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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. ESTUDIO DEL ACERO UTILIZADO EN UNA BARRA ESTABILIZADORA AUTOMOTRIZ. TESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO MECÁNICO PRESENTAN: ABRAHAM CHÁVEZ SANTIBÁÑEZ SALOMÓN MARTÍNEZ MIRA ASESOR: M. en I. JESÚS GARCÍA LIRA COASESOR: ING. LUCIA GARCÍA LUNA MÉXICO D.F. 2008

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA.

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO.

ESTUDIO DEL ACERO UTILIZADO EN UNA BARRA ESTABILIZADORA AUTOMOTRIZ.

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO MECÁNICO

PRESENTAN:

ABRAHAM CHÁVEZ SANTIBÁÑEZ

SALOMÓN MARTÍNEZ MIRA

ASESOR:

M. en I. JESÚS GARCÍA LIRA

COASESOR:

ING. LUCIA GARCÍA LUNA

MÉXICO D.F. 2008

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AGRADECIMIENTOS  Y  DEDICATORIAS.  

A Dios:

Por haberme guiado con fortaleza y sabiduría, dándome la bendición de alcanzar este triunfo

A mis Padres:

Jorge Chávez Torres por su apoyo incondicional y formación para ser una mejor persona; Laura Santibáñez Hernández que junto conmigo ha logrado la culminación de esta etapa de mi vida con sus consejos y comprensión. Sin ellos dos no hubiese podido obtener éxitos como este.

A mis Hermanos:

Yasmin , Iván y Jonathan Por su cariño, apoyo y comprensión ya que su ejemplo ha sido importante para mí .

A mi novia:

Regina Carrero por su paciencia y comprensión lo cual me ha impulsado y mantenido firme en realizar mis metas.

A todos mis familiares y amigos:

Que de una u otra manera estuvieron pendientes a lo largo de este proceso, brindado su apoyo incondicional.

Atte.: Abraham Chávez Santibáñez

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AGRADECIMIENTOS  Y  DEDICATORIAS. 

A mis Padres y Hermanos

Porque gracias a su cariño guía y apoyo he llegado a realizar uno de los anhelos más grandes de mi vida, fruto de inmenso apoyo, amor y confianza que en mi se deposito y con los cuales he logrado terminar mis estudios profesionales que constituyen el legado más grande que pudiera recibir y por lo cual les viviré eternamente agradecido.

Con cariño y respeto

Salomón Martínez Mira    

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INDICE  

JUSTIFICACIÓN. ........................................................................................................................................ 5 

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .......................................................................................................... 6 

OBJETIVO .................................................................................................................................................. 7 

INTRODUCCIÓN. ....................................................................................................................................... 8 

CAPITULO I. .......................................................................................................................................... 9 

1.  GENERALIDADES. .......................................................................................................................... 9 

1.1.  BARRA DE TORSIÓN .................................................................................................................. 9 

1.2.  BARRA ESTABILIZADORA ........................................................................................................ 10 

1.3.  RELACIÓN ENTRE FLEXIBILIDAD DE LA ESTABILIZADORA Y BALANCEO DE CARROCERÍA. ..... 11 

1.4.  BALLESTAS O MUELLES ........................................................................................................... 18 

1.5.  RESORTES ............................................................................................................................... 20 

1.6.  AMORTIGUADORES ................................................................................................................ 20 

1.7.  BARRA ESTABILIZADORA ........................................................................................................ 21 

A)  SUSPENSIÓN RÍGIDA ............................................................................................................... 23 

B)  SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE ................................................................................................ 23 

CAPITULO II ........................................................................................................................................ 25 

2.  EL ACERO Y SUS PROPIEDADES .................................................................................................. 25 

2.1.  OBTENCIÓN DEL ACERO ..................................................................................................... 25 

2.1.1.  CHATARRA ...................................................................................................................... 27 

2.1.2.  FERROALEACIONES ......................................................................................................... 29 

2.1.3.  FUNDENTES .................................................................................................................... 29 

2.1.4.  PRINCIPIOS BÁSICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL ACERO ................................................ 30 

2.1.5.  FABRICACIÓN DE ACERO EN HORNO ELÉCTRICO ........................................................... 32 

2.1.6.  CONTROL DEL PROCESO ................................................................................................. 34 

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2.1.7.  COLADA CONTINUA ........................................................................................................ 35 

2.2.  CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ............................................................................................. 36 

2.2.1.  ACEROS AL CARBONO .................................................................................................... 36 

2.2.2.  ACEROS ALEADOS ........................................................................................................... 37 

2.2.3.  ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRA RESISTENTES .......................................................... 37 

2.2.4.  LOS ACEROS INOXIDABLES ............................................................................................. 38 

2.2.5.  ACEROS DE HERRAMIENTAS .......................................................................................... 40 

2.3.  EFECTO DE LOS AGENTES ALEANTES EN LOS ACEROS ........................................................... 40 

CAPITULO III ....................................................................................................................................... 44 

3.  PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO ..................................................................................... 44 

3.1.  CONCEPTOS GENERALES .................................................................................................... 44 

3.2.  PRUEBAS MECÁNICAS ........................................................................................................ 45 

3.3.  ENSAYO DE DUREZA ........................................................................................................... 51 

3.4.  METALOGRAFÍA ÓPTICA ..................................................................................................... 64 

CAPITULO IV. ...................................................................................................................................... 66 

4.  PARTE EXPERIMENTAL ............................................................................................................... 66 

4.1.  METODOLOGÍA DE LA CARACTERIZACIÓN ......................................................................... 66 

4.2.  OBTENCIÓN DE LA DUREZA ................................................................................................ 68 

4.3.  PROCEDIMIENTO PARA LLEVAR A CABO EL ENSAYO DE LA CHISPA .................................. 69 

CAPITULO V ........................................................................................................................................ 77 

5.  ANÁLISIS Y RESULTADOS ............................................................................................................ 77 

5.1.  APLICACIÓN  DE LA DUREZA ............................................................................................... 77 

5.2.  APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE MICROSCOPIA ÓPTICA ..................................................... 77 

CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 84 

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................... 86 

 

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JUSTIFICACIÓN.

La justificación de este trabajo es la comprobación de las propiedades mecánicas

que contiene una barra estabilizadora automotriz, para poder determinar el tipo de

acero utilizado y de esta manera poder plantear las posibles causas del por que el

material se llega a fracturar, cuando este realiza su trabajo en el automóvil.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En este trabajo se realizo un análisis previo al material en estudio haciendo prueba

de chispa y dureza; posteriormente se analizo por medio de la microscopia óptica, el

cambio microestructural del acero, debido al trabajo que realiza el material como

barra estabilizadora.

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OBJETIVO

El objetivo de este trabajo es estudiar las propiedades mecánicas de un acero que

es utilizado como parte automotriz (barra de suspensión), de la cual se analizaran

sus propiedades mecánicas sin ningún tratamiento previo. La pruebas a realizar son

la dureza y microscopia óptica, esta última para observar la variación de tamaño de

grano y la estructura. Para poder determinar el tipo de acero del cual esta hecha la

barra estabilizadora.

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INTRODUCCIÓN.

En la actualidad el uso de barras y placas de acero al carbono son usados ampliamente en las plantas industriales principalmente en procesos de manufactura de equipos, partes automotrices, herramientas, etc. Por lo cual se analizaran las condiciones de la barra estabilizadora.

El efecto de la temperatura modifica las propiedades mecánicas y estructurales del acero, ya que la barra estabilizadora lleva procesos de forja, por lo que se medirán las propiedades mecánicas tales como la dureza, y el cambio de la estructura.

Se pondrá especial atención en el tratamiento que se le realiza a esta barra, ya que es utilizada como barra estabilizadora en todos los automóviles.

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CAPITULO I. 1. GENERALIDADES.

1.1. BARRA DE TORSIÓN

Elemento utilizado en la suspensión y compuesto por una o varias barras. Se

intercala entre la rueda y la carrocería del vehículo y absorbe las irregularidades del

terreno al retorcerse sobre su eje (torsión). Un extremo de la barra está fijo en la

carrocería mientras que el otro gira con la suspensión.

La barra de torsión es un elemento que completa el conjunto de suspensión para

situaciones de manejo más exigentes y precisas, siendo un accesorio clave en los

autos con poca altura y modificados de suspensión.

En la barra de torsión, cuando una rueda pisa una irregularidad del terreno, la barra

tiende a retorcerse ofreciendo resistencia

Basado en el sistema de barra de torsión, se emplea la llamada barra estabilizadora,

que sirve para controlar y corregir la tendencia que tiene la carrocería a inclinarse al

tomar una curva, Figura 1.

Figura 1. Sistema de suspensión delantera usando barras de torsión montadas

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1.2. BARRA ESTABILIZADORA

La suspensión automotriz está compuesta por una barra de acero que está unida a

cada rueda de un mismo eje. Une a las dos ruedas de un mismo eje, de forma que el

movimiento de una de ellas forzar a la otra a girar en el mismo sentido. Esta barra

limita el balanceo, porque, para que el bastidor se incline, debe comprimir el muelle

de ese lado y, en cierta medida, también el del opuesto.

Cuanto menos flexible sea la barra estabilizadora, tanto mayor movimiento comunica

de una rueda a otra y, por lo tanto, limita más el balanceo, así como el confort de la

marcha, porque hace que las irregularidades sobre las que pasa una de las ruedas

se transmitan a la otra.

Si la barra es muy rígida, el movimiento de la suspensión de un lado interferirá en el

otro, creando un comportamiento nervioso en el vehículo. Una barra muy blanda

permitirá grandes balanceos de la carrocería pero será más confortable la

suspensión.

La forma de la barra estabilizadora depende del esquema de suspensión de cada

vehículo, figura 2; si bien siempre van instaladas perpendicularmente al eje

longitudinal del coche, a igualdad de diseño, cuanto más gruesa es una

estabilizadora mayor es su resistencia a la torsión y, por tanto, mayor su efecto anti

balanceo. Pero como casi siempre, debe encontrarse un compromiso, pues a mayor

rigidez mayor interferencia en el funcionamiento entre los dos lados de la

suspensión.

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Figura 2. Barra estabilizadora.

1.3. RELACIÓN ENTRE FLEXIBILIDAD DE LA ESTABILIZADORA Y BALANCEO DE CARROCERÍA.

El balanceo de un coche al tomar una curva puede llegar a ser de un valor

importante, y convertirse en un movimiento perjudicial para su estabilidad y equilibrio

dinámico. El elemento de la suspensión que se utiliza mas habitualmente para

disminuirlo es la barra anti balanceo, también llamada estabilizadora, figura 3a.

Como se menciono anteriormente consiste en una barra de acero que, unida a la

carrocería por su parte central, va anclada por cada uno de sus extremos a los

elementos de la suspensión derecha e izquierda de cada eje. En sentido vertical,

cuando las ruedas de ambos lados oscilan al unísono, su acción es nula (parte

superior del dibujo).

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En cambio, cuando existe una diferencia de recorrido en una rueda respecto de la

otra, o bien cuando hay una inclinación lateral en la masa suspendida, la barra

transfiere peso de la carrocería de una rueda a otra. En caso de ser una curva lo que

hace inclinarse a la carrocería, transfiere peso de la parte interior a la exterior a la

curva, figura 3b.

Figura 3. Relación entre flexibilidad y balanceo.

Si la barra es muy rígida, puede llegar al límite a levantar la rueda interior. Si va

montada en un eje que lleva tracción, en caso de levantar una rueda tenderá a

perderla en el momento en que el balanceo sea superior a un cierto valor. Este

efecto de torsión en la barra que produce la transferencia de peso de la rueda

interior a la curva hacia la exterior, aumenta la adherencia en la rueda exterior, pero

sólo si esa rueda está en condiciones de soportar la sobrecarga. De esta manera, la

estabilizadora, a la vez que limita el balanceo, aumenta la adherencia transversal de

la rueda exterior.

Si, por geometría de la suspensión o por reparto de pesos estáticos del vehículo, esa

rueda no se encuentra en ese momento en óptima condición para admitir el

incremento de peso, el efecto de la transferencia de peso es negativo: aumenta la

(a) Flexibilidad

(b) Balanceo

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deriva exageradamente, sobrepasa el máximo de la curva de adherencia del

neumático y, por tanto, disminuye la fuerza lateral que es capaz de generar, figura 4.

Figura 4. Suspensión y dirección automotriz.

Manejando adecuadamente la dimensión o el mecanismo de accionamiento de la

barra anti balanceo, así como combinando la acción de la suspensión delantera y la

trasera, podemos conseguir acomodar el comportamiento del vehículo a nuestras

necesidades.

El departamento de la marca que está desarrollando el modelo de que se trate,

medirá el ángulo que toma el extremo de la barra al inclinarse la carrocería hacia el

exterior, y la calculará entonces dimensionalmente para alcanzar el equilibrio más

afinado del vehículo hasta conseguir la máxima eficacia. Tendrá que medir

previamente el que va a tomar el coche ante una aceleración lateral máxima en

curva, para adecuarse a la utilización que le va a dar el usuario o, lo que es peor a

veces, a la economía en la fabricación.

En la figura 5, se puede apreciar las fuerzas que interactúan en el análisis de la

barra estabilizadora.

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Este cálculo solo comprende las fuerzas horizontales que serán consideradas. Aquí

las fuerzas verticales existen, pero la suma de ellas es igual a cero en cualquiera de

sus direcciones ya sea vertical u horizontalmente. Este trabajo se enfocara

directamente en un análisis de las fuerzas horizontales. La estabilidad del conjunto

de suspensión dependerá directamente del balanceo de las fuerzas que existen en

el paralelogramo, siendo este factor el que determina el agarre y estabilidad del

automóvil en circunstancias de manejo extremadamente sinuosas. Matemáticamente

esto se representa de la siguiente manera:

( ) = ( ) o = ) I.I

Las fuerzas l1 y l2 son las encargadas de ofrecer el agarre al piso de una manera

simple y práctica que está basada en el objetivo de un amortiguador que no es otro

que el de mantener lo más posible el neumático sobre el piso, no importando las

deformidades del camino. (l1), mientras que (l2

Figura 5. Diagrama de fuerzas.

) es la resistencia que ofrece el

neumático contra el piso a la oposición de fuerzas.

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Se puede observar que el beneficio real al incorporar una barra estabilizadora será el

equilibrio de fuerzas que generan el arreglo de fuerzas l1 y l2, siendo esta barra de

torsión un elemento que comparte la carga del sistema de fuerzas haciendo que

nuestro automóvil se comporte de una manera excepcional debido al agarre que

adopta con el balance en el sistema de fuerzas.

Contrario al análisis anterior mucha gente piensa que la barra estabilizadora trabaja

bajo presión y no bajo tensión. Esta observación nace parcialmente de la percepción

de que algunos autos incorporan graduadores para acercar más los puntos de

referencia del esfuerzo en el centro del automóvil.

En conclusión, se puede adaptar de manera fácil una barra estabilizadora y con ello

el control de manejo sobre la tracción del automóvil será notable, se debe de

analizar que esto no es cuestión solo de soldar un tubo a las dos bases y se tendra

una barra estabilizadora instantánea, esto se hace en base a un cálculo de fuerzas

(sistema de fuerza vectoriales) que puedan determinar el ancho, largo, material,

altura y presión de una barra estabilizadora, Figura 6.

La ecuación general de la torsión es:

I.II

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Figura 6. Barra de torsión.

Donde:

α = el ángulo de torsión en radianes

m = momento torsor (m = p.b)

b = longitud del brazo

p = carga

l y d =longitud y diámetro de la barra

g = modulo de elasticidad a cortadura

2/10

32dπ

= I.III

La flexibilidad para ángulos pequeños viene dada por:

f = b sen α I.IV

donde:

α = ángulo de torsión por 100 Kg. I.V

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Esfuerzo cortante

3

( )( )0.2( )

/ 2O

M P bl d

d

τ = =

I.VI

En el mercado existen varias reconocidas marcas que elaboran estos accesorios en

base al mencionado análisis, dentro de las que destacan NEUSPEED, EIBACH,

IMSHER, MOMO, y MASTRIX.

El sistema de suspensión del vehículo es el encargado de mantener las ruedas en

contacto con el suelo, absorbiendo las vibraciones, y movimiento provocados por las

ruedas en el desplazamiento de vehículo, para que estos golpes no sean

transmitidos al bastidor.

El sistema de suspensión es uno de los 6 sistemas que posee el vehículo.

Este tiene por finalidad además suspender y absorber los movimientos bruscos que

se producirían en la carrocería, por efecto de las irregularidades que presenta el

camino, proporcionando una marcha suave, estable y segura.

Para lograr dicha finalidad estos componentes deben ir entre el bastidor (o

carrocería) y los ejes donde van las ruedas.

Todos los elementos de un automóvil, como el motor y todos sus sistemas de

transmisión han de ir montados sobre un armazón rígido.

Es fácil deducir que necesitamos una estructura sólida para soportar estos órganos.

La estructura que va a conseguir esa robustez se llama bastidor y está formado por

dos fuertes largueros (l) y varios travesaños (t), que aseguran su rigidez, figura 7.

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Figura 7. Bastidor automotriz.

Hoy en día en la fabricación de autos se emplea el sistema de auto bastidor, llamado

también carrocería auto portante o monocasco, en el cual la carrocería y el bastidor

forman un solo conjunto.

Figura 8. Bastidor y carrocería.

Los elementos de la suspensión, se complementan con los de la amortiguación que,

al contrario de lo que piensa mucha gente, no es lo mismo.

1.4. BALLESTAS O MUELLES

La figura 9, se muestra como está compuesta una muelle, por una serie de soleras

de acero superpuestas de longitud decreciente.

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Actualmente, se usa en camiones y automóviles pesados. La hoja más larga se

llama maestra y entre las hojas se intercala una lámina de cinc para mejorar su

flexibilidad.

Figura 9. Muelles automotrices.

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1.5. RESORTES Están formados por un alambre de acero enrollado en forma de espiral, tienen la

función de absorber los golpes que recibe la rueda, figura 10.

Figura 10. Suspensión trasera automotriz.

1.6. AMORTIGUADORES Tienen como misión absorber el exceso de fuerza del rebote del vehículo, es decir,

eliminando los efectos oscilatorios de los muelles. Pueden ser de fricción o

hidráulicos y estos últimos se dividen en giratorios, de pistón y telescópicos, éstos

son los más usados, figura 11.

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Figura 11. Amortiguador.

1.7. BARRA ESTABILIZADORA Es una barra de acero, que suele colocarse en la suspensión trasera, su misión es

impedir que el muelle de un lado se comprima excesivamente mientras que por el

otro se distingue, figura 12.

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Figura 12. Barra estabilizadora.

En función de la disposición de los ejes y puente trasero la suspensión se clasifica

en:

a) suspensión rígida.

Clasificación

b) suspensión independiente.

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A) SUSPENSIÓN RÍGIDA

Se caracteriza por que ambas ruedas unidas por el eje común y las trepidaciones de

una rueda se transmiten a la otra. Estamos considerando las ruedas unidas por el

correspondiente eje, esto es, por un eje rígido, pero esto repercute en la suspensión

haciéndola poco eficaz, porque que al salvar una rueda un obstáculo, repercute en la

opuesta, figura 13.

Figura 13. Suspensión rígida.

B) SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE

Se caracteriza por que cada rueda tiene su propio eje y su propio sistema de

suspensión, por lo tanto las trepidaciones u oscilaciones de una rueda no se

transmiten a la otra, figura 14.

Figura 14. Suspensión independiente.

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Las suspensiones rígidas o independientes pueden ir tanto en las ruedas delanteras,

como en las traseras, por lo tanto los vehículos pueden tener:

a) suspensión rígida a las cuatro ruedas (micros)

b) suspensión independiente a las cuatro ruedas (camionetas)

c) suspensión rígida a las ruedas traseras y suspensión independiente en las

ruedas delanteras

Las suspensiones rígidas pueden ser:

a) por paquete de resortes

b) por espirales

Las suspensiones independientes pueden ser en algunos casos:

Entre bandeja inferior y travesaño (chevy nova).

por espiral

sobre la bandeja superior y carrocería (f. falcón).

Entre brazo de suspensión y cilindro.

por barra estabilizadora En forma transversal.

En forma longitudinal.

c) por paquete de resortes transversal (fiat-600)

d) Mc-Pherson (Peugeot 404)

e) hidroneumáticas

f) hidro - elástica

g) electro – neumáticas

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CAPITULO II

2. EL ACERO Y SUS PROPIEDADES

2.1. OBTENCIÓN DEL ACERO El fierro en estado puro no posee la resistencia y dureza necesarias para las

aplicaciones de uso común. Sin embargo, cuando se combina con pequeñas

cantidades de carbono se obtiene un metal denominado acero, cuyas propiedades

varían en función de su contenido en carbono y de otros elementos en aleación,

tales como el manganeso, el cromo, el silicio o el aluminio, entre otros. El acero se

puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales:

a). El arrabio, obtenido a partir de mineral en un alto horno.

b). Las chatarras o desperdicios metálicos que condicionan el proceso de

fabricación.

En líneas generales, para fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor

con oxígeno, mientras que partiendo de chatarra como única materia prima se utiliza

exclusivamente el horno eléctrico (proceso electrosiderúrgico), figura 14.

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Figura 15. Obtención del acero.

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La composición de un acero viene definida por su fórmula química,

fundamentalmente fierro y carbono, así como la presencia de una variada gama de

elementos que aportan las características específicas y necesarias para cada tipo de

acero.

Para la elaboración del acero podemos utilizar un proceso de un horno eléctrico y se

parte de chatarras seleccionadas que se mezclan con ferroaleaciones (elementos

aleantes) para obtener la composición y especificación deseada, siendo

imprescindible la adición de otros elementos, denominados fundentes, que colaboran

en el proceso de obtención del acero absorbiendo y eliminando los elementos

indeseables.

2.1.1. CHATARRA

La principal materia prima empleada en la fabricación de acero en horno eléctrico es

la chatarra, cuyo coste puede representar el 50 % de los costes de producción de

una palanquilla de acero al carbono, y cuyas propiedades y características van a

repercutir de forma muy importante en la calidad final del producto obtenido. por ello

ha de prestarse una especial atención a la procedencia y composición de la misma

con el fin de obtener un elevado grado de calidad, para lo cual se la somete a

severos controles e inspecciones por parte del fabricante de acero, tanto en su lugar

de origen como en el momento de la recepción del material en fábrica. La calidad de

la chatarra depende de tres factores:

a). su facilidad para ser cargada en el horno;

b). su comportamiento de fusión (densidad de la chatarra, tamaño, espesor, forma,

etc.)

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c). su composición, siendo fundamental la presencia de elementos residuales que

sean difíciles de eliminar en el proceso del horno.

Atendiendo a su procedencia, la chatarra se puede clasificar en tres grandes grupos:

a). Chatarra reciclada: formada por despuntes, rechazos, etc. originados en la propia

fábrica. Se trata de una chatarra de excelente calidad.

b). Chatarra de transformación: producida durante la fabricación de piezas y

componentes de acero (virutas de máquinas herramientas, recortes de prensas y

guillotinas, etc.).

c). Chatarra de recuperación: suele ser la mayor parte de la chatarra que se emplea

en la acería y procede del desguace de edificios con estructura de acero, plantas

industriales, barcos, automóviles, electrodomésticos, etc., figura 16.

Figura 16. Almacén de chatarra sólida.

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Los controles a los que se somete la chatarra se producen en tres niveles:

1). inspección en origen por parte de personal especializado.

2). inspección visual en el momento de la descarga en puerto para material importado.

3). control de recepción en fábrica de forma exhaustiva por unidad de transporte, con

independencia de la procedencia del material (nacional o importado), con el fin

de eliminar todo elemento nocivo, materias explosivas o inflamables, material

radiactivo, así como de todos aquellos metales no férreos, tierras, cuerpos

extraños, etc.

2.1.2. FERROALEACIONES

Las ferroaleaciones son combinaciones de hierro con manganeso y silicio,

principalmente, y de bajo contenido en fósforo y azufre, que se añaden en el baño

para conseguir la composición final deseada en el acero. En ocasiones se añaden

metales puros. Los más utilizados suelen ser el níquel, cobalto, cobre y aluminio.

Cuando es preciso incrementar el nivel de carbono, se introducen en la carga

materiales que tengan un elevado contenido de este elemento, como puede ser el

coque.

2.1.3. FUNDENTES

La principal misión de los materiales fundentes en la formación de una escoria que

recoja, durante los procesos de fusión y afino, los elementos que se introducen con

la carga que pueden ser perjudiciales para el acero final, dejando el baño limpio de

impurezas.

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El fundente más utilizado es la cal, que puede incluso inyectarse en forma de polvo

con oxígeno en el horno eléctrico a través de una lanza, fluyendo rápidamente sobre

la escoria y disolviéndose en la misma. Existen otros materiales utilizados como

agentes fluidificantes de la escoria para mantenerla en óptimas condiciones a lo

largo del periodo de afino. Se trata de la ferrita, la bauxita y el fluorespato, para

escorias oxidantes, y del fluoruro de calcio de fluorespato para escorias reductoras,

figura 17.

Figura. 17. Fundente para fusión del acero (piedra caliza).

2.1.4. PRINCIPIOS BÁSICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL ACERO

La obtención del acero pasa por la eliminación de las impurezas que se encuentran

en el arrabio o en las chatarras, y por el control, dentro de unos límites especificados

según el tipo de acero, de los contenidos de los elementos que influyen en sus

propiedades.

Las reacciones químicas que se producen durante el proceso de fabricación del

acero requieren temperaturas superiores a los 1000 ºc para poder eliminar las

sustancias perjudiciales, bien en forma gaseosa o bien trasladándolas del baño a la

escoria.

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Tabla 2.1.4.1 PRINCIPALES REACCIONES QUÍMICAS EN EL AFINO.

Elemento forma de eliminación reacción química

Carbono Al combinarse con el oxígeno se

quema dando lugar a y

gaseoso que se elimina a través de

los humos.

Manganeso Se oxida y pasa a la escoria.

Combinado con sílice da lugar a

silicatos.

Silicio Se oxida y pasa a la escoria.

forma silicatos

Fósforo En una primera fase se oxida y pasa

a la escoria.

En presencia de carbono y altas

temperaturas puede revertir al baño.

Para fijarlo a la escoria se añade cal

formándose fosfato de calcio.

Azufre Su eliminación debe realizarse

mediante el aporte de cal, pasando a

la escoria en forma de sulfuro de

calcio. La presencia de manganeso

favorece la desulfuración.

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2.1.5. FABRICACIÓN DE ACERO EN HORNO ELÉCTRICO

La fabricación del acero en horno eléctrico se base en la fusión de las chatarras por

medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño fundido.

El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30

mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera que alberga el

baño de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles

refrigerados por agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la

chatarra a través de unas cestas adecuadas. La bóveda está dotada de una serie de

orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son

gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de diámetro. Los electrodos se

desplazan de forma que se puede regular su distancia a la carga a medida que se

van consumiendo.

Los electrodos están conectados a un transformador que proporciona unas

condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco, con

intensidad variable, en función de la fase de operación del horno. Otro orificio

practicado en la bóveda permite la captación de humos, que son depurados

convenientemente para evitar contaminar la atmósfera.

El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para

proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del baño.

El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la

fase de afino.

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2.1.5.1. FASE DE FUSIÓN

Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes

(principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los

electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir

completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la

capacidad del horno, constituyendo este acero una colada, que dependiendo del

tamaño del horno estará comprendida entre 100 y 150 toneladas.

2.1.5.2. FASE DE AFINO

El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda

en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y

se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio,

manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por

medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios

(cromo, níquel, molibdeno, vanadio, titanio, etc.)

Figura 18. Vaciado del acero del horno a una olla.

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El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material

refractario, que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que

termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada

para la siguiente fase en el proceso de fabricación, figura 18.

2.1.6. CONTROL DEL PROCESO

Para obtener un acero de calidad el proceso debe controlarse en todas sus fases

empezando, como ya se ha comentado, por un estricto control de las materias

primas cargadas en el horno

durante el proceso se toman varias muestras del baño y de las escorias para

comprobar la marcha del afino y poder ir ajustando la composición del acero durante

el proceso se toman varias muestras del baño y de las escorias para comprobar la

marcha del afino y poder ir ajustando la composición del acero. Para ello se utilizan

técnicas instrumentales de análisis (espectrómetros) que permiten obtener

resultados en un corto espacio de tiempo, haciendo posible un control a tiempo real

y la adopción de las correcciones precisas de forma casi instantánea, lográndose así

la composición química deseada. Los dos elementos que más pueden influir en las

características y propiedades del acero obtenido, el carbono y el azufre, se controlan

de forma adicional mediante un aparato de combustión leco. Pero además de la

composición del baño y de la escoria, se controla de forma rigurosa la temperatura

del baño, pues es la que determina las condiciones y la velocidad a la que se

producen las distintas reacciones químicas durante el afino.

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2.1.7. COLADA CONTINUA

Finalizado el afino la cuchara de colada se lleva hasta la artesa receptora de la

colada continua donde vacía su contenido en una artesa receptora dispuesta al

efecto.

La colada continua es un procedimiento siderúrgico en el que el acero se vierte

directamente en un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la

forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar; en nuestro caso la

palanquilla, figura 19.

Figura 19.Maquina de colada continua.

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La artesa receptora tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el acero

líquido en varias líneas de colada, cada una de las cuales disponen de su lingotera o

molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su refrigeración con

agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera se mueve

alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar la costra sólida

que se va formando durante el enfriamiento.

Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado por medio de

duchas de agua fría primero, y al aire después, cortándose el semiproducto en las

longitudes deseadas mediante sopletes que se desplazan durante el corte. En todo

momento el semiproducto se encuentra en movimiento continuo gracias a los rodillos

de arrastre dispuestos a los largo de todo el sistema.

Finalmente, se identifican todas las palanquillas con el número de referencia de la

colada a la que pertenecen, como parte del sistema implantado para determinar el

trazado del producto, vigilándose la cuadratura de su sección, la sanidad interna, la

ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.

2.2. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS

Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al

carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, aceros

inoxidables y aceros de herramientas.

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2.2.1. ACEROS AL CARBONO

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen

diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de

silicio y el 0,60% de cobre y los podemos clasificar como; bajo, medio y alto carbono,

de acuerdo a las normas, SAE (Society Automotive Engineer) y AISI (American Iron

and Steel Institute).

Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías

de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de

buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.

2.2.2. ACEROS ALEADOS

Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros

elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los

aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar

engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

2.2.3. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRA RESISTENTES

Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de

baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que

contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo,

reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del

acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de

baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más

delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además,

como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser

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más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de

aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su

resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

2.2.4. LOS ACEROS INOXIDABLES

Contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes

y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de

ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son

muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas

extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas

veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques

de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para

cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos

quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los

fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son

a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse

con facilidad.

Clasificación según estructura en estado de utilización:

1. Ferriticos

2. Martensiticos

3. Austeniticos

1. Aceros ferriticos:

Estructura ferritica a cualquier temperatura (o se convierte en estructura ausenitica

en el calentamiento). El grano no se regenera

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Composición:

A. 15-18% de cromo y una máxima de 0,12% de carbono

Resistencia a la corrosión superior a la de los martensiticos

B. 20-80% de cromo y una máxima de 0,35% de carbono

C. Aceros al cromo-aluminio hasta un 4% más resistentes a la oxidación

Son difíciles de soldar y se usan en embutición profunda por su gran

ductilidad.

Son magnéticos.

2. Aceros martensiticos

Gran dureza cuando se los enfría rápidamente una vez austenizados.

A. 12 - 14 % de cromo, 0,20 – 0,50% de carbono

Principalmente en cuchillería.

B. 16-18% de cromo, 0,60-1; 20% de carbono

Por temple adquieren grandes durezas.

Resistentes a la corrosión y al desgaste

Tipo normalizado AISI –311: acero inoxidable extra dulce.

Menos del 0,1% de carbono, 13% de cromo y 0,30 % de níquel.

Resiste a la corrosión atmosférica, la del agua corriente y la de los

ácidos y álcalis débiles.

Fácilmente sondable

Usos: utensilios domésticos, griferia, ornamentación, cubertería, etc.

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3. Aceros austeniticos

Estructura auseniticos a cualquier temperatura

Baja conductividad calorífica

Es el tipo de aceros más utilizados

Tipo normalizado AISI –314 Acero inoxidable ausenitico al cromo níquel

conocido como 18/8.Contiene 0,08% de carbono, 18% de cromo y 9%

de níquel.

Muy dúctil y resistente a la corrosión atmosférica, al agua de mar, al

ataque de productos alimenticios, ciertos ácidos minerales y de la

mayoría de los ácidos orgánicos.

2.2.5. ACEROS DE HERRAMIENTAS

Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de

corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación.

Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporcionan

mayor resistencia, dureza y durabilidad.

2.3. EFECTO DE LOS AGENTES ALEANTES EN LOS ACEROS

Además de los elementos de los aceros al carbono, tienen adicionados elementos

como: cromo, níquel, molibdeno, tungsteno, vanadio, etc., la adición de tales

elementos modifica o mejora las propiedades del acero. Los efectos que proporciona

cada uno de los elementos son los siguientes:

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Azufre.

Se encuentra en los aceros como impureza, se toleran porcentajes hasta un 0.05 %

máx., en caliente produce una gran fragilidad del acero, sus efectos perjudiciales

pueden neutralizarse en parte con la adición del manganeso, que se combina con él

formando sulfuro de manganeso. A veces se adiciona en proporciones de 0.1 a 0.3

% con un contenido mínimo de manganeso de 0.6 %, dando lugar a aceros llamados

de fácil mecanización, que tienen menor resistencia, pero pueden ser trabajados con

velocidades de corte doble que un acero corriente.

Cobalto.

Se usa en los aceros rápidos para herramientas, aumenta la dureza de la

herramienta en caliente. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta las propiedades

magnéticas de los aceros.

Cromo.

Forma carburos muy duros y comunica la mayor dureza, resistencia y tenacidad a

cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceros

características de inoxidables y refractarios.

Manganeso.

Se utiliza fundamentalmente como desoxidante y desulfurante de los aceros.

Molibdeno.

Junto con el carbono es el elemento más eficaz para endurecer el acero. Evita la

fragilidad.

Níquel.

Aumenta la resistencia de los aceros, aumenta la templabilidad proporciona una gran

resistencia a la corrosión.

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Plomo.

El plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos

glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por

arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen

lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0.15 y 0.30 % debiendo limitarse el

contenido de carbono a valores inferiores al 0.5 % debido a que dificulta el templado

y disminuye la tenacidad en caliente.

Silicio.

Se emplea como desoxidante en la obtención de los aceros, además les proporciona

elasticidad. Si la proporción es elevada (1 a 5%) los aceros tienen buenas

características magnéticas.

Tungsteno.

Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos, soportando bien

altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros rápidos con

los que es posible triplicar la velocidad de corte de los aceros al carbono para

herramientas. Además sirve para mantener la dureza de los aceros a elevada

temperatura y evitan que se desafilen o ablanden y evitan que se desafilen o

ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a calentarse entre 500°C –

600°C.

Vanadio.

Posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro,

que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder

cortante en los aceros para herramientas.

Toda esta información es sólo la punta del iceberg respecto a los aceros, sin

embargo es más que suficiente material de estudio para un capítulo. En la próxima

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entrega, tendremos lo correspondiente a fundiciones, ferroaleaciones, aleaciones

férreas especiales y conglomerados férreos.

Aluminio

Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suele tener

1% aproximadamente de aluminio. Como desoxidante se suele emplear

frecuentemente en la fabricación de muchos aceros. Todos los aceros aleados en

calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos, variables generalmente

desde 0.001 a 0.008%.

Titanio

Se suele añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales

para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a

combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables cromo-níquel, actúa como

estabilizador de los carburos y evita la corrosión intercristalina.

Cobre

El cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros

de 0.15 a 0.30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas.

Se suele emplear contenidos en cobre variables de 0.40 a 0.50%.

Boro

Se ha visto que en cantidades pequeñísimas de boro del orden de 0.0001 a

0.0006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el más

efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos.

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CAPITULO III

3. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO

3.1. CONCEPTOS GENERALES

Los materiales se seleccionan de acuerdo a su aplicación, adecuando las

propiedades del material a las condiciones de funcionalidad y de servicio.

Para una selección adecuada deben determinarse las características más

importantes que se debe de poseer el material, tomando en cuenta algunas

propiedades fundamentales como:

• Resistencia al desgaste. Es la resistencia que ofrece un material a

dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

• Tenacidad. Es la capacidad que tiene un material de absorber energía

sin producir fisuras (resistencia al impacto).

• Maquinabilidad. Es la facilidad que posee un material de permitir el

proceso de mecanizado por arranque de viruta.

• Dureza. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar.

Se mide en unidades Brinell (HB) ó unidades Rockwel c (HRC),

mediante test del mismo nombre.

• Ductilidad. Es la capacidad que tiene un material para deformarse

plásticamente, si llegar a la fractura. Para describir la ductilidad puede

realizarse mediante el porciento de elongación y el porcentaje de

reducción de área.

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• Fragilidad. Es la propiedad que permite que un material pueda

romperse con mayor facilidad.

• Plásticamente. Es la capacidad de los materiales para adquirir

deformación permanente, sin que se produzca la fractura.

• Resistencia a la corrosión. Consiste en la destrucción por desgaste

lento de una pieza o herramienta por medio de un ataque químico o

electroquímico. Aunque no es una propiedad física, representa un

factor importante en el proceso de selección de materiales, cuando el

medio ambiente o los elementos que estén en contacto con el metal,

pueden corroerlo ó propicien este ataque.

3.2. PRUEBAS MECÁNICAS

3.2.1. ENSAYO DE TORSIÓN En muchas aplicaciones, como en los resortes y ejes de dirección, un material de

ingeniería debe tener una resistencia buena a los esfuerzos que induce la torsión. Se

pueden determinar las deformaciones que producen estos esfuerzos torsionales por

medio de la prueba de torsión.

La prueba de torsión se parece a la tensión porque también se desarrolla una curva

de carga-deformación. En esta prueba, se tuerce una probeta cilíndrica sólida o

hueca y la deformación que resulta se mide el ángulo que se tuerce la probeta

(Figura 20)

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Figura 20. Ensayo de torsión.

El momento torsionante es la fuerza que se aplica a la flecha por una distancia de

aplicación. Para una barra sólida cilíndrica, se puede calcular el esfuerzo cortante

( )τ ; como sigue:

3

16TD

τ = ; III.I

Donde:

T= momento torsionante (troque); (N-m)

D= diámetro de la barra, (m)

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Figura21. (Maquina para el ensayo de torsión automática).

De igual forma, se determina la deformación de la cortante (℘)

tan rLθθ℘= = III.II

Donde:

θ= ángulo de torsión (radianes)

L= longitud de la barra (m)

r= radio de la barra (m)

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Fig. 22. Registro tensión deformación.

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El torque (T), se relaciona con el momento polar de inercia (J) de la sección

transversal con la siguiente relación:

JTrτ

= III.III

En que (J), es el momento polar de inercia en m4

4

32dJ π

=

.

El momento polar de inercia depende de la forma y dimensiones de la sección

transversal. Para un cilindro sólido, tenemos que:

III.IV

Usando esta relación y el modelo cortante (G), que se puede determinar a partir de

la pendiente de la figura 22, y se expresa como:

TGr

= III.V

Entonces tenemos que:

//

Tr J TLGr L Jθ θ

= = III.VI

TLGJ

θ = III.VII

En la práctica, se pueden usar estas relaciones para determinar la deformación de

barras cilíndricas sujetas a torsión, de forma que se pueda calcular el grado de giro

que producen los esfuerzos.

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En las máquinas de ensayo de tortillería, test utiliza detectores especiales

patentados de componentes múltiples, modelo 201, que operan como cabezales de

medida. Figura 23.

Fig. 23. Maquina de Ensayo.

Para realizar la medida simultánea y online de todos estos parámetros y para su

procesamiento, se necesitan tarjetas de PC especiales, modelo 840 (Windows 95,

98, me, nt, 2000), y el software softwinner 940 (win 95, 98, me, nt, 2000).

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3.2.2. ENSAYO DE COMPRESIÓN

En ingeniería, el ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la

resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la

mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros),

aunque puede realizarse sobre cualquier material.

Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una

máquina universal.

Algunos materiales exhiben un comportamiento dramáticamente diferente en

compresión que en tensión y en algunos casos estos materiales se utilizan

principalmente para resistir esfuerzos de compresión. Ejemplos típicos son el

concreto y las piedras utilizadas en construcción. Se necesita entonces datos del

ensayo de compresión en muchas aplicaciones de ingeniería. Los ensayos de

compresión tienen muchas similitudes con los ensayos de tracción en la forma de

cómo se conduce el ensayo y en el análisis e interpretación de los resultados. Como

los ensayos de tracción se discutieron con suficientes detalles, la discusión aquí se

enfocará a aquellas áreas en donde los dos ensayos difieren.

3.3. ENSAYO DE DUREZA

La dureza es una propiedad que se define como la resistencia de un material a ser

rayado. No debe confundirse con la tenacidad. Hay diversas formas de medir la

dureza, si bien la mayoría consiste en utilizar un pequeño indentador, dispositivo que

trata de penetrar el material y que puede ser un pequeño balín o una aguja. Es

usado en la industrial

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- 52 -

En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de

penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas

aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.

El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación

existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo

más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy

extendido.

Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza,

ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el

material más duro que se empleaba en los talleres.

3.3.1. DUREZA BRINELL

Este método lo ideo el ingeniero sueco Brinell en 1900, consiste en comprimir una

bola de acero templado de un diámetro determinado sobre el material a ensayar por

medio de una carga y durante un tiempo también establecido.

Se mide el diámetro de la huella y se encuentra la dureza del material por la relación

entre la carga citada y el área del casquete de la huella, pues evidentemente y

dentro de los ciertos límites esta área será tanto mayor cuanto menos duro sea el

material. El área se puede sustituir por el diámetro de acuerdo con los siguientes

cálculos.

III.VIII

La superficie del casquete de la huella será:

III.IX

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- 53 -

Y como:

III.X

Y resultara:

III.XI

Sustituyendo S por su valor en la formula ( III.XII), quedara:

III.XII

De esta formula se conoce el peso que se aplica P, el diámetro de la bola D y el

diámetro de la huella d, que se mide con una regla graduada o mejor con una lupa o

un microscopio provistos de un retículo graduado.

Sin embargo en general no se halla el numero de Brinell aplicando la formula, sino

por medio de tablas en las que conociendo el diámetro de la huella se encuentra la

cifra de dureza.

Fig. 24. Esquema del ensayo Brinell.

d

f

D

P

D

f

d

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- 54 -

También se puede medir la profundidad de la huella o flecha f del casquete y

calcular la dureza por formula.

III.XIII

Este método sin embargo no es recomendable por la deformación que sufre el

material, que falsea la lectura de la flecha del casquete como se ve en la figura

siguiente.

El ensayo Brinell tal como se ha explicado, se practica perfectamente con materiales

de perfil grueso de fierro o acero, pues las huellas obtenidas son claras y de

contorno limpios.

Fig. 25. Deformación del material en el ensayo Brinell.

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- 55 -

Tabla 3.3.1. Diámetro de las bolas y presiones empleadas en el ensayo Brinell.

30 10 5 2,5 1,25

30 D2 10 D2 5 D2 2,5 D2 1,25 D2

Superior a 6mm. ….. 10 3.000 1.000 500 250 125De 6 a 3 mm ……. 5 750 250 125 62,5 31,2Menor de 3 mm ….. 2,5 187,5 62,5 31,2 15,6 7,8

1,25 46,9 15,6 7,81 3,91 1,990,625 11,7 3,91 1,953 0,977 0,488

CONSTANTES DE ENSAYO K

CARGAS EN KG.Diametrode la bola

en mm.

Espesor de la probeta.

En general, no se utilizan los ensayos Brinell para durezas superiores a 500, porque

se deforman las bolas. Se ha ensayado la utilización de bolas de de carburos

metálicos (metal duro), que sufre menos deformaciones que las del acero pero su

uso no se ha generalizado.

La deformación de los ensayos se efectúa mediante el siguiente método.

III.XIV

En el que D es el diámetro de la bola P, la carga y T el tiempo de duración del

ensayo, por ejemplo.

III.V

Que quiere decir ensayo Brinell con la bola de 10mm.aplicada con carga de 3.000

kilogramos durante 30 segundos.

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8120

110

100

9080

70

60

50

40

90

80

70

60

50

40

30

20

10

C

3.3.2. DUREZA ROCKWELL

El método Brinell no permite medir la dureza de los aceros templados porque se

deforman las bolas; para esto se emplea la maquina Rockwell que apareció en 1924.

El método Rockwell se basa también en la resistencia que oponen los materiales a

ser penetrados, pero en lugar de determinar la dureza del material en función de la

superficie de la huella que deja el cuerpo penetrante se determina en función de la

profundidad de esta huella.

Los cuerpos de los penetradores, son un diamante en forma de cono de 120° ± 1°,

con la punta con un radio de 0.2 ± 0.01 mm, que se denomina también penetrador

Brale y las bolas 1/8” y 1/16”, se utilizan cargas de 60, 100 y 150 Kg. Para materiales

gruesos, y de 15, 30 y 45 Kg.; para materiales delgados.

En total existen veintiuna escalas para veintiuna combinables de penetradores y

cargas, que se dan según la tabla 3.4.2.

Se construyen dos clases de maquinas: las utilizadas para medir materiales gruesos

con las escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S, Y, V, y las construidas para

materiales finos 15-N, 30-N, 45-N, 15-T, 30-T y 45-T, ambas maquinas llevan una

escala con números negros (la C de la fig. 26.) para las mediciones con punta de

diamante (penetrador Brale), y otra escala (la B de la fig.26 y 27.) para las

mediciones realizadas con las bolas.

Fig. 26. Escalas Rockwell B y C.

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TABLA 3.3.2. ESCALA DE DUREZA ROCKWELL.

color colocacion

A Normal Cono de diamante 10 60 Negro Fuera

Aceros nitrurados, flejes estiradosen frio, hojas de afeitar.Carburos metalicos (90 a 98).

B " Bola de 1/16" " 100 Rojo Dentro Aceros al carbono recocidos de

bajo contenido en C.

C " Cono de diamante " 150 Negro Fuera Aceros duros. Con dureza

superior a 100 Rockwell B a 20 Rc.

D " Cono de diamante " 100 Negro Fuera Aceros cementados.

E " Bola de 1/8" " 100 Rojo Dentro Metales blandos, como anitricion y

piezas fundidas

F " Bola de 1/16" " 60 " " Bronce recocido.

G " Bola de 1/8" " 150 " " Bronce fosforoso y otros metales.

H " Bola de 1/4" " 60 " " Metales blandos con poca

homogeneidad, fundicion de hierro.

K " Bola de 1/4" " 150 " " Metales duros con poca

homogeneidad, fundicion de hierro.

L " Bola de 1/4" " 60 " "

"

M " Bola de 1/4" " 100 " "

"

P " Bola de 1/4" " 150 " "

"

R " Bola de 1/2" " 60 " " Metales muy blandos.

S " Bola de 1/2" " 100 " " "

V " Bola de 1/2" " 150 " " "

15-N Superficial Cono de diamante 3 15 " " Aceros nitrurados, cementados y

de herramientas de gran dureza.

30-N " Cono de diamante " 30 " " "

45-N " Cono de diamante " 45 " " "

15-T " Bola de 1/16" " 15 " " Bronce, laton y acero blando.

30-T " Bola de 1/16" " 30 " " "

45-T " Bola de 1/16" " 45 " " "

APLICACIONESCarga mayor en Kg.

Escala del comparador

Simbolo

de

Tipode

prueba

Tipo y tamaño delpenetrador

Carga menor

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El numero que mide la dureza no está ligado con la carga, como ocurre con la

dureza Brinell, sino que es un número arbitrario, pero naturalmente proporcional a la

penetración, se determina deduciendo del numero 100, si se ensaya con diamante, y

de 130, si se ensaya con bola, las unidades de penetración permanente medidas en

0.002 de milímetros. Esto se hace para que a los materiales más duros

correspondan más unidades de dureza que a los blandos y ocurriría lo contrario si la

dureza se diese por las unidades, el material será más blando.

La denominación de los ensayos de Rockwell se hace por las iniciales HR, seguidos

de una letra minúscula que define la escala. Por ejemplo, 60 Rockwell de la escala c

se debe anotar 60HRc.

Fig. 27. Maquina delta para ensayos Rockwell.

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3.3.3. DUREZA VICKERS

El ensayo por el método Vickers se deriva directamente del ensayo Brinell y fue

introducido en 1925, empleándose actualmente mucho sobre todo en los laboratorios

y en particular para piezas delgadas y templadas con espesores mínimos hasta de

0.2 mm.

En el método Vickers se utiliza como cuerpo penetrante una punta piramidal de base

cuadrada y ángulo en el vértice, entre caras, de 136ª, con presión obligada de 20

segundos (fig. 28) este ángulo se eligió para que la bola de Brinell quedase

circunscrita al cono de borde de las huellas, cuyo diámetro, como se sabe, se

procura que sea aproximadamente igual a 0.375 D.

Fig. 28. El ángulo de 136º de la punta piramidal Vickers esta elegido para que sea la

huella tangente a la de la bola Brinell.

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La dureza Vickers se encuentra por relación entre la carga citada y la superficie de la

huella, como en el método Brinell, por lo tanto, se corresponde como este hasta

unas 300 unidades de dureza. Para durezas mas elevadas, la bola Brinell se

deforma y la divergencia entre Brinell y Vickers es cada vez mayor. El ensayo Brinell

como ya se ha dicho no debe aplicarse para pedir durezas superiores a 500 HV.

La determinación de la dureza Vickers se hace en función de la diagonal de la huella

o, más exactamente, a la medida de las dos diagonales medidas con un microscopio

en milésimas de centímetro., figura 29.

B

D

0'C

&

A

0

&

&

d

Fig. 29. Representación esquemática de la huella que deja la punta piramidal

Vickers.

Si P es la carga, y S la superficie de la huella, la dureza Vickers será:

Y la superficie S será = 4 x área de una cara

En general, no se hacen cálculos con la formula anterior, sino por medio de gráficos

o de tablas en las que entrando con la medida de la longitud y la carga se obtiene

directamente la dureza. Respecto a las cargas, son independientes de la dureza

obtenida, pues la diagonal resultara proporcional a la carga, y para un mismo

material saldrá la misma dureza con cualquier carga. Sin embargo, se puede hacer

constar la carga al designar la dureza.

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Se utilizan cargas de 1 a 120 Kg. Siendo las mas frecuentemente empleadas las de

1,2,3,4,5,10, 20, 30, 40, 50, 100 Kg. Las mas utilizada es la de 30 Kg. Respecto al

tiempo que se ha de mantener la carga, oscila entre diez y treinta segundos, siendo

el mas empleado 15 segundos. La dureza se expresa por las letras HV, seguidas de

dos cifras, una para la carga y otra para el tiempo. Por ejemplo si la carga ha sido de

30 Kg. Durante 15 segundos, se pone HV 30/15.

Las maquinas Vickers (Fig.30) son muy similares a las Brinell, hay maquinas que se

emplean para medir las durezas por los dos métodos, utilizando el penetrador

adecuado.

Fig. 30. Máquina para ensayos de dureza Vickers.

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A continuación, se enumeran algunas ventajas del método Vickers:

1. Las huellas Vickers son comparables entre si, y las cifras de dureza obtenidas

de la carga.

2. Con el mismo penetrador puede medirse una amplia gama de materiales, desde

muy blandos hasta muy duros. Llegando hasta 1,150 Vickers, que equivaldrían

aproximadamente a 780 Brinell, dureza que como se sabe, no puede obtenerse

con Brinell directamente sin deformar la bola.

3. Puede medirse la dureza de piezas muy delgadas empleando cargas pequeñas,

hasta espesores del orden de 0.05mm.

4. Puede medirse dureza superficial, dada la pequeña penetración del diámetro, con

cargas pequeñas, lo que permite comprobar, por ejemplo, el endurecimiento

superficial de un material después de rectificado con piedra esmeril.

5. La escala Vickers es mas detallada que la Rockwell, y así, por ejemplo, entre

HRc 60 y HRc 66, las durezas Vickers que corresponden son 765 y 960, o sea

32 unidades Vickers por cada unidad Rockwell.

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Tabla 3.3.3.1. se encuentran las equivalencias de los diferentes tipos de durezas.

Brinell Vickers Brinell VickersHB HRB HRC HV HB HRB HRC HV80 36.4 80 340 34.9 34085 42.4 85 350 36 35090 47.4 90 359 37 36095 52.0 95 368 38 370

100 56.4 100 376 38.9 380105 60.0 105 385 39.8 390110 63.4 110 392 40.7 400115 66.4 115 400 41.5 410120 69.4 120 408 42.4 420125 72.0 125 415 43.2 430130 74.4 130 423 44 440135 76.4 135 430 44.8 450140 78.4 140 45.5 460145 80.4 145 46.3 470150 82.2 150 47 480155 83.8 155 47.7 490160 85.4 160 48.8 500165 86.8 165 49 510170 88.2 170 49.8 520175 89.6 175 50.3 530180 90.8 180 50.9 540185 91.8 185 51.5 550190 93.0 190 52.1 560195 94.0 195 52.7 570200 95.0 200 53.3 580205 95.8 205 53.8 590210 96.6 210 54.4 600215 97.6 215 54.9 610220 98.2 220 55.4 620225 99.0 225 55.9 630230 19.2 230 56.4 640235 20.2 235 56.9 650240 21.2 240 57.4 660245 22.1 245 57.9 670250 23 250 58.4 680255 23.8 255 58.9 690260 24.6 260 59.3 700265 25.4 265 60.2 720270 26.2 270 61.1 740275 26.9 275 61.9 760280 27.6 280 62.7 780285 28.3 285 63.5 800290 29 290 64.3 820295 29.6 295 65 840300 30 300 65.7 860

66.3 880310 31.5 310 66.9 900320 32.7 320 67.5 920330 33.8 330 68 940

Rockwell Rockwell

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3.4. METALOGRAFÍA ÓPTICA

La Metalografía o Microscopía estudia microscópicamente las características

estructurales de un metal o de una herramienta más importante de aquel

investigador o ingeniero en selección de materiales. Es posible determinar el tamaño

de grano, y el tamaño, forma y distribución de varias fases e inclusiones que tienen

gran efecto sobre las propiedades mecánicas del metal. La microestructura revelará

el tratamiento mecánico y térmico del metal y bajo un conjunto de condiciones

dadas, podrá predecirse su comportamiento esperado.

La experiencia ha demostrado que el éxito en el estudio microscópico depende en

mucho del cuidado que se tenga para preparar la muestra.

El microscopio más costoso no revelará la estructura de una muestra que haya sido

preparada en forma deficiente. Además con la ayuda del microscopio podemos

identificar otros defectos, como se explica a continuación.

a) Segregaciones: Las cuales se representan por distribuciones en una

concentración dispareja, de algún elemento como puede ser: Azufre, Fósforo,

Silicio, etc.

b) Fibras: Durante la deformación plástica del material ocurre un alargamiento de

granos, lo cual tiene un aspecto fibroso y las fibras están orientadas paralelas

a la dirección de mayor deformación.

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c) Texturas: Se trata de una orientación preferencial de los cristales debido a

fenómenos de recristalización, reformación o recocido para mejorar el examen

macroscópico de una muestra pulida se pueden usar aumentos de 2 a 3 OX

máximo; la aplicación de un reactivo de macroataque relativamente fuerte

asiendo aparente la macroestructura, así se puede observar las siguientes

características del proceso de fabricación de un material metálico.

Estructura de colada, segregación, inclusiones de escoria y de gases, porosidades,

rechupes, agrietamientos, crecimiento excesivo de granos, deformación enfrío,

estructura fibrosa, cordones de soldadura.

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- 66 -

CAPITULO IV.

4. PARTE EXPERIMENTAL

4.1. METODOLOGÍA DE LA CARACTERIZACIÓN

El material utilizado para la elaboración de este trabajo, es de una barra de acero

que es ocupada como barra estabilizadora de suspensión automotriz.

Para el desarrollo de la investigación de la barra estabilizadora fue necesario adquirir

los datos técnicos de la barra, como el material con el que esta hecha, sus

propiedades químicas, físicas y mecánicas, debido a que las diferentes empresas

que fabrican las barras no proporcionan estos datos. Lo primero fue obtener una

barra estabilizadora.

Fig. 31. Barra estabilizadora.

Fig.32. Barra de Torsión.

Para comenzar el estudio de la barra fue necesario realizar 3 tipos de pruebas:

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Prueba de dureza Rockwell

Prueba de la Chispa

Prueba Metalografía.

Para la realización de estas pruebas se cortaron cuatro probetas de la barra

estabilizadora como se muestra en la figura 33, de aproximadamente de 5 cm y se

procedió a la preparación de la mismas.

Figura 33. Muestra representativa para realizar las pruebas.

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4.2. OBTENCIÓN DE LA DUREZA

A continuación se procedió a obtener una probeta del acero para obtener la dureza

de la barras, para lo cual obtuvimos probetas de la barra para ensayarlas en las

maquinas de dureza, figura 34.

Fig. 34. Corte de la Probeta.

Se realizo la prueba de dureza Rockwell C para el ensayo de estas probetas.

El ensayo de dureza se realizo en el los laboratorios de la escuela para lo cual

utilizamos el equipo existente que se muestra a continuación. figura 37 y 38.

Fig. 37. Durometro Rockwell C.

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Fig. 38. Máquina para dureza Rockwell C

4.3. PROCEDIMIENTO PARA LLEVAR A CABO EL ENSAYO DE LA CHISPA

A las barras se les hizo un ensayo a la chispa, para saber el tipo de material de las

barras.

Fig. 33. Prueba de Chispa.

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Fig. 34. Prueba de Chispa.

Como podemos apreciar esta chispa nos indica el tipo de acero, con lo cual

podemos asegurar que las barras estabilizadoras que se fabrican, son de acero

aleado.

Ahora se compara esta chispa con las tablas; para darnos una idea del material con

el cual se llevara a cabo el trabajo de investigación.

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Fig. 35. Imágenes de Chispa.

La chispa que obtuvimos de las barras, es muy similar a la n° 4.

Basándose en la tabla 4.2. Se obtuvieron las características del acero, de acuerdo al

tipo de chispa.

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Tabla 4.3. Designación de algunos aceros por medio de la chispa

N° Designacion AleacionColor

del rayoForma Marca DEW

1Acero de

cementacion0.15 C

amarillo blanco

rayo liso, pocas explocionesde C. de forma acircular

WE

2Acero de

herramientas sin alear

0.5 Camarillo blanco

como 1, mas agujas W 65

3Acero de

herramientas sin alear

1 Camarillo blanco

muchas explosiones de Cque empiezan en el pie de la gavilla muy ramificadas

SS 4

4Acero de

herramientas aleac. Mn.Si.

0.55 C1.0 Si

1.0 Mnamarillo

explociones C. análogas a las del n° 2 Delante de las explociones C hinchazones en el rayo principal y muchas pequeñas ramificaciones laterales

MAS

5Acero de

herramientas aleac. Mo.

0.5 C1.4 Cr

0.7 Mo0.3 V

amarillo naranja

analogo a 2, pero los extremos de los rayos provistos de puntas lanceoladas

C M C

6Acero de

herramientas aleac. Cr-W.

1 C1 Mn1 Cr

1.2 W

rojizonaranja

rayos muy delgados imagen de chispas muy vivas, extremos de los rayos en forma de lenguas

Veresta

7Acero de

herramientas aleac. Cr-W-Si.

0.5 C1.0 Si1.2 Cr2.0 W

rojonaranja

pocas explociones de C.finas con clava clara y larga

Durax W 2

8Acero de

herramientas aleac. Cr.

2 C12 Cr0.8 W

rojonaranja

gavilla corta con pocaso con muchas explosionesclaras C.

Bora

9 Acero rápido

0.9 C4 Cr

2.6 Mo2.5 V3.0 W

rojonaranja

rayos lisos e interrumpidos con explosiones aisladas de C Mo 325

10 Acero rápido

0.75 C4 Cr18 W1 V

rojo gavilla de chispas de trayectorias a trazos casi sin explosiones de C

Rap. Spez.

11 Acero inoxidable0.4 C14 Cr

naranjagavillas corta con explosionesde C erizadas

Remanit 1540

12Acero resistente

a los acidos

0.1 C18 Cr8 Ni

amarillo naranja

rayos lisos sin explosiones de C

Remanit 1880

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Según la tabla 4.3, en la cual se encuentran los diferentes elementos de aleación

que componen al acero que producen diferentes tipos de chispa, como se observo

la chispa de las barras es muy similar a la número 4, esta nos dice que tipos de

elementos de aleación lo constituyen a este tipo de chispa. Los posibles aceros de

acuerdo a lo antes mencionado son:

ACERO DE MEDIO CARBONO CON UNA COMPOSICIÓN DE:

0.55 % de carbono

1.00 % de silicio

1.00 % de manganeso

La chispa es de un color amarillo y la forma de la chispa consiste en explosiones de

carbono análogas a las del Nº 2. Delante de las explosiones de carbono hinchazones

en el rayo principal y muchas pequeñas ramificaciones laterales.

4.4. MICROSCOPIA ÓPTICA

Después de haber realizado la preparación de la muestra metalográfica y haber

obtenido la dureza, se obtuvieron la micrografías de cada muestra. Cabe señalar que

cada muestra se preparó a espejo con la técnica de preparación de muestras

metalografícas, que siguiente manera:

Selección de la muestra representativa para llevar a cabo la experimentación

Corte de la muestra, realizándose esta con una cortadora de disco de carburo

de silicio con enfriamiento

Pulido mecánico de la superficie de la muestra, se uso una pulidora de disco

giratorio y lijas de metal con agua con diferentes tamaños de grano, 100, 220,

320, 400, 600, 1000 y 1500.

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Pulido fino, se realizó en una pulidora de disco, utilizándose un paño

microclothen húmedo y agregándose alúmina calcinada como abrasivo de

grano fino (0.3 micras) mezclada con agua.

Ataque químico, se realizo con reactivo compuesto de ácido nítrico y alcohol

etílico, conocido como nital al 3%.

Para la observación metalográfica, se utilizó un microscopio óptico marca

Olympus, en donde se acoplo una cámara fotográfica digital marca Kodak,

con la cual se obtuvieron fotografías correspondientes a todas las muestras

metalograficas obtenidas, Figura 43, 44 y 45.

Figura 43. Microscopio óptico

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Figura 44. Cortadora de disco con enfriamiento

Figura 45. Máquina pulidora mecánica con paño (cortesía UNAM)

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Figura 46. Durometro marca Wilson

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CAPITULO V

5. ANÁLISIS Y RESULTADOS

A continuación se presentan los resultados de las pruebas realizadas a las muestras

de la barra de suspensión, incluyendo resultados de estas a través de tablas y

microestructuras.

5.1. APLICACIÓN DE LA DUREZA

Las medidas de dureza realizadas a las muestras del acero, figura 33, se muestran

en la tabla 5.1.

Tabla 5.1. Durezas HRC, obtenidas de las muestras

NÚM. DE MUESTRA

LECTURAS

PROMEDIO

(HRc)

1 56.5, 60.0 54.5, 58.5, 62.0 58.3

2 54.0, 54.0, 53.5, 50.0, 51.0 52.5

3 51.5, 50.0, 54.5, 67.0, 58.0 56.2

4 59.0, 63.0, 39.0, 31.5, 50.0 48.5

5.2. APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE MICROSCOPIA ÓPTICA

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A continuación se muestran las micrografías que fueron tomadas en un microscopio

óptico a 100 aumentos, Se encontraron las microestructuras siguientes:

Figura 47.Probeta 1 La micrografía muestra ferrita (claros blanco) y perlita (negro) Atacada con Nital 3%, a 100X.

Figura 48 Probeta 2 La microestructura muestra un grano distorsionado debido que es la parte donde fue forjada, contiene ferrita y perlita, a 100X.

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Figura 49 Probeta 3. La microestructura muestra claramente que contiene ferrita (blanco) y perlita (oscuro), atacada con 3% de nital a 100X.

Figura 50 .Probeta 3. La micro estructura muestra el cambio de tamaño de grano del material que fue forjado, conteniendo ferrita-perlita. Atacada a 3% de nital a 100X.

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Figura 51 Probeta 4. La micrografía muestra un tamaño de grano fino donde se observa ferrita-perlita. Atacada a 3% de nital, a 100X.

Figura 52 Probeta 4. La microestructura igual como la anterior se observa un grano muy fino compuesto de ferrita y perlita. Atacada con 3% de nital y a 100X.

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Una vez concluido el estudio experimental del acero utilizado como barra estabilizadora se ha determinado que se trata de un acero 1045.

La siguiente tabla presenta la composición química y las propiedades de este acero, de acuerdo a l normas establecidas.

Tabla 5.3.1, se asigna el acero de acuerdo a las normas:

Tabla 5.3.2, El análisis químico según Norma Nacional NMX B-301 (% en peso)

C Si Mn P Smáx. máx.

0.43-0-50% 0.15-0.30% 0.60-0.90% 0.030% 0.030%

PALMEXICO

1045

AISI-SAE, ASTM, NMX

1045

UNS G10180

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Tabla 5.3.3, formas, acabados, características y aplicaciones del acero medio contenido de carbono.

Tipo

Acero de medio contenido de carbón

Formas

y

Acabados

Barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera, laminadas o forjadas en caliente, estiradas en frío y peladas maquinadas. Placa laminada en caliente y frío.

Características

Es un acero de medio carbón, es muy versátil por sus características; análisis controlado, mejores propiedades mecánicas por encima de los 600 MPa (61 kgf/mm2) que otros aceros del mismo tipo, por su alto contenido de manganeso, tiene buena soldabilidad y maquinabilidad. Cuando se requiere una superficie muy dura pero un centro tenaz, este acero cementado cumple perfectamente estas condiciones. Estirado en frío mejora sus valores de resistencia mecánica, y su maquinabilidad, haciéndose muy popular para un sin número de aplicaciones.

Aplicaciones

Por sus características de temple se utiliza en piezas automotrices, semiejes, tornillos, tuercas, pernos, ejes y cigüeñales de maquinaria de resistencia media, en general es adecuado para la elaboración de piezas como ejes y semiejes, cigüeñales, etc.

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Tabla 5.3.3, Tratamientos térmicos recomendados (valores en °C):

Forjado

o Laminación

Normalizado

(°C)

Recocido (°C)

Templado

(°C)

Revenido

(°C)

Ablandamiento

Regeneración

850-1100°C

Lento (horno)

840-870

aire

650-701 850-890

Enfriar al aire Enfriar en horno

830-850 agua

840-860 aceite

300-650

aire

Tabla 5.3.4, Propiedades mecánicas mínimas estimadas según SAE J1397:

Tipo de proceso y acabado

Resistencia a la tracción

MPa kgf/mm2

Límite de Fluencia

MPa kgf/mm Ksi

2

Alargamiento

en 2” %

Ksi

Reducción de área

Dureza Brinell

Caliente y maquinado

570 58 82

310 32 45

16

40

163

Estirado en frío

630 64 91

530 54 77

12

35

179

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CONCLUSIONES

De la investigación realizada, se puede concluir lo siguiente:

1. La barra estabilizadora es un elemento fundamental dentro de una

suspensión, ya que sin esta los automóviles no serian estables a altas

velocidades, y serian muy incómodos, ya que esta barra limita el balanceo de

la carrocería permitiendo así una marcha confortable y suave.

2. Además cuanto menos flexible sea la barra estabilizadora, tanto mayor

movimiento comunica de una rueda a otra y, por lo tanto, limita más el

balanceo, así como el confort de la marcha, porque hace que las

irregularidades sobre las que pasa una de las ruedas se transmita a la otra.

3. Si la barra estabilizadora es de material blando ocurrirán grandes balanceos

en el automóvil provocando una gran inestabilidad y a sí como consecuencia

un viaje incomodo e inseguro.

4. Si la barra es muy rígida, el movimiento de la suspensión de un lado interferirá

en el otro, creando un comportamiento nervioso en el vehículo.

5. Para la presente investigación se debieron poner en práctica tres ensayos

diferentes que fueron: Ensayo a la chispa, ensayo de dureza y ensayo

metalografico.

6. Partiendo del ensayo de la chispa se observo que el acero utilizado en la

barra estabilizadora es un acero al carbono, con un contenido de

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aproximadamente 0.45% C y unas de sus principales utilizaciones son para

partes automotrices y herramentales.

7. Con respecto a la prueba de dureza obtenida en la barra estabilizadora,

podemos decir que el acero utilizado es un acero de medio carbono según la

norma AISI-SAE.

8. Respecto a la metalografía realizada según las micrografías obtenidas se

observa una variación de tamaño de grano y estructura en donde se tiene

ferrita-perlita en gran cantidad.

9. En la fig. 51, se observa que el tamaño de grano es muy fino, el cual tiene una baja

dureza, debido a que esta parte es donde sufre la deformación plástica de la barra.

10. El estudio realizado a la barra estabilizadora nos permite concluir que el acero

utilizado es un acero medio carbono 1045.

11. Es importante mencionar que las empresas que se dedican a la fabricación de

las barras estabilizadoras no proporcionan ningún tipo de información, por lo

cual la información contenida dentro de este trabajo es meramente de

investigación. Para el cual se compro la barra, se llevaron a cabo ensayos, se

obtuvieron y se compararon resultados experimentales con los ya

establecidos por norma.

12. Este estudio nos permite plantear una posible solución a la fractura de la

barra la cual fue deformada plásticamente; realizando un relevado de

esfuerzo mediante un recocido (calentamiento-enfriamiento) el cual nos sirve

para homogeneizar el tamaño de grano y las tensiones internas, ya que esto

aumentaría la vida útil de la barra.

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BIBLIOGRAFÍA

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ingeniería”: 7 ED. México: c.e.c.s.a. 1979. 477 p.

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Instituto colombiano de normas técnicas y certificación. Icontec”. 1998-10-28.

Beer, Ferdinand P. y Johnston, e. Russell. “Mecánica de materiales”. 2 ED.

México: McGraw Hill, 1999. 742 p. isbn 958-600-127-x

Richard Henry Greaves, D.Sc. “Metalografia Microscopia Practica” España:

URMO, S.A. DE EDICIONES, 1979. 228 P.