Guía 01-Identificación Materiales Metálicos

GUIA DE LABORATORIOMATERIALES METÁLICOS

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Guía No 1

IDENTIFICACIÓN DE MATERIALES METÁLICOS

1. OBJETIVO

Reconocer los diferentes tipos de materiales metálicos de manera rápida y sencilla, utilizando métodos elementales.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Aunque existen varias técnicas de caracterización de materiales (algunas de ellas muy complejas), mediante éste laboratorio se explican los métodos empíricos más comunes utilizados para la identificación y selección de metales.

2.1 INSPECCIÓN VISUAL

La inspección visual es considerada como una de las herramientas fundamentales para realizar el primer acercamiento a una diferenciación entre materiales metálicos de distintos tipos. Es así como es posible determinar características como: el color, el brillo, densidad aparente y el acabado superficial, que dan una base para una primera separación por subgrupos.

2.2 MAGNETISMO

La mayoría de los metales ferrosos presentan el magnetismo como una característica propia. En este caso, en general las aleaciones de hierro (aceros y fundiciones) son atraídas por el imán, es decir que son magnéticos. Por el contrario, los metales no ferrosos son no magnéticos y por lo tanto no son atraídos por el imán.

2.3 FRACTURA

Todo material metálico tiene un tipo de fractura característica en forma plana o en forma de copa y cono, evidenciando así; si el metal es frágil o dúctil, respectivamente. Así mismo, el color de la fractura y la granulometría dan indicios del tipo de metal que se trata. En la siguiente tabla se enuncian algunas fracturas características:

Material Color fractura Granulometría ObservaciónFundición Gris gris opaca granos grandes alta fragilidadFundición Nodular

gris opaca granos pequeños gran ductilidad

Fundición Blanca Blanca Granos grandes alta dureza y gran fragilidad.

Aceros gris clara grano muy fino Gran ductilidadAluminio blanca plateada grande (fundido),

muy fino (laminado).Depende del tamaño de grano

Cobre rojiza, fibrosa (cobre puro), amarillo (aleaciones Cu-Zn y Cu-Sn)

Grande (fundido) pequeño (laminado)

Guía No 1. Identificación de Materiales Metálicos 1



2.4 TIMBRE

Este es un método muy utilizado en las fundiciones para diferenciar la fundición gris de la fundición nodular.

- Fundición Gris: es un material frágil de baja resistencia a la tracción que cuando se golpea o se deja caer emite un timbre o sonido seco.

- Fundición Nodular: es un material dúctil de mayor resistencia a la tracción que al golpearlo emite un timbre sonoro.

2.5 CHISPA

Es un método empírico que aunque no es muy exacto, es bastante utilizado para diferenciar los aceros, debido a que da muy rápidamente y a bajo costo la composición química aproximada del acero. Con éste se pueden detectar las diferencias más apreciables entre los aceros de alta y baja aleación. El ensayo consiste en presionar una muestra de acero contra una piedra de esmeril en rotación. La piedra arranca del acero pequeñas partículas y las calienta hasta la temperatura de fusión. Las partículas incandescentes son lanzadas dejando tras de sí una estela de un rayo más o menos de largo, de trazo seguido o interrumpido (rayo principal) según sea la presión con que se actúa entre la pieza y la muela y, según la composición de la muestra. En el haz de chispas se observan color, longitud, continuidad, etc. Ver anexo 1.

2.6 ENSAYO DE DUREZA

No existe una definición universal de dureza sino varias definiciones arbitrarias dependiendo del método utilizado para medirla. Si el ensayo es llevado a cabo en una máquina de dureza, el valor obtenido de dureza estará relacionado directamente a la resistencia que el material presenta a ser penetrado por el indentador, es decir; en función del tamaño de la huella dejada en el material. En general, la dureza de un material es una propiedad relacionada con la firmeza de su contorno, y es posible realizar una medida cualitativa de ésta teniendo en cuenta su resistencia al corte o a la abrasión mediante las dos pruebas descritas a continuación:

a. Prueba de rayadura o de Mohs: Una de las primeras escalas sistemáticas de dureza fue propuesta por Friedrich Mohs. Con ella se puede determinar fácilmente la dureza al rayado de cualquier material. La escala de dureza de Mohs consiste en 10 minerales patrón, numerados por orden de dureza creciente.

Una prueba de rayadura se basa en que si un material es rayado por la fluorita (Nº4) y no lo es por la calcita (Nº3), se le asigna una dureza entre 3 y 4. De la misma manera la dureza de un material se encuentra entre 7 y 8 si es rayado por el topacio (Nº8) y no por el cuarzo (Nº7).

b. Prueba de la lima: Es un método simple utilizado para determinar la dureza como resistencia al corte o abrasión en los metales. Consiste en someter el metal a la acción cortante de una lima de dureza conocida y observar si se produce o no un corte visible. El material que se ensaya se sostiene en la mano o se sujeta bien en una prensa. La lima se mueve lenta pero firmemente sobre la superficie y se retira en cuanto se comprueba si raya o no al material bajo ensayo.




2.7 DENSIDAD: EL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

La densidad es una propiedad empleada ampliamente para caracterizar los materiales y sustancias de todo tipo. Esta se define como la cantidad de masa en una unidad de volumen de la misma sustancia.

De manera empírica es posible determinar la densidad mediante el principio de Arquímedes, el cual dice: “todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido (inmiscible, no solvente) experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojado”. Así, al tomar el peso de una muestra y a continuación sumergirla en agua, es posible determinar el volumen desplazado y realizar el cálculo de la densidad mediante la fórmula = m / V [g / cm3].

3. MATERIALES Y EQUIPOS

Diferentes tipos de metales Beaker Imán, Lima, Prensa Piedra de esmeril giratoria Pita, Tijeras, Pinzas Guantes y gafas de protección Probeta plástica graduada Balanza digital

4. PROCEDIMIENTO

Realizar las siguientes pruebas a muestras metálicas para su identificación. Utilice la tabla del anexo 2 para anotar los datos.

4.1 Con los materiales entregados en el laboratorio, realizar una inspección visual (observar aspectos como color, brillo, acabado superficial y fractura) y hacer una primera separación en varios grupos.

4.2 Realizar prueba de magnetismo en cada grupo de materiales seleccionados, hasta llegar a obtener subgrupos de metales ferrosos y no ferrosos.

4.3 Para determinar el nivel de dureza del metal, tomar las muestras seleccionadas, colocar una a una en la prensa y con el filo de una lima (~60 HRC de dureza), rayarlos lentamente 3 veces, teniendo en cuenta que para todos los materiales el ángulo de inclinación y la presión ejercida sobre la línea deben ser aproximadamente iguales.

4.4 De las muestras preseleccionadas de cada subgrupo: pesar cada una y luego sumergir una a una en una cantidad de agua medida en una probeta graduada, determinando así el volumen desplazado. Con estos datos calcule la densidad del material ensayado.

4.5 Dentro del grupo de los ferrosos, realizar una subdivisión entre los aceros y las fundiciones, mediante el análisis de fractura.

4.6 Dentro del grupo de los ferrosos, utilizando el método del timbre diferenciar una fundición gris de una nodular.

4.7 Dentro del grupo de los ferrosos, utilizando el método de la chispa y con la ayuda del patrón de chispa, identificar los diferentes aceros seleccionados (observar color, longitud, continuidad. Tiene explosiones y donde se dan?




5. CONSULTA

1. ¿Cuáles son las excepciones de los materiales metálicos ferrosos que tienen un comportamiento no ferromagnéticos?2. ¿Cuáles son las excepciones de los materiales metálicos no ferrosos que tienen un comportamiento ferromagnéticos?3. ¿Qué hace que un material metálico tenga la condición de ferromagnetismo?4. ¿Cuáles son las excepciones de los materiales metálicos no ferrosos que producen chispa?5. ¿Qué es la fractura en materiales metálicos, como se clasifica y qué importancia tiene conocer de este tema durante el desempeño como ingeniero?6. ¿Qué métodos precisos existen para la determinación de la composición química de un metal puro o una aleación?7. ¿Consulte las densidades de los siguientes metales y aleaciones:aluminio, cobre, estaño, Zinc, magnesio, titanio, plomo, níquel, cobalto; AA1060, AA2024, AA7075, AISI-SAE 1008, AISI-SAE 1030, AISI-SAE 1045, AISI-SAE 1070, AISI D3, AISI H13, AISI P20, AISI 304, AISI 410, AISI 430, ACI CA-6NM, ACI CF-8, ASTM A128 grado C, ASTM A536 grado 80-56-08, ASTM A532 clase II, tipo A, ASTM A48 clase 40, latón (70Cu-30Zn), Bronce (SAE 64, SAE 65, SAE 68B), Ti-6Al-4V, Babbitt, base plomo (SAE 14).8. ¿Consulte para los metales y las aleaciones citadas en el numeral 7, algunas aplicaciones industriales?

6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

6.1 LEYENSETTER, A. Tecnología de los oficios metalúrgicos. Barcelona: Reverté, 1994.

6.2 NEELY, John. Metalurgia y materiales industriales. 2da. edición. México: Limusa, 2001.

6.3 AVNER, Sidney. Introducción a la metalúrgia física. 2da edición. México: Mc. Graw Hill. Interamericana, 1992.

6.4 ASM. Metals Handbook. Vol. 10. Materials Characterization. American Society for Metals. 1988.

6.5 GUY, A G. Fundamentos de Ciencia de materiales. México: Mc Graw Hill. 1980.

6.6 DAVIS, J.R. Aluminum and Aluminum Alloys ASM SPECALITY HANDBOOK. ASM International.

6.7 DOAN, Gilbert. The principles of physical metallurgy. New York: Mc Graw-Hill 1952.

6.8 SIDELPA S.A. Manual de Aceros Especiales de Sidelpa. Cali: Igratal Ltda., 1999.

6.9 CHIAVERINI, Vicente. “Aceros y fundiciones de hierro”. ILAFA, 1985. p.336-338.




ANEXO 1: TABLA PARA IDENTIFICACIÓN DE METALES MEDIANTE CHISPAFORMA DE LAS

CHISPASIMÁGENES DE CHISPAS

TIPO DEACERO

AISIStanda

rd

Composición

en %

Ramillete con espinas, y puntas de lanza color rojo

Acero templado y revenido

41400,42 C1,1 Cr0,2 Mo

Líneas continuas, algunas espinas, formado por estallidos de Carbono

Acero endurecido

0,21 C1,3 Mn1,2 Cr

Líneas continuas, más espinas se formaron por estallidos de Carbono

Acero al carbono para herramientas

10450,45 C0,3 Si0,7 Mn

Muchos estallidos de Carbono que empiezan al pie del haz, muchos ramos

Acero al carbono para herramientas

W11,05 C0,2 Si0,2 Mn

Antes de los estallidos de Carbono se incrementa la luz en el flujo primario. Muchos ramos

Acero aleado con Mn-Si

S4 0,60 C1,0 Si1,1 Mn0,3 Cr




pequeños

Flujo de líneas amarilla, aclarando en el centro, formando espinas en los extremos

Acero para herramientas aleado Mn

02

0,90 C2,0 Mn0,4 Cr0,1 V

Pocos estallidos finos de Carbono seguidos por club liso luminoso

Acero para herramientas aleado W

S1

0,60 C0,6 Si1,1 Cr0,2 V2,0 W

Un flujo delgado y lineal, el cuadro de la chispa vivo, líneas discontinuas en las cabezas

Acero para herramientas aleado Cr-W

O1

1,05 C1,0 Mn1,0 Cr1,2 W

Haz corto Templado: con pocos Endurecido: con muchos ramos luminosos

Acero para herramientas aleado con Cr carbono alto, ledeburita alta

D2

1,55 C12,0 Cr0,7 Mo1,0 V

El flujo de líneas continuas, alguno los estallidos de carbono, línea coloreada de naranja

Acero para trabajo en caliente, alta aleación

H13 0,40 C1,0 Si5,3 Cr1,4 Mo1,0 V




en la cabeza

El flujo de líneas rojo oscuro con brillo en la punta de la lanza, pocas espinas

Acero de alta velocidad

M2

0,90 C4,1 Cr5,0 Mo1,9 V6,4 W

Líneas del flujo rojas, punteadas oscuras con brillos en las cabezas de la línea

Acero de alta velocidad

T42

1.23 C4,1 Cr3,8 Mo3,3 V

10,0 W10,5 Co

Haz corto con espina como los estallidos de carbono

Acero inoxidable

4200,40 C13,0 Cr

Flujo continuo, línea sin los estallidos de carbono

Acero inoxidable

304<0,07 C18,5 Cr9,0 Ni




ANEXO 2: TABLA RESUMEN DE MUESTRAS METALICAS

No.muestra

INSPECCION VISUAL MAGN.DUREZA

[HRC] CHISPAFRACT

URATIMBRE DENSIDAD

POSIBLE MATERIAL

Color Brillo

Acabado

Si No <60 60 >60 Si No

Masa Vol. D

D teórica %

fabricación (g) (cm3)

(g.cm-3) (g.cm-3) Error


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