4° INFORME CIENCIA DE LOS MATERIALES (2) pdf

“Año de la Consolidación del

Mar de Grau”

UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE INGIENERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

CUARTO INFORME DE LABORATORIO L ABORATORIO ENSAYO METALOGRÁFICO CURSO: Ciencia de los Materiales. SECCIÓN: G. SECCIÓN: G. INTEGRANTES: ESCALANTE ESCALANTE LLANOS, José Miguel. 20164039A

LIZA VILLANUEVA, Giomar Matías. 20164019K

PACHECO PÉREZ, Edwin Marco. 20160045G

PÉREZ QUILIANO, Víctor Hugo. 20164012F

FECHA DE REALIZACIÓN DEL EXPERIMENTO: 18; 25 – 10 –16. FECHA DE PRESENTACIÓN: 01 – 11 - 16. PROFESOR: SAMPÉN ALQUIZAR, ALQUIZAR, Luís Alberto.

2016-2

Fac ul tad d e In gen ier ía M ecáni ca

ÍNDICE

1.

Objetivos………………………………………………………………………………...... 2

2.

Fundamento teórico……………………………………………………………………… 3

3.

Datos del laboratorio……………………………………………..................................

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4.

Resultados obtenidos……………………………………………………….................

7

5.

Conclusiones y observaciones ……………………………………………………….... 9

6.

Bibliografía…………………………………………………………………………........

CUARTO INFORME DE LABORATORIO- ENSAYO DE METALOGRÁFICO

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1. OBJETIVOS -

Comprender la utilidad de un examen metalográfico.

-

Observar e interpretar los resultados obtenidos del examen metalográfico.

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Conocer las etapas de la preparación de las muestras metalográficas.

-

Conocer las partes principales del microscopio óptico.


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2. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1 Metalografía.El término metalografía designa la totalidad de las técnicas que permiten observar visualmente la estructura de los materiales. La observación visual puede efectuarse:   

Directamente: Examen macrográfico. Utilizando un microscopio óptico: Metalografía óptica Utilizando un microscopio electrónico: Metalografía electrónica.

En el presente informe solo se desarrollara la metalografía óptica.

2.1.1 Metalografía óptica Mediante un desbaste seguido de un pulido cuidadoso se obtiene una superficie especular. Esta superficie plana y pulida se contrasta inmediatamente atacándola con un reactivo químico adecuado que crea un micro relieve o zonas de oxidación La superficie se observa al microscopio óptico de reflexión, pues los metales son opacos, existen dos tipos. (Ver figu ras 1 y 2)

Figura 1.Microscopio vertical.

Figura 2.Microscopio invertido.

2.2 Etapas de la preparación metalográfica 2.2.1. Selección y extracción de la muestra.- Debido a que es necesario tener una superficie determinada de trabajo en la pieza a estudiar es necesario seccionarlo o cortarlo en una forma. En cuanto a la forma de extracción de la probeta se debe tener en cuenta que esta operación debe realizarse en condiciones tales que no afecten la estructura superficial de la misma. Por lo tanto se debe cuidar que la temperatura del material no se eleve demasiado durante el proceso de extracción. La extracción se puede hacer con cierras de corte manual, o en el caso de piezas muy duras con cortadoras sensitivas muy bien refrigeradas.

Figura 3.Cortadora a precisión de muestras.


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2.2.2 Desbaste.- Proceso mecánico que nos ayudará a remover paulatinamente material de la superficie de trabajo con lijas y/o abrasivos (Ver figura 4) cada vez más finos, este proceso se realiza en dos etapas:  

Desbaste grueso.- Se consideran las lijas de 180 y 320 Desbaste fino.- Se consideran las lijas de 400, 600, 800, 1200.

La dirección del desbaste se gira 90° al pasar de un papel abrasivo al siguiente. Cambiaremos de papel en el momento en que no se observen las marcas producidas por el anterior papel abrasivo, con objeto de eliminar cualquier deformación plástica. Lubricar con agua, además se debe obtener líneas de lijado paralelas (Ver figur a 5).

Figura 3. Lijas para el desvaste.

Figura 5. Obsérvese las líneas paralelas de lijado.

2.2.3. Pulido.- La superficie de la probeta,desbastada hasta el grado más fino, y limpia, se pasa ahora por un fieltro cargado de polvo abrasivo. Estos abrasivos se presentan en suspensiones como pastas de polvo de diamante, alúmina o suspensiones de magnesia. Los fieltros de pulido suelen ir adheridos a unos discos que giran. (Ver figu ra 6).

Figura 6. Vista microscópica de la superficie pulida 

Defectos de pulido.- Es muy frecuente observar ciertas imperfecciones en las superficies pulidas debido a un desbaste inadecuado, sin los cuidados necesarios, dentro de estos encontramos a: (Ver figuras 7 y 8). -

Rayas

Figura 7. Defecto de rayas.

- Colas de cometa

Figura 8. Defecto de cola de cometa.


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2.2.4. Ataque químico.- El ataque se efectúa generalmente por impregnación o inmersión en un líquido corrosivo o bien la muestra se conecta como ánodo en un baño electrolítico apropiado, efectuándose el denominado ataque electroquímico. Antes de atacar la probeta debe estar desengrasada y limpia. Esto es importante especialmente en aquellas pulidas con pasta de diamante, ya que los lubricantes y el medio de estas pastas suelen estar constituidas por sustancias grasas. Un lavado posterior con agua limpia seguido de un secado con alcohol, dejará la probeta dispuesta para ser atacada. Una vez finalizado el ataque químico o electroquímico se lavará de nuevo con abundante agua y se secará añadiendo alcohol, con este proceso se ha generado una imagen especular y la muestra está preparada para su observación en el microscopio.

2.3

Interpretación microestructural.- Basado íntegramente en la observación. 2.3.1.

Microestructura de los aceros en equilibrio. (Ver fig uras 9 y 10).

Figura 9. Muestra de Perlita. 2.3.2.

Figura 10. Muestra de Ferrita.

Microestructura de las fundiciones. (Ver figur as 10 y 11).

Figura 10. Fundición blanca P + Fe 3C

Figura 11. Fundición gris perlítica P+G


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3. DATOS DEL LABORATORIO 4.2. Desbaste fino (el grueso no se realizó debido a la falta de las lijas necesarias). a) Descripción.- En este proceso dispusimos de cuatro probetas mecanizadas( Acero AISI 1045 y AISI 1030, cobre y bronce) - Se realizó el desbaste con cada lija en un promedio de 3 minutos, hasta obtener líneas de rayado paralelas. - Se trabajó con un flujo de agua constante y necesario para remover los restos que iba dejando el pulido y evitar los defectos posteriores. - La dirección de lijado cambiaba 90° para cada lija distinta. b) Lijas utilizadas.- Se utilizaron lijas al agua de 400, 600, 800, 1000, 1200. c) Esquema de las muestras.- (Ver figu ras 12 y 13).

Figura 12. Antes del desvaste.

Figura 13. Luego del desvaste

3.2 Pulido a) Descripción.- Este proceso se realizó con una pulidora circular, en cuya superficie se disponía un paño de lana y sobre esta se echó en cantidades sensatas de abrasivo (alúmina) y agua de forma gradual. - El pulido se realizó siguiendo una dirección radial a la pulidora, mientras esta giraba, todo ello en un tiempo prudencial. - Se realizó el pulido en el siguiente orden: Acero AISI 1045, AISI 1010, Bronce y Cobre. - Se debe realizar un lavado de paño al momento de cambial de probeta, pues los anteriores dejan restos que pueden rayar las otras probetas durante el pulido. b) Abrasivo.- Se utilizó a la Alúmina 2 3 (), un polvo banco y fino. c) Paño de pulido.- Se dispuso de un paño de lana. 4.2. Ataque químico a) Reactivos utilizados: Ácido Nítrico (3%) y Ácido Clorhídrico, ambas en solución acuosa. b) Tiempo de ataque: 5 a 15 segundos.


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4. RESULTADOS OBTENIDOS 4.1. Probetas después del Ataque químico.- (Ver fig ur as 14, 15, 16, 17 y 11). Probeta de acero AISI 1030

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Figura 14. Muestra de acero AISI 1030 pulido. Probeta de acero AISI 1045



.

Figura 15. Muestra de acero AISI 1045 pulido.

Probeta de cobre



Figura 16. Muestra de cobre pulido. 

Probeta de bronce

Figura 17. Muestra de bronce pulido.


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4.2. Análisis de las muestras obtenidas  

Ferrita: Color blanco Perlita: Color negro

El análisis del porcentaje se hizo a simple inspección de observación. (Ver tabla 1).

Material

Acero AISI 1045 45%

Cobre

Bronce

%Ferrita

Acero AISI 1030 65%

75%

50%

%Perlita

35%

55%

25%

50%

Tabla 1. Porcentaje de Ferrita y Perlita en cada material estudiado

4.3. Test de comprobación a) ¿Que indica el tamaño de grano del acero? El tamaño de grano marca las propiedades de los aceros así por ejemplo los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. b) ¿Cuál es la finalidad del reactivo utilizado? Es igual para el análisis de todos los materiales? La finalidad es revelar los límites de grano que antes del uso del reactivo no son visibles. El tiempo que se aplica el reactivo depende del tipo de material, para los aceros se aplica el reactivo durante más tiempo que para los bronces. c) ¿Cómo se demuestra el mayor contenido de carbono en una aleación ferrosa? El porcentaje aproximado de carbón puede estimarse por medio de porcentaje de perlita (zonas oscuras) en los aceros al carbono recocidos. Para este propósito, se utilizan un microscopio metalúrgico y técnicas asociadas de foto microscopia. d) ¿Dentro de que constituyente está presente el carbón en el acero? Dentro del FeC3 carburo de hierro (cementita). e) ¿Hasta qué nivel de pulido se deben preparar las probetas antes del ataque químico? Hasta el punto en que la superficie de las probetas sea como un espejo sin rayaduras. f) ¿Puede saberse o estimarse con un ensayo metalográfico la dureza del acero? Sí, el tamaño de grano influye en las propiedades de los aceros, mientras más pequeño es el tamaño de grano mayor es su dureza; por lo tanto se puede estimar la dureza de un material comparando su tamaño de grano con respecto al t amaño de grano de otros aceros cuya dureza se conoce.


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4. CONCLUSIONES -

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El ensayo metalográfico nos ayuda a identificar las diferentes estructuras del acero y relacionarlas con las propiedades físicas y mecánicas. Es necesario tener un patrón base (folleto) de las estructuras para poder compararlas y determinar a qué tipo de microestructura corresponde. En esta práctica pudimos darnos cuenta de las características del acero que teníamos en la probeta, debido a que fue diseñada para ser analizado mediante la metalografía. Para que la prueba se realice de manera adecuada y dé resultados correctos es necesaria una buena preparación de la probeta. Es necesario graduar el microscopio para poder observar más claramente la estructura. El microscopio metalográfico, debido a la opacidad de los metales y aleaciones, opera con la luz reflejada por el metal. Por lo que para poder observar la muestra es necesario preparar una probeta y pulir a espejo la superficie. Con el ensayo realizado pudimos darnos cuenta acerca de la forma y tamaño de grano de cada una de las estructuras principales del acero como lo son martensita, ferrita y cementita; y así poder deducir sus propiedades físicas y mecánicas.

5. OBSERVACIONES -

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Al momento de microscopia de los materiales se observó la existencia de pequeños relieves en forma de diminutas cavidades, ello se debe el desprendimiento de ciertas incrustaciones al momento de pulido. Debido al lijado inadecuado de genera más de un plano en la supercie a pulir, lo cual ocasionara resultados inadecuados. El flujo de agua al momento de lijado debe remover contantemente todos los residuos de lijado, pues si no es así se generaran defectos de pulido. Al momento del pulido algunas probetas comenzaron a rayarse, lo cual evidencio la existencia de restos de pulido en el paño de lana, ello debe evitarse mediante el lavado constante de esta.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Askeland, D. (2004). Ciencia e Ingeniería de los Materiales, cuarta edición, Editorial

Thompson, Madrid, España. - Gutiérrez J. (2016). Capítulo 1 Propiedades de los materiales. Clase del curso Ciencia de los Materiales. Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Ingeniería, Perú.


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