UNI-FIM
INFORME DE LABORATORIO
ÍNDICE
Objetivos……………………………………………………………………………..…….2
Fundamento teórico………………….………………………………………….....……..2
Materiales……………………….………………………………………………..…..........5
Procedimiento……………………..…………………………………………………….....6
Cálculos y resultados………………………………………………….……………….….7
Conclusiones……………………………………………………………….…………......!
Cuestionario………………………………………………………………………………...
"iblio#ra$%a….…………………………………………………………………………..…..&
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INFORME DE LABORATORIO
OBJETIVOS •
Obtención de los 'olvos metálicos de $orma sim'le.
•
Facilitar la obtención de materiales (ue uno desea.
•
)tili*ar 'rocesos y o'eraciones sim'les. +lcan*ar la mayor e$iciencia 'osible.
FUNDAMENTO TEÓRICO Pulvimetalurgia ,a 'ulvimetalur#ia o metalur#ia de 'olvos es un 'roceso de $abricación (ue'artiendo de 'olvos $inos y tras su com'actación 'ara darles una $orma determinada com'actado/- se calientan en atmós$era controlada sinteri*ado/ 'ara la obtención de la 'ie*a. 0ste 'roceso es adecuado 'ara la $abricación de #randes series de 'ie*as 'e(ue1as de #ran 'recisión- 'ara materiales o me*clas 'oco comunes y 'ara controlar el #rado de 'orosidad o 'ermeabilidad. +l#unos 'roductos t'icos son rodamientosárboles de levas- 3erramientas de corte- se#mentos de 'istones- #uas de válvulas$iltros- etc.
Obte!i" #e l$% P$lv$% 4eneralmente se reali*a en metales 'uros 'rinci'almente 3ierro- cobre - esta1oaluminio- n(uel y titanio- aleaciones como latones- bronces- aceros y aceros inoidables o 'olvos 're aleados. ,os 'rocesos t'icos son8 •
Atomización en estado líquido. 0l metal $undido se vierte a trav9s de un embudo
re$ractario en una cámara de atomi*ación- 3aci9ndole 'asar a trav9s de c3orros de a#ua 'ulveri*ada. •
Atomización con electrodo fungible (electrólisis).- :e colocan barras o láminas
como ánodos en un tan(ue (ue contiene un electrolito. :e a'lica corriente y tras ;< 3oras se obtiene en los cátodos un de'ósito de 'olvo de a'roimadamente 2mm. :e retiran los cátodos y se rascan los 'olvos electrolticos. 2
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•
=educción de óidos metálicos. :e reducen los óidos metálicos a 'olvos metálicos 'oni9ndolos en contacto con el #as reductor a una tem'eratura in$erior
•
a la de $usión. Pulveri*ación mecánica. >til en metales $rá#iles. :e muele el metal o se lima y se lleva a trav9s de un #as- se'arándose el metal del #as en una corriente
•
turbulenta dentro de un se'arador ciclónico. Condensación de va'ores metálicos. +'licable en metales (ue 'ueden 3ervir condensando el va'or en $orma de 'olvo ma#nesio- cadmio y *inc/.
Pr$!e%$% #e la &abri!a!i" Dosificación y mezcla
4eneralmente- 'ara obtener las caractersticas re(ueridas será necesario me*clar 'olvos de tama1os y com'osiciones di$erentes. ?#ualmente se 'uede a1adir aditivos (ue act@en como lubricantes durante el com'actado o a#lutinantes (ue incrementen la resistencia del com'actado crudo. Aebido a la elevada relación área su'er$icialBvolumen esto (uiere decir (ue cuanto más dividido est9 el 'olvo- más área de e'osición al medio ambiente 'osee este. ,a mayora de los 'olvos metálicos tienden a reaccionar con el o#eno del ambiente #enerando as una $lama en la mayora de los casos- además de otros como el ma#nesio (ue es e'losivo- 'or lo (ue deberán manejarse con 'recaucióny 'ara contenerlos los 'olvos/ se utili*an normalmente cuartos de ambientes controlados.
C$m'a!ta!i" e &r($ 0l 'olvo suelto se com'rime mediante 'rensas mecánicas o 3idráulicas en una matri*- resultando una $orma (ue se conoce como 'ie*a en verde o com'actado crudo. ,as 'rensas más utili*adas son uniaiales- en la (ue la 'resión se a'lica al 'olvo en una sola dirección. Mediante com'actación uniaial 'ueden obtenerse 'ie*as en verde con dimensiones y acabados 'recisos- obteni9ndose una alta 'roductividad en la industria mediante esta t9cnica. )n inconveniente de la com'actación uniaial es la baja relación lon#itudBdiámetro (ue 'uede obtenerse en las 'ie*as debido al #radiente de densidad (ue se 'roduce entre el centro de la
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'ie*a y las *onas más 'róimas al 'un*ón. Para obtener un com'acto con mayor densidad se em'lean 'rensas de doble 9mbolo.
Siteri)a#$ Consiste en el calentamiento en 3orno de mu$la con atmós$era controlada a una tem'eratura en torno al 75 de la de $usión. 0n #eneral- los 3ornos son continuos con tres cámaras8 / 0n la cámara de 'ur#a se consume el aire y se volatili*an los lubricantes y a#lutinantes al tiem'o (ue se calienta lentamente el com'actado. 2/ 0n la cámara de alta tem'eratura se 'roduce la unión de las 'artculas de com'actado 'or di$usión en estado sólido. &/ 0n la cámara de en$riamiento se 3ace descender la tem'eratura del 'roducto ya sinteri*ado. 0n todo el 'roceso- es $undamental mantener una atmós$era controlada 'ara evitar la rá'ida oidación de las 'e(ue1as 'artculas metálicas al elevarse las tem'eraturas en 'resencia de o#eno. Para ello- se em'lean atmós$eras reductoras basadas en 3idró#eno- amonaco disociado y nitró#eno.
MATERIA*ES 4
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Cobre siteri!a"o
M)*&ia &i+ersa# AM,LER ara esa%os
Grafto
Mo#"e "e a$ero % &a re'#a (erier
Mi$ros$oio
D&r./etro (i$0ers
PROCEDIMIENTO
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PASO +,- Me*clamos #ra$ito con cobre- ambos deben estar 'ulveri*ados- el cubre debe ocu'ar el D< de la masa total de la me*cla- el 2 restante 'ertenece al #ra$ito/.esta me*cla se reali*ara con un 'oco de aceite- lo (ue 'ermitirá una mayor $luencia a la 3ora de (ue se someta a 'resión.
PASO .,- ,a me*cla se vaciará en un molde- y sobre lo vaciado se 'ondrá un 'un*ón.
PASO /,- 0l molde y el 'un*ón se 'ondrán en la má(uina (ue se utili*ó 'ara el ensayo de tracción 'ara (ue sea sometido a una car#a de 5!!E#.
PASO 0,- ,ue#o se re'etirá el 'aso - 2- & seleccionando otras cantidades de cobre y #ra$ito en 'olvo- 'ero a3ora se utili*ará una car#a de 25!!E# y des'u9s otra de &5!!E#.
PASO 1,- ,as 'robetas obtenidas se lijarán un 'oco y lue#o se anali*arán en el microsco'io. :e tomarán $otos 'ara lue#o observar sus caractersticas- tambi9n se medirán el diámetro y la altura de cada 'robeta.
PASO 2,- Para endurecer a la 'robeta se 3ará un tratamiento t9rmico- se calentará las 'robetas 3asta una tem'eratura de
PASO 3,- Finalmente se lijarán las 'robetas- 'ara (uitar el óido (ue la está cubriendo. Aes'u9s del lijado- se observarán nuevamente en el microsco'io- se anotara las caractersticas altura- diámetro- 'eso y dure*a/.
C4*CU*OS 5 RESU*TADOS Dat$% #el lab$rat$ri$
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Probeta
Car#a I#/
Masa #/
2 &
&5!! 25!! 5!!
5.26! 5.755 5.<5;
Aiámetro mm/ &.6 &.6 &.6
+ltura mm/ 6.D! 7.&7 <.75
Cálculo de la dure*a de cada 'robeta
Probeta 1
Foto to/a"a #&e'o "e# re$o$i"o a C
Foto to/a"a #&e'o "e aber $o/ri/i"o e# o#+o "e $obre $o 'rafto
:u microdure*a HicIers se calcula de la si#uiente manera8 HV
=
P
D
2
× 1.854
Aonde P8 car#a a'licada J 5!#r A8 Aia#onal de la 3uella J ;.5K Microdure*a J 5; LH 5!
Probeta 2
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Foto to/a"a #&e'o "e# re$o$i"o a C
Foto to/a"a #&e'o "e aber $o/ri/i"o e# o#+o "e $obre $o 'rafto
de i#ual manera (ue en la 'robeta - calculamos su microdure*a HicIers Aonde P8 5!#r A8 <;.5K Microdure*a8 J & LH 5!
Probeta
Foto to/a"a #&e'o "e aber $o/ri/i"o e# o#+o "e $obre $o 'rafto
Foto to/a"a #&e'o "e# re$o$i"o a C
'ara calcular su dure*a HicIers8 Aonde P8 5!#r A8 ;6K Microdure*a J 5 LH 5!
Cálculo de la densidad de cada 'robeta
Lallando la densidad inicial8 6
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Con la $órmula8 ρ=
4∗ M
h×π×D
ρi =5.114 1
2
g 3
cm
ρi =5.372 2
g 3
cm
ρ i
=
4.575
3
g cm
3
Lallando de densidad inicial8 ρCu =8.97
g 3
cm
Co #a 7.r/&#a8 %ρ=
%ρi
ρi o f
k
ρCu
=
x 100
57.012
1
%ρi =59.88 2
Probeta 2 &
Aensidad 5.; 5.&72 ;.575
ρi
=
51.00
3
Aensidad 57.!2 5D.<< 5.!!
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CONC*USIONES •
Aes'u9s del 'rensado uniaial de las muestras a car#as di$erentes durante un tiem'o determinado. :e 'ueden obtener muestras com'actas- 'ara lue#o
•
reali*ar la sinteri*ación. )na sinteri*ación en un ran#o de tem'eraturas com'rendidas entre 75! y
•
iniciales. 0l material obtenido des'u9s del 'roceso 'resenta un incremento de la
•
dure*a a'reciable res'ecto a la de los materiales iniciales. 0n el 'roceso utili*ado- eiste una #ran 'orosidad con lo (ue se consi#ue una #ran disminución de 'eso- 'ero incrementa la 'robabilidad de la $ormación y 'ro'a#ación de #rietas al eistir #ran cantidad de de$ectos
•
interiores. Con la 'ulvimetalur#ia o 'olvos metal@r#icos tienes #randes lo#ros ya (ue con ellos se lle#a a $abricar 'ie*as com'lejas as tambi9n de #ran tama1o además
•
de ello se
'ueden obtener 'ie*as con #randes 'ro'iedades
mecánicas como tambi9n (umicas. 4racias a los 'olvos metálicos se 3an desarrollado aleaciones su'erduras (ue incluso 'ueden rallar el diamante.
CUESTIONARIO 1
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1.- !"u# m#todos e$isten %ara obtener cobre en %ol&o %ara sus a%licaciones en %ul&imetalurgia'
+tomi*ación en estado l(uido8 0l metal $undido se vierte a trav9s de un embudo re$ractario en una cámara de atomi*ación- 3aci9ndole 'asar a
trav9s de c3orros de a#ua 'ulveri*ada. +tomi*ación con electrodo $un#ible electrólisis/8 :e colocan barras o láminas como ánodos en un tan(ue (ue contiene un electrolito. :e a'lica corriente y tras ;< 3oras se obtiene en los cátodos un de'ósito de 'olvo de a'roimadamente 2mm. :e retiran los cátodos y se rascan los 'olvos
electrolticos. =educción de óidos metálico8 :e reducen los óidos metálicos a 'olvos metálicos 'oni9ndolos en contacto con el #as reductor a una tem'eratura
in$erior a la de $usión. Pulveri*ación mecánica8 >til en metales $rá#iles. :e muele el metal o se lima y se lleva a trav9s de un #as- se'arándose el metal del #as en una
corriente turbulenta dentro de un se'arador ciclónico. Condensación de va'ores metálicos8 +'licable en metales (ue 'ueden 3ervir condensando el va'or en $orma de 'olvo ma#nesio- cadmio y *inc/.
2.- !"u# a%licaciones tiene la metalurgia de %ol&os de aleaciones a base de cobre'
,a metalur#ia de 'olvos de cobre se usa en #ran medida es la 'roducción de materiales con 'ro'iedades ma#n9ticas em'leados en la industria el9ctrica y electrónica. +demás- 'ara crear metales duros (ue se utili*an en la $abricación de 3erramientas de corte 'ara con$ormado y mecani*ado. +l#unos 'roductos $abricados son8 $iltros metálicos- carburos cementados- en#ranajes y rotores 'ara bomba- escobillas 'ara motores- etc.
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.- a siguiente figura muestra las %ro%iedades del cobre %uro sinterizado. !ómo afecta a la elongación y a la resistencia mec*nica la %resencia de los %oros'
:e 'uede observar $ácilmente (ue a medida (ue aumenta la densidad teórica de 'oros- la resistencia mecánica y la elon#ación aumentan. +.- a siguiente figura muestra las %ro%iedades del cobre sinterizado, entre otros, %ara una com%resión unia$ial. Para los &alores de las cargas de com%resión a%licadas (fuerzas) en la e$%eriencia de laboratorio, que %orcentae de la densidad se es%eraba obtener en caso de aber tenido %ol&os de com%osición 1// 0 de cobre.
Probeta
Aensidad
Aensidad 12
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2 &
5.; 5.&72 ;.575
57.!2 5D.<< 5.!!
BIB*IO6RAF7A •
Q?GO,A brostoR. ?ntroducción a la Ciencia de los Materiales. 0d. ,imusa :.+.
•
:G0PL0S Q. G:+?. Aise1o y +nálisis de Materiales Com'uestos.
•
Q?,,?+M :M?GL. 0d. Mc. 4raR T Lill. Fundamentos de Ciencia de ?n#eniera de Materiales.
•
=OS+,A +:E0,+SA. ,a Ciencia de ?n#eniera de los Materiales.
•
EO,+CL0H "iblioteca F?M/
•
Q?,,?+M A. C+,,?:G0=. 0A. =everte :.+. ,lomos/- Ciencia e ?n#eniera de Materiales.
•
U+M0: F. :L+CE0,FO=A. Ciencia de Materiales 'ara ?n#enieros.
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