UNIVERSIDAD DE PIURA FACULTAD DE INGENIERÍA
Programa Académico de Ingeniería Mecánico - Eléctrica Informe de Laboratorio 1 Curso: Introducción a la Ciencia de los Materiales (ICM) Profesora: Dra. Ing. Rosalba Guerrero Aslla Alumno: Calderon Ortiz Jose Dario Tema: Preparación Metalográfica Grupo: 1
Piura, 26 de octubre de 2018
DISCUSIÓN DE RESULTADOS: 1. Explique e interprete lo observado en las probetas M15 y FN (sin ataque): M15
Se observa en la M15 hojuelas de grafito con una matriz de perlita. Se deduce que es una fundición gris debido a la cantidad de porcentaje de carbono que presenta (2.88%C). Se puede observar también, defectos de pulido en la probeta como también presencia de porosidades.
FN
Se observan glóbulos negros y estos se deben a la presencia del silicio que hay (1.8%Si con Mg), ya que el silicio es el elemento más grafitizante. También se observan espacios porosos como también líneas las cuales son defectos del pulido.
2. Explique e interprete lo observado a simple vista en la probeta X3, una vez atacada. En esta probeta podemos observar a simple vista la distribución de los granos que hay, debido a que el tamaño de grano es considerable, por ende se pueden observar las juntas de grano. También podemos observar la fase que tiene la microestructura, la cual es ferrita. Se puede observar nuevamente en la siguiente imagen (Ver figura 1).
Figura 1. Probeta X3 después del ataque.
3. En base a la composición química y a los datos de la lista de materiales, explique qué tipo de materiales son los observados en esta práctica. Dé el nombre específico de la aleación 1. PROBETA
COMPOSICIÓN QUÍMICA
ALEACIÓN
FN
Aleación Fe 3.2%C, 1.8%Si con Mg (Solidificación y enfriamiento de equilibrio según el diagrama Fe-C estable, Fundición dúctil) Aleación Fe 2.88%C, 1.86%Si, 0.44%Mn, 0.19%P (Fundición gris) 0.45%C (Acero) (Austenizado y enfriado al aire) 0.45%C (Acero) (Austenizado y enfriado en horno a 820°C).
Acero de Herramientas
Aleación Cu-4%Sn (Moldeado en arena y recocido a 700 ) Aleación Fe con 1.3%C (Laminado en caliente, enfriado en el horno desde 970 , Acero hipereutectoide) Aleación Fe con 0.35%C (Laminado en caliente, normalizado desde 870 , Acero hipoeutectoide)
Bronce de Estaño
M15
NM RecM X3
X20
X24
X28 X31
Aleación Fe con 0.05%C (Laminado en caliente) Aleación Latón 80%Cu. 20%Zn (Extrusión en caliente y posteriormente estirado en frío)
Acero de Herramientas
AISI 1045 AISI 1045 (Acero hipoeutectoide)
Aceros al Carbono Recocido
Acero al Carbono Normalizado AISI 1035 Hierro Latón
4. Con ayuda de bibliografía, identifique la microestructura observada en el microscopio de todas las probetas. Presente la imagen y la cita bibliográfica que ha usado para la identificación.
1
https://www.ucm.es/atlasmetalografico/buscador-1
Probeta X3 (Bronce de Estaño): IMAGEN OBTENEIDA EN EL LABORATORIO
IMAGEN-FUENTE: https://www.ucm.es/atlasmetalografico/ x3
Se obtiene una mictroestructura policristalina de granos de fase cúbica, centrada en las caras (Ferrita)
Probeta X20 (Aceros suaves al Carbono): IGAMEN OBTENIDA EN EL IMAGEN-FUENTE: LABORATORIO https://www.ucm.es/atlasmetalografic o/x20
Se trata de un acero hipereutético. Como podemos observar, la microestructura nos muestra láminas de perlita rodeadas de cementita (estructura bifásica). Las láminas (gruesas) de perlitas estas compuestas por láminas ferrita y cementita.
Probeta X24 (Aceros al Carbono AISI 1035): IGAMEN OBTENIDA EN EL IMAGEN-FUENTE: LABORATORIO https://www.ucm.es/atlasmetalografic o/x24
Se trata de un acero hipoeutectoide. En la microestructura se puede observar que tenemos láminas finas de perlita rodeadas de ferrita donde esta vendría a ser la matriz (estructura bifásica). La perlita está compuesta por láminas de ferrita y cementita (intercaladas).
Probeta X28 (Hierro): IGAMEN OBTENIDA EN EL LABORATORIO
IMAGEN-FUENTE: https://www.ucm.es/atlasmetalografic o/x28
Es un hierro con 0.05%C; debido a ese porcentaje, se encuentra muy cerca de la zona monofásica perlítica, por ese motivo es que en la microestructura se ve solo una fase: perlita. Pero eso no quita que podríamos encontrar colonias de perlita, esto se da con mucha dificultad, por ende, podemos decir que en su totalidad tiene una sola fase que sería perlita.
Pobreta X31 (Latón): IGAMEN OBTENIDA EN EL LABORATORIO
IMAGEN-FUENTE: https://www.ucm.es/atlasmetalografic o/x31
Gracias al mecanizado (extrusión en caliente y posteriormente estirado en frío) existe un alargamiento del de los granos, esto se puede observar en la microestructura. También están presente maclas debido a que la solución solida tiene una estructura CCC (Cubicas Centradas en las Caras)
Probeta FN (Acero de herramientas): IGAMEN OBTENIDA EN EL LABORATORIO
IMAGEN-FUENTE: Libro Metals Handbook, de la ASM “Atlas of microstructure”
En la microestructura se puede observar grafito de forma nodular con aureolas que lo rodean, las cuales son ferrita. Con una matriz perlítica.
Probeta M15 (Acero de herramientas): IGAMEN OBTENIDA EN EL IMAGEN-FUENTE: LABORATORIO Libro Metals Handbook, de la ASM “Atlas of microstructure”
Podemos observas que se tiene hojuelas o escamas de grafito con una matriz perlítica.
Probeta NM (AISI 1045): IGAMEN OBTENIDA EN EL LABORATORIO
IMAGEN-FUENTE: Libro Metals Handbook, de la ASM “Atlas of microstructure”
Como podemos observar en la microestructura, nos damos cuenta que es una estructura bifásica debido a que está compuesta por perlita y ferrita (matriz). La perlita es perlita fina debido a que es difícil de observar.
Probeta RecM (AISI 1045-Acero hipoeutectoide): IGAMEN OBTENIDA EN EL IMAGEN-FUENTE: LABORATORIO Libro Metals Handbook, de la ASM “Atlas of microstructure”
Se puede observar una microestructura bifásica: perlita más ferrita (acero hipoeutectoide), donde la matriz es ferrita, y la perlita es perlita fina.
5. Compare las características de la matriz de la probeta X24, M15, FN. ¿Qué puede decir al respecto? ¿Qué consecuencias tiene?
2 3
X24
M15
FN
Está compuesta por una matriz ferrítica más disperso de perlita (láminas de ferrita y cementita). La perlita aparece por el método de enfriamiento, debido a que no es el de equilibrio ya que la velocidad no está lenta como debería ser, de esta manera, la formación de perlita empieza a hacerse más lenta apareciendo la perlita. Estas láminas de perlita que aparecen, son láminas finas las cuales hacen que el material tenga mejor resistencia, mas dureza y sea más frágil
Podemos observar escamas de grafito con una matriz perlítica (láminas de ferrita mas cementita) Este material, al tener un gran porcentaje de carbono, se trata de una fundición gris2 (2.5-4%C y 1-3%Si) las cuales son comparativamente frágiles y poco resistentes a la tracción, pero son muy superiores a la resistencia y ductilidad a esfuerzos de compresión. Lo que hace la matriz perlítica es mejorar esos aspectos negativos que tiene y así poder aumentar un poco el grado de tenacidad y resistencia.
Observamos que está compuesto con grafito de forma globular, este está rodeado por aureolas de ferrita con una matriz perlítica. Este material se trata de una fundición dúctil o esferoidal3 (se consigue añadiendo pequeñas cantidades de Mg a la fundición gris en estado líquido) y se caracteriza por tener aureolas de ferrita que rodean al grafito de forma nodular. Lo que hace la matriz es darle propiedades mecánicas similares a la de los aceros (no es frágil y presenta mayor resistencia a la tracción que la fundición gris)
https://cascomotor.wordpress.com/2012/11/06/aceros-segun-su-porcentaje-de-carbono/ https://cascomotor.wordpress.com/2012/11/06/aceros-segun-su-porcentaje-de-carbono/
6. Compare la microestructura de las probetas RecM y NM, a qué se deben las diferencias y qué impacto tendrán en las propiedades. RecM
NM
200X
200X
400X
400X
Menor cantidad de ferrita Mayor tamaño de grano
Mayor cantidad de ferrita Menor tamañano de grano
Esta diferencia se debe al metodo de enfriamiento que ha tenido cada pieza, por ejemplo: La RecM se ha enfriado en el horno a una temperatura de 820 , mientras que la NM se ha enfriado al aire (temperatura ambiente). El enfriamiento en el horno es un poco mas lento por ente la probeta que ha sido enfriada por este método, presenta un tamaño de grano mas grande, mientras que la velocidad de enfriamiento en el aire es más rápida, por ende tendriamos tamaños de granos mas pequeños; y esto influiría considerablemente en las propiedades mecánicas, debido a que si mi tamaño de grano es más pequeño, mi material es más resistente, se endurece y la tenacidad aumenta. Con esto podemos concluir que el metodo de enfriamiento puede influir considerablemete en las porpiedades mecánicas del material, así tengan la misma composicion de carbono, como lo es en este caso (0.45%C).
CUESTIONARIO: 1. ¿Qué son inclusiones? ¿Por qué aparecen y cuáles son las consecuencias en las propiedades del material? ¿Cuáles son las más comunes en los aceros? El control de las inclusiones no-metálicas en la producción de acero es de suma importancia, porque precipitan en fases aisladas durante la solidificación del acero líquido, formando generalmente sulfuros y óxidos, al usar calcio y tierras raras, ya que el uso de circonio, titanio y telurio implica efectos secundarios en el acero. Las inclusiones influyen en las propiedades del material, como la formabilidad, maquinabilidad, soldabilidad, resistencia a la fatiga, resistencia a la fractura, resistencia a la cedencia bajo cargas dinámicas, corrosión y tenacidad 4. Inclusiones no-metálicas son compuestos metálicos (Fe, Mn, Al, Si, Ca) con los no metales (O, S, C, H, N) en los aceros 5.
4
http://foundrygate.com/upload/artigos/Influencia%20de%20las%20inclusiones%20nomet%C3%A1licas%20en%20aceros%20colados.pdf 5 https://www.academia.edu/9273169/Inclusiones_no_met%C3%A1licas_en_acero
2. ¿Qué semejanza y diferencia encuentra entre las probetas M15 y FN? ¿Qué tipo de material son? ¿en qué estado metalúrgico se encuentran? ¿Qué propiedades suelen presentar y para qué aplicaciones típicas suelen usarse? M15 FN
Aleación Fe 2.88%C, 1.86%Si, Aleación Fe 3.2%C, 1.8%Si con Mg (Solidificación y enfriamiento de 0.44%Mn, 0.19%P (Fundición gris). equilibrio según el diagrama Fe-C ACEROS DE HERRAMIENTAS estable, Fundición dúctil o esferoidal). ACEROS DE HERRAMIENTAS Podemos observas que se tiene En la microestructura se puede hojuelas o escamas de grafito con una observar grafito de forma nodular con aureolas que lo rodean, las cuales son matriz perlítica ferrita. Con una matriz perlítica. N A S M
Z
E
J E
A S S AI C N E R E FI D
-Ambas probetas estas compuestas de grafito. -Son fundiciones debido a que tiene un %C mayor al 2.11%C. -Tienen la misma matriz: Perlita. -Tienes un elemento aleado en comun: Silicio -M15:Fundición gris, FN:Fundición dúctil o esferoidal.(Estados metalúrgicos) -M15:Grafito en forma de hojuelas o escamas, FN:Grafito en forma nodular (esféricas). -M15:Presenta perlita gruesa, FN:Presenta perlita fina. -FN:Se consigue añadiendo pequeñas cantidades de Mg.
La resistencia y la ductilidad a los esfuerzos de compresión son muy superiores. Amortigua la energia vibracional que afectan al acero. Aplicaciones: Bloques de motores, tambores de freno, cilindros y pistones de motores.
No es frágil y presenta una mayor resistencia a la traccion que las fundiciones grises. En general sus propiedades son similares a las del acero. Aplicaciones: Fabricación de válvulas, engranajes de alta resistencia, cuerpos de bomba, cigueñales y pistones.
3. Con respecto a las probetas X20, X24, X28 y X29, use una tabla o un manual de aceros, busque la resistencia a la tracción, esfuerzo de fluencia y ductilidad de esos cuatro materiales y esquematice en un solo gráfico, sus posibles curvas ingenieriles y de resiliencia. Explique su razonamiento. Para poder desarrollar las curvas ingenieriles de los materiales mencionados (menos la X29 debido a que no se desarrolló en el laboratorio) debemos encontrar los valores de mayor importancia de cada una. Como solo tenemos la composición química del carbono de cada una, lo que se hizo fue trabajar con la nomenclatura AISI o SAE: 10XX. El 10 significa que se tiene un bajo contenido de carbono, y las Xs significan el contenido de carbono que se tiene 6: X24: Acero al carbono 0.35%C Normalizado (AISI 1035) 7 = 59.8 ⁄ = 38.7 ⁄
% = 28%
X28: Hierro (Acero extrasuave) 0.05%C (AISI o SAE 1005) 8 = 32 ⁄ = 20 ⁄
% = 30%
Para la probeta X20, no he podido encontrar valores de esfuerzos, pero como podemos observar y por lo que nos dice la teoría, mientras un acero tenga más contenido de carbono, es esfuerzo de fluencia aumenta, tiene más resistencia a la fluencia, pero por otro lado tiene menos resistencia a la ruptura, no es muy tenaz, por lo tanto hablamos de una fragilidad. Con estas conclusiones y los datos que tenemos, las curvas de tracción nos quedarían de la siguiente manera:
6
http://recursosbiblio.url.edu.gt/Libros/2013/cmI/8-Aleaciones-hc.pdf https://slideplayer.es/slide/3478063/ 8 http://www.acerosindustriales.com/sitio/images/stories/pdfs/ACEROS_DE_BAJO_CARBONOSAE_1005_A_1020.pdf 7
CONCLUSIONES: -
El modo en el que se hace el enfriamiento de una probeta interviene mucho en la microestructura, como es el caso en la probetaa RecM y NM. Ambas poseen la misma cantidad de carbono, pero al ser enfriadas en diferentes ambiente, cambia la velocidad de enfriamiento y por ende cambia la microestructura, encontrando granos mas grandes o menos grandes. En otros caso has es posble encontrar diferentes fases en esta misma.
-
La probeta X28, tiene un contenido de carbono del 0.05%C, si nosotros solo nos basamos en el diagrama Fe-C (metaestable), podemos observar que en su microestructura podemos encontrar ferrita con perlita debido a la zona en la que se encuentra, pero si la observamos en el microscopio, nos damos cuenta que solo observamos ferrita, eso quiere decir que al ser el contenido de carbono muy bajo y estar cercano a la zona perlitica, el 99% de la microsestructura que encontremos será ferrita, por ende se considera una microestructura ferritica (se encontrara perlita pero en una cantida muy minima que ni el microscopio logra ver).
-
Al momento de hacer la preparación metalográfica, los procesos del lijado, pulido y ataque son se suma importancia para poder visualizar de la mejor manera la microestructura de un material. Evitar que hayan marcas del lijado y pulido, como a la vez la suciedad que puede estar presente al momento de limpiar la probeta con alcohol cuando se esta puliendo, es de suma importancia antes de ser atacada.
-
Para el ataque de la probeta, se tienen que seguir las normas estandarizadas, como el porcentaje de reactivo quimico que se utiliza y el tiempo que durará el ataque. Si no se siguen estas normas, corremos el riesgo de dañar la superficie de la probeta y tendriamos que empezar de cero la preparación metalográfica, lo cual no es muy recomendable debido al desgaste que sufre esta misma.
-
Por el color de la porbeta una vez atacada podemos estimar la microestructura que veremos en el microscopio, por ejemplo: si vemos un color oscuro en esta, podriamos decir que vemos perlita, si vemos un color claro, pues podriamos estimar que vemos ferrita. Claro que esto es solo una estimación, no siempre se cumplirá.
