PRÁCTICA N° 13 ENSAYOS POR CHISPAS DE LOS ACEROS Y FUNDICIONES 1. OBJETIVOS: Determinar, reconocer y diferenciar aproximadamente las diferentes clases de aceros, fundiciones y la composición de los mismos, mediante la observación de color, forma y dispersión de las chispas producidas al esmerilar probetas de muestras de aceros, comparándolos con chispas de muestras de acero de composición conocida y/o cuadros de imágenes de chispas. Clasificar los materiales ferrosos de acuerdo al elemento químico que en mayor proporción se encuentra teniendo en cuenta las características de las chispas producidas. Designar sistemáticamente los aceros y fundiciones identificados por el ensayo de chispas Saber porque algunos elementos no derivan chispa. 2. RESUMEN El ensayo por chispas consta que por medio de un material abrasivo, generar friccion y desprendimiento de material y por medio de un combustible y un poco de condiciones, genere chispas. Las cuales nos pueden ayudar a conocer el tipo de material que es, si es un metal o una no metal, una alecion de Fe-C y determinar el porcentaje en peso aproximado de la misma 3. FUNDAMENTO TEÓRICO Al atacar una pieza de arco con una muela de esmeril girando a gran velocidad arranca esta partícula de acero que son proyectadas tangencialmente por la periferia de la muela. Como al mismo tiempo que tiene lugar este arranque se produce un fuerte calentamiento local las partículas se desprenden a altas temperaturas que las ponen incandescentes produciendo rayos luminosos, chispas, explosiones, estrellas, arborescencias luminosas, etc. Si mantenemos la probeta de acero contra una piedra abrasiva en movimiento de rotación, la muela arrancará del acero pequeñas partículas y las calienta hasta la temperatura de fusión. Las partículas incandescentes lanzadas dejan tras de sí, para el ojo una estela, un rayo más o menos largo de trazo seguido o interrumpido según sea la presión con que se actúa entre pieza y muela y según la composición de la probeta. Muchos de estos rayos juntos constituyen al haz de chispas
A las elevadas temperaturas que tienen las chispas lanzadas se queman en el aire el hierro y sus acompañantes especialmente el carbono, el silicio y el manganeso. Como el CO producido por la oxidación del carbono son gases, estos hacen que esa pequeña partícula incandescente reviente a una determinada distancia de la piedra, dando origen a una serie de fenómenos de carácter explosivo con formación de nuevas trayectorias luminosas, pero más cortas y dirigidas en todos sentidos alrededor del centro de explosión. La frecuencia de estos fenómenos explosivos y la forma de las figuras a que dan lugar dependen de la composición del acero. Se distinguen forman espinosas, floreadas, en forma de porra, de gotas y lanceoladas. Cada tipo de acero produce una serie de chispas características, mediante la observación de las cuales y con práctica pueden identificarse determinados tipos de aceros y con mucha práctica dar el porcentaje caso exacto de carbono. Este ensayo no es como pudiera parecer a alguno, una mera curiosidad de laboratorio, sino que se utiliza en muchas fábricas de acero, en operaciones de control.
3.1. Influencia de la composición química El contenido de carbono es lo que más fuertemente hace variar la imagen de las chispas. Los aceros exentos de carbono y los aceros al carbono de débil aleación presentan rayos lisos y claros con pocas explosiones de C. De los centros de explosión sales pocas agujas con puntas alargadas. La gavilla de chispas se hace algo más corta a medida que aumenta el contenido de C haciéndose las explosiones más frecuentes y más cortas, más densos y más ramificados los rayos secundarios que arrancan de aquellos puntos de explosión y está a tal extremos que cuando el contenido de C es ya del 0.8% la gavilla de chispas está completamente dominada por las muchas explosiones del carbono con innumerables estrellitas y ramificaciones. El color apenas si se altera aquí con el creciente contenido de C.
El Tungsteno reprime muy notablemente las explosiones de C. para un contenido el 18% de W no se encuentran sino para muy fuertes esfuerzos de compresión contra la piedra, nada más que muy aisladas trazas de explosiones de C., presentándose en cambio generalmente sólo un puntito un poco más claro en el extremo del rayo. El rayo principal se hace interrumpido como de raya de trazos la gavilla es corta. Es muy llamativo el cambio de coloración. Ya para 0.5 W el color se hace anaranjado, presentando para 12% W una coloración netamente roja para hacerse con 18%W de color rojo obscuro. El silicio se nota por encima del 1% aproximadamente por un mayor brillo de la gavilla de chispas. Delante de algo cortada explosión de C se encuentra un trecho en forma de clava que se nota especialmente bien punto a la piedra. Apreciándose también claramente en la gavilla cuando sus contenidos con superiores al 1%. El molibdeno muestra en los aceros, con contenidos bajos de C hasta aproximadamente 0.5% C, puntas lanceoladas en los extremos de los rayos, fenómenos que desaparece nuevamente para cantidades más altas de C y otras composiciones, por ejemplo en el acero rápido. Los demás elementos tales como manganeso, cromo y níquel tienen menos frecuentemente características diferenciales típicas en la imagen de chispas. Su influencia la reconocerá nada más que una persona con mucha experiencia. Resumiendo, los aceros al carbono de 0.15 a 1.3% de C dan chispas formadas por rayos lisos de color amarillo oscuro en cuya punta aumenta ligeramente el volumen y luminosidad. A medida que aumenta el contenido en carbono, aumenta el número de explosiones en forma de lanzas y flores siendo más brillantes y luminosas. 3.1.CARACTERISTICAS DE LAS CHISPAS Un haz de chispas puede dividirse en tres partes. •
La primera a la salida de la piedra, esmeril, está formada por ratos rectilíneos en los que puede observarse perfectamente el color característico.
•
La segunda zona es la de bifurcaciones y algunas veces tiene lugar en ella las primeras explosiones.
•
La tercera y última zona que es donde aparecen la mayor parte de las explosiones que adoptan diversas formas que se denominan estrellas, gotas, lenguas, flores, etc.
La observación debe hacerse, a ser posible en un local oscuro. La muela debe girar en sentido contrario al ordinario, para que el haz de chispas se proyecte hacia arriba y poder así observarlo mejor.
Recomendaciones respecto al esmeril y probetas para el ensayo Se usa un aparato esmeril de banco o manual, en el cual contra la muela en rotación se aprieta la probeta. Las dimensiones de la muela tiene una importancia secundaria y se rigen por las condiciones del dispositivo disponible. La velocidad periférica tiene importancia y tiene que estar comprendida en el caso de aglutinante de carácter cerámico, entre los 20 y los 25 m. por segundo. Como dureza conveniente de la piedra se dan los grados de dureza entre N y P. Cuando la piedra es demasiado blanda se va con la gavilla de chispas demasiado material rascado en ella; en el caso de la piedra demasiado dura se embota fácilmente y nos da enseguida buenas gavillas de chispas como granulación más adecuada se ha acreditado un tamaño de granos entre 36 y 50. Cuando se utilizan tiras de chapa o probetas muy delgadas parecidas a alambres se recomienda precaución, porque la imagen de la gavilla de chispas resulta influenciada cuando la punta de la probeta se pone en estado incandescente a consecuencia de la presión con que se aplica contra la piedra y del color de fricción que se desarrolló como consecuencia en el punto de contacto. CAMPOS DE APLICACIÓN Fabricación de herramientas, tratamientos térmicos, almacenaje, de materiales, cerrajería, forjado, y productos siderúrgicos, soldadura de aleaciones ferrosas. EQUIPOS Y MATERIALES 5.1.Seis probetas numeradas del 1 al 6 de muestras de aceros y fundiciones de origen establecido:
Aceros de construcción: Platinas, perfiles, tubos, etc. Acerosde cimentación: Pernos, árboles, ruedas dentadas, etc. Aceros de herramientas: No aleado, cuchillas de tijeras, hachas, martillos, etc. Acerosde Baja Aleación: Brocas, Instrumentos de medición, etc. Acerosde alta Aleación: Herramientas de corte (fresas) resortes de válvulas, etc. Aceros Especiales (Inoxidables): Utensilios, material quirúrgico, etc. Fundiciones gris, blanca y maleable, bancadas, zapatas, y tambores de frenos etc.
5.2.Seis probetas numeradas del 7 al 12 de origen no establecido
4-3. Máquina esmeriladora de las siguientes características: - Muela de 0 aproximadamente de 200 mm - Fuerza: N-P - Granulación: 36 - 50 - Velocidad Tangencial de 20 - 25 m/seg
- Cuadro de imágenes de colores para prueba de chispas - Elementos de seguridad
5. ESQUEMA Y RECOMENDACIONES
No utilizar probetas por tamaños debajo de 10 mm Realizar la prueba en local oscuro o al menos no expuesto al sol De ser posible hacer girar la muela en sentido contrario
6. PROCEDIMIENTO DE EJECUCION Se realizarán dos ensayos: 6.1.ENSAYO N°1 DETERMINACION DE LA CLASE DE ACERO MEDIANTE LIBRE ANALISIS COMPARATIVO CON LA TABLA DE IMÁGENES: • Poner en funcionamiento el aparato de esmerilar • Apretar bajo suave presión y en seco la probeta y ensayar contra la muela en rotación.
PROBETA N°4 PROBETA N°3 1 Compare el aspecto de la chispa producida en el cuadro de imágenes, si el aspecto concuerda con alguna de las 12 imágenes, la probeta tendrá HOJA DE TRABAJO ENSAYO N°1 composición similar con aquella. •
PROBETA N°1 en colores las imágenes del haz de chispa PROBETA N°2 en la Dibuje de ser posible producido hoja de trabajo.
Imagen del haz de Chispa
•
Imagen del haz de Chispas
Realiza el análisis correspondiente y determina y designa la clase de acero (en Norma DIN y SAE/AISI) y su composición aproximada en cuanto a contenido de C y aleantes (hoja de trabajo)
Número de imagen de chispas
Número imagen de chispas
6.2.ENSAYO N°2 EXPLOCIONES RAMIFICADAS EXPLOCIONES RAMIFICADAS DETERMINACION DE LA CLASE DE ACERO MEDIANTE ENSAYO COMPARATIVO CON CHISPAS DE ACERO DE COMPOSICIÓN Descripción del rayo (características y zonas) Descripción del rayo (características y zonas) CONOCIDA. Haz corto con explosiones de carbono en Muchas explosione de carbono muy Las indicaciones son iguales que el ensayo 1 forma de púas al final. ramificadas desde el comienzo de haz. Compare el aspecto de las chispas producidas por la probeta de ensayo Acero inoxidable. Acero de construcción. con el aspecto de las chipas de las probetas comparativas (probetas del 1 al 6) de composición ya conocida. Designación del Acero Designación del Acero Acero inoxidable Observaciones Adicionales
ASTM A706-Grado 60. Observaciones Adicionales
Recordé de una plancha de acero inoxidable
Varilla corrugada de construcción de ½ pulgada
Imagen del haz de Chispa
Imagen del haz de Chispas
PROBETA N°5
Imagen del haz de Chispa Imagen del haz de Chispa__________
Número de imagen de chispas Explosiones ramificadas Descripción del rayo (características y zonas) Rojo –anaranjado-blanco. Haz corto, recocido con pocas, templado con muchas ramificaciones claras .
Designación del Acero Aceros templables al cromo-níquel-silicio con tratamientos
PROBETA N°6
Imagen del haz de Chispas Imagen del haz de Chispas
Número imagen de chispas Puntas lanceoladas Descripción del rayo (características y zonas) Rojo – amarillo. Puntas de lanza rojas acordonadas con finas púas en forma de arbusto. Acero de bonificado. Designación del Acero Acero de cromo con alto contenido en carbono
Observaciones Adicionales
Observaciones Adicionales
Válvula (admisión) para motores de Númerocombustión de imagen de chispas interna
Pista exterior de un rodamiento de Númerobolas imagen de chispas
Puntas lanceoladas Descripción del rayo (características y zonas) Anaranjado-amarillo Rayos lisos sin explosiones de carbono Acero inoxidable
Designación del Acero Acero inoxidable Observaciones Adicionales Utensilio (cuchara)
Puntas lanceoladas Descripción del rayo (características y zonas) Rojo Haz rojo oscuro , aclarándose en la punta de la lanza , púas aisladas Acero rápido Designación del Acero Acero rápido de alta velocidad HSS Observaciones Adicionales Cuchilla de torno
PROBETA N°7 PROBETA N°11 N°9 PROBETA
PROBETA N°8 PROBETA PROBETAN°10 N°12
Imagen del haz de Chispa
Imagen del haz de Chispas
Imagen del haz de Chispa__________ Número de imagen de chispas Explosiones ramificadas Descripción del rayo (características y zonas) Amarillo – anaranjado. Número de imagen de chispas. Haz liso, aisladas explosiones de Puntas carbonolanceoladas. fin de haz color anaranjado. acero aleado - trabajo en caliente. Descripción del rayo (características y zonas) Designación del Acero Rojo - anaranjado – blanco. Acero al carbono Haz corto, recocido con pocas. Templado con muchas ramificaciones claras. Observaciones Adicionales del hazalde Imagen Acero inoxidable 12Chispa % de Cr. Resorte mecánico Designación del Acero Acero forjado, cromo-vanadio. Observaciones Adicionales Llave mixta .
Imagen del haz de Chispas Número imagen de chispas Explosiones floreadas Descripción del rayo (características y zonas) Amarillo-blanco. Número imagen de chispas. Muchas explosiones de carbono muy ramificadas Explosiones ramificadas. desde el comienzo del haz. Acero fundido. Descripción del rayo (características y zonas) Designación del Acero Amarillo – blanco. Rayo Fundición CY 21-explosiones 40 liso, pocas del carbono en forma de púas. Observaciones Adicionales Imagen del haz de Chispas Acero de fundición. Ninguna. Designación del Acero Acero fundido. Observaciones Adicionales Base de pistón neumático.
Número imagen de chispas Espinas Descripción del rayo (características y zonas) Amarillo – blanco. Imagen Muchas explosiones carbono muy del haz dede Chispa ramificadas desde el comienzo del haz. acero herramienta no aleado. Designación del Acero ASTM A36/A36M Observaciones Adicionales Platina de 2”*1/2
Descripción del rayo (características y zonas) Amarillo – anaranjado. Haz liso, aisladas explosiones de Imagen del haz de Chispas carbono fin de haz color anaranjado. acero aleado - trabajo en caliente. Designación del Acero ASTM A-36 Observaciones Adicionales Soporte
7. CONCLUSIONES. Aprendí que no todos los materiales desprenden el mismo volumen de chispa. También observe que las chispas tienen diferentes colores. También conocimos la composición química de algunos materiales. Aprendimos que el desprendimiento de la chispa es debido al carbono.
