1. ¿Cuál es el proceso de la rotura por fatiga? Se inicia por la presencia de una carga variable y repetida y tiene su origen en donde la pieza presenta algún tipo de defecto. En dicho punto se produce una concentración de tensiones por defecto de entalla, donde primero aparece una deformación plástica; en el punto, la tensión es mayor que el límite elástico, pero la carga variable es menor. Si la pieza sigue bajo la acción de la carga, se presenta una fisura microscópica que se agranda más y más hasta que se produce una falla abruptamente.
2. ¿En qué consiste y cómo se obtiene la estructura precipitada? Consiste en poner partículas duras en los planos de deslizamiento del grano. Se obtiene mediante los tratamientos térmicos de temple y revenido.
3. ¿Cómo debe ser una pieza para atenuar el efecto de la fatiga? Debe estar bien pulida, no debe presentar corrosión, no debe presentar cambios bruscos de sección, y no debe presentar ralladuras hechas por algún tipo de herramientas. El material debe estar formado por granos de tamaño intermedio y, de ser posible, que sea de estructura precipitada.
4. ¿Cómo debe ser una carga con respecto al límite elástico para que produzca fatiga? No necesariamente debe ser mayor; una carga menor puede producir fatiga si es aplicada de manera repetida.
5. En un ensayo de tracción de varilla de acero, definir: Límite elástico, módulo de elasticidad y límite de proporcionalidad.

– Límite elástico: es la máxima carga que no produce deformación plástica.
– Módulo de elasticidad: es la relación entre la tensión unitaria y la deformación unitaria dentro de la zona elástica.
– Límite de proporcionalidad: es la carga hasta la cual la deformación es proporcional a la misma.
6. El hierro y el acero con bajo contenido de carbono tienen límites de fatiga. Sí, constan de un límite de fatiga. Los metales no férreos no constan de dicho límite.
7. ¿Por qué se produce fatiga en un material? La fatiga se produce por la aplicación repetida de una carga.
8. ¿Cómo debe ser la carga con relación al límite elástico para producir fluencia en un metal? La carga debe ser mayor que el límite elástico del metal.
9. Un metal que se calienta y está bajo la acción de una carga constante menor que el límite elástico, ¿puede producir fluencia?

Depende de la temperatura a la cual se calienta el metal, ya que mientras mayor sea la temperatura, menor será el límite elástico del metal, logrando que la carga sea mayor que este y se produzca la fluencia.
10. ¿Qué efecto produce la alta y baja temperatura sobre el límite elástico de un metal?

Las altas temperaturas disminuyen el valor del límite elástico.
Las bajas temperaturas aumentan el valor del límite elástico.

11. Citar las etapas de la fluencia y explicar por qué la primera etapa es decreciente.

Las etapas de la fluencia son tres:
a. Decreciente
b. Constante
c. Creciente y rotura.

La primera etapa es decreciente porque, para seguir soportando la carga, la cual es constante, el metal se deforma cada vez menos debido a que el mismo aumenta su resistencia con la deformación plástica.
12. ¿Qué reacción química se produce en el alto horno para reducir el mineral de hierro?

Fe₂O₃ + 3CO → 3CO₂ + 2Fe
13. ¿Qué contiene el Arrabio? Carbono, Hierro, Silicio, Manganeso, Fósforo, Azufre.
14. ¿Cuáles son los minerales de hierro? Magnetita, Hematita, Siderita, Limonita.
15. ¿Por qué el arrabio es llamado fundición? Por tener un alto contenido de carbono (alrededor de un 4%). No es útil para la construcción por ser duro y frágil.
16. Citar la materia prima para la obtención del hierro. Mineral de hierro, Carbón de coque, Piedra caliza, Aire.
17. Tipos de tratamiento térmico: Recocido, Temple, Revenido.
18. ¿De qué depende el tamaño de los granos? En el enfriamiento: el tamaño de los granos depende de la velocidad con que pase por la zona de cambio alotrópico; solidificando rápidamente se obtienen granos pequeños y solidificando lentamente se obtienen granos grandes.
En el calentamiento: depende de cuánto se sobrepase la temperatura crítica; mientras mayor sea la temperatura, mayor será el tamaño de los granos.
19. ¿Cómo se puede modificar el tamaño de los granos si el metal no presenta transformación alotrópica? El tamaño de los granos puede variarse mediante el proceso de recristalización.
20. Describir el proceso de la recristalización. El metal sufre previamente una deformación plástica y se calienta a una temperatura denominada temperatura de recristalización. Una vez alcanzada dicha temperatura, en el seno de los granos deformados se inician nuevos granos, que se desarrollarán absorbiendo el material de los antiguos granos deformados hasta formar una total nueva cristalización y se enfría el material.

21. ¿Cuál es la condición para que un metal pueda someterse a un tratamiento térmico? La condición fundamental para poder tratar un metal o aleación es que esta sufra transformaciones entre su temperatura de solidificación y la temperatura ambiente, llamado cambio alotrópico.
22. ¿Qué requisitos debe cumplir una mezcla para que sea considerada aleación? La mezcla debe ser lo más homogénea posible y tener un carácter metálico.
23. Describir la aleación del tipo solución sólida. Dos metales A y B en estado líquido se mezclan perfectamente, pero al solidificar, la mezcla desaparece la estructura cristalina de uno de los metales, por ejemplo, la del metal A, y se mantiene la estructura cristalina del metal B. En esta estructura aparecen los átomos de los dos metales A y B. La solución puede ser por inserción o por sustitución.
24. Describir la aleación del tipo metales puros. Dos metales A y B se mezclan en estado líquido; al solidificarse, lo hacen de manera independiente, manteniendo ambos sus respectivas estructuras cristalinas, de tal forma que la mezcla se produce entre los granos puros de cada elemento. Esta mezcla es considerada una mezcla granular.
25. Describir la aleación del tipo compuestos químicos. Reaccionan dos componentes a distintas proporciones, dando lugar a que una de ellas sobre en la mezcla y solidifique con el compuesto químico generado, siendo aquel que sobra un metal que permite dar el carácter metálico al compuesto y ser así considerado una aleación.
26. ¿Qué se entiende por Eutéctica? Es un caso particular de los metales puros donde los granos no llegaron a adquirir un tamaño adecuado.
27. ¿Qué es el constituyente disperso y el constituyente matriz? En una mezcla, los elementos que la componen no solidifican a la misma temperatura. El elemento que solidifica primero es llamado constituyente disperso; este es el que proporciona a la aleación resistencia, y el constituyente matriz es el que solidifica luego, quien rodea al constituyente disperso, siendo él quien proporciona el carácter metálico y ductilidad a la aleación.
28. ¿Cómo se forma la Martensita y a qué se debe su dureza? La martensita se forma por enfriamiento muy rápido de la austenita y es el llamado acero templado; su gran dureza se debe a que su estructura cristalina se encuentra muy distorsionada por tener dentro forzadamente átomos de carbono.
29. ¿Cómo está formada la perlita? La perlita está formada por capas superpuestas de Ferrita y Cementita.
30. ¿Cómo se obtiene la perlita o acero Eutectoide? La perlita se obtiene al enfriar la austenita con 0.88% de carbono, por debajo de 700 °C de forma lenta.
31. Explicar por qué el acero hipereutectoide es frágil. El acero hipereutectoide es frágil porque el constituyente matriz es la cementita y, al ser un compuesto químico, es duro y frágil.
32. Explicar por qué el acero hipoeutectoide es dúctil. El acero hipoeutectoide es dúctil porque el constituyente matriz es la ferrita, que es dúctil por ser hierro casi puro.

33. Indicar las transformaciones que sufre la austenita con un porcentaje mayor del 0.88% de carbono, hasta la temperatura ambiente. La austenita, por debajo de la curva de saturación, se transforma en cementita y austenita, y por debajo de los 700 °C en cementita y perlita o acero hipereutectoide.
34. Indicar las transformaciones que sufre la austenita con un porcentaje menor del 0.88% de carbono, hasta la temperatura ambiente. La austenita, por debajo de la curva de transformación alotrópica, se transforma en ferrita y austenita, y por debajo de los 700 °C en ferrita y perlita o acero hipoeutectoide.
35. ¿Cómo es la estructura cristalina del hierro que forma la austenita? El hierro que forma la austenita tiene su estructura cristalina centrada en las caras.
FATIGA
Definición: es el proceso de cambio estructural permanente, progresivo y localizado que ocurre en un material sujeto a tensiones y deformaciones variables en un punto o puntos y que produce grietas o la fractura completa tras un número suficiente de fluctuaciones. Hay varias formas de aplicar cargas: tensión, compresión, cizalladura, torsión, etc.
Características de una rotura por fatiga: La rotura tiene su origen en unas pequeñas deformaciones puntuales o concentradores de tensión. Cada uno de los ciclos produce un avance del frente de grieta hasta que la sección no es capaz de soportar la carga estática. El inicio de la propagación de la grieta depende fuertemente de la resistencia del material, de su estructura cristalina y del tratamiento al cual se somete en su proceso de fabricación. En su inicio es un fenómeno superficial y su avance depende del nivel de tensión aplicado.
Estados de la fatiga: 1. Deformación plástica de los granos próximos a la superficie. 2. Propagación de las grietas. 3. Colapso por fatiga.

Efecto de Entalla: es el aumento local de los esfuerzos a que se somete el metal y es tanto mayor cuanto mayor sea su factor de concentración.
Límite de fatiga: es el límite mínimo requerido para que una pieza presente fatiga. El hierro y el acero con bajo contenido de carbono presentan un límite de fatiga, pero a diferencia de ellos, los metales no ferrosos como el aluminio presentan un límite de fatiga bastante bajo; esto implica que con una mínima carga variable aplicada al material, tarde o temprano se rompe.
FLUENCIA: es un estudio realizado para determinar la resistencia de un metal mediante la acción de una carga constante (mayor que el límite elástico pero menor que la carga de rotura) bajo altas temperaturas.
Proceso de la fluencia: Aplicando una carga constante mayor que el límite elástico y menor que el límite de rotura, el metal se deforma primero elásticamente y luego plásticamente, aumentando su resistencia por el grado de acritud del mismo hasta alcanzar la necesaria para mantener la carga aplicada. Elevando la temperatura del metal a una adecuada, se sabe que a altas temperaturas la acritud es un estado aún más inestable que se destruye, lo que ocasiona que la resistencia del material vaya disminuyendo con mayor velocidad que a temperatura ambiente. Como el metal continúa sometido bajo la acción de la carga, para que pueda seguir soportándola, será preciso que se deforme más para compensar la acritud perdida. Es natural que la fluencia de un metal aumente con la temperatura. La fluencia en un metal no se opera de manera constante.
Etapas de la fluencia: 1. Decreciente: se deforma ambas estructuras, pero la estructura cristalina lo hace aún más.
2. Constante: se deforman ambas estructuras, pero la estructura amorfa lo hace aún más.
3. Creciente y rotura: se deforma exclusivamente la estructura amorfa hasta producirse la rotura.

Altas y bajas temperaturas: el aumento de la temperatura facilita la deformación, ya que ocasiona que disminuya el límite elástico del metal, aumentando su ductilidad. También aumenta la plasticidad y disminuye la resistencia a la rotura. El frío, por el contrario, eleva la resistencia a la deformación, disminuyendo la ductilidad y su plasticidad; a temperaturas lo suficientemente bajas se puede producir rotura por fragilidad, un metal que a temperatura ambiente es dúctil, a muy bajas temperaturas pasa a ser frágil.
OBTENCIÓN DEL HIERRO: El mineral de hierro o mena se obtiene en las minas, donde se encuentra mezclado con impurezas de todo tipo, también llamadas ganga. Como no se encuentra en estado puro, se hace uso del alto horno para su obtención. Como primer tratamiento, se hace una limpieza previa y se tritura el mineral hasta alcanzar una cierta granulometría. Se ingresa al alto horno por la parte superior y por la parte inferior del mismo se introduce aire caliente. El carbón de coque, al quemarse, eleva la temperatura del horno y provee carbono que reacciona con el oxígeno formando monóxido de carbono gaseoso (2C + O → Calor + 2CO) y este último reacciona con el óxido de hierro, obteniendo así el hierro fundido (Fe₂O₂ + O₂ → 2Fe). Por otra parte, la piedra caliza actúa como fundente, ya que a altas temperaturas pasa a ser cal viva por un lado y anhídrido por el otro, donde la cal viva reacciona con las impurezas, bajando su punto de fusión y formando así la escoria que se deposita en el fondo como una fina película. De esta manera, la cal viva se utiliza para limpiar aún más el mineral de hierro y obtener hierro fundido.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS: Cuanto más numerosos y de menor tamaño son los granos cristalinos de un metal, mayor es su resistencia a la deformación o límite elástico. Así mismo, en una aleación, un constituyente duro que refuerce por los contornos los granos del metal produce un mayor incremento de la resistencia, y la acción reforzada se vuelve aún más eficaz si se logra precipitar en el seno de los granos de un metal partículas duras finamente dispersas que bloquean los diversos planos de deslizamiento de los granos cristalinos.
Clasificación de los tratamientos térmicos: 1. Recocido: básicamente consiste en calentar el metal por encima de su punto crítico, mantener la temperatura para que la transformación se desarrolle totalmente, seguido de un enfriamiento lento. De esta manera, el metal adquiere la constitución estable a temperatura ambiente. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza, afina los granos y ablanda el material.
2. Temple: se calienta el metal a una temperatura ligeramente más elevada que la del punto crítico, permaneciendo a esta temperatura el tiempo preciso para alcanzar totalmente la constitución estable a alta temperatura, seguida de un enfriamiento rápido que no permita la transformación al enfriamiento, reteniendo así la estructura estable a altas temperaturas. Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia.
3. Revenido: es un tratamiento intermedio entre el temple y el recocido. Se aplica a una pieza templada previamente para destruir parcialmente el temple. Consiste en calentar el metal y enfriarlo luego hasta la temperatura ambiente; la temperatura de calentamiento no deberá llegar a la de transformación para no destruir totalmente el temple, y el enfriamiento se realiza lentamente. Se consigue con esto mejorar las características mecánicas (tenacidad) y aumentar su ductilidad.

Cambio Alotrópico: es el cambio de estructura cristalina que se realiza mediante variación de temperatura. Ej: en el hierro se produce el cambio a los 900° C aproximadamente.
Aleaciones
Definición: es un producto metálico formado por la íntima unión de un metal con otro u otros metales o no metales. Es condición indispensable que el producto obtenido sea homogéneo. Por ejemplo, el acero es una aleación de hierro y carbono.
Tipos de aleaciones: 1. Solución sólida: es una mezcla interatómica; los elementos se mezclan en estado líquido, pero en estado sólido uno de ellos pierde su estructura cristalina y la que permanece se presenta con los átomos de los elementos. Esta mezcla puede ser por inserción o sustitución. La solubilidad se mantiene aun después de solidificarse.
2. Metales puros: en estado líquido se mezclan perfectamente, pero en estado sólido la mezcla se vuelve granular o intergranular. Esto se debe a que cada uno de los elementos mantiene su estructura cristalina intacta. La solubilidad no se mantiene en estado sólido.

Un caso particular de los metales puros es la Eutéctica, ya que en estado líquido presenta completa solubilidad, pero solubilidad sólida limitada, lo que significa que cuando una aleación eutéctica solidifica, los átomos de los componentes se segregan para formar regiones de los componentes originales casi puros.
La Eutéctica cumple con ciertas características:
• Se necesitan proporciones definidas para cada elemento.
• Solidifica a temperatura constante.
• Su punto de solidificación es menor que el de sus compuestos.
3. Compuestos químicos: Los compuestos químicos no son considerados aleaciones, ya que no presentan carácter metálico, pero sí pueden formar parte de una. Las estructuras cristalinas de los elementos componentes desaparecen completamente, pero se mezclan formando una nueva estructura cristalina distinta de las que inicialmente formaban los elementos.

Los compuestos químicos cumplen con ciertas características:
• Se necesitan proporciones definidas para cada elemento.
• Solidifica a temperatura constante.
• Su punto de solidificación es mayor que el de sus compuestos.

La temperatura de solidificación del constituyente disperso es superior a la temperatura del constituyente matriz. En una aleación, la eutéctica es siempre el constituyente matriz, ya que solidifica a temperatura más baja.
ALEACIONES HIERRO – CARBONO
Diagrama Hierro Carbono: Fe (?) → Ferrita: tiene muy poca solubilidad, ya que apenas disuelve carbono. Es magnético. Es muy blando y dúctil (hierro con pequeño % de carbono).
Fe₃C → Cementita: es muy duro y frágil. Es magnético hasta los 210°C (hierro con alto % de carbono).
Curva Ae: Curva de transformaciones alotrópicas.
Curva eB: Curva de saturación.
Acero Perlita con bajo % de carbono o Acero hipoeutectoide: está constituido por ferrita y perlita; es dúctil porque el constituyente matriz es la ferrita.
Acero Perlita con alto % de carbono o Acero hipereutectoide: está constituido por cementita y perlita; es frágil porque su constituyente matriz es la cementita.