Universidad Nacional Tecnológica del Cono Sur de Lima
2013
Objetivo General
Conocer e identificar por medios sencillos, las diferentes categorías o clases de Materiales y sus propiedades (Metales, Polímeros, Cerámicos, Compuestos, Electrónicos).
Objetivos Específicos
Entrar en contacto contacto en forma directa y práctica con el mundo de los materiales. Aplicar lo visto en las primeras clases.
Equipos, Implementos, Materiales
Equipos requeridos: Esmeril,
Materiales: Hierro de de Construccion acero dulce acera rápido broca normal material fundido Rodaje A36 Broca Cobaltada, Una lima desechable. Clavos de bajo y alto C. Vidrios y Cerámicos
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Elementos de seguridad: Estos elementos fueron necesarios para la protección de la chispa y de los elementos ferrosos que se calentaban demasiado.
Procedimientos 2
1-De un grupo de materiales seleccionados por el Profesor, identificar si es Metal, Polímero, Cerámico, Compuesto, Electrónico. Hierro de Construccion, acero dulce acera rápido broca normal material fundido Rodaje A36 Broca Cobaltado
Materiales
metal
Hierro de Construcción
x
Acero Duro
x
Acero Rápido
x
Broca Normal
x
Material Fundido
x
Rodaje
x
A36
x
Broca Cobaltada
x
Acero (Rojo-azul-verde)
x
Asineado
x
polimero
Ceramico
Compuesto Electronico
2) Propiedades 3
Observe y averigüe el grupo de los metales y anote sus propiedades en general, comparados con los otros materiales.
Conductividad eléctrica Conductividad térmica Resistencia mecánica
Hierro de construcción alta alta alta
Ductilidad en general
media
media
media
Fragilidad en general
ninguna
ninguna
Maleabilidad Rigidez Oxidación Dureza
alta alta alta alta
Resistencia al desgaste Brillo
Tipo de Propiedad
Acero Rápido alta alta alta
Acero Duro alta alta alta
Acero Normal alta alta alta
alta alta alta
Material Rodaje Fundido alta alta alta alta alta alta
media
baja
media
ninguna
ninguna
ninguna alta
ninguna
medio alta media alta
medio ninguna media alta
medio ninguna media alta
medio ninguna media alta
medio ninguna baja media
medio ninguna alta alta
alta
alta
alta
alta
alta
alta
alta
medio
medio
alta
medio
medio
medio
medio
Broca
Preguntas ¿Por qué generalmente los metales a T ambiente no presentan brillo aunque lo debieran presentar? Se debe a cuando los metales se oxidan, se raspan, o simplemente se desgastan, se les acaba el brillo, debido a que las moléculas superficiales se desacomodaron de su arreglo original, evitando que la luz se refleje casi uniformemente.
¿Cuáles metales de los más conocidos, no presentan alguna de las propiedades anteriores a T próximas a la T ambiente? El hierro a temperatura ambiental no están dúctil ni maleable y tiene escaso brillo y alta oxidación no es frágil.
¿Cómo es la ductilidad en general de un acero bajo C? ¿De un acero medio C ¿De un alto C sin Tratamiento Térmico? En general la ductilidad del acero es a alta por presentar en su composición el fe pero el acero bajo es más dúctil que el acero medio y el alto porque estos presentan una mayor cantidad de carbono en su composición.
¿A qué se debe la oxidación de los metales? Averiguar algunas propiedades importantes de los materiales compuestos y electrónicos 4
media
La oxidación es un aumento del estado de oxidación: cuando un átomo tiene mayor número de electrones de valencia en el exterior, es un oxidante fuerte. El oxígeno presente en nuestro aire es un gran oxidante, por eso, los metales que se encuentran al aire libre se oxidan rápidamente.
V-Clasificar los Metales en Ferrosos y no Ferrosos.
Por su apariencia serán ferrosos o no? -Ensayos magnéticos y comprobación si son Ferrosos y no Ferrosos Con un imán verificar si son ferrosos o no.
Tipo de material
Magnéticos
Ferrosos
el hierro los aceros rápidos duros normales
No ferrosos
aceros con cobalto
No magnéticos
Cerámicos
Nitratos, ferritas
Polímeros
plásticos
Compuestos
plástico reforzado con vidrio
VI- Del grupo de los Metales Ferrosos clasificarlos en Aceros y Fundiciones 5
Hierro de Construcción acero dulce acera rápido broca normal material fundido Rodaje A36 Broca Cobaltada, Aceros: acero dulce, acera rápido, broca normal, Rodaje, A36, Broca Cobaltada. Fundiciones: Piezas de hierro
VII -Ensayo de la chispa Valerse de la carta en colores de la chispa para aceros Precauciones: Utilizar careta para protección de los ojos y cuidar las manos al hacer contacto entre la piedra del esmeril y el material a ensayar. Utilizar la presión adecuada sobre el esmeril. Se trata simplemente de llevar cada categoría de material al esmeril (teniendo las precauciones del caso) y observar el tipo de chispa que da.
a. Selecciones algunos de los metales ferrosos y no ferrosos, polímeros, cerámicos, compuestos y analice si dan o no chispa.
Clase de Material Metales ferrosos Metales no ferrosos Cerámicos Polímeros Compuestos
¿Dan Chispa? Si o No? si si si no si
A qué se debe el anterior comportamiento de cada material? Explicar claramente porqué los metales ferrosos da chispa y los otros no. En las muestras de varilla, disco y piñón se puede determinar que al tratarse de aceros, la chispa producida tiende a ser de color amarillo de cantidad abundante pero puede variar su longitud; en los aceros de alto porcentaje de carbono la longitud es corta y la chispa es abundante. En las muestras de los aleados se determinó que entre más porcentaje de carbono la chispa tiende a ser de color rojizo y es menos abundante ya que contiene más elementos. En las muestras de fundiciones se aprecia que la cantidad de chispa es escasa y su longitud es corta; contiene mayor porcentaje de carbón que el acero. 6
b. Identificar cuáles son fundiciones y cuáles aceros, de un grupo de diferentes materiales metálicos por el método de la chispa. Cada uno dará su chispa característica. Aceros Probeta
Acero rápido
Chispa
Características Chispas con líneas del flujo rojas, punteadas oscuras con brillos en las cabezas de la línea
construcción
El flujo de líneas continuas, alguno los estallidos de carbono, línea coloreada de naranja en la cabeza
Acero duro
Líneas del flujo rojas, punteadas oscuras con brillos en las cabezas de la línea
Acero de
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Aleados probeta
Chispa
Características Color: amarillo
Broca normal
Cantidad: Abundante Longitud: Corto
Color: Rojizo
Broca cobaltada
Asineado
Cantidad: Abundante Longitud: largo
Dorada chispa no se habré mucho Longitud: Corta
Color: Rojizo
Rodamiento
Cantidad: Escasa Longitud: largo
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Fundiciones: Probeta Fundido gris
Fundido blanco
Chispa
Características Flujo continuo, línea sin los estallidos de carbono.
Color: amarillo Cantidad: Poca Longitud: Corto
En las muestras de Acero rápido, acero duro, acero de construcción se puede determinar que al tratarse de aceros, la chispa producida tiende a ser de color amarillo de cantidad abundante pero puede variar su longitud; en los aceros de alto porcentaje de carbono la longitud es corta y la chispa es abundante. En las muestras de los aleados se determinó que entre más porcentaje de carbono la chispa tiende a ser de color rojizo y es menos abundante ya que contiene más elementos. En las muestras de fundiciones se aprecia que la cantidad de chispa es escasa y su longitud es corta; contiene mayor porcentaje de carbón que el acero.
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c. Identificación de aceros Ayudándose con la carta de identificación de materiales por la chispa, Identificar si un acero es bajo, medio, alto carbono o aleado, por la chispa.
Grupo 1
Bajo C
Medio C
Alto C
Acero rapido
x
Acero duro
x
Acero de construcción
Aleado
x
Broca normal
x
Broca cobaltada
x
x
Rodamiento
x
x
Fundido gris
x
Fundido blanco
x
Forma en general de un haz de chispa y zonas (dibujo y explicar) Características de la chispa
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Un haz de chispa puede dividirse en tres partes principales las cuales son mostradas en la figura La primera, a la salida de la piedra del esmeril, que se encuentra formada por rayos rectilíneos en los que puede observarse perfectamente el color característico. La segunda zona es la de bifurcación, y algunas veces tiene lugar en ella algunas explosiones. La tercera y última zona, es donde aparecen la mayor parte de las explosiones, adopta diversas formas, que se denominan estrellas, gotas, lenguas, flores, etc. La observación debe de hacerse, en lo posible, en lugar oscuro. La rueda de esmeril debe de girar en sentido contrario al ordinario, para que el haz de chispas se proyecte hacia arriba y poder así observarlo mejor.
¿A qué se deben las explosiones? Formas de ellas. Forma de la chispa de los aceros bajo, medio, alto y aleados (color, longitud, continuidad, ¿sale desde el esmeril?, tipo de explosiones y dónde se dan: La mayoría de los metales no ferrosos tales como el aluminio, el magnesio y las aleaciones de cobre no muestran chispas. Excepciones de metales de este tipo que desprenden chispas son el níquel y el titanio.
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Clavo de acero: Chispa abundante en forma de punta de lanza, estela continúa y abundante, posee alto contenido de carbono.
Forma de la chispa de las fundiciones blanca, gris, etc. ¿A qué se debe que cada material tiene su chispa característica? ¿A qué se debe el color de la chispa? Fundiciones: se definen como aleaciones de hierro-carbono-silicio cuyo contenido de carbono se sitúa por encima de 2.0% aproximadamente.
Fundición Blanca: su fractura muestra una coloración clara, de ahí su nombre, caracterizado por presentar aún como elementos de aleación fundamentales el carbono y el silicio, pero cuya estructura debido a las condiciones de fabricación y menor contenido de silicio, presenta al carbono casi íntegramente en forma combinada como Fe. 12
Fundición Gris: cuya fractura muestra una coloración oscura de donde saje su denominación, caracterizada por presentar como elementos de aleación fundamentales el carbono y el silicio y estructura en que una parte relativamente grande de carbono está en estado libre (grafito laminar) y otra parte en estado combinado Fe.
Fundición Maleable: caracterizado por ser obtenido a partir de la fundición blanca, mediante un tratamiento térmico especial (maleabilización), resultando prácticamente todo el hierro combinado en grafito en forma de nódulos.
IX-. Fractura de los aceros y las fundiciones: ¿Cómo es la fractura de los aceros y de las fundiciones? Forma, color, tipo de grano. Clases de fractura de los aceros. Fractura de los aceros bajo C, Fractura de los aceros Alto C, averiguar fotos de fractura de un material frágil, semi ductil y dúctil, de una fundición. Las fracturas por tensión pueden clasificarse en cuanto a forma, textura y color. Los tipos de fractura, en lo respectivo a la forma, son simétricos: cono y copa, planos e irregulares. Varias descripciones de la textura son: sedosa, grano fino, grano grueso o granular, fibrosa o astillable, cristalina, vidriosa y mate. Ciertos materiales se identifican efectivamente por sus fracturas. El acero suave en forma de una probeta cilíndrica normal usualmente presentan un tipo de fractura de cono y copa de textura sedosa. El hierro forjado presenta una fractura dentada y fibrosa, mientras que la fractura típica del hierro fundido es gris, plana y granular. Un examen de la fractura puede arrojar una pista posible de los valores bajos de la resistencia o la ductilidad de la probeta. La carga no axial causara tipos asimétricos. La falta de simetría puede también ser causada por la heterogeneidad del material o un defecto o una falla de alguna clase, tal como la segregación, una burbuja, o una inclusión de material extraña, tal como la segregación, una burbuja, o una inclusión de material extraña, tal como la escoria. Sobre la superficie fracturada del material que haya sido trabajado en fió o posea una condición de esfuerzo interno, debida a ciertos tratamientos térmicos, frecuentemente existe una apariencia de rayos o vetas que irradian de algún punto cercano al centro de la sección; esta ocasionalmente es denominada “fractura de estrella”. Una descripción de la fractura debe incluirse en cada informe de ensayo, aun cuando su valor sea incidental para las fracturas normales. En la siguiente figura se muestran ilustraciones de un número de fracturas típicas.
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Fractura copa y cono & Fractura plana. Como resultado de la triaxialidad de tensiones producida por la estricción, se alcanza una situación en la que las pequeñas inclusiones no metálicas que contiene el material en la zona estringida o bien se fracturan o bien se de cohesionan de la matriz metálica produciendo micro huecos que crecen gradualmente al ir progresando la deformación plástica, hasta coalescer. De este modo se genera una fisura interna plana en forma de disco orientada normalmente a la dirección del esfuerzo aplicado. Finalmente, la rotura se completa por corte a lo largo de una superficie cónica orientada a unos 45º del eje de tracción, dando origen a la clásica fractura copa y cono que se ilustra en la Fig. (a). La producción de la rotura a lo largo de la superficie cónica tiene su origen en el hecho que a medida que el vértice de la fisura plana en forma de disco se acerca a la superficie de la barra, se pierde triaxialidad de tensiones porque la tensión normal a la superficie libre es nula. Por lo tanto, la constricción plástica disminuye y consecuentemente las tensiones de corte a 45º del eje se tornan preponderantes, lo que conduce a la rotura plástica a lo largo de tales planos. Si el material es frágil, o mediante una entalla superficial se induce un estado de triaxialidad superficial, tiende a suprimirse la zona cónica y se obtiene entonces una fractura plana como puede verse en la Fig. (b).
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Tipos de falla: La fotografía de la figura muestra una falla dúctil (copa y cono) de una barra de acero microaleado del mismo diámetro. En la superficie se puede apreciar el inicio de la fractura (I) en el centro de la muestra y el labio de corte en la periferia (L).
Falla de barra de acero m icro aleado
Para el caso de los análisis microfractográficos, corresponde a una falla típica dúctil. En este caso se trata de un detalle de una barra de acero microaleado de 1 pulgada de diámetro en donde se aprecian micro hoyuelos ovalados.
Mic ro frac tog rafía de barra de acero m icr oaleado
Las fotografías demuestran detalles de una falla frágil de una barra de acero termotratado de 7/8 de pulgada de diámetro. En la primera fotografía se observan en las zonas L y cerca de I, micro hoyuelos ovalados con silicatos en su interior (esta composición fue determinada por medio de la energía dispersiva por rayos X ). En la segunda fotografía se observa en una fractura intergranular observada en el Microscopio Electrónico de Barrido producida muy probablemente por fragilidad por hidrógeno.
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Micr ofr acto gr afí a de barra de acero term otr atado
La Figura 6 (con la Figura 7 interpuesta) es un ejemplo de fallas de fatiga por doblez. Las fallas de fatiga por flexión pueden ser identificadas por una superficie de fractura a un ángulo, que se encontrará a cierto ángulo que no sea a 90° del eje del cuerpo de varilla. El ejemplo a la izquierda ilustra una fractura provocada por una flexión de radio largo o arco gradual en el cuerpo de la varilla (el ejemplo a la izquierda en el Figura 7). La superficie de la fractura tiene un aspecto normal pero cuenta con un ángulo ligero cuando se compara con el eje del cuerpo de la varilla. El ejemplo del medio es un doblez de radio corto (ejemplo a la derecha en la Figura 7). La superficie de la fractura está a un ángulo mayor del eje del cuerpo de la varilla con una parte pequeña de fatiga y una parte grande de desgarramiento por tensión.
FRACTURA Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas. En general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta. 16
Energía de fractu ra por imp acto p ara un acero al c arbon o
Mecanismos de fractura Clivaje: Fracturas típicas en policristales. Fractura trasngranular Las grietas propagan cortando los granos.
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Fractura intergranular Las grietas propagan a lo largo de las fronteras de grano.
FRACTURA DÚCTIL Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica.
Fractura dúctil La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo. 18
X. Fragilidad y ductilidad Tomar una lima y colocarla en la prensa bien sujetada. Darle un golpe súbito con un martillo, observar y anotar lo que pasó. Observar fractura y anotar. Tomar un clavo y hacer lo mismo anotando. Hacer lo mismo con varias fundiciones.
a. Fractura de las Fundiciones b. Tipo de Fundición
Color fractura
Forma fractura
Grano de la fractura. Pequeño, grande. etc.
Gris
gris
copa
pequeño
Blanca
Blanca(claro)
plana
mediano
Nodular
gris
plana
Mediano
Atruchada
gris
copa
pequeño
b. Fractura de los aceros Tipo de acero
Color fractura
forma
Grano de la fractura
Bajo C
gris
copa
sedosa
Medio C
gris
Plana
granular
Alto C
gris
Copa plana
fibrosa
Aleado
gris
plana
granular
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XII. Dureza por medio de la lima. Averiguar si la lima raya a diferentes materiales en general. Dureza a la lima: Se usa en industria. En todo material templado la lima no "entra". Dependiendo de sí la lima entra o no entra sabremos: No entra, el material raya a la lima; Dureza mayor de 60 HRC Entra, la lima raya al material; Dureza menor de 60 HRC
En la escala Mohs decir a cuáles a raya, a qué aceros? A cuáles no?
Material usado para el rayado con la lima
Raya
No raya
10
Acero rápido duro
x
9
Acero rápido
x
8
Rodamiento
x
7
Broca cobaltada
x
6
Broca normal
x
5
Asineado
x
4
Acero de construcción
x
3
Cobre
x
2
Fundido gris
x
1
Fundido blanco
x
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XIII. Identificar un objeto o máquina dada y observar de qué materiales está constituida y qué papel cumplen y porque es ese y no otro. Tener en cuenta uso, propiedades del material, costo, efectos sobre el medio ambiente, estética, etc. Los dientes de un cucharon de una excavadora: Los dientes del cucharón son revestidos y templados para ofrecer un desempeño a la altura de los estándares internacionales. Los productos tienen un rendimiento estable, alta resistencia anti-desgaste y alto desempeño con relación al precio. Datos técnicos de dientes del cucharón Dientes C:0.28~0.32 Si:1.10~1.4 Mn:1.00~1.40 Cr:1.1-1.3 0.03≥S 0.03≥P Mo:0.10-0.16 Al: 0.03-0.08 (3-30KG) Resistencia a la Elongación (A) Dureza (HRC) Impacto (J) HRC : 46--52 tracción σ bMpa≥1500 Σ≥4% akv≥17 Adaptador C:0.24~0.28 Si:1.1 ~1.4 Mn:1.1~1.4 Cr: 0.9-1.2 0.03≥S 0.03≥P Al:0.03-0.08 Resistencia a la Elongación (A) Dureza (HRC) Impacto (J) HRC : 36--42 tracción σbMpa≥1050 Σ≥8% akv≥15 Desgarrador C:0.28~0.32 Si:1.10~1.4 Mn:1.00~1.40 Cr:1.1-1.3 0.03≥S 0.03≥P Mo:0.10-0.16 Al: 0.03-0.08 Ni:0.1-0.15 Resistencia a la Elongación (A) Dureza (HRC) Impacto (J) HRC : 46--52 tracción σbMpa≥1500 Σ≥4% akv≥18
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XIII. Identificar a qué categoría de material (metal, cerámico, polímero, compuesto, electrónico) pertenece cada tipo de los siguientes materiales: Fundición Gris, Vidrio, Botella de gaseosa(2 tipos), Caucho, Acero, Cemento, concreto, una columna de un edificio, diamante, Arena, Sílice, Fibra de Carbón, Fibra de Vidrio, Carrocería de un bus, Resina Epóxica, Carburo de Silicio, PVC, Wolfranio, un Chip de computador, la pantalla de un portátil, etc.
metal Fundición Gris
ceramico
x
Vidrio
compuesto
x x x
Cemento
x
concreto
x
diamante
x
Sílice
x
Fibra de Carbón
x
Fibra de Vidrio
x
PVC Wolfranio
electronico
x
Caucho Acero
polimero
x x
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CONCLUSIONES
La prueba de la chispa es más acertada para especificar si el tipo de material que se está clasificando por pruebas como el imán no es suficientemente acertado. A mayor cantidad de carbono aumenta la intensidad del color tornándose más rojiza. El cromo hace que un acero sea inoxidable. Y una de sus características es la chispa más amarilla. De los ensayos realizados observamos que con la cantidad de chispa emanada al cortar los diferentes tipos de metales con la moladora, podemos saber cuánta cantidad de carbono tiene cada metal. La cantidad de carbono presente en cada metal utilizado hace que la chispa tenga una forma, longitud y color diferente que varía según la cantidad de carbono presente. Notamos que en los metales de fundición la chispa es escasa ya que presentan una cantidad mínima de carbono comparado con el acero. Es interesante conocer lo que nos rodea, principalmente objetos con los que comúnmente estamos en contacto, aprendí como reconocer el material con el que esta realizado un objeto, lo cual es muy importante en la industria.
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Recomendaciones
-
Nuestro grupo recomienda usar los materiales usando todas las medidas de seguridad respectivas como los guantes, los lentes y el mandil. Esto para evitar accidentes en el transcurso del ensayo realizado. Tomar enserio y prestar mucha atención a lo que se hace ya que una distracción podría causar accidentes.
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