CORRELACIÓN ENTRE LA MICROESTRUCTURA Y LA DUREZA DEL...

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CORRELACIÓN ENTRE LA MICROESTRUCTURA Y LA DUREZA DEL BRONCE SAE40 Y EL LATÓN SAE88, SOMETIDOS A TRATAMIENTO TÉRMICO,

UTILIZANDO METALOGRAFÍA A COLOR

MARÍA CAMILA NUMA RIVERO JORGE LUIS HERNANDEZ SUAREZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ

2019

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CORRELACIÓN ENTRE LA MICROESTRUCTURA Y LA DUREZA DEL BRONCE SAE40 Y EL LATÓN SAE88, SOMETIDOS A TRATAMIENTO TÉRMICO,

UTILIZANDO METALOGRAFÍA A COLOR

MARÍA CAMILA NUMA RIVERO JORGE LUIS HERNANDEZ SUAREZ

Trabajo de investigación para optar al título de Ingenieros Mecánicos

Director: ING. LUIS HERNANDO CORREA MURILLO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ

2019

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DEDICATORIA

A Dios por permitirme sortear cada obstáculo que se ha presentado, por no dejar mis oraciones en vano y guiarme toda mi vida.

A mi madre Olga Lucia Rivero, por cada día de esfuerzo y sacrificio para darme todo lo que la vida no le brindó, por enseñarme a luchar por mis sueños, por no perder la esperanza a pesar de los tropiezos, por creer en mí incluso más que yo misma, por hacer caso omiso de todas las palabras de desaliento que nos han rodeado toda la vida; por cada madrugada y cada noche sin dormir, por no soltarme en todo el camino, por escuchar mis quejas sobre cosas que no entendías, por no juzgarme cuando fallé. No importa cuánto crezca, sé que nunca dejaré de ser el amor de tu vida y tú serás siempre el amor más grande de la mía, esto es tuyo, es la prueba de que todos se equivocaron.

A mi estimado profesor de secundaria MsC. Roger Ayala, porque sus palabras serán siempre recordadas con una sonrisa, gracias por los años de formación como persona, como profesional, por ser aún un gran amigo y un ejemplo a seguir.

A todos y cada uno de los docentes que durante estos años fueron el pilar de nuestra formación como profesionales y como personas, por cada conocimiento y experiencia de vida.

A mis amigos y compañeros en la música, que siempre me dieron sus mejores palabras y su apoyo, y que han celebrado cada pequeño triunfo como propio.

A mi compañero de aventuras Jorge Luis Hernández, por ser mi cómplice, mi amigo, por acunar cada quebranto con amor, por reprender cada mala decisión con ternura; gracias por creer en mí, gracias por cada uno de los días que hemos vivido y te prometo tantos como la vida nos permita vivirlos.

María Camila Numa Rivero

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DEDICATORIA

Gracias a Dios, siempre primordialmente por dejarme tener esta gran experiencia a lo largo de todos estos años, siempre recibiendo bendiciones de él, en este gran paso para mi vida.

A mi familia que siempre me han impulsado de todas las maneras para salir adelante, ayudándome con consejos en vida. A mis abuelas, a mis tíos y mi tía, por estar ahí pendientes de cómo me desarrollaba en este mundo. Gracias por prestarme sus espacios y su tiempo a ayudarme.

A la compañera de mi vida, que ha estado conmigo en toda esta carrera, con la cual crecí personal y profesionalmente en esta etapa de mi vida. Siempre fue un impulso para siempre ser mejor y dar lo mejor en esta carrera. Con ella entendí un poco más el que significa vivir. Aprendí que se puede querer a alguien con corazón y alma.

A mi mamá por sacarme adelante tantos años, siempre dándonos lo mejor a hermano y a mí, pasando por mucho para verme en esta posición de mi vida. También a todas las personas que no están el día de hoy conmigo, pero cargo en mis recuerdos lo mejor de ellos, para siempre recordarlos. Y por último a mi Papá que gracias a él es que me gusta la mecánica y soy la persona que soy ahora.

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AGRADECIMIENTOS

Los autores, agradecen a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por el apoyo que nos han brindado durante el proceso de formación académica y profesional.

A nuestro tutor, MsC. Luis Hernando Correa, por su compromiso con nosotros, compartiendo sus conocimientos y experiencias permitiéndonos llevar a cabo el desarrollo de este trabajo de grado.

A los laboratoristas, quienes siempre nos brindaron apoyo y ayuda cuando más lo necesitamos, de quienes también aprendimos; y a quienes debemos de cierta forma el culminar nuestro proyecto.

Muchas gracias a todos.

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN ..................................................................................................................................... 1

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 2

1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................ 3

2 ESTADO DEL ARTE ............................................................................................................. 4

3 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................... 7

4 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 8

4.1 General ............................................................................................................................ 8

4.2 Específicos ...................................................................................................................... 8

5 MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL ............................................................................... 9

5.1 Metalografía .................................................................................................................... 9

5.2 Metalografía a color ....................................................................................................... 9

5.3 Tratamiento térmico ....................................................................................................... 9

5.4 Macla ................................................................................................................................ 9

5.5 Dendrita ........................................................................................................................... 9

5.6 Crecimiento equiaxial (Granos equiaxiales) ............................................................ 10

5.7 Crecimiento columnar (Granos columnares) ........................................................... 10

5.8 Temple ........................................................................................................................... 10

5.9 Envejecido ..................................................................................................................... 10

5.10 Bronce ............................................................................................................................ 10

5.10.1 Composición Química SAE 40: .......................................................................... 11

5.10.2 Fases ...................................................................................................................... 11

5.11 Latón .............................................................................................................................. 12

5.11.1 Composición Química SAE 88 ........................................................................... 12

5.11.2 Fases ...................................................................................................................... 12

5.12 Precipitación discontinua ............................................................................................ 13

5.13 Precipitación Widmannstätten .................................................................................... 13

6 METODOLOGÍA .................................................................................................................. 14

6.1 Revisión bibliográfica ................................................................................................... 14

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6.1.1 Compilación de información de materiales ....................................................... 14

6.1.2 Compilación de información sobre reactivos .................................................... 14

6.2 Preparación del material para la prueba .................................................................. 14

6.2.1 Adquisición del material ....................................................................................... 14

6.2.2 Muestra del material ............................................................................................. 15

6.2.3 Corte de muestras ................................................................................................ 15

6.3 Realización de los tratamientos térmicos ................................................................. 15

6.4 Preparación de probetas ............................................................................................. 15

6.5 Definición de las variables estadísticas .................................................................... 16

6.5.1 Cálculo de las muestras en las probetas .......................................................... 18

6.5.2 Cálculo de la función de densidad (FDP) ......................................................... 18

7 ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................... 20

7.1 Microdureza y análisis estadístico ............................................................................. 20

7.1.1 Microdureza Latón SAE 88 – Templado 800°C y envejecido 427ºC ........... 20

7.2 Micrografías .................................................................................................................. 29

7.2.1 Bronce SAE 40 – Estado de entrega ................................................................. 29

7.2.2 Bronce SAE 40 – Temple 700°C ........................................................................ 29

7.2.3 Bronce SAE 40 – Templado 700ºC y envejecido 450ºC ................................ 30

7.2.4 Latón SAE 88 – Entrega ...................................................................................... 31

7.2.5 Latón SAE 88 – Temple 800°C .......................................................................... 31

7.2.6 Latón SAE 88 – Templado 800°C y envejecido 427ºC .................................. 32

CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 34

RECOMENDACIONES .............................................................................................................. 35

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 36

8 ANEXOS ............................................................................................................................... 38

8.1 SAE 88 TEMPLADO 800ºC ........................................................................................ 38

8.1.1 Tabla de datos obtenidos microdureza ............................................................. 38

8.1.2 ANOVA entre las dos probetas .......................................................................... 38

8.1.3 Tabla de Factor De Probabilidad ........................................................................ 39

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8.1.4 Gráfico de contraste FDP entre las dos probetas y una mezcla de los

resultados. ............................................................................................................................ 40

8.1.5 Tabla con probabilidades de repetividad .......................................................... 40

8.1.6 Imagen de conteo de grano ................................................................................ 40

8.1.7 Tabla de conteo de grano .................................................................................... 41

8.1.8 Correlación Lineal entre dureza y tamaño de grano ....................................... 41

8.1.9 Porcentaje de Error de la ecuación .................................................................... 42

8.2 SAE 40 TEMPLADO 700ºC ........................................................................................ 43



8.2.3 Tabla de Factor De Probabilidad ........................................................................ 44


resultados. ............................................................................................................................ 44






8.3 SAE 40 TEMPLADO 700ºC Y ENVEJECIDO 450ºC ............................................. 49



8.3.3 Tabla de Facto De Probabilidad ......................................................................... 50


resultados. ............................................................................................................................ 51






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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Propiedades del bronce SAE40. (FormaQ SAS - Formas y Maquinados) ...... 11 Tabla 2: Propiedades del latón SAE88. (Colombiana de Bronces y Latones E.U., 2018) ....................................................................................................................................... 12 Tabla 3: Microdurezas obtenidas para Latón SAE 88 – Templado 800°C y envejecido 427ºC. Fuente propia ..................................................................................................... 20

Tabla 4: Análisis de varianza para latón templado y revenido, por F-Fisher. Fuente propia. ....................................................................................................................................... 21 Tabla 5: Distribución normal para latón templado y revenido. Fuente propia ................. 22 Tabla 6: Valores de probabilidad para la microdureza. (Universidad Carlos III) ............. 23 Tabla 7: Conjunto de datos para la tipificación de valores de la distribución Gaussiana. (Webster)........................................................................................................................ 24 Tabla 8: Repetibilidad de dureza. Fuente propia ............................................................ 24

Tabla 9: Tabla resumen para el conteo de granos. Fuente propia. ................................ 26

Tabla 10: Correlación lineal de valores de dureza y tamaño de grano. Fuente propia. .. 27 Tabla 11: Margen de error experimental. Fuente Propia. ............................................... 28 Tabla 12: Resumen de valores obtenidos en el análisis estadístico para SAE 40 Y SAE 88, templados y templados + envejecido. Fuente propia. .............................................. 28

Tabla 13: Valores de microdureza para latón templado. Fuente propia. ........................ 38 Tabla 14: ANOVA para latón templado. Fuente propia. ................................................. 38 Tabla 15: Factor de probabilidad. Fuente propia ............................................................ 39

Tabla 16: Valores de repetibilidad. Fuente propia .......................................................... 40 Tabla 17: Tabla de conteo de grano. Fuente propia ....................................................... 41

Tabla 18: Correlación lineal SAE 88 Templado. Fuente propia ...................................... 41 Tabla 19: Tabla de porcentaje de error. Fuente propia. ................................................. 42 Tabla 20: Valores de microdureza. Fuente propia .......................................................... 43

Tabla 21: ANOVA para análisis de datos. Fuente propia ............................................... 43

Tabla 22: Valores de factor de probabilidad. Fuente propia ........................................... 44 Tabla 23: Probabilidad de repetividad. Fuente propia .................................................... 45 Tabla 24: Tabla de conteo de grano. Fuente propia ....................................................... 47

Tabla 25: Correlación lineal SAE 40 Templado. Fuente propia ...................................... 47 Tabla 26: Porcentaje de error. Fuente propia ................................................................. 48 Tabla 27: Valores de durezas. Fuente propia................................................................. 49 Tabla 28: ANOVA para valores de dureza. Fuente propia ............................................. 49 Tabla 29: Valores de factor de probabilidad. Fuente propia ........................................... 50

Tabla 30: Probabilidad de repetibilidad. Fuente propia .................................................. 51 Tabla 31: Conteo de grano. Fuente propia ..................................................................... 53

Tabla 32: Correlación lineal SAE 40 Templado y Envejecido. Fuente Propia ................ 53 Tabla 33: Error de ecuación. Fuente propia ................................................................... 54

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Micrografía latón 60-40 a 500x. (Elkin Barajas Díaz, 2016) ......................... 4 Ilustración 2 Estructura dendrítica de aleación Zn-Al-Cu 200x 24h a 360°C. (Voort, 2004) ......................................................................................................................................... 5

Ilustración 3 Aleación cobre-berilio, atacado con peróxido de hidrógeno. (Voort, 2004) .. 5 Ilustración 4 Bronce SAE 64 atacado con Beraha 12ª a 5mm del área de soldadura. (David, Alejandra, Antonio, Raúl, & Carlos, 2011) ............................................................ 6 Ilustración 5 Diagrama de Fases para el cobre. (Universidad Complutense, s.f.) .......... 11

Ilustración 6 Diagrama de fases para el Latón. (Universidad Rafael Landívar) .............. 12 Ilustración 7: Precipitación discontinua. (Sharma & Martin, 1981) ................................. 13 Ilustración 8: Precipitación Widmannstätten. (Sharma & Martin, 1981) .......................... 13 Ilustración 9: (a) Diagrama procedimental para el proyecto. Fuente propia. (b) Diagrama de relación temática para el desarrollo del proyecto. Fuente propia .............................. 17 Ilustración 10: Distribución normal, gráfica de distribución Gaussiana para el latón templado y revenido. Fuente propia. .............................................................................. 23

Ilustración 11: Comparación escala micrografía y escala real. (Nelson Cardoso, 2017) 25 Ilustración 12: Muestra de trazo de rectas. Fuente propia ............................................. 25 Ilustración 13: Grafica de correlación de durezas y tamaños de grano en G. Fuente propia. ....................................................................................................................................... 27

Ilustración 14: Bronce SAE40 atacado con Klemm II por 1:30 minutos, x100. Fuente propia ............................................................................................................................. 29 Ilustración 15: Bronce SAE40 templado a 700°C, atacado con Klemm II por 7 minutos (a) x100 (b) Macrografía x2. Fuente propia ........................................................................ 29 Ilustración 16: Bronce SAE40 templado a 700°C y envejecido a 450°C, atacado con Klemm II por 7 minutos, (a) x100 (b) Macrografía x2. (c) Micrografía de indentaciones. Fuente propia ................................................................................................................. 30 Ilustración 17: Latón SAE88 en estado de entrega, atacado con Klemm II por 8 minutos, x500. Fuente PropiaX500 K2 8min ................................................................................. 31 Ilustración 18: Latón SAE88 templado a 800°C, atacado con Klemm II por 7 min, (a) x100 (b) Macrografía a x2, con evidencia de indentaciones. Fuente propia ........................... 32 Ilustración 19: Latón SAE88 Templado a 800°C, envejecido a 426°C atacado con Klemm II por 7 min, (a) x100 (b) x1000 (c) Macrografía x2. Fuente Propia ............................... 33 Ilustración 20: Gráfica de valores ponderados. Fuente propia ....................................... 40 Ilustración 21: Proceso de conteo de grano. Fuente propia ........................................... 40 Ilustración 22: Gráfica de valores de conteo de grano en G, ASTM. Fuente Propia. ..... 42 Ilustración 23: Grafico de valores de probabilidad .......................................................... 45

Ilustración 24: Conteo de grano. Fuente propia ............................................................. 46 Ilustración 25: Correlación de durezas y tamaño de grano en G, ASTM. Fuente propia 47 Ilustración 26: Grafica de factor de probabilidad. Fuente propia .................................... 51

Ilustración 27: Conteo de grano. Fuente propia ............................................................. 52 Ilustración 28: Correlación de tamaño de grano en G, ASTM y dureza. Fuente propia . 54

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RESUMEN

En el siguiente documento se darán a conocer los resultados obtenidos luego de realizar un análisis de comparación del tamaño de grano en la microestructura y la microdureza obtenida, a muestras de bronce SAE 40 y SAE 88, sometidas a temple y envejecido.

Se realizaron tratamientos térmicos a las probetas, luego se obtienen micrografías coloreadas para observar la microestructura obtenida a partir de la cual se realizaron las mediciones de tamaño de grano con ayuda de un software de dibujo.

A la par se realizan mediciones de microdureza aleatoria a todas las probetas, con estos valores se completa el diseño de experimentos para establecer los valores de microdureza que se correlacionarán con los tamaños de grano obtenidos.

Los valores obtenidos por medio de los análisis estadísticos y las imágenes coloreadas permiten establecer una correlación exitosa entre los tamaños de grano y las microdurezas obtenidas, por medio de ecuaciones de recta que representan dicha relación.

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INTRODUCCIÓN

Desde que el hombre comprendió el manejo de los metales, estos han sido una herramienta crucial para el desarrollo de la industria y en general de la evolución humana y gracias a la variedad de propiedades que ofrecen, han permitido la solución de innumerables necesidades de la sociedad y el desarrollo de nuevas tecnologías.

Para comprender el comportamiento de los metales y poder desarrollar diferentes métodos para resaltar o incrementar las características de los metales, se desarrolla toda una ciencia en torno a su estudio y para ello diferentes técnicas que permiten conocer a profundidad la composición de los materiales. Esto ha permitido el desarrollo de diferentes procesos y tratamientos estandarizados que mejoran las capacidades de un material para maximizar los beneficios que ofrece a la industria.

Los tratamientos térmicos son procesos en los cuales un material se somete a cambios críticos de temperatura con el fin de modificar su microestructura y así mejorar las bondades que ofrece según la labor para el que sea requerido, especialmente las propiedades de dureza, resistencia y elasticidad. Para realizar estos tratamientos de debe tener claro las normas establecidas alrededor para garantizar el éxito del proceso.

La metalografía se encarga del estudio microestructural de los metales, y se apoya en micrografías tomadas de ataques químicos realizados a muestras en los cuales se pueda identificar las fases del material y se puedan contrastar con pruebas destructivas y sacar conclusiones con los resultados obtenidos. A esto se le llama análisis metalográfico.

Teniendo en cuenta lo anterior, esta monografía tiene como objetivo la evaluación de la correlación de la microestructura con base en un análisis estadístico, apoyado en las imágenes obtenidas al atacar las muestras con un reactivo que nos permite obtener imágenes con las diferentes fases diferenciadas por colores lo que facilitará la lectura de resultados y evidenciar algunas características que probablemente con la metalografía convencional podrían pasarse por alto.

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1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El avance de una sociedad está estrechamente ligado al avance de su industria, en la posibilidad de innovar y crear, haciendo uso de los recursos, optimizando y mejorando estos, a conveniencia para generar siempre un resultado mejor que el actual. La mejor herramienta que tiene la industria para crecer es la academia, la cual desarrolla a los profesionales y proporciona conocimiento en masa.

Es importante generar aportes que enriquezcan a la Ingeniería Mecánica, como una de las disciplinas industriales más completas, y de este modo entregar a la sociedad, profesionales con conocimientos y conceptos más arraigados y claros, en capacidad de aportar nuevas y mejores soluciones. He aquí la importancia del uso de la estadística, pues nos permitirá obtener resultados con un valor de confianza establecido y por lo tanto, conclusiones más acertadas.

Debido a esto, y basados en los valiosos conocimientos prácticos y teóricos obtenidos, que se desea desarrollar un documento sobre las características del bronce SAE 40 latón SAE 88, con análisis microestructural por medio de ataques metalográficos y ensayos de dureza, todo esto para ofrecer un conocimiento más profundo sobre estos materiales (muy comunes en la industria colombiana), además que le permita a cualquier persona, aprovechar esto como una guía para utilizar y adaptar a su material de elección. De esto se desprende un mejor entendimiento del material, y la incertidumbre de medición que maneje en su microdureza.

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2 ESTADO DEL ARTE

Una ramificación de los ensayos metalográficos es la metalografía a color, que se ha convertido en una útil herramienta, ya que permite la caracterización más sencilla de la microestructura, gracias a la diferenciación de fases en colores brillantes, lo que facilita el reconocimiento de las mismas, sobre todo en las etapas de la academia, cuando el ingeniero adquiere los conocimientos base de su profesión.

Actualmente se cuentan con variadas fuentes acerca del análisis estructural para diferentes metales ferrosos utilizando metalografía convencional y coloreada, sin embargo no son tan constantes aquellos que utilizan metalografía a color.

Con el fin de hacer una idea general del estado del estudio del bronce y su comportamiento bajo diferentes tratamientos térmicos, se ha hecho una revisión en las bases de datos internacionales que pone a nuestra disposición la Universidad Distrital y también el repositorio de proyectos y monografías de nuestra universidad.

En los trabajos consultados es muy común encontrar imágenes como la figura 1, donde las fases aparecen en tonos similares y solos son claras las incrustaciones del material.

Ilustración 1 Micrografía latón 60-40 a 500x. (Elkin Barajas Díaz, 2016)

También en estos trabajos se esperaba poder encontrar una comparación directa entre las imágenes obtenidas luego de un ataque convencional a una aleación de cobre y algunas ecuaciones con las cuales podrían predecir la dureza del material basados en su estructura. Sin embargo fue necesario realizar pruebas de dureza en diferentes granos para poder realizar la conclusión y además las imágenes no ofrecían la información necesaria.

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Ilustración 2 Estructura dendrítica de aleación Zn-Al-Cu 200x 24h a 360°C. (Voort, 2004)

En la investigación se encontró el reactivo de Klemm, utilizado para la metalografía a color de bronces (mencionado en el capítulo de Color Metallography) explica que tiene diferentes variaciones lo que le permite ser utilizado para diferentes materiales. La versión III del reactivo no funciona como otros reactivos, el funcionamiento consta de una deposición de una fina película, permitiendo visualizar mayoritariamente los límites de grano, pero también ofreciendo un tinte a otras fases dentro de dichos límites. (Voort, 2004)

Ilustración 3 Aleación cobre-berilio, atacado con peróxido de hidrógeno. (Voort, 2004)

También ha sido utilizado para el análisis de soldadura en aleaciones de cobre y aluminio (Dinaharan & Akinlabi, 2017) donde les permite la visualización de las fases formadas, les permitió visualizar con claridad las fases alfa y beta con las respectivas variaciones realizadas al reactivo Beraha durante los cambios de temperatura propios del proceso, los cambio que se van presentando sobre el material a medida que se aleja o acerca a la zona exacta del proceso. Adicional permite hacer diferenciación entre incrustaciones y porosidades.

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Ilustración 4 Bronce SAE 64 atacado con Beraha 12ª a 5mm del área de soldadura. (David, Alejandra, Antonio, Raúl, & Carlos, 2011)

Es importante comprender que los resultados obtenidos por metalografía coloreada siempre dependen del grosor de la película de reactivo, el tiempo del ataque y la variación que se realiza del reactivo, y en los trabajos mencionados se ha realizado mediante diferentes ensayos en los cuales se determina cuál imagen les ofreció mejores características.

Actualmente se encuentran algunos textos de apoyo como el handbook de Vander Voort, donde sugieren el uso de reactivos y algunas variaciones para diferentes materiales, sin embargo no comprenden las proporciones a variar de acuerdo a los tratamientos térmicos realizados a las muestras y los cambios de fases que estas presentan.

Es por esto que se ha optado por utilizar el apoyo de un software estadístico que permita realizar un análisis cuantitativo de los resultados obtenidos, logrando así conclusiones más precisas y con trascendencia.

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3 JUSTIFICACIÓN

Los ensayos metalográficos son una herramienta indispensable para el conocimiento de los materiales, es la forma más efectiva predecir y comprender el comportamiento de un material, pero esto solo es posible cuando se conoce a cabalidad las características que puede ofrecer un material y cómo se verán afectadas con los tratamientos térmicos.

Con base en las consultas realizadas a temáticas similares, se evidencia que se han realizado contados estudios para el análisis microestructural de materiales no ferrosos, y son menos constantes aquellos que involucren metalografía coloreada, además en su mayoría no están visibles aún en las bases que nos entrega nuestra Universidad, por lo que consideramos importante generar más aportes que estén al alcance de aquellos que quieran seguir ahondando en este importante tema.

Se espera que las imágenes obtenidas de este proyecto puedan evidenciar con mejor claridad los cambios que afectan a los materiales elegidos durante los tratamientos térmicos, permitirá relacionar las propiedades de dureza con las fases del material y de este modo postular usos para la industria colombiana.

Actualmente existen algunas bases internacionales cuentan con micrografías de diferentes materiales, sin embargo, actualmente estudiantes de nuestra facultad trabajan en una plataforma que no solo cuente con imágenes sino el proceso para obtenerlas, tal que se convierta en una herramienta para quienes inician en sus clases de materiales metálicos. Lo ideal es que este y otros proyectos que se han realizado ayuden a alimentar esta útil herramienta, hecha por y para estudiantes con el apoyo indispensable de nuestros docentes.

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4 OBJETIVOS

4.1 General

Establecer las características del tamaño y distribución del grano, del bronce SAE 40 y el latón SAE 88 luego de realizados tratamientos térmicos de temple y revenido (envejecimiento), comparando sus propiedades de dureza con la microestructura visualizada por medio de micrografías a color y un análisis estadístico comparativo.

4.2 Específicos

Realizar los tratamientos en las muestras de material, lo más homogéneamente posible, aplicando los conocimientos adquiridos sobre materiales no ferrosos.

Generar micrografías a color en las muestras, minimizando o eliminando el sobre ataque que puede ocasionar el reactivo

Evaluar los resultados obtenidos por medio de un análisis estadístico, basado en la comparación de crecimiento de grano y la microdureza obtenida con el fin de predecir estadísticamente la dureza del material.

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5 MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL

5.1 Metalografía

La metalografía en la disciplina encargada del estudio a nivel micro de las características estructurales de un material. El enfoque de esta área es la toma de micrografías en base a las cuales se establece tamaño de grano, fases presentes y de forma indirecta en comportamiento a nivel macro que ofrecerá un material. Para este proceso se utilizan muestras pequeñas del material a estudiar y se le realizan pulidos graduales hasta alcanzar una superficie lisa y de brillo tipo espejo, para luego ser atacada con un reactivo según las fases que se espera observar.

5.2 Metalografía a color

La metalografía a color se ha venido utilizando desde hace poco más de ochenta años, con el fin de mejorar la metalografía clásica. Los ataques químicos realizados tienen como resultado imágenes, que dependiendo del material y el reactivo, ofrecerán delimitaciones de color, de modo que facilita la diferenciación de fases y la visualización de componentes que no se lograban ver con la convencional.

5.3 Tratamiento térmico

Un tratamiento térmico es un proceso en el cual por medio de la manipulación de temperatura en un horno o mufla y la utilización de diferentes medios de enfriamiento, se modifican o intensifican las propiedades de un material. El efecto de un tratamiento térmico a un material se ve reflejado en la modificación de su microestructura o composición química (para tratamientos termoquímicos). Sin embargo los factores de forma y tamaño de la pieza son igualmente importantes para los resultados obtenidos al final

5.4 Macla

Subgranos que se producen de manera súbita dentro de los granos de la microestructura, de forma que dividen el cristal con bordes rectos y paralelos. Estas maclas contienen la misma composición del grano, son deformaciones plásticas del grano que aumentan su dureza, ya que bloquean las posibles dislocaciones evitando el movimiento de los bordes de grano.

5.5 Dendrita

Estructura microestructural que contiene ramificaciones repetitivas similares a un árbol, consecuencia de un enfriamiento por debajo del punto de solidificación del material. Si el metal se enfría a menor velocidad se obtendrá una nucleación dendrítica menos concentrada, si se enfría rápidamente, se formará numerosas dendritas pequeñas.

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5.6 Crecimiento equiaxial (Granos equiaxiales)

Se dice cuando el crecimiento de granos es homogéneo por toda la superficie de la estructura en todas direcciones, sin seguir un patrón aparente. Son comúnmente hallados en las paredes de los moldes donde el enfriamiento es más acelerado y constante.

5.7 Crecimiento columnar (Granos columnares)

Se dice cuando el crecimiento de granos es alargado, ordenado y dirigido en una sola dirección cristalográfica, se debe a que los granos comienzan a crecer desde las zonas más frías hacia las más calientes, es decir luego de pasar la zona equiaxial, en caso de un enfriamiento homogéneo, y se presentan comúnmente de forma perpendicular a la pared del molde.

5.8 Temple

El proceso de temple se lleva a cabo teniendo en cuenta el contenido de carbono del material y la temperatura de austenización recomendada por el fabricante. Luego de calentar la pieza y mantener la temperatura, según el catálogo, se enfría rápidamente en un medio como agua o aceite según el diseño del tratamiento. Se espera que luego de un temple se obtenga austenita convertida en martensita, y un tamaño de grano pequeño y poco homogéneo dependiendo de la distancia al núcleo de la pieza.

5.9 Envejecido

Este proceso se utiliza la aumentar la fuerza mediante la producción de precipitados del material de aleación dentro de la microestructura. Consiste en someter el material a una temperatura adecuada según la aleación y mantenerla el tiempo suficiente para luego enfriarlo rápidamente y hacer que los constituyentes se mantengan en solución.

5.10 Bronce

Aleación metálica de cobre y estaño que le proporciona dureza, es posible que contengan algún otro componente químico. Posee un color anaranjado cobrizo y es altamente utilizado en mecanismos que requieran alta resistencia a la corrosión y la fricción como muelles, cojinetes y válvulas, también en decoración e instrumentos musicales.

Para este proyecto se ha utilizado el bronce SAE 40, caracterizado por sus excelentes propiedades de dureza y con la debida lubricación puede trabajar con cargas elevadas limitadas, como piezas antifricción, cuerpos de válvulas, cajas de engranajes, entre otros.

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5.10.1 Composición Química SAE 40:

Tabla 1: Propiedades del bronce SAE40. (FormaQ SAS - Formas y Maquinados)

5.10.2 Fases

Ilustración 5 Diagrama de Fases para el cobre. (Universidad Complutense, s.f.)

5.10.2.1 Fase α

Solución solida de sustitución compuesta del Sn en Cu, su solubilidad máxima es de 15.8% a una temperatura de 520°C, pero en condiciones industriales, aunque su solubilidad llega al 1% a temperatura ambiente, se busca superar este porcentaje debido a sus características de maleabilidad en caliente y frío.

5.10.2.2 Fase Ɛ

Compuesto ortorrómbico intermetálico de fórmula Cu3Sn, muy duro y frágil, se forma a partir de 300°C hasta la temperatura ambiente, aportando dureza a la matriz.

Cu 85%

Sn 5%

Zn 5%

Pb 5%

Densidad (Kg/dm3) 8,83

Punto de fusión ºC 900

Limite elástico (Kg/mm2) 9,5

Resistividad eléctrica especifica a 20ºC

en Ohmios mm2/m0,07

Resistencia a la tracción (Kg/mm2) 20,4

Alargamiento a la rotura 20%

Propiedades SAE 40

12

5.11 Latón

Aleación de cobre y zinc, que gracias a su composición permite ser laminado y extruido en frío. Es altamente utilizado en cerraduras, válvulas, tubos de condensadores, terminales eléctricas, y acuñado de monedas. Para este caso se ha seleccionado el latón SAE 88, utilizado para maquinado por arranque de viruta, regletas, piezas prensadas en caliente y tornillos.

5.11.1 Composición Química SAE 88

Tabla 2: Propiedades del latón SAE88. (Colombiana de Bronces y Latones E.U., 2018)

5.11.2 Fases

Ilustración 6 Diagrama de fases para el Latón. (Universidad Rafael Landívar)

5.11.2.1 Fase α

Fase compuesta de un muy bajo contenido de Zinc (0-30%), comienza a formarse a 1083°C como una mezcla α+liquido, y a solidificarse a 920°C, muy estable desde su temperatura de formación hasta temperatura ambiente; son realmente relevantes en el

Cu 60%

Zn 2%

Pb 38%

Densidad (Kg/dm3) 8,6

Punto de fusión ºC 900

Coeficiente de dilatación lineal 21x10e-6

Resistividad eléctrica especifica a 20ºC

en Ohmios mm2/m0,07

Resistencia a la tracción (psi) 58200

Alargamiento a la rotura 20%

Propiedades SAE 88

13

área industrial. Su estructura es cúbica centrada en las caras por lo que es fácil de deformar, tiene buena confortabilidad en frío (aunque no mucho en caliente). (Serrano, 2011)

5.11.2.2 Fase β

Fase estable en temperaturas entre 800 y 600°C, muy ordenada, frágil y dura, por lo que sus aplicaciones son limitadas. Su presencia en la fase α+β disminuye su ductilidad, pero mejora su capacidad de ser formado en caliente.

5.11.2.3 5.11.2.3 Fase β’

Posee estructura cristalina BCC, ordenada, es más dura y resistente que la fase α. Se caracteriza porque el átomo de Zn se sitúa en el centro del cristal, estructura CC.

5.12 Precipitación discontinua

Se presenta en las primeras fases de enfriamiento, como un engrosamiento de límite de grano, disparejo y granular.

Ilustración 7: Precipitación discontinua. (Sharma & Martin, 1981)

5.13 Precipitación Widmannstätten

Formación generada después de la formación discontinua, se caracteriza por la formación de diferentes partículas en forma de dendritas desordenadas dentro de la estructura ya establecida.

Ilustración 8: Precipitación Widmannstätten. (Sharma & Martin, 1981)

14

6 METODOLOGÍA

Para el desarrollo de este proyecto, se ha planteado un procedimiento que permita llevar a cabo los objetivos que se plantearon anteriormente.

6.1 Revisión bibliográfica

Para esto se hace uso de las fuentes digitales de datos y la biblioteca que pone a nuestra disposición la Universidad; esto con el fin de tener presente toda la información teórica necesaria para la interpretación de los resultados y además conocer el avance que ofrecen trabajos de grado anteriores, en temática similares que puedan servir como base para iniciar el proyecto.

Es importante mantener siempre claro la fuente de la información para garantizar la veracidad de la información.

Para este paso se busca información netamente científica. Se ha decidido utilizar artículos a nivel mundial, con un rango de tiempo de veinte años atrás desde la fecha. Para esto se utiliza únicamente la base de datos, para este momento la búsqueda se limita a fuentes de otras universidades y sólo trabajos investigativos.

6.1.1 Compilación de información de materiales

Luego de hacer las revisiones anteriores, aquí se hace una lectura minuciosa de los documentos, y se hace una extracción de información pertinente al tema y se organiza de forma tal, que se pueda acceder fácilmente a ella. Esta extracción de información será exclusivamente a los materiales. En cuanto a qué procesos se deben realizar, la normativa para los tratamientos y las reacciones, entre otra información que pueda encontrarse.

6.1.2 Compilación de información sobre reactivos

El tema de reactivos requerirá un tiempo exclusivo ya que es muy amplio y variado. En este paso se utilizará la información recopilada anteriormente de los artículos consultados, así como un catálogo para seleccionar los reactivos que sean utilizados para los materiales seleccionados, luego se categorizarán según lo que se busque ver en la estructura, para por último hacer las pruebas para lograr las imágenes más apropiadas.

6.2 Preparación del material para la prueba

6.2.1 Adquisición del material

Es crucial que el material proceda de un distribuidor que pueda garantizar la más alta calidad del material, que el material adquirido corresponda con los requerimientos y que la cantidad de impurezas sea tan baja como sea posible.

15

Esto es una parte importante ya que permitirá un mejor ensamble entre la teoría y los resultados obtenidos después de las pruebas.

6.2.2 Muestra del material

Estadísticamente hablando las muestras (material) son cualitativas y son homogéneas, esto porque son muestras que comparten rasgos similares, y obedecen a criterios ya planteados. Esto con el fin de conseguir la menor cantidad de variables con respecto a nuestra correlación de microestructuras. Por esto se puede estipular que las muestras ya cumplen nuestros requisitos y no es necesario una aproximación agresiva estadísticamente.

6.2.3 Corte de muestras

Para este proceso se espera que las muestras estén totalmente paralelas en sus caras, para ello se utiliza la cortadora abrasiva manual Metkon Metacut 250 y la rectificadora PFG-2550AH. Se dejarán las muestras cilíndricas de 15mm de alto y diámetro de 25mm.

6.3 Realización de los tratamientos térmicos

Para el caso del SAE 40 se realizarán un temple, subiendo la temperatura hasta 700°C y 450°C (Esta segunda temperatura se usa para comparar si hay algún cambio al aumentar la temperatura verticalmente, sobre la zona de alfa) y sosteniéndola por una hora (debido al diámetro de la muestra) y realizando un enfriamiento súbito en agua agitada. Para el envejecimiento, se toman las muestras templadas 700°C y se calientan nuevamente a una temperatura de 400°C (está temperatura se elige con base en los resultados obtenidos en uno de los trabajos consultados, donde el investigador obtiene mejores resultados de dureza con estas temperaturas de temple y envejecimiento), manteniendo por 1 hora y se enfría rápidamente en agua. (Kenneth G. Budinski, 2010)

Para esta composición, se forma netamente la fase alfa, pero al llegar alrededor de los 300°C se genera una precipitación en forma de puntos obscuros y dispersos sobre los granos de alfa..

Se tiene que el líquido solidificó formando exclusivamente granos de beta. Durante el enfriamiento se transforma parcialmente en alfa, por cambio de solubilidad en el constituyente beta, esto continua hasta obtener la estructura de mezcla de alfa en zonas claras y beta en zonas oscuras. (Pero-Sanz Eloiz, 2006)

6.4 Preparación de probetas

Para someter las probetas al ataque químico es necesario que cumplan con las condiciones de la norma ASTM Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens E3-11, pasando por diferentes calidades de lija hasta la limpieza con paño y alúmina para conseguir el brillo espejo.

16

6.5 Definición de las variables estadísticas

Para este proceso es necesario establecer las variables independientes a tener en cuenta para el análisis estadístico, cuál será el tamaño de grano. Con esto se logra un valor teórico con el cual se puede entrar a comparar con los valores obtenidos por el ensayo de microdureza.

La figura 1 hace un resumen del proceso estadístico que se llevará a cabo, su orden y relación de pasos.

(a)

17

(b)

Ilustración 9: (a) Diagrama procedimental para el proyecto. Fuente propia. (b) Diagrama de relación temática para el desarrollo del proyecto. Fuente propia

18

6.5.1 Cálculo de las muestras en las probetas

En el caso de ensayo de microdureza, se toman como un proceso de muestra probabilística, gracias a esto se procede a tomar como la población global a la cantidad de granos que existen en las probetas, esta población se puede tomar como infinita. Se estipula que el proyecto maneje un nivel de confianza mayor del 95% con los resultados. Gracias a que el margen de error es proporcional con el nivel de confianza este se toma con un valor menor o igual a 5% utilizando generalmente en la mayoría de procedimientos estadísticos. Con esto se procede a trabajar en la fórmula para el cálculo de esta muestra para población infinita.

n =Z2 ∗ p ∗ (p − 1)

e2

Donde

Z=Constante que depende del nivel de confianza que asignemos

p=Probabilidad de éxito

e=Error máximo admisible

Esto nos da como resultado la cantidad de muestras 72.99, en este caso ensayos de microdureza. Esta cantidad es redondeada a 72 para comodidad de manejo de los datos, esto sube a 5.03% de margen de error, en otras palabras se deben tomar 36 microdurezas al azar en cada material y por lo tanto 18 en cada tratamiento que tenga este material.

6.5.2 Cálculo de la función de densidad (FDP)

Se utilizará la función de densidad, esta permite encontrar e identificar las regiones de mayores y menores probabilidades para encontrar la variable aleatoria de la dureza con respecto a todas las muestras, con esta información se generará una curva de distribución normal.

19

Con estos datos se procede a encontrar los datos con mayor probabilidad de repetibilidad y ser este comparado entre las muestras. Para ello se utilizará la ecuación de densidad de probabilidad:

(Nelson Cardoso, 2017)

Donde:

SD: Desviación estándar.

m: Media aritmética.

X: Valor de microdureza

Donde en x se reemplazarán los valores obtenidos de microdureza. De este modo se hallarán los valores de repetibilidad, lo que indicará la probabilidad de cada valor de microdureza obtenido.

20

7 ANÁLISIS DE RESULTADOS

7.1 Microdureza y análisis estadístico

7.1.1 Microdureza Latón SAE 88 – Templado 800°C y envejecido 427ºC

Se realiza prueba de microdureza a las probetas, con punta de diamante 50g/f (490.3mN), se realizan 18 indentaciones en total, las cuales se distribuyen por todas las variaciones en la microestructura sin mantener ningún orden, y se obtienen los valores consignados en la tabla 3. Se utiliza la dureza Vickers y el microdurómetro para obtener los valores a continuación (conversiones de dureza por la ISO 18265 CATRIDGE BRASS).

En la tabla 3 se han dividido los datos dependiendo del lugar en el que se tomó la muestra, es decir, “x” si el valor corresponde a una indentación realizada en la matriz oscura, “l” para los granos alargados y “o” para los granos ovalados.

Tabla 3: Microdurezas obtenidas para Latón SAE 88 – Templado 800°C y envejecido 427ºC. Fuente propia

N Dureza Seccion

1 105,0 l

2 95,6 o

3 85,7 l

4 103,0 l

5 90,1 o

6 101,0 o

7 95,3 o

8 97,0 l

9 88,3 o

10 115,0 x

11 104,5 x

12 116,0 x

13 151,0 x

14 118,0 x

15 145,0 x

16 145,0 x

17 150,0 x

18 107,0 x

PROM 111,8

SECCIÓN CANTIDAD PROMEDIO

x 9 127,9

l 4 97,7

o 5 94,1

21

Con esto se puede ver que la fase beta (color oscuro) es más dura que la fase alfa, lo que concuerda con la información teórica del apartado 5.11.2.3.

7.1.1.1 ANOVA

Con esta información se hace una tabla ANOVA que brinde un valor F, con el cual se puede realizar las pruebas de distribución estadística.

A313 = aov(lm(Probeta~Dureza))

AS. 13 → summary(A313)

Fo → 0.0008

Donde las hipótesis son:

𝐻𝑜: 𝐹 < 𝐹𝑜 𝑆𝑒 𝑟𝑒𝑐ℎ𝑎𝑧𝑎 𝑙𝑎 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 ℎ𝑎𝑦 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠

𝐻𝑖: 𝐹 > 𝐹𝑜 𝑆𝐸 𝑎𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎 𝑙𝑎 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 𝑛𝑜 ℎ𝑎𝑦 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠

Se utiliza un margen F de contraste de 0.05, con grados de libertad de 1 y 16

F311 < −qf(0.95,1,16)

F(0.05)(2,15) = 4.493

4.493 > Fo → Se acepta la hipótesis

Tabla 4: Análisis de varianza para latón templado y revenido, por F-Fisher. Fuente propia.

7.1.1.2 Distribución normal

Luego de esto puede hallarse la distribución normal para todos los datos, y para los datos separados por probetas como lo muestra la tabla 5, donde mezcla es donde se combinan

Origen de las variaciones Suma de cuadrados Grados de libertad Promedio de los cuadrados F Probabilidad

Entre grupos 0,933888889 1 0,933888889 0,0008 0,9776

Dentro de los grupos 18328,59556 16 1145,537222

Total 18329,52944 17

22

todos los datos de las probetas 1 y 2. FPD= Factor de Probabilidad, Mezcla= Datos obtenidos de todas las probetas.

Tabla 5: Distribución normal para latón templado y revenido. Fuente propia

Valores en color verde se encuentran en los cuadrantes entre –Z1 y Z1 en la gráfica normal Gaussiana, es decir son los valores que manejan mayor probabilidad de ser encontrados en una prueba de durometría realizada bajo estas condiciones.

Estos valores son graficados para hallar la curva de distribución gaussiana (línea azul FPD MEZCLA) en la ilustración 10, donde se grafican también los datos obtenidos para dos probetas cualquiera dentro de la muestra, para comparar visualmente su comportamiento con la media (líneas verde y roja).

N Mezcla FDP

1 99,2 0,69%

2 105,0 0,78%

3 105,0 0,78%

4 97,7 0,67%

5 105,0 0,78%

6 153,0 0,91%

7 173,0 0,62%

8 189,0 0,37%

9 178,0 0,50%

10 183,0 0,32%

11 136,0 1,40%

12 155,0 1,08%

13 163,0 0,84%

14 138,0 1,40%

15 101,0 0,71%

16 113,0 1,06%

17 105,0 0,82%

18 115,0 1,12%

PROMEDIO 134,1

SD 32,8

23

Ilustración 10: Distribución normal, gráfica de distribución Gaussiana para el latón templado y revenido. Fuente propia.

7.1.1.3 Porcentajes de probabilidad

Con el fin de hallar los valores de repetibilidad, se utiliza la ecuación:

Z = x − μ

σ

Donde:

𝜎= Desviación estándar μ= Media aritmética x= valor de dureza

Con esta información, se establecen los valores de porcentaje de probabilidad Z, y se consignan en la tabla 6, estos valores de obtienen de la tabla 7.

Z1 1.00 0.3413 34.13%

Z2 2.00 0.4772 13.59%

Z3 3.00 0.4987 2.15%

Z-1 - 1.00 0.3413 34.13%

Z-2 - 2.00 0.4772 13.59%

Z-3 - 3.00 0.4987 2.15% Tabla 6: Valores de probabilidad para la microdureza. (Universidad Carlos III)

190; 0,29%204; 0,20%

0,00%

0,20%

0,40%

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

0 50 100 150 200 250

FDP

Dureza (Hv)

FDP MEZCLA

FDP PROBETA 1

FPD PROBETA 2

24

Tabla 7: Conjunto de datos para la tipificación de valores de la distribución Gaussiana. (Webster)

Con los datos obtenidos puede concluirse la repetibilidad en la tabla 8.

Tabla 8: Repetibilidad de dureza. Fuente propia

Rango Menor Hv

Rango Mayor Hv

Centro Hv

Repetitividad 68,26%

Dispersión 32,8

Probabilidad de repetibilidad

166,9

101,3

134,1

25

7.1.1.4 Conteo de grano

Para este proceso se toma una micrografía, para este caso x100. A continuación se numera el proceso:

a) Establecer una relación entre la escala suministrada por el software del microscopio y con la medida real, por ejemplo:

Ilustración 11: Comparación escala micrografía y escala real. (Nelson Cardoso, 2017)

b) Convertir la proporción de aumentos a escala real con ayuda de una regla de 3 simple, por ejemplo, si el aumento es de 1600µ, equivalen a 352cm. La norma ASTM E112 establece que se realice en cm directamente, sin embargo, para efecto de la precisión y exactitud que se puede obtener en un programa de diseño, se hace todo el proceso en pixeles.

c) Trazar tres rectas sobre la imagen, que se intersecten entre sí, las cuales serán entendidas como la hipotenusa de un triángulo rectángulo. Luego se proyectan los catetos de dichos triángulos para hallar el valor de la hipotenusa y los catetos en cm.

Ilustración 12: Muestra de trazo de rectas. Fuente propia

d) Cuando se tiene el valor de la hipotenusa, se utiliza la siguiente ecuación para obtener el valor en µ.

hμ =hcm ∗ X

352cm

26

Donde:

X= valor del aumento en micras.

hcm=valor obtenido para la hipotenusa en centímetros.

e) Teniendo el valor de la hipotenusa en micras, se realiza el cálculo promedio del tamaño de grano, realizando un conteo de los granos que fueron interceptados por las rectas trazadas sobre la micrografía; el diámetro promedio de los granos se calcula con la siguiente ecuación:

Dpro = hμ

NGI ∗ 1000

Donde:

NGI= número de granos interceptados

hμ= Valor de la hipotenusa

f) Por último, para calcular el tamaño para la micrografía G se utiliza el valor hallado de diámetro promedio, con la siguiente ecuación:

G = −3,2888 + (6,643856 ∗ Log10(NL ))

Los valores obtenidos se consignan en la tabla 9

Tabla 9: Tabla resumen para el conteo de granos. Fuente propia.

mm Pixeles Magnificación

0,2 465 100

Alto (Pix) Ancho (pix)

Recta 1 19 179 1194 1207,3 0,5 36,58861 7,10

Recta 2 11 658 594 886,5 0,4 28,85092 6,41

Recta 3 21 545 1200 1318,0 0,6 37,04582 7,13

Recta 4 17 609 1212 1356,4 0,6 29,13960 6,44

Recta 5 14 9 1461 1461,0 0,6 22,27884 5,67

Recta 6 23 136 979 988,4 0,4 54,10252 8,23

Promedio 6,8

SD 0,9

GN GranosRecta

Hip (Pix) Hip (mm) NL

Conteo de Grano Relación

27

7.1.1.5 Correlación entre las variables

Teniendo la información de conteo de grano, tamaño de grano y dureza se realiza una relación por mínimos cuadrados con tendencia lineal, vinculando las dos variables establecidas: tamaño de grano y dureza. Esta correlación se consigna en la tabla 10, donde los valores resaltados corresponden a los valores que se han establecido como menor, mayor y centro en los análisis para dureza y tamaño de grano, el resto de valores se han obtenido por medio de una comparación aritmética lineal. Luego se grafican los valores como se observa en la ilustración 13, de esta gráfica se obtiene la fórmula de la pendiente que corresponde a la línea punteada.

Correlación lineal Diámetro promedio (mm)

(ASTM) Microdureza (Hv) Tamaño de grano (u)

93.5 5.5 0.0534

101.3 6.0 0.0449

105.4 6.2 0.0417

127.6 6.5 0.0378

134.1 6.8 0.0338

137.4 7.0 0.0318

147.3 7.5 0.0267

166.9 7.7 0.0251

184.3 8.5 0.0189

Tabla 10: Correlación lineal de valores de dureza y tamaño de grano. Fuente propia.

Ilustración 13: Grafica de correlación de durezas y tamaños de grano en G. Fuente propia.

y = 0,0305x + 2,792R² = 0,9732

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

Tam

año

de

Gra

no

(u

)

Dureza (Hv)

28

Teniendo en cuenta que, a mayor tamaño de grano, el número G es inversamente proporcional, por lo que, a mayor dureza, mayor número G, es decir el grano es más pequeño, por lo que estadísticamente se puede decir que la relación de dureza tamaño de grano para este material y este tratamiento en específico puede describirse por la ecuación y=0.0305x+2.792. Si se graficara con el valor de tamaño de grano en micras, la gráfica tendría una pendiente negativa.

Para hallar el promedio de error de utiliza la siguiente ecuación:

%e = |Hg − HE

HE|

Donde:

Hg= Dureza según la ecuación de la recta hallada

HE= Dureza hallada por la correlación lineal.

Los valores obtenidos para tamaños de grano de 6 a 9 se consignan en la tabla 11, junto con el promedio de porcentaje de errores y la desviación estándar, donde se obtiene un valor aproximado de 5% el cual es muy aceptable para prácticas de ingeniería, además de ser un valor congruente con nuestro error máximo admisible. (Webster)

Tamaño de grano

Diámetro (ASTM)

Microdureza Correlación

Microdureza Grafica

%Error

6 0.0449 101.96 105.18 3.2%

7 0.0318 137.44 137.97 0.4%

8 0.0225 173.41 170.75 1.5%

9 0.0159 195.09 203.54 4.3%

Promedio 2.35%

SD 1.74%

Tabla 11: Margen de error experimental. Fuente Propia.

El procedimiento realizado desde el punto 7.1.1.1 al 7.1.1.5 se repiten para los demás tratamientos del SAE88 y SAE40, los resultados serán consignados en los anexos. Los resultados obtenidos se resumen en la tabla 12.

Tabla 12: Resumen de valores obtenidos en el análisis estadístico para SAE 40 Y SAE 88, templados y templados + envejecido. Fuente propia.

Material Tratamiento Dureza (Hv) Tamaño de grano

T800 - 700 111,8 6,18

T800 - 700 R450 134,1 6,83

T700 80,9 M 10,01

T700 R450 81,8 M 10,34

LATON

SAE 40

29

7.2 Micrografías

7.2.1 Bronce SAE 40 – Estado de entrega

Ilustración 14: Bronce SAE40 atacado con Klemm II por 1:30 minutos, x100. Fuente propia

Partiendo de los resultados anteriormente obtenidos en el análisis estadístico

-Valor de microdureza media: 103,4 HV

Para el estado de entrega se encuentra una matriz netamente alfa (que obedece a su composición según el diagrama de fase de la ilustración 5), con las construcciones dendríticas alineadas que caracterizan cada grano, no se tienen precipitaciones al borde de granos y su tamaño es relativamente inferior a los que se verán después de los tratamientos.

7.2.2 Bronce SAE 40 – Temple 700°C

(a) (b)

Ilustración 15: Bronce SAE40 templado a 700°C, atacado con Klemm II por 7 minutos (a) x100 (b) Macrografía x2. Fuente propia

30

- Valor de microdureza media: 80.9 HV - Tamaño medio de grano: M 10.01 ASTM

En la imagen se evidencia que hay un aumento en el tamaño de grano respecto al estado de entrega, con una organización equiaxial, se evidencia una precipitación de alfa mucho más marcada en los bordes de los granos, lo que produce grietas intergranulares; y al interior de los granos lo que supondría un aumento en la dureza. Sin embargo, según pruebas realizadas en documentos consultados, los tiempos de sostenimiento de la temperatura de temple afectaron sustancialmente los resultados de dureza, además de un tamaño de grano mayor supone una dureza inferior.

7.2.3 Bronce SAE 40 – Templado 700ºC y envejecido 450ºC

(a) (b)

(c)

Ilustración 16: Bronce SAE40 templado a 700°C y envejecido a 450°C, atacado con Klemm II por 7 minutos, (a) x100 (b) Macrografía x2. (c) Micrografía de indentaciones. Fuente propia

31

- Valor medio de microdureza: 81.8 HV - Tamaño medio de grano: M 10.34 ASTM

Luego del temple, se realiza un proceso de revenido el cual revela una estructura de granos de menor tamaño que los obtenidos durante el temple, precipitados intergranulares más definidos y amplios, y los precipitados dentro de los granos es discontinua y más vasta lo que explica que su dureza sea relativamente más alta que la obtenida para el temple.

7.2.4 Latón SAE 88 – Entrega

Ilustración 17: Latón SAE88 en estado de entrega, atacado con Klemm II por 8 minutos, x500. Fuente PropiaX500 K2 8min

- Valor de microdureza media: 103.4 HV

El estado de entrega es por conformación en caliente, y debido al contenido de Zn del material se ubica en la zona de reacción peritéctica del diagrama de fases en la ilustración 6, la fase beta (liquido más alfa) se puede apreciar con coloración más oscura, rodeando a la fase alfa en forma de granos equiaxiales de color claro. El tamaño de grano y la distribución de la fase beta permiten que se obtenga un valor alto de dureza.

7.2.5 Latón SAE 88 – Temple 800°C

En la macrografía se evidencian granos muy grandes, que recuerdan a la estructura Widmannstätten, dentro de los cuales se aloja la estructura dendrítica ordenada, esto debido al precalentamiento hasta 800°C, en la micrografía pueden observarse granos bastos y tipo aguja bastante gruesas de fase alfa debido al enfriamiento lento hasta 700°C, mientras que la fase beta se retiene en solución sobre saturada de Cu, el aumento de microdureza también se relaciona con esta variación en el proceso. La formación de

32

alfa (amarillo) se lleva a cabo alrededor de los 450°C, sobre una base de beta (marrón) solidificado como constituyente primario. (Universidad de Oviedo)

Durante el proceso de recocido se eleva la temperatura con el fin de llegar a la zona

monofásica ∝ y la disolución de la fase β, la cual se forma durante el enfriamiento lento.

(a) (b)

Ilustración 18: Latón SAE88 templado a 800°C, atacado con Klemm II por 7 min, (a) x100 (b) Macrografía a x2, con evidencia de indentaciones. Fuente propia

- Valor de microdureza media: 111.8 HV - Tamaño medio de grano: 6.83 ASTM

7.2.6 Latón SAE 88 – Templado 800°C y envejecido 427ºC

(a) (b)

33

(c)

Ilustración 19: Latón SAE88 Templado a 800°C, envejecido a 426°C atacado con Klemm II por 7 min, (a) x100 (b) x1000 (c) Macrografía x2. Fuente Propia

- Valor de microdureza media: 134.8 HV - Tamaño medio de grano: 6.18 ASTM

En la micrografía pueden verse granos alargados, que resultan del envejecido realizado después del temple, mantienen una organización alineada de granos alfa, y en su interior puede verse una estructura dendrítica con algunos granos negros de plomo, otros durado oscuro de precipitación de la misma fase.

Por el porcentaje de Zn en el material, se sitúa en la región peritéctica. En la imagen se

puede evidenciar precipitado de β, formada por la reacción peritéctica entre el líquido y ∝ de color más oscuro, con forma de agujas de ∝ en la fase β. La forma angulosa de la fase ∝ se debe a durante la reacción, el líquido que rodea las dendritas primarias reacciona, mostrando dicha forma. (Universidad Complutense, s.f.)

34

CONCLUSIONES

- Por medio del análisis estadístico realizado se pudo modelar una ecuación para cada caso (es decir para cada material y su respectivo tratamiento), la cual permite hacerse una idea cercana del comportamiento de la relación microdureza-tamaño de grano en ASTM. Al revisar la gráfica de dichas ecuaciones se evidencia que a medida que el tamaño de grano disminuye, el valor G (determinado a partir de las Ilustraciones 13, 22, 25 y 28) aumenta al igual que la dureza, así que las gráficas tienen pendiente ascendente, con ello puede deducirse que el aumento del tamaño de grano es inverso al aumento de la dureza, y cada ecuación permitirá hacer una predicción cercana de la dureza que se obtendrá en un tamaño de grano establecido y viceversa.

- Después del envejecimiento se obtienen valores de dureza más altos, esto puede deberse a que durante este proceso el tamaño de grano disminuye, y en el caso del SAE40, se precipita la fase épsilon en forma de granos dentro del grano, durante el temple, lo que según la teoría, aportaría dureza. Esto puede verse en la relación de la tabla 12 y la ilustración 16.

- El bronce SAE40 presenta menor dispersión de datos esto puede estar relacionado con que la estructura es monofase, es decir que las indentaciones realizadas serían siempre en zonas de características similares. Esto puede verse en las tablas 23 y 30

- Los tiempos de ataque varían sustancialmente dependiendo las zonas que se quiera visualizar (esto teniendo en cuenta que a medida que varían las composiciones del bronce o latón, así mismo cambian las fases que va a contener), debido a que el reactivo ataca de manera progresiva y creando capas sobre la superficie atacada, es por ello que fueron necesarias numerosas pruebas de ataque (cuyos resultados no son reflejados en este documento puesto que no se relacionan directamente con los objetivos), variando las versiones del reactivo Klemm y los tiempos, hasta obtener las imágenes más adecuadas.

- Fue posible deducir que el proceso de envejecido ofrece mayor dureza, sin embargo estos tratamientos no ofrecieron variaciones significativas como se puede ver en los valores consignados en el capítulo 7.2, donde los valores de diferencia entre los estados (entrega, temple y temple envejecido) apenas supera los 30 Vickers para el mejor de los casos (latón entrega y latón temple envejecido); sin embargo si se evidenció en las micrografías la creación de múltiples fisuras intergranulares (ilustración 15 y 16), lo que, según la teoría, vuelve más frágil al material.

35

RECOMENDACIONES

- Se sugiere realizar pruebas con tiempos inferiores de ataque a los sugeridos por los textos de guía, ya que siempre existe un factor de error humano en la mezcla de los componentes, la microestructura resultante del tratamiento o el método de realización; para este trabajo se realizaron numerosos ensayos hasta encontrar los tiempos más adecuados para los materiales y tratamientos realizados.

- Establecer previamente las escalas de dureza que serán utilizados de acuerdo al material que se va a trabajar, puede basarse en la información del fabricante, textos académicos, catálogos y fichas técnicas.

- Teniendo en cuenta que se obtuvo que el temple a menor temperatura ofrecía una mayor dureza, se recomienda utilizar esta temperatura para casos prácticos donde se busque explícitamente el aumento de dureza respecto al estado inicial.

- Se recomienda el uso de escala de dureza Vickers ya que el material es blando a comparación de otros materiales ferrosos en los que se puede hacer uso del durómetro, además de que el microdurómetro de la facultad es más preciso.

36

BIBLIOGRAFÍA

ASTM International. (2012). Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens. 9428-2959.

CIMSA. (s.f.). Latones. Obtenido de Aleaciones Cobre - Zinc: http://www.cimsaww.com/internet/es/cupropedia/aleaciones_1/serie_m___z/serie_m___z.jsp

Colombiana de Bronces y Latones E.U. (2018). Latón DIN 17660. Bogotá, Colombia.

David, V.-C. J., Alejandra, C.-V., Antonio, J.-L., Raúl, E.-R., & Carlos, C.-O. (2011). Predicción de la dureza de la aleacion Zn-Al-Cu de acuerdo a su composición en peso. Tultliatan, México: Ingeniería, investigación y tecnología.

Dinaharan, I., & Akinlabi, E. T. (2017). Application of Color Metallography to Study the Microstructure of Friction Stir-Welded Dual-Phase Brass Using Various Etchants. Springer, 6:99–105.

Elkin Barajas Díaz, J. J. (2016). Análisis de la influencia de un tratamiento criogénico en las aleaciones de Bronce SAE 64 y Latón 60-40 por medio de ensayo de dureza y microdureza y pruebas de desgaste Pin on Disk. Bogotá: Universidad Libre.

FormaQ SAS - Formas y Maquinados. (s.f.). Bronce SAE 40. Bogotá, Colombia.

Kenneth G. Budinski, M. K. (2010). Engineering Materials: properties and selection. Pearson Higher Education.

María Numa, J. H. (2016). Contraste de las ventajas de la metalografía a color frente a la convencional en el análisis microscópico de los aceros AISI SAE 4140 Y 1040. Bogotá: Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Nelson Cardoso, J. M. (2017). Estudio de la variación de la microestructura y su correlación con los valores de microdureza en uniones soldadas de acero SAE 8620 . Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Pero-Sanz Eloiz, J. (2006). Ciencia e Ingeniería de Materiales. CIE Dossat.

R. Calabrés, A. C. (1995). Estudio metalográfíco de la calidad del cobre producido en las fundiciones de Cerro Muriano (Córdoba) durante el Período Romano Altoimperial. Revista de Metalurgia.

Serrano, R. (2011). Materiales no ferrosos. En R. Serrano, Ciencia de los materiales (págs. 16-29).

Sharma, R., & Martin, J. (1981). Metallography of E-phase precipitation in dilute Zinc-Copper Alloyes. NY: Metallography.

37

Universidad Carlos III. (s.f.). Departamiento de estadística. Obtenido de Distribución Gaussiana: http://www.est.uc3m.es/esp/nueva_docencia/comp_col_leg/ing_tec_inf_gestion/estadistica/Documentacion/Tablas/tablas2caras.pdf

Universidad Complutense. (s.f.). Atlas Metalográfico. Obtenido de Latón: https://www.ucm.es/atlasmetalografico/x8

Universidad de Oviedo. (s.f.). Metales. Obtenido de LATONES: https://www.unioviedo.es/sid-met-mat/MATMET/LATONES.doc

Universidad Nacional del Comahue. (2017). Resumen de la Norma ASTM E112. Argentina.

Universidad Rafael Landívar. (s.f.). Libros y compendios. Obtenido de Cobre y aleaciones: http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmI/12-Cobre_aleaciones.pdf

Verástegui, T. Z. (2013). Bronce al aluminio con plomo, una alternativa de material antifricción Primera parte: distribución del plomo en los bronces al aluminio. Congreso Nacional de Metalurgia y Ciencia de Materiales, 21-28.

Voort, G. F. (2004). Color Metallography. En G. F. Voort, ASM Handbook, Volume 9: Metallography and Microstructures (págs. p493–512). ASM International.

Webster, A. (s.f.). Tablas Estadísticas. Distribución Normal. En A. Webster, Estadística Aplicada a los Negocios y la Economía (pág. 605).

Zakerinia, H. (2009). Color Metallography; a suitable method for characterization martensite and bainite in multiphase steel. Internation Journal ISSI, 14-18.

Zaragoza, M. B.-E. (2011). Análisis de las propiedades mecánicas del bronce dependiendo del tratamiento térmico. Zaragoza, Zaragoza, España.

38

8 ANEXOS

8.1 SAE 88 TEMPLADO 800ºC

8.1.1 Tabla de datos obtenidos microdureza

Tabla 13: Valores de microdureza para latón templado. Fuente propia.

8.1.2 ANOVA entre las dos probetas

Tabla 14: ANOVA para latón templado. Fuente propia.

Valor de prueba de Fisher en el programa R, donde las hipótesis son:

𝐻𝑜: 𝐹 < 𝐹𝑜 𝑆𝑒 𝑟𝑒𝑐ℎ𝑎𝑧𝑎 𝑙𝑎 ℎ𝑖𝑝ó𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 ℎ𝑎𝑦 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠 𝐻𝑖: 𝐹 > 𝐹𝑜 𝑆𝐸 𝑎𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎 𝑙𝑎 ℎ𝑖𝑝ó𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 𝑛𝑜 ℎ𝑎𝑦 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠

𝐹 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑡𝑒 𝑒𝑠 𝑑𝑒 0.05 𝑐𝑜𝑛 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑡𝑎𝑑 𝑑𝑒 1 𝑦 16 𝐹(0.05)(2,15) = 4.493 𝐹𝑜 = 0.1816

4.493 > 𝐹𝑜; 𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎 𝑙𝑎 ℎ𝑖𝑝ó𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠

Esto significa que no hay diferencias significativas

N Probeta 1 (HV) Probeta 2 (HV)

1 105,0 101,0

2 95,6 95,3

3 85,7 97,0

4 103,0 88,3

5 90,1 115,0

6 145,0 104,5

7 145,0 116,0

8 150,0 151,0

9 107,0 118,0

PROM 114,0 109,6

Origen de las variaciones Suma de cuadrados Grados de libertadPromedio de los cuadrados F Probabilidad

Entre grupos 90,22722222 1 90,22722222 0,1816 0,6757


Total 8041,409444 17

39

8.1.3 Tabla de Factor De Probabilidad

Tabla 15: Factor de probabilidad. Fuente propia

Donde valores del uno al nueve son de la primera probeta y del 10 al 18 son de la segunda probeta. Valores en color verde se encuentras en los cuadrantes entre –Z1 y Z1 en la gráfica normal.

N Mezcla FDP

1 105,0 1,75%

2 95,6 1,21%

3 85,7 0,84%

4 103,0 1,43%

5 90,1 1,01%

6 145,0 0,75%

7 145,0 0,75%

8 150,0 0,58%

9 107,0 1,51%

10 101,0 1,93%

11 95,3 1,60%

12 97,0 1,71%

13 88,3 1,12%

14 115,0 2,05%

15 104,5 2,07%

16 116,0 2,02%

17 151,0 0,18%

18 118,0 1,93%

M 111,8

DS 21,7

40


resultados.

Ilustración 20: Gráfica de valores ponderados. Fuente propia

8.1.5 Tabla con probabilidades de repetividad

Tabla 16: Valores de repetibilidad. Fuente propia

8.1.6 Imagen de conteo de grano

Ilustración 21: Proceso de conteo de grano. Fuente propia

190; 0,02%160; 0,16%

0,00%

0,50%

1,00%

1,50%

2,00%

2,50%

0 50 100 150 200

FDP

Dureza (Hv)

FDP PROBETA 1

FPD PROBETA 2

FDP MEZCLA

Rango Menor Hv

Rango Mayor Hv

Centro Hv


Dispersión 21,7


90,1

133,6

111,8

41

8.1.7 Tabla de conteo de grano

Tabla 17: Tabla de conteo de grano. Fuente propia

8.1.8 Correlación Lineal entre dureza y tamaño de grano

Tabla 18: Correlación lineal SAE 88 Templado. Fuente propia


0,2 465 100


Recta 1 19 179 1194 1207,3 0,5 36,58861 7,10

Recta 2 17 658 594 886,5 0,4 44,58778 7,67

Recta 3 22 545 1200 1318,0 0,6 38,80991 7,27

Recta 4 11 609 1212 1356,4 0,6 18,85504 5,19

Recta 5 14 9 1461 1461,0 0,6 22,27884 5,67

Recta 6 6 916 485 1036,5 0,4 13,45908 4,21

Promedio 6,2

SD 1,4

Hip (mm) NL G


N Granos Hip (Pix)Recta

Microdureza

(Hv)

Tamaño de

grano (u)

72,3 4,0 0,0898

90,1 4,8 0,0684

90,4 5,0 0,0635

108,5 6,0 0,0449

111,8 6,2 0,0425

126,6 7,0 0,0318

131,1 7,3 0,0295

133,6 7,6 0,0267

141,5 8,0 0,0225

Correlación lineal Diámetro

promedio

(ASTM)

42

Ilustración 22: Gráfica de valores de conteo de grano en G, ASTM. Fuente Propia.

Porcentaje de Error de la ecuación

Tabla 19: Tabla de porcentaje de error. Fuente propia.

y = 0,0581x - 0,2932R² = 0,9968

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0

Tam

año

de

Gra

no

Dureza (Hv)

Tamaño de

grano

Diámetro

(ASTM)

Microdureza

Correlación

Microdureza

Grafica%Error

5 0,0898 93,52 91,10 2,6%

6 0,0635 108,48 108,32 0,2%

7 0,0449 126,56 125,53 0,8%

8 0,0318 141,47 142,74 0,9%

9 0,0225 159,15 159,95 0,5%

Promedio 0,99%

SD 0,94%

43

8.2 SAE 40 TEMPLADO 700ºC


Tabla 20: Valores de microdureza. Fuente propia


Tabla 21: ANOVA para análisis de datos. Fuente propia

Valor de prueba de Fisher en el programa R, donde las hipótesis son:






1 74,9 80,5

2 78,7 87,1

3 80,6 82,2

4 84,9 85,1

5 75,6 81,7

6 82,3 82,1

7 84,2 79,7

8 82,2 84,0

9 79,3 70,8

PROM 80,3 81,5


Entre grupos 6,125 1 6,125 0,3642 0,5546


Total 275,185 17

44

8.2.3 Tabla de Factor De Probabilidad

Tabla 22: Valores de factor de probabilidad. Fuente propia



resultados.

N Mezcla FDP

1 74,9 3,28%

2 78,7 10,23%

3 80,6 11,31%

4 84,9 4,82%

5 75,6 4,64%

6 82,3 9,65%

7 84,2 6,13%

8 82,2 9,81%

9 79,3 10,90%

10 80,5 8,46%

11 87,1 4,10%

12 82,2 8,54%

13 85,1 6,34%

14 81,7 8,64%

15 82,1 8,57%

16 79,7 8,04%

17 84,0 7,44%

18 70,8 0,60%

M 80,9

DS 4,0

45

Ilustración 23: Grafico de valores de probabilidad


Tabla 23: Probabilidad de repetividad. Fuente propia


0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

0 20 40 60 80 100 120

FPD

Dureza (Hv)

FDP PROBETA 1

FPD PROBETA 2

FDP MEZCLA

Rango Menor Hv

Rango Mayor Hv

Centro Hv


Dispersión 4,0


76,9

84,9

80,9

46

Ilustración 24: Conteo de grano. Fuente propia



1 106 2


Recta 1 11 920 1 920,0 8,7 1,26739 10,68

Recta 2 10 958 360 1023,4 9,7 1,03576 10,09

Recta 3 9 1066 368 1127,7 10,6 0,84595 9,52

Recta 4 10 1014 408 1093,0 10,3 0,96980 9,91

Recta 5 10 6 946 946,0 8,9 1,12048 10,32

Recta 6 7 6 856 856,0 8,1 0,86680 9,58

Promedio 10,0

SD 0,4

Hip (mm) NL G (Mx)


N Granos Hip (Pix)Recta

47

Tabla 24: Tabla de conteo de grano. Fuente propia


Tabla 25: Correlación lineal SAE 40 Templado. Fuente propia

Ilustración 25: Correlación de durezas y tamaño de grano en G, ASTM. Fuente propia

8.2.9 Porcentaje de Error de la ecuación

Microdureza

(Hv)

Tamaño de

grano (M u)

72,7 9,00 1,590

76,9 9,57 1,300

78,7 9,75 1,225

80,8 10,00 1,120

80,9 10,01 1,116

82,8 10,25 1,057

84,0 10,40 1,019

84,9 10,46 1,004

88,8 11,00 0,794


(ASTM)

(mm)

y = 0,1214x + 0,1925R² = 0,9982

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

FPD

Dureza (Hv)

48

Tabla 26: Porcentaje de error. Fuente propia

Tamaño de

grano

Diámetro

(ASTM)

(mm)

Microdureza

Correlación

Microdureza

Grafica%Error

9 1,59 72,27 72,51 0,3%

10 1,12 80,76 80,74 0,0%

11 0,794 89,30 88,98 0,4%

12 0,561 97,42 97,22 0,2%

13 0,472 105,54 105,45 0,1%

Promedio 0,20%

SD 0,15%

49

8.3 SAE 40 TEMPLADO 700ºC Y ENVEJECIDO 450ºC


Tabla 27: Valores de durezas. Fuente propia


Tabla 28: ANOVA para valores de dureza. Fuente propia

Valor de prueba de Fisher en el programa, Donde las hipótesis son:






1 86,2 79,2

2 83,6 82,1

3 73,2 85,0

4 80,3 79,5

5 82,6 74,1

6 86,6 77,6

7 85,8 83,5

8 83,9 85,0

9 82,6 81,0

PROM 82,8 80,8


Entre grupos 17,60222222 1 17,60222222 1,1784 0,2938


Total 256,6 17

50

8.3.3 Tabla de Facto De Probabilidad

Tabla 29: Valores de factor de probabilidad. Fuente propia


Mezcla

1 86,2 5,35%

2 83,6 9,50%

3 73,2 0,65%

4 80,3 8,12%

5 82,6 9,69%

6 86,6 6,27%

7 85,8 7,38%

8 83,9 9,33%

9 82,6 9,69%

10 79,2 10,07%

11 82,1 10,36%

12 85,0 5,57%

13 79,5 10,41%

14 74,1 1,98%

15 77,6 7,51%

16 83,5 8,33%

17 85,0 5,57%

18 81,0 11,06%

M 81,8

DS 3,9

51


resultados.

Ilustración 26: Grafica de factor de probabilidad. Fuente propia


Tabla 30: Probabilidad de repetibilidad. Fuente propia

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0 20 40 60 80 100 120

FDP

Dureza (Hv)

FDP PROBETA 1

FPD PROBETA 2

FDP MEZCLA

Rango Menor Hv

Rango Mayor Hv

Centro Hv


Dispersión 3,9


77,9

85,7

81,8

52


Ilustración 27: Conteo de grano. Fuente propia

53


Tabla 31: Conteo de grano. Fuente propia


Tabla 32: Correlación lineal SAE 40 Templado y Envejecido. Fuente Propia


1 106 2


Recta 1 13 1016 1 1016,0 9,6 1,35630 10,88

Recta 2 13 832 583 1015,9 9,6 1,35639 10,88

Recta 3 13 832 583 1015,9 9,6 1,35639 10,88

Recta 4 10 832 583 1015,9 9,6 1,04338 10,11

Recta 5 9 1016 1 1016,0 9,6 0,93898 9,81

Recta 6 8 788 637 1013,3 9,6 0,83690 9,49

Promedio 10,3

SD 0,6

NL G (Mx)

Relación

N Granos Hip (Pix) Hip (mm)Recta

Conteo de Grano

Microdureza

(Hv)

Tamaño de

grano (M u)

71,2 9,00 1,590

77,9 9,72 1,252

79,1 10,00 1,120

81,1 10,25 1,057

81,8 10,34 1,034

83,0 10,50 0,994

85,0 10,75 0,912

85,7 10,96 0,843

90,9 11,50 0,667


promedio

(ASTM)

54

Ilustración 28: Correlación de tamaño de grano en G, ASTM y dureza. Fuente propia

8.3.9 Porcentaje de Error de la ecuación

Tabla 33: Error de ecuación. Fuente propia

y = 0,1306x - 0,3362R² = 0,9929

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Tam

año

de

gran

o (

M u

)

Dureza (Hv)

Tamaño de

grano

Diametro

(ASTM)

Microdureza

Correlacion

Microdureza

Grafica%Error

9 1,59 72,12 71,49 0,9%

10 1,12 79,08 79,14 0,1%

11 0,794 85,95 86,80 1,0%

12 0,561 93,76 94,46 0,7%

13 0,472 101,57 102,11 0,5%

Promedio 0,65%

SD 0,36%

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