UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
CIENCIA DE LOS MATERIALES 2 (MC115) INFORME DE LABORATORIO N°1: TEMA:
DEFORMACION EN FRIO
INTEGRANTES: ÑIQUÉN SANTIAGO JEAN PIERRE
CÓDIGO: 20140439J
MEDINA PANE
CÓDIGO: 201!204!A 201!204! A
LAO TIMANA "E#IN
CÓDIGO: 201!204$D
SECCIÓN: %C& PROFESOR: ING' LUIS SOSA( JOSE
2016
INTRODUCION
Las propiedades y características de los metales determinan la función que dese desemp mpeñ eñar aran an..
Esta Estas s
prop propie ieda dade des s
y
cara caract cter eríst ístic icas as pued pueden en alte altera rars rse e
mediante la aplicación de diferentes procesos como. Uno de estos procesos es la deformación en frio.
La deformación en frio es un proceso que aparte de causar cambios en sus propie propiedad dades es y caract caracterí erísti sticas cas tambié también n causa causa cambio cambios s en la forma forma de las piezas, con la peculiaridad que se realiza a una temperatura menor a la temperatura de recristalización. Este proceso tiene mucha aplicación en la producción de piezas en serie debido al acabado superficial y a las tolerancias que estas alcanzan.
En el presente informe se abordara el tema de la deformación en frio y los ensayos que se realizan a las piezas deformadas para determinar la variación de sus propiedades y características y la relación que eisten entre estas.
FUNDAMENTO TEÓRICO GENERALIDADES: La deformación de los metales mediante el cual se altera la forma inicial de estos mediante procesos que alteran sus propiedades para conformar piezas que tendr!n la forma y las propiedades adecuadas para cumplir con determinada función. Esta deformación se refiere a la deformación pl!stica de los metales.
"ependiendo de los efectos que cause la temperatura sur#e la si#uiente clasificación$
Def!"#$%&' e' $#%e'e: La deformación se realiza a una temperatura por encima de la temperatura de recristalización, es decir, creación de nuevos #ranos libre de tensiones internas a partir de los #ranos deformados.
Def!"#$%&' e' %*%: La deformación se realiza a una temperatura por deba%o de la temperatura de recristalización, pero cercana a esta.
Def!"#$%&' e' f!%: La deformación se realiza por deba%o de la temperatura de recristalización.
Los conceptos de alta o ba%a temperatura son relativos puesto que son fi%ados por la temperatura de recristalización del metal.
DEFORMACIÓN EN FRIO
Es un proceso de deformación permanente aplicada a piezas met!licas para cambiar su forma inicial y sus propiedades, que se realiza a temperaturas por deba%o de la temperatura de recristalización. Esta deformación es debida a la deformación individual de sus #ranos que ocurre cuando es sometido a esfuerzos de compresión o tracción. La deformación de los #ranos ori#ina un estado de acritud de la pieza. & nivel microscópico se percibe el incremento de la densidad de dislocaciones, es decir se crean nuevas dislocaciones en el interior de la estructura del metal. Este incremento de dislocaciones hace que sea m!s difícil la propa#ación de estas a través de las dislocaciones ya eistentes en el material, que a nivel macroscópico se traduce como el aumento de la fra#ilidad, de la dureza y de la resistencia mec!nica, y la disminución de la ductilidad. 'odas estas propiedades est!n interrelacionadas entre sí.
(ara comprobar estos cambios se recurre a ensayos tracción, de dureza, metalo#r!ficos, etc.
E'+#,+ -e T!#$$%&': Es el esfuerzo interno al que est! sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que act)an en sentido opuesto, y tienden a someterlo.
*ean estos los valores de del ensayo de tracción para una pieza sin deformar +línea #ris y los valores lue#o de la deformación +línea azul$
"onde
σ F > σ O
(ara
un
mismo
valor
de
deformación el esfuerzo ser! mayor en la línea azul.
E'+#,+ -e D.!e/#: Es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, deformaciones permanentes, etc.
El ensayo -oc/ell$ El durómetro -oc/ell utiliza como penetrador un cono de diamante o una bola de acero, y mide la dureza por la profundidad de penetración. Es el m!s etendido debido a que se puede aplicar a todos los materiales y porque la dureza se obtiene por medición directa.
*ean estos los resultados de la dureza -oc/ell$
(robeta
sin
Ho> ho
Hf > hf
deformar. "ureza en la probeta
(robeta
deformada es mayor.
deformada.
E#"e' Me#!f%$: "eterminan las características micro estructurales de un metal relacion!ndolas con sus propiedades física, químicas y mec!nicas. (ara realizar este ensayo es necesario preparar muestras representativas, es decir que no presenten alteraciones.
Estas ser!n las vistas en el microscopio metalo#r!fico$
La cantidad de #rano en la dirección vertical se incrementa.
(robeta sin deformar
(robeta deformada
I3 4 OBETIVOS DE LA E7ERIENCIA
0bservar cómo varían las propiedades mec!nicas +dureza, resistencia, tamaño de #rano, fra#ilidad, ductilidad, etc. del metal o material lue#o de someterlo a un traba%o en frío o deformación pl!stica.
1onocer los mecanismos de deformaciones, las transformaciones que ocurren en las estructuras cristalinas en el metal lue#o del traba%o en frío.
-ealizar los respectivos ensayos de dureza y metalo#rafía a los materiales esco#idos +1u para el traba%o en frío a distintos valores de deformación lon#itudinal.
1onocer los cambios en las propiedades mec!nicas de los metales que se producen a consecuencia de la deformación en frío. 1onocer el mecanismo de la deformación en frío en los metales.
II3 4 E8UI7OS E INSTRUMENTOS UTILI9ADOS (ara la parte de dureza$
2 probeta de cobre . +3orma cilíndrica. +3i#. 2
2 vernier. +3i#. 4
'ornillo de banco. +3i#. 5
2 sierra. +3i#. 6
2 lima plana. +3i#. 7
"urómetro -oc/ell di#ital. +3i#. 8
(ara la parte metalo#r!fica$
Las anteriores probetas +3orma cilíndrica.
8 li%as de a#ua abrasivas para fierro +9:$ 2;<, 58<, 8<<, ;<<, 2<<< y 24<<. +3i#. =
(ulidora. +3i#. ;
( Al
O 3 ) y a#ua. +3i#. >
&l)mina
&l#odón, alcohol y !cido nítrico
2
( HN O ) .
*ecadora. +3i#. 22
?icroscopio metalo#r!fico. +3i#. 24
3
+3i#. 2<
Fig. 1 – Probetas de Cu
Fig. 2 – Vernier.
Fig. 3 – Tornillo de banco.
Fig. 5– Lima plana.
Fig. 4 – Sierra.
Fig. – Pulidora.
Fig. ! – "ur#metro $oc%&ell digital.
Fig. ' – Li(as de agua.
Fig. ) – pulidora. Fig. – agua.
Fig. 11 – Secadora.
Fig. 1* – alco+ol, algod#n - cido n/trico.
Fig. 12 – 0icroscopio metalogrico.
III3 DESCRI7CION DEL 7ROCEDIMIENTO -ealizamos 5 procedimientos en total$ 2 "eformación de las probetas 4 Ensayo de dureza 5 Eamen metalo#r!fico "eformación de las probetas a. @nicialmente se tiene siete probetas de cobre sin deformar enumeradas del < al seis. & cada una de ellas se le tomara las medidas de su di!metro y su altura. & cada una de ellas se les deformara aplicando presiones crecientes de la si#uiente forma
b. *e volver! a tomar las medidas a todas las probetas ya deformadas
Ensayo de dureza a. 1ada probeta deformada ser! cortada de la si#uiente forma
b. Este corte se realizara inmovilizando la probeta en el torno de banco y cortar los flancos con la sierra. Las dos caras paralelas #eneradas por el corte deber!n limarse para que quede una superficie m!s plana
c. 'odas las superficies plana de las probetas se li%aran para proceder a continuación con los ensayos de dureza -oc/ell
d. El ensayo de dureza se realizara en los si#uientes puntos$ Aale aclarar que se de%ara una intacta pues a esta se le realizara el eamen metalo#r!fico
e. 1on los datos obtenidos se trazara una #r!fica dureza versus deformación
Eamen metalo#r!fico a. La cara que no fue sometida al ensayo de dureza ser! preparada para realizar su eamen metalo#r!fico, es decir, se li%ara, se pulir!, se le realizara el ataque químico y finalmente se llevara al microscopio.
b. Ba en el microscopio metalo#r!fico se observara la microestructura de cada probeta y se tomara una foto#rafía a la vista obtenida. c. & las foto#rafías tomadas se les realizara la determinación de las densidades lineales tanto en la dirección de la deformación como en la dirección normal a esta. 1on los datos obtenidos se hallara la densidad promedio para cada probeta. d. 3inalmente se comprara y analizara los datos obtenido y determinara la relación que eiste entre ellas
IV3 DATOS OBTENIDOS DEL LABORATORIO (robeta
Lo
Lf
(*@
(unto & +C-3
<
28.42
28.42
<
4;.=
52.6
47.>
2
2=
27.=>
8<
8=.;
8;
6;.8
4
28.87
25.=7
24<
;4.7
;5.6
7=.5
5
2=
22.>
2;8
;;.>
;>
87.=
6
27.2;
;.;7
45<
>4.5
>2.=
8;.7
7
27.6;
=.8>
4><
>7.7
>6.4
==.2
8
2=.4=
=.22
5;<
>7.4
>6.8
=8.>
de deformación
(unto D +C-3
(unto 1 +C-3
0 7.117647059 17.41741742 30 41.69960474 50.32299742 58.83034163
V3 CALCULOS RESULTADOS &l momento de analizar cada una de las probetas podemos ver que de acuerdo a la ecuación de n)mero de tamaño de #rano &*?'$
( ) a
100
2
n− 1
N =2
&nalizando de la si#uiente manera$ 2 ?edimos el di!metro de la foto en centímetro y lo pasamos a pul#adas cuadradas 4 1ontamos cuantos #ranos cortados hay 5 1uantos #ranos enteros hay dentro de la fi#ura 6 *umamos la cantidad de #ranos en total y lo dividimos entre el !rea eresado en pul#adas cuadradas 7 1omo nuestro an!lisis a sido con una ampliación de 4<< entonces el aumento es de 4<< 8 1alculamos en n)mero de tamaño de #rano 1onforme el n)mero de tamaño de #rano &*?' sea mayor o el di!metro
medio sea menor la dureza aumentara +resistencia ya que la relación entre
resistencia y tamaño de #rano es de suma importancia para los in#enieros &dem!s al analizar nuestro cuadro que se encuentra arriba vemos que, como las probetas son del mismo material , el #rado de dureza , sea en el unto &,D o 1, aumenta y esto debido a que a cada probeta se le a propinado una mayor deformación pl!stica en frio a través de una fuerza de tensión
perpendicular a ambas superficies. Aemos adem!s que a medida que aumenta el #rado de deformación para cada probeta también aumenta la cantidad de #ranos por pul#ada cuadrada ya que cada #rano se estira en la dirección en que se realiza la fuerza de tensión, esto hace por consi#uiente que aumente el #rado de resistencia, viendo en la si#uiente representación dicha conclusión.
% de deformacion vs Punto A y C 120 100 80 60 40 20 0
1
2 Punto A (HRF)
(robeta <
3
4 Punto C (HRF)
5
6 % de deforma!on
7
(-0DE'& 2
(-0DE'& 4
(-0DE'& 5
(-0DE'& 6
(-0DE'& 7
(-0DE'& 8
VI3 CONCLUSIONES RECOMENDACIONES:
1091LU1@09E*$
El tiempo de deformación para cada probeta es proporcional a la presión e%ercida sobre cada una de ellas.
El aumento de dureza es m!s notorio en la parte media de la probeta, no se nota mucho en la superficie
La dureza a F y a G de la base son bastantes similares, lo que indicia un n: similar de dislocaciones en esta zona.
El #rado de distorsión decrece r!pidamente al inicio y lue#o decrece lentamente. Esto debido a que a medida de que el n: de dislocaciones aumenta, es m!s difícil que haya formación de nuevas dislocaciones.
*e ha observado que los #ranos alar#an su dimensión en la dirección transversal. Esto hace que se produzcan li#eras variaciones en la superficie
media de #rano que pr!cticamente se mantiene constante, claro esto si la deformación ha sido pequeña, pero si fue sometida a una deformación #rande hay si se nota una variación en el tamaño de #rano +alar#amiento del #rano.
La deformación en frío es un tratamiento de deformación permanente que se realiza por deba%o de la temperatura de recristalización, consi#uiendo aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de la pieza y disminuyen su plasticidad y tenacidad.
La deformación del material es debida a la deformación individual de sus #ranos, cualquier esfuerzo que act)e sobre la pieza se transmite por su
interior a través de dichos #ranos. La deformación de los #ranos y las tensiones que esto ori#ina, provoca un estado de acritud en el metal, es decir, se produce un aumento de la fra#ilidad, de la dureza y de la resistencia mec!nica de la pieza.
-E10?E9"&1@09E*$
*e debería dele#ar la responsabilidad de la toma de datos a un estudiante y que este pase a los #rupos los datos y las foto#rafías tomadas, de esta manera la información sería m!s ordenada y fidedi#na.
-ealizar una correcta preparación de la probeta para que se pueda realizar de manera adecuada el ensayo metalo#r!fico y los resultados sean correctos
*e debe preparar la superficie donde se realizar! la medición de dureza -oc/ell.
Usar el !cido nítrico con cuidado. &l realizar la deformación de la probeta con la comba se le recomienda al estudiante que lo ha#a despacio y manteniendo las caras paralelas, para que al llevarla al durómetro esta no esté moviéndose, ya que al pasar esto la dureza medida no ser! la correcta.
'ener mucho cuidado al realizar el corte lon#itudinal con el serrucho ya que este tiende a balacearse y así el corte saldr! curvo.
&l utilizar la lima observar con sumo cuidado el momento en la cual las caras ya est!n paralelas.
&l traba%ar en la pulidora co#er bien la probeta par que no se te cai#a.
VII3 BIBLIOGRAFÍA
Donald R. Askeland, Pradeep P. Phulé. – Ciencia e ingeniería de los materiales. Cuarta edición 200. Coca Re!ollero, Rosi"ue #iméne$ % Ciencias de los materiales. Pir&mide 'adrid, ())0. *eel+ % 'etalurgia + materiales industriales. imusa. -regon 2000. illiam /. mith % Ciencia e ingeniería de materiales. 'c1ra 3ill, 45 edición 2006.
CUESTIONARIO
13;
La deformación en caliente permite obtener elevadas deformaciones, ya que en estas condiciones el material pierde su ri#idez característica, lle#ando a un estado de etrema ductilidad y escasa resistencia. "e esta manera es necesaria una ba%a ener#ía para deformar. Las altas temperaturas dan lu#ar a un proceso de cristalización din!mica, motivo por el cual la estructura se debilita y se permite a los iones reubicarse en nuevas posiciones con facilidad. Este proceso presenta dos desventa%as claras. 2 Los fenómenos de oidación superficiales se ven muy favorecidas por las altas temperaturas 4 *e lo#ra una mala terminación superficial por lo que se requiere mecanizado posterior. "eformación en frio y destacada me%ora de las propiedades mec!nicas. &simismo, aumenta la resistencia ero disminuye la ductilidad.
23; <8.? @!$e'#e -e # e'e!=# .e +e #+# e' .' @!$e+ -e -ef!"#$%&' e' f!= +e -e+@!e'-e e' f!"# -e e'e!=# $#!=f%$#>
En un proceso de deformación en frio tan solo es 2< de la ener#ía aplicada por la fuerza eterna es absorbida por el metal por eso el metal deformado, en comparación con el metal no deformado, posee una elevada reserva de ener#ía y se encuentra en un estado de desequilibrio y termodin!micamente inestable. Eso quiere decir que el restante >< de la ener#ía se desprende en forma de ener#ía calorífica. En este metal, incluso a la temperatura ambiente, pueden transcurrir procesos espont!neos que conducen a un estado m!s estable. &l elevar la temperatura, la velocidad de estos procesos crece.
3;
(ara que se produzcan la deformación de cristales met!licos #randes a l a ba%a tensión de cizalladura, es necesaria una alta densidad de imperfecciones cristalinas conocidas como dislocaciones. Un #ran n)mero de estas dislocaciones se forman durante la solidificación del metal, pero se #eneran muchas m!s durante las deformación del metalH debido a esto, un metal severamente deformado puede alcanzar una densidad de dislocaciones. Las dislocaciones producen los desplazamientos atómicos sobre planos cristalinos de deslizamiento específico y en direcciones cristalinas de deslizamiento especifico. Usualmente los planos de deslizamiento son los de m!ima compactibilidad, y también los m!s separados entre sí. 9o obstante, si el deslizamiento sobre un plano de m!ima compactibilidad est! restrin#ida debido por e%emplo debido a una tensión local elevada, puede activarse planos de empaquetamiento menor. ?ientras que el maclado es un proceso en el que una parte de la red atómica se deforma de tal modo que #enera una ima#en especular de la red no deformada cercana. El plano cristalo#r!fico de simetría entre la parte deformada y la no deformada se denomina plano de maclado. El maclado, i#ual que el deslizamiento, tiene lu#ar en una dirección específica denominada dirección de maclado, sin embar#o en el deslizamiento todos los !tomos localizados en uno de los lados del plano de deslizamiento se desplazan i#ual distancia mientras que en el maclado los !tomos se mueven a distancias proporcionales a su distancia al plano de maclado. El deslizamiento de%a una serie de escalones, mientras que el maclado de%a pequeñas, pero bien definidas, re#iones del cristal deformado. En el maclado solo se involucra una pequeña fracción del volumen total del cristal met!lico, por tanto, la porción sobre la que puede producirse la deformación por maclado es pequeña
3; De+$!%*%! e $"@!#"%e' -e # -.!e/# e' f.'$%&' -e @!$e'#e -e -ef!"#$%&' @+%$# e' f!=3 E+.e"#%/#! e $#+ -e $*!e3 Ir!fica de deformación vs 1
dureza en los puntos &, D,
Porcentaje de deformacion vs Punto A (HRF) 120 100 80 60 40 20 0
1
2
3 Punto A (HRF)
4
5 % de deforma ! on
6
7
% de deformacion vs Punto B(HRF) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
1
2
3 Punto " (HRF)
4
5 % de deforma! on
6
7
% de deforacion vs Punto C (HRF) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
1
2
3 Punto C (HRF)
4
5
6
7
% de deforma ! on
(odemos notas en los 5 casos que las deformación es proporcional al incremento de la dureza debido a que al momento de realizado la deformación en frio sobre cada una de las probetas la cantidad de dislocaciones aumenta y al momento de realizar la tensión para estirarlos aparecen m!s esto #enera un bosque de dislocaciones que ya no tiene donde moverse lo que #enera que el metal se endurezca y que su curva de tracción se modifique aumentando sus valores , el endurecimiento por
deformación es uno de los métodos m!s importantes de endurecimiento de los metales.
53; U'# @!*e# $%='-!%$# -e $*!e # +.f!%- .'# -ef!"#$%&' e' f!= @! #@#+#"%e'3 L# -ef!"#$%&' +.f!%-# # +%- -e 26 e' '%.-3 S% +. !#-% -e+@.?+ -e # -ef!"#$%&' e' f!= e+ -e 21 ""
V 0=V f r 2
(¿¿ 0 ) =( 1−0.26 ) l∗π ∗21.4 l∗ π ∗¿
2
r 0=18.4090 mm
63; E@%.e *!eHe"e'e @! .e + "e#e+ C (e#'# $"@#$) +' =@%$#"e'e "+ f!%e+ .e + "e#e+ FCC (C.* $e'!#- e' #+ $#!#+) , BCC (3C.* $e'!#- e' e $.e!@)3
Los metales con estructuras cristalinas 311 tienen planos y direcciones de m!ima compactibilidad que son 24 haciendo una combinación de planos y direcciones, mientras que el sistema D11 no tiene estructura de m!ima compactibilidad como la estructura 311, es por ende que en los sistemas D11 el deslizamiento se da en planos de mayor densidad atómica y normalmente el deslizamiento da en estos planos, puesto que los planos no son de m!ima compactibilidad. La tensión de cizalladura necesaria para producir el deslizamiento en metales D11 es mayor que en metales 311 que también tiene 24 planos de deslizamiento , mientras que el sistema C1( presenta planos de m!ima compactibilidad, no son muchos , al contrario presenta un limitado n)mero de sistemas de deslizamiento que restrin#e si ductilidad
J3;
La conductividad aumenta debido a la deformación , es por ello que si se trata de medir la conductividad eléctrica desde distintas momentos de deformación obtendremos valores diferentes.
K3; -esponderemos esta pre#unta con un an!lisis de deformación
*i aplicamos una fuerza de tensión como en el punto 2 H el material re#resara a su estado normal ya que no se e%erció suficiente tensión como para #enerar dislocaciones que produzcan alar#amiento, pero si aplicamos una fuerza de tensión como en el punto 5 , veremos que el material tendr! una tensión suficiente para tener una deformación pl!sticaH ahora si retiramos esta car#a quedara una determinada lon#itud de deformación , pero si l ue#o se vuelve a someter a la acción de la car#a, su aptitud para la deformación pl!stica habr! disminuido y el límite de fluencia se elevara H es decir, para provocar la deformación pl!stica habr! que aplicar mayor tensión, esto quiere decir que el metal se a hecho mas resistente. El aumento de la dureza y de la resistencia a la tracción producido por la deformación pl!stica se llama &1-@'U".
