UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICACARRERA DE INGENIERA MECNICAMODALIDAD PRESENCIAL

GUA PRCTICA DE LABORATORIOINGENIERA DE MATERIALES IPRACTICA N4CUARTO SEMESTRE

PERIODO ACADMICOABRIL SEPTIEMBRE 2015IDENTIFICACINAREA ACADMICAMateriales

ASIGNATURAIngeniera de Materiales I

UNIDAD TEMTICAAnlisis metalogrfico

TTULO/ NOMBRE DE LA PRCTICA Anlisis metalogrfico de aceros aleados

HORAS POR SEMANA DEL CURSO:4PRCTICA:N4

FECHA DE REALIZACIN DE LA PRCTICA:

HORARIO DE LA PRCTICA:

NOMBRE DE LOS INTEGRANTES

NOMBRE DEL AYUDANTE/PROFESORIng. Daniel lvarez / Ing. Segundo Espn L, Mg.

NDICE1.IDENTIFICACIN12.NDICE13.MARCO TERICO23.1Anlisis Metalogrfico23.2El microscopio metalogrfico23.3Ataque.23.4NITAL 433.5ACERO A3634.OBJETIVOS34.1General34.2Especficos35.MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR46.PROCEDIMIENTO O DESARROLLO57.DISCUSIN, OBSERVACIONES E INTERPRETACIN DE RESULTADOS77.1Resultados:77.1Discusin:108.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES108.1Conclusiones108.2Recomendaciones109.BIBLIOGRAFA1010.ANEXOS10

MARCO TERICOAnlisis Metalogrfico La metalografa es la parte de la metalurgia que estudia las caractersticas estructurales o de constitucin de los metales y aleaciones, para relacionarlas con las propiedades fsicas, mecnicas y qumicas de los mismos. La importancia del anlisis metalogrfico radica en que, aunque con ciertas limitaciones, es capaz de revelar la historia del tratamiento mecnico y trmico que ha sufrido el material. A travs de este estudio se pueden determinar caractersticas como el tamao de grano, distribucin de las fases que componen la aleacin, inclusiones no metlicas como sopladuras, micro cavidades de contraccin, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecnicas del metal.El microscopio metalogrfico Este tipo de microscopio es de uso comn para el control de calidad y produccin en los procesos industriales. Con ellos, es posible realizar mediciones en los componentes mecnicos y electrnicos, permite adems efectuar el control de superficie y el anlisis ptico de los metales. De acuerdo al propsito de uso, existen multitud de variedades dependiendo del tipo de objetivos, oculares, aumento mximo permitido, enfoque, etc. Este tipo de microscopio difiere de los biolgicos en que el objeto a estudiar se ilumina con luz reflejada, ya que las muestras cristalogrficas son opacas a la luz.Su funcionamiento est basado en la reflexin de un haz de luz horizontal que proviene de la fuente, dicha reflexin se produce, por medio de un reflector de vidrio plano, hacia abajo, a travs del objetivo del microscopio sobre la superficie de la muestra. Parte de esta luz incidente, reflejada desde la superficie de la muestra se amplificar al pasar a travs del sistema inferior de lentes, llegar al objetivo y continuar hacia arriba a travs reflector de vidrio plano; despus, de nuevo se amplificar en el sistema superior de lentes (ocular).Ataque qumico.El ataque qumico de la cara que se observar tiene por objetivo poner en evidencia, mediante un ataque selectivo, las caractersticas estructurales de la muestra. Al aplicar el reactivo sobre la superficie a observar, las caractersticas de la estructura son reveladas como consecuencia de un ataque selectivo de la superficie. Esto se debe a que las distintas fases as como los planos cristalogrficos diferentemente orientados poseen diferencias en la susceptibilidad al ataque.En general aquellas regiones de la estructura donde la energa libre del sistema es mayor, como por ejemplo los lmites de fases, bordes de grano, etc., son atacadas ms rpidamente que las regiones monofsicas o nter granulares. Los reactivos de ataque por lo general son cidos orgnicos disueltos en agua, alcohol, glicerina, etc. El grado de ataque de una probeta es funcin de la composicin, temperatura y tiempo de ataque.Para que el ataque sea apropiado es necesario elegir el reactivo de acuerdo a la composicin de la probeta, es decir, un reactivo a base de persulfato de amonio es ideal para atacar probetas de cobre y latn, pero no es adecuado para atacar al acero o aleaciones ferrosas. En cambio el nital (solucin acuosa o alcohlica de cido ntrico al 2% o hasta el 5%) es uno de los reactivos ms comnmente usado en aleaciones ferrosas y aceros. En la tabla 1 se encuentran algunos reactivos con su composicin y usos ms frecuentes. En general, dado un reactivo, el tiempo de ataque es una variable fundamental, y en general debe ser determinado en forma prctica. Un tiempo de ataque demasiado corto (subataque), no permitir que el reactivo acte lo suficiente y por lo tanto no se obtendr un buen contraste entre las fases, o los bordes de grano aun no habrn aparecido. Por otro lado, un sobre ataque proporcionar una cara obscura con bordes de grano demasiado anchos, resultando dificultoso una distincin clara de las proporciones de cada una de las fases.En este sentido la experiencia indica que en el caso de no conocer el tiempo de ataque adecuado, es conveniente comenzar con secciones acumulativas de ataques de corta duracin y observaciones microscpicas hasta lograr el contraste apropiado. En el caso que se produjese un sobre ataque ser necesario pulir la probeta en el abrasivo ms fino y tambin en el pao antes de atacar nuevamente durante un tiempo menor.NITAL 2 cido ntrico blanco: 1-2 ml Alcohol metlico o etlico (98% o absoluto)En aceros al carbono: a) para oscurecer perlita y dar contraste entre colonias de perlita, b) para revelar fronteras de perlita, c) para diferenciar la ferrita de la martensita.Aceros para Trabajo en Frio DF2Acero aleado es una posible variedad de elementos qumicos en cantidades en peso del 1,0 % al 50 % para mejorar sus propiedades mecnicas. Los aceros aleados se dividen en dos grupos: aceros de baja aleacin y aceros de alta aleacin. Los aceros ms simples son hierro (Fe) (alrededor del 99 %) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1 -1 %, dependiendo del tipo). Sin embargo, el trmino "acero aleado" es el trmino estndar referido a aceros con otros elementos aleantes adems del carbono, que tpicamente son el manganeso (el ms comn), nquel, cromo, molibdeno, vanadio, silicio, y boro. Aleantes menos comunes pueden ser el aluminio, cobalto, cobre, cerio, niobio, titanio, tungsteno, estao, zinc, plomo, y zirconio.La mejora de propiedades de los aceros aleados se muestra a continuacin, con respecto a los aceros al carbono: resistencia, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, templabilidad, y resistencia en caliente. Para alcanzar esas mejores propiedades el acero puede necesitar un tratamiento trmico.Algunos de estos aceros aleados encuentran aplicaciones altamente exigentes, como en los labes de turbina de un motor de reaccin, en vehculos espaciales, y en reactores nucleares. Debido a las propiedades ferromagnticas del hierro, algunos aceros aleados tiene aplicaciones en donde su respuesta al magnetismo es muy importante, como puede ser un motor elctrico o un transformador.Utilizando aceros aleados se puede lograr: Elevada resistencia a temperatura ambiente1. Resistencia a altas temperaturas1. Grandes durezas con tenacidad1. Resistencia a la accin de agentes corrosivosARNE es un acero al manganeso-cromo-tungsteno templable en aceite y muy verstil, para uso general. Es apto para una gran variedad de aplicaciones de trabajo en fro. Entre sus principales caractersticas se cuentan: Buena mecanibilidad Buena estabilidad dimensional en el temple Una buena combinacin de gran dureza superficial y tenacidad tras el temple y revenido. Unidas, estas caractersticas reportan un acero apropiado para la fabricacin de herramientas de gran longevidad y alta rentabilidad en la produccin. ARNE puede suministrarse en varios acabados, incluyendo el laminado en caliente, pre-mecanizado, mecanizado fino y rectificado de precisin. Tambin puede obtenerse en forma de barras huecas y anillos.OBJETIVOSGeneral Analizar la microestructura y las fases presentes en el Acero para trabajo en frio DF2. Especficos Conocer el funcionamiento del equipo que nos ayudara a realizar la prctica. Verificar mediante el anlisis metalogrfico que el acero que analizamos es Acero para trabajo en frio DF2. Corroborar los datos obtenidos en el diagrama hierro-carbono del laboratorio. Conocer las normas que la probeta de acero que analizamos debe cumplir. Descubrir la normativa de seguridad que como estudiantes debemos practicar.

MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAREQUIPOS

Banco de Lijas con chorro de agua

Disco Giratorio (Pao)

Microscopio Metalogrfico

Computador

Secadora

MATERIALES

Arco de Sierra

Guantes de Ciruga

Lijas de agua (240, 320, 600, 1500 )

Moldes para montaje de probetas en frio.

Gotero

Reactivos Qumicos NITAL 4 (5ml)

Resina Polister (100 )

Perxido, Catalizador o Mek (1 - 2% /100 de Resina P.)

Cobalto(10ml)

Reactivos Qumicos NITAL 2(2ml)

PROCEDIMIENTO O DESARROLLO Prepara la probeta de tamao igual a 1 de dimetro y 2 cm de longitud mediante cualquier proceso de mecanizado ( torno, fresa ) o simplemente una sierra manual asegurndose de no cambiar las propiedades del material.FIG. 6.1 Probeta de Acero para Trabajo en Frio DF2

Autor: Realizado por el Autor

Una vez obtenida la muestra a analizar, igualamos su superficie mediante un banco de lijas trmicamente reguladas por un sistema de refrigeracin.Fig. 6.2: Desbaste del Material Sobrante

Referencia: Realizado por el Autor

Empezamos con la lija 240 que nos servir para desbastar la superficie irregular inicial de la probeta se recomienda trabajar la pieza aqu un tiempo considerable para su mejora.Fig. 6.3 Trabajo en lija de agua 240 granos x 1cuadrada.

Referencia: Realizada por el autor

Continuamos con la lija 320 un poco ms fina que con la ayuda del hidratante nos ira dejando un mejor acabado.

Fig. 6.4 Trabajo en la lija 320 granos por 1 cuadrada

Referencia: Realizada por el Autor. Las siguientes lijas 600 y 1500 son extremadamente finas por tal razn la presin con la que se trabaja la superficie de la probeta debe reducirse al mnimo para as asegurar un buen ensayo.

Fig.6.5 Desbaste sobre lija 600 y 1500 grano por 1 cuadrada.

Referencia: Realizada por el autor

Una vez considerado que la probeta ha extendido su cara superior a una superficie aproximada lisa, procedemos a emplear la pulidora cuyo trabajo es eliminar por completo las marcas o rayas microscpicas del elemento. El siguiente paso luego de haber empleado la pulidora a las revoluciones adecuadas y una presin elevada sobre el pao estamos listos para atacarlo qumicamente.

Fig. 6.6 Proceso de Pulido de la Probeta

Referencia: Realizado por el autor Realizar el ataque qumico, utilizando nital 4, antes ponerse los guantes, y mascarilla. Con un gotero tomar el nital 4 y dejar caer una gota sobre la superficie del metal, esperar el tiempo necesario hasta que la superficie empiece a cambiar de color y detener el ataque rociando alcohol o agua, lavar bien y secarla teniendo la precaucin de no topar la superficie con los dedos. Fig.6.7 Ataque qumico a la probeta

Referencia: Realizado por el autor Secar la probeta con flujo de aire frio. Observar al microscopio metalogrfico, buscar zonas y detalles, enfocar la microestructura, tomar la fotografa y grabarla en el computador en formato jpg o bmp.

Fig.6.8 Visualizacin de la Estructura Metalogrfica.

Referencia: Realizado por el autor.

Analizar la microestructura, determinar fases presentes, porcentajes de cada fase, tamao de grano y defectos si es que lo hubiera.Fig.6.9 Reconocimiento de las fases en la fotografa 400x

Referencia: Realizado por el autor Elaboracin del informe final utilizando la gua de prctica.

DISCUSIN, OBSERVACIONES E INTERPRETACIN DE RESULTADOSResultados:Presentar la microestructura obtenida, calcular los porcentajes de cada fase, y tamao de grano (manualmente y mediante software), interpretar los resultados y relacionar las propiedades mecnicas con los datos obtenidos (discusin). Utilice los formatos adjuntos.UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICACARRERA DE INGENIERA MECNICA

ENSAYO METALOGRFICO

Datos Informativos:

Tipo de estudio:De laboratorioEnsayo N:01

Material: Acero Aleado DF2

Solicitado por:UTA FICMFecha: Lunes, 8/06/2015

Centro de Estudio y Anlisis:Laboratorio de Materiales - FICM

Realizado por:Supervisado por:Ing. Segundo Espn

PARMETROS AMBIENTALES DEL LUGAR DURANTE EL ENSAYO

Lugar:Sector Huachi Chico / Campus Universitario - UTA

Temperatura Ambiente:21.5CRadiacin:

Velocidad del aire circundante:0.1 m/sOtros:

PARMETROS DEL ENSAYO METALOGRFICO

Acondicionamiento de la superficie:Pulido Mecnico

Temperatura durante el pulido:22CSuperficie preparada en:Banco de lijas, Pulidora

Ataque Qumico de la superficie con:Nital 2Durante:3 segundos

RESULTADO:

FOTOGRAFA DE LA MICROESTRUCTURA

200x40x

100x

400x

EVALUACIN DE LA MICROESTRUCTURA: ACERO AISI/SAE 1020

Determinacin del tamao de grano:Microestructura:

Mtodo ( ) :Magnificacin :200x

Clculo:Foto de microestructura para determinar el tamao de grano.

= 8 (200)

= 8 56,5 = 452

= 3,321918 2.954

= 3,321918 log(452) 2.954

Tamao de grano:5,86 6

Fases presentes: Ferrita, Perlita

Componentes microestructurales:Porcentajes de fases:

Parmetros de clex

Interpretacin de resultados:

El . presenta una microestructura formada por ferrita, perlita, austenita, cementita: , xx% de ferrita, xx% de perlita, xx% de austenita, xx% de cementita. Presenta un tamao de grano ASTM x,x, lo que nos indica que el material es suave,

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESConclusiones Se comprob que el Acero AISI/SAE 1018 contiene en su microestructura una composicin de perlitica y ferritica.

Se verifico que el banco de lijas, la pulidora, el microscopio de barrido y el ventilador metlico son elementos fundamentales para la prctica con funcionamientos relativamente simples. Se corrobor que el tamao de grano analizado en la imagen que nos proporcion el microscopio si corresponda al acero aleado DF2. Se observ que las fases perlita y ferrita estaban presentes en el acero apoyndonos en la teora estudiada y verificndolo en el diagrama hierro carbono. Se cumpli los requerimientos de probeta de ensayo tales como tamao de probeta de dimetro 1 x 2cm de largo y una superficie lisa para el anlisis de microestructura.Recomendaciones Durante la prctica son indispensables los materiales de trabajo por lo cual se recomienda poseer todos antes de iniciar. El proceso de pulido de acero es un paso fundamental en la prctica por lo que se recomienda hacerlo con una presin moderada alta para eliminar rayones que la lijada haya dejado. El microscopio metalogrfico es un dispositivo extremadamente sensible por lo cual se aconseja poner mucha atencin en la forma de manejo del mismo. El cido ntrico en este caso Nital 2 es un reactivo muy peligroso puede generar xidos de nitrgeno, muy txicos, capaz de generar quemaduras en la piel se recomienda discrecin.

BIBLIOGRAFIA Smith, W. (2006). Fundamentos de la ciencia e Ingenieria de Materiales (Cuarta ed.). Mc.Graw Hill. Askeland, D. (1998). Ciencia e Ingenieria de los Materiales (Tercera ed.). International Thomson. http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201018.pdf

ANEXOS

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