBLES

Figura 3

ALEACIONES FÉRREAS. ACEROS

Definimos el acero como el material en el cual el elemento químico predominante es el hierro y, además de otros elementos, presenta un contenido de carbono generalmente inferior al 1,9%.

El sistema de designación de los aceros en España ha estado definido por distintas normas (antiguas tablas de aviación normas INTA, Instituto del Hierro y del Acero, norma UNE 36009 de abril de 1972.), en la actualidad se utilizan las normas UNE-EN 10027-1 y UNE- EN 10027-2, de fecha octubre de 1993, versión oficial de las correspondientes Normas Europeas (EN) de julio de 1992.

En la norma UNE-EN 10027 se diferencian, al igual que en la norma antigua, dos codificaciones: la designación simbólica (Parte 1) y la numérica (Parte 2), con importantes modificaciones con respecto a la norma sustituida, principalmente en la codificación numérica que cambia prácticamente en su totalidad.

Esta norma europea aprobada por el Comité Europeo de Normalización (CEN), establece una codificación común para todos los países de la Comunidad Europea y será la empleada por todas las empresas europeas.

La codificación antigua establecida en la UNE 36009:1972 se sigue utilizando en la industria, tanto para la designación simbólica como para la numérica por lo que se explica en este documento.

Designación simbólica según UNE 36009:

La designación simbólica de los aceros toma como criterio de designación las características fundamentales del material, lo que se conoce como el TIPO y, si procede dentro de estas condiciones fundamentales, aquellas características distintivas que lo individualizan respecto a un mismo tipo.

Las características que se definen como fundamentales son:

• Composición química.
• Condiciones de utilización o sus propiedades físicas.
• Características específicas.

Atendiendo a estos criterios se distinguen los siguientes grupos de aceros:

Aceros especiales definidos por su composición química completa.

Aceros no aleados para usos designados a partir del contenido máximo en carbono

generales y en manganeso.

Aceros aleados para usos generales designados a partir del contenido en carbono y los símbolos de los principales elementos de la aleación.

Aceros designados por la resistencia designados por la letra A, seguida de un valor resistencia a la tracción indicativo de la resistencia a la tracción.

Aceros designados por el límite elástico designados por las letras AE, seguidas de un valor que expresa el mínimo límite elástico garantizado.

Aceros designados por características

especiales

designados por la letra A, seguida de otra letra característica de dicha particularidad.

Grupo 5

F-51XX Aceros no aleados para herramientas.

F-52XX Aceros aleados para herramientas.

F-53XX Aceros aleados para herramientas de trabajo en caliente.

F-55XX Aceros para herramientas de corte rápido.

F-56XX Aceros para herramientas de corte rápido.

Grupo 6

F- 6XXX Aceros para la construcción.

Grupo 7

F-72XX Aceros para semiproductos de uso general.

F-73XX Aceros al carbono para bobinas.

F-74XX Aceros al carbono para alambres.

Grupo 8

F-81XX Aceros moldeados para usos generales.

F-82XX Aceros moldeados de baja aleación resistentes a la abrasión.

F-83XX Aceros moldeados de baja aleación para usos generales.

F-84XX Aceros moldeados inoxidables.

Ejemplos de designación convencional de los aceros.

Aceros especiales de baja aleación:

Designación numérica: F-

Designación simbólica: 35 Ni Cr Mo 4

35 Contenido medio de carbono en porcentaje multiplicado por 100

Ni, Cr, Mo Símbolo de los elementos químicos de aleación básicos

4 Contenido medio de molibdeno en porcentaje multiplicado por 100

Aceros no aleados:

Designación numérica: F-

Designación simbólica: C 55 K

C Símbolo genérico para este tipo de aceros

55 Contenido medio de carbono en porcentaje multiplicado por 100

K Exigencia de límite máximo de fósforo y azufre

Aceros caracterizados por la resistencia a la tracción:

Designación numérica: F-

Designación simbólica: A 37 a

A Símbolo genérico para este tipo de aceros

37 Resistencia mínima a tracción en Kgf/mm 2

a Grado distintivo del tipo

Aceros caracterizados por el límite elástico:

Designación numérica: F-

Designación simbólica: AE 42 N

AE Símbolo genérico para este tipo de aceros

42 Límite elástico garantizado en Kgf/mm

N Estado de suministro

Aceros moldeado caracterizado por la resistencia a la tracción:

Designación numérica: F-

Designación simbólica: AM 38 b

AM Símbolo genérico para este tipo de aceros

38 Resistencia mínima a tracción en Kgf/mm 2

b Grado distintivo del tipo

X Aceros aleados con contenido en peso de algún elemento de aleación igual o superior al 5%

HS Aceros rápidos.

S (•)^ Aceros no aleados con contenido medio en Mn igual o superior al 1 %, aceros no aleados de fácil mecanización y aceros aleados con contenido en peso de cada elemento de aleación inferior al 5 % (•)Símbolo químico de los elementos aleados

En cada caso la letra correspondiente a cada tipo ira seguida de valores numéricos que expresen en tanto por ciento el contenido de los elementos fundamentales de cada tipo de acero.

Designación numérica según UNE 10027-2:

En esta designación se define el concepto de números de acero. Esta numeración asignada por la Oficina Europea de Registro, será complementaria a la designación simbólica y clasificada de forma única cada tipo y grado de acero.

Estructura de los números de aceros:

Número de orden dentro del grupo. Los dígitos entre paréntesis están previstos para ampliaciones posteriores.

Número del grupo de acero. Responde a la siguiente clasificación: Aceros no aleados De base: 00 y 90 De calidad: 01 a 07 y 91 a 97 Especiales: 10 a 13 y 15 a 18 Aceros aleados De calidad: 08, 09, 98 y 99 Para herramientas: 20 a 28 De grupos diversos: 32 a 39 Inoxidables y refractarios: 40 a 49 De construcción y para recipientes a presión: 50 a 89

Número del grupo de material. El número 1 se asigna a los aceros. Los números dos a nueve se utilizarán para otros materiales.

Normas para consulta

UNE 36004:1989 Definición y clasificación de los tipos de acero.

UNE 36009:1972 Designación convencional de aceros.(anulada)

UNE EN 10020:1997 Definición y clasificación de tipos y grados de acero.

UNE EN 10027-1:1993 Sistemas de designación de aceros. Parte 1. Designación simbólica.

UNE EN 10027-2:1993 Sistemas de designación de aceros. Parte 2. Designación numérica.

UNE EN 10079:1994 Definición de productos de acero.

UNE ECISS IC 10 Sistemas de designación de los aceros. Símbolos adicionales para la designación simbólica de los aceros.

25 Resistencia mínima a tracción en Kgf/min

Fundiciones nodulares. (Fundición con grafito esferoidal):

Designación numérica (no ha sido establecida)

Designación simbólica: FGE 80-

80 Letras características del grupo de la función con grafito esferoidal Resistencia mínima a tracción en Kgf/mm

2 Alargamiento del material expresado en porcentaje

Designación simbólica según UNE-EN 1560:

En la norma UNE-EN1560: 1997 se distinguen dos codificaciones, una designación simbólica y otra numérica que, totalmente distintas a la codificación propuesta por la norma UNE 36003:1971 a la que sustituye.

La designación simbólica establece un máximo de seis posiciones o caracteres alfanuméricos, algunos de las cuales no son obligatorios. El significado de cada una de estas posiciones es el siguiente:

Posición 1 obligatoria Prefijo EN-, utilizada para materiales normalizados.

Posición 2 obligatoria GJ, símbolo representativo del tipo de material.

Posición 3 opcional Estructura grafítica, cada tipo se define por un símbolo.

Posición 4 opcional Micro estructura o macro estructura, cada tipo se define por un símbolo.

Posición 5 obligatoria Define una propiedad mecánica o su composición química.

Posición 6 opcional Requisitos adicionales exigidos al material.

Ejemplo de designación simbólica de una fundición:

Designación simbólica: EN-GJSA-360- 12S-W

EN- Material normalizado

GJ Fundición de hierro

S Estructura grafítica esferoidal

A Austenita

360 Resistencia a la tracción mínima expresada en N/mm 2

12 Límite de alargamiento expresado en porcentaje

S Condiciones de ensayo de la muestra, en este caso fundida independientemente

W Pieza apta para soldar

Designación numérica según UNE-EN 1560:

La designación numérica debe comprender nueve posiciones o caracteres alfanuméricos. Los cinco primeros son una combinación de cuatro letras mayúsculas separadas por un guión, y los demás corresponden a números arábigos. El significado de cada una de estas posiciones es el siguiente:

Posiciones 1 a 3 Prefijo EN y un guión separador.

Posición 4 Letra J, símbolo representativo del tipo de material.

Posición 5 Estructura granítica, cada tipo se define por un símbolo.

Posición 6 Un dígito que expresa la característica principal de la fundición.

Posiciones 7 y 8 Dos dígitos del 00 al 99, representando el material individual.

Posición 9 Un dígito que expresa los requisitos específicos del material individual.

Ejemplo de designación numérica de una fundición:

Designación numérica: EN-JL

EN- Material normalizado

J Fundición de hierro

L Estructura grafítica laminar

1 Característica principal su carga de rotura

01 Número de orden dentro del grupo al que pertenece

3 Muestra de ensayo obtenida de una pieza moldeada

Normas para consulta

UNE 36003:1971 Fundiciones. Definición, clasificación y designación.

(Anulada)

UNE-EN 1559-1:1997 Fundición. Condiciones técnicas de suministro. Parte 1: generalidades.

UNE-EN 1560: 1998 Fundición. Sistema de designación para fundición de hierro.

Designación simbólica: Cu Sn 4 P

Cu Letras características del grupo de aleaciones de Cu

Sn 4 Contenido medio del 4 % de Sn en la aleación

P Contenido de P en la aleación con un valor inferior al 0,5 %

Aleaciones de Cu-Zn para forja de alta resistencia:

Designación numérica : C-

Designación simbólica: Cu Zn 34 Mn 4 Al 3 Fe Ni

Cu Letras características del grupo de aleaciones de Cu

Zn 34 Contenido medio del 34 % de Zn en la aleación

Mn 4 Contenido medio del 4 % de Mn en la aleación

Al 3 Contenido medio del 3 % de Al en la aleación

Fe Contenido de Fe en la aleación con un valor inferior al 1 %

Ni Contenido de Ni en la aleación con un valor inferior al 0,5 %

Designación numérica según UNE-EN 1412:

En esta nueva norma se establece una codificación atendiendo a la designación numérica. Esta codificación establece seis caracteres alfanuméricos, combinación de letras y números.

C L 000 L

L Letra mayúscula que establece el

elemento químico principal que constituye la aleación, además del Cu.

000 Número comprendido entre 000 y 999 que

especifican condiciones de ordenación en los grupos.

L Letra mayúscula que establece condiciones de forma o

características físicas del material.

C La letra mayúscula C, que designa el material de cobre

Ejemplo de designación numérica de una aleación de cobre:

Designación numérica CBO24G

C Letra característica que designa aleación de cobre

B Materiales en forma de lingote para su refundición posterior

024 Número de orden dentro del grupo de materiales donde se ubica

G Aleaciones de cobre-aluminio

Normas para consulta

UNE 37101: 1975 Cobre y aleaciones de cobre. Definiciones y terminología.

UNE 37102:1984(anulada) Sistema de designación para cobres y aleaciones de cobre.

UNE-EN 1412: 1996 Cobre y aleaciones de cobre. Sistema europeo de designación numérica.