PRACTICA METALOGRAFIA.docx

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I N S T I T U T O P O L I T É C N I C O N A C I O N A LESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“ESIME CULHUACAN”

CARRERA

ING. MECÁNICA

MATERIA

CIENCIA DE LOS MATERIALES (LABORATORIO)

PROFESOR

JAVIER HERNANDEZ

SEMESTRE: TERCERO / GRUPO: 3MV3

PRACTICA N°1

“CAMBIO DE PROPIEDADES Y ESTRUCTURA DEL COBRE POR MEDIO DE UN METODO MECANICO EN FRIO”

INTEGRANTES

PUGA HERNÁNDEZ ERWIN MIGUEL.VILLASEÑOR SANCHEZ JUAN EDUARDO.

RODRIGUEZ GONZALEZ DANIEL.JUNQUERA GUERRERO GABRIEL.

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INDICE

1. INTRODUCCIÓN

“LA METALOGRAFIA COMO AUXILIAR PARA IDENTIFICAR EL CAMBIO DE PROPIEDADES Y ESTRUCTURA DEL COBRE MEDIANTE UN METODO MECANICO EN FRIO (FLEXION)”

2. OBJETIVO

“IMPORTANCIA DE CAMBIO DE ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SEGÚN SU APLICACIÓN”

3. MARCO TEORICO.

3.1 HISTORIA DE LA METALOGRAFÍA

3.2 GENERALIDADES SOBRE LA METALOGRAFIA

3.3 ANÁLISIS MACROSCÓPICO

3.4 ANÁLISIS MICROSCÓPICO

3.5 ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES

3.6 DEFINICION DE GRANO Y TAMAÑO DE GRANO

4. TABLAS DE HIPOTESIS Y DESARROLLO DE TRATAMIENTO MECANICO (FLEXION).

5. (FLEXION) TRATAMIENTO MECANICO EN FRIO

5.1 ENSAYO DE MATERIALES

5.2 ENSAYOS ESTÁTICOS

5.3 ENSAYOS TECNOLÓGICOS

5.4 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO METALOGRÁFICO

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5.5 PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS Y TOMAS DE PROBETAS

5.6 ESFUERZOS

5.7 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO DE MATERIALES

5.8 FLEXIÓN METODO MECANICO EN FRIO

5.8.1 ENSAYO DE FLEXIÓN

5.9 DUREZA

5.9.1 ENSAYO DE DUREZA

5.9.2 ENSAYO DE DUREZA VICKERS (HV)

5.9.3 ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL (HRC) Ó (HRB)

6. INVESTIGACION SOBRE LA METALOGRAFIA.

6.1 METODOLOGIA DE ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA DE LOS METALES

6.2 EXTRACCION DE LA MUESTRA METALOGRAFICA

6.3 CORTE METALOGRAFICO (SECCIONAR)

6.4 INCLUIDO METALOGRÁFICO (MONTAJE DE LA MUESTRA)

6.4.1 TIPOS DE MONTAJE

6.5 DESVASTE METALOGRAFICO

6.5.1 DESVASTE GROSERO

6.5.2 DESVASTE FINAL

6.6 PUIDO METALOGRAFICO (PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE DE ESTUDIO)

6.6.1 PULIMENTO

6.7 ATAQUE QUIMICO

6.7.1 METODOS DE ATAQUE

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7. MATERIAL (APLICADO EN LA PRÁCTICA).

7.1 MICROSCOPIO METALOGRAFICO

7.2 PULIDORA METALOGRAFICA

8. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

8.1 (METALOGRAFÍA DE PROBETAS DE COBRE)

8.2 ELEMENTO QUIMICO COBRE (Cu)

8.3 DUREZA DEL COBRE

8.4 DUCTIBILIDAD DEL COBRE

8.5 TEMPERATURA DE FUSION DEL COBRE

8.6 TRATAMIENTO TERMICO DEL COBRE

8.7 CRISTALIZACION

8.8 PROCESO DE RECRISTALIZACION

8.9 FACTORES QUE INFLUYEN LA TEMPERATURA DE RECRISTALIZACION

8.10 INFLUENCIA DE LAS IMPUREZAS SOBRE LAS PROPIEDADES DEL COBRE

9. EXPERIMENTACION, OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.

9.1 FORMATO PARA RECOPILACION DE DATOS (AL CONCLUIR LA PRACTICA)

10. FUENTES BIBLIOGRAFICAS.

10.1 FUENTE BIBLIOGRAFICA DE INFORMACION

10.2 FUENTES ELECTRONICAS DE INFORMACION

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“LA METALOGRAFIA COMO AUXILIAR PARA IDENTIFICAR EL CAMBIO DE PROPIEDADES Y ESTRUCTURA DEL COBRE MEDIANTE UN METODO

MECANICO EN FRIO (FLEXION)”

INTRODUCCIÓN:

Entre las disciplinas que se encargan del estudio de las estructuras de los materiales encontramos la metalografía y algunos métodos y ensayos mecánicos.

La metalografía es la ciencia o parte de la metalurgia que estudia las características estructurales o de constitución de los metales y aleaciones, para relacionarlas con las propiedades físicas, mecánicas y químicas de los mismos.

La importancia del examen metalográfico radica en que, aunque con ciertas limitaciones, es capaz de revelar la historia del tratamiento mecánico y térmico que ha sufrido el material.

A través de este estudio se pueden determinar características como el tamaño de grano, distribución de las fases que componen la aleación, inclusiones no metálicas como sopladuras, micro cavidades de contracción, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecánicas del metal.

El examen metalográfico puede realizarse antes de que la pieza sea destinada a un fin, a los efectos de prevenir inconvenientes durante su funcionamiento, o bien puede ser practicado sobre piezas que han fallado en su servicio, es decir, piezas que se han deformado, roto o gastado.

Básicamente, el procedimiento que se realiza en un ensayo metalográfico incluye la extracción, preparación y ataque químico de la muestra, para terminar en la observación microscópica.

Si la etapa de preparación no se realiza cuidadosamente es posible que se obtenga una superficie poco representativa del metal y sus características.

Una preparación incorrecta puede arrancar inclusiones no metálicas, barrer las láminas de grafito en una muestra de fundición, o modificar la distribución de fases si la muestra ha sufrido un sobrecalentamiento excesivo..

Entre las características estructurales de los metales están el tamaño de grano, el tamaño, forma y distribución de las fases que comprenden la aleación y de las inclusiones no metálicas, así corno la presencia de segregaciones y otras irregularidades que profundamente pueden modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento general de un metal.

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OBJETIVO:

La práctica hará muestra de información y experimentación básica sobre la metalografía, como auxiliar en el cambio de estructura y propiedades del Cobre (Cu) mediante un método mecánico en frio (flexión).

Partiendo de su historia, pasando por el concepto, aplicaciones, ensayos, tratamientos mecánicos, experimentos, uso de equipos llegando hasta el desarrollo de la práctica en el laboratorio.

Las propiedades y estructuras mecánicas sirven en la mayoría de los casos como base para decidir sobre un material metálico, con vistas a un fin de aplicación en específico y con ello cumplir con el objetivo de uso. Dando al usuario la mayor seguridad, eficiencia y durabilidad del material elegido.

Comprender el concepto de metalografía. Comprender los requerimientos para el desarrollo de la práctica de metalografía. Conocer el método mecánico en frio (flexión) para la preparación de probetas. Conocer los pasos para el desarrollo de la práctica de metalografía. Conocer el uso del microscopio metalográfico y la pulidora. Desarrollar la capacidad para diferenciar entre muestras de diferentes materiales. Realizar un análisis completo sobre microestructuras

Es la realización de una reseña histórica del material buscando microestructura, inclusiones, tratamientos térmicos a los que haya sido sometido, con el fin de determinar si dicho material cumple con los requisitos para los cuales ha sido diseñado. Se hallará la presencia de material fundido, forjado y laminado. Se conocerá la distribución de fases que componen la aleación y las inclusiones no metálicas, así como la presencia de segregaciones y otras irregularidades.

Se debe conocer que en la técnica se entiende por metal toda sustancia que posea brillo metálico, propio en mayor o menor medida de todos los metales. Además del brillo metálico y de la plasticidad, todos los metales poseen una alta conductividad eléctrica y térmica.

*TAMAÑO DE GRANO*

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MARCO TEORICO:

HISTORIA

Henry Clifton Sorby, padre de la metalografía, fue el primero en examinar bajo el microscopio una muestra metálica correctamente preparada en el año de 1863. La observación de metales por medio de microscopios es aproximadamente dos siglos más tardía que la de muestras biológicas, esto se debe a la costosa preparación que requieren las mismas.

GENERALIDADES SOBRE LA METALOGRAFIA

La metalografía es una disciplina de la ciencia que se encarga de examinar y determinar los componentes en una muestra de metal, haciendo uso deVarios niveles de magnificación que pueden ir desde 20x hasta 1’000.000x

También se conoce como el proceso entre la preparación de una muestra de metal y la evaluación de su microestructura.

El estudio de metalografía comprende en gran parte la observación de granos, la dirección, el tamaño y la composición de los mismos; estas microestructuras pueden ser observadas en un rango entre 10-8m y 10-2m.

El estudio de metalografía puede integrarse en dos subdivisiones: Análisis macroscópico y Análisis microscópico.

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ANALISIS MACROSCOPICO

El análisis macroscópico es aquel que se puede realizar a simple vista, es decir sin necesidad de microscopio El análisis macroscópico se puede usar en:

Líneas de flujo en materiales forjados. Capas en herramientas endurecidas por medio de tratamiento térmico. Zonas resultado del proceso de soldadura. Granos en algunos materiales con tamaño de grano visible. Marcas de maquinado. Grietas y ralladuras. Orientación de la fractura en fallas.

ANALISIS MICROSCOPICO

Aquel tipo de análisis que no se puede realizar a simple vista, (menor a 10-3m).Observar las estructuras microscópicas en materiales ayuda a comprender el comportamiento de los mismos. El análisis microscópico se puede usar en:

Tamaño de grano. Límites de grano y dislocaciones. Análisis micro-estructural. Distribución de fases en aleaciones.

*RESULTADO MICROSCOPICO*

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ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES

Toda sustancia puede encontrarse en los tres estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

La sustancia sólida sometida a la acción de las fuerzas de gravedad conserva su forma, mientras que la líquida se extiende y toma la forma del recipiente que la contiene. Esta definición es insuficiente para caracterizar el estado de la sustancia.

Así por ejemplo, el vidrio sólido, si se calienta, va ablandándose y pasa poco a poco al estado líquido. La sustancia inversa también será completamente suave; el vidrio líquido a medida que baja la temperatura, se va haciendo más espeso hasta que, finalmente, se solidifica.

En el vidrio no existe una temperatura de transición del estado líquido al sólido, tampoco existen temperaturas puntos de cambios bruscos de sus propiedades. Por esto es normal considerar el vidrio sólido como un líquido sumamente espeso.

En los sólidos existe un orden determinado, regular de distribución de los átomos, las fuerzas de atracción y repulsión mutua están en equilibrio y el sólido conserva su forma.

En los líquidos las partículas (átomos y moléculas) conservan únicamente el llamado orden próximo, es decir, en el espacio está distribuida regularmente una cantidad pequeña de átomos, y no los átomos de todo el volumen como en el sólido. Esta ordenación próxima es inestable: puede aparecer y desaparecer por la acción de las oscilaciones térmicas de gran energía.

La distribución regular de las partículas (átomos y moléculas) en el espacio caracteriza el estado cristalino. Esto hace que en el cristal cada átomo tenga una misma cantidad de átomos más próximos, vecinos, situados a distancias iguales.

*ESTRUCTURA CRISTALINA DEL COBRE*

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DEFINICION DE GRANO Y TAMAÑO DE GRANO

Los metales son materiales de estructura poli-cristalina, este tipo de materiales están compuestos por una serie de pequeños cristales los cuales se conocen convencionalmente como granos. Cada tipo de grano desde su concepción obtiene diferentes características físicas, por ejemplo, la orientación del mismo y la rugosidad en la superficie.

El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano.

En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande.

Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y dados.

Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad, la cual es deseable a menudo para la carburización y también para el acero que se someterá a largos procesos de trabajo en frío.

Todos los metales experimentan crecimiento de grano a altas temperaturas. Sin embargo, existen algunos aceros que pueden alcanzar temperaturas relativamente altas (alrededor de 1800 F o 982 C) con muy poco crecimiento de grano, pero conforme aumenta la temperatura, existe un rápido crecimiento de grano.

Estos aceros se conocen como aceros de grano fino. En un mismo acero puede producirse una gama amplia de tamaños de grano.

*P RECIPITACI Ó N DISCONTINUA EN LOS LÍMITES DE GRA N O DE UNA ALEACI Ó N DE

COBRE CON 2 % DE BERI L IO ( 7 5 AU M ENTOS)*

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HIPOTESIS DE PRACTICA

¿EL ÁNGULO EN EL QUE CADA PROBETA ES FLEXIONADA INFLUYE EN EL CAMBIO DE PROPIEDADES MECÁNICAS DE ÉSTAS?

¿UNA PROBETA QUE ES FLEXIONADA A 90O CEDERÁ PRIMERO QUE UNA FLEXIONADA A 45 GRADOS?

¿A PESAR DE QUE TODAS LAS PROBETAS ESTÁN FABRICADAS CON EL MISMO MATERIAL, ESTÁS PUEDEN TENER CIERTAS CARACTERÍSTICAS

QUE LAS DIFERENCIA A UNA DE OTRA?

¿AL MOMENTO DE LA FLEXIÓN, LA TEMPERATURA EN LA ZONA AFECTADA AUMENTARÁ?

DESARROLLO DE TRATAMIENTO EN FRIO (FLEXION)

JUNQUERA GUERRERO GABRIEL.

LA FLEXIÓN DE ÉSTA PROBETA SE REALIZÓ A 90O CEDIENDO HASTA LA RUPTURA AL MOMENTO DE COMPLETAR 121 DOBLECES O 60.5 CICLOS.

EL CAMBIO DE LA TEMPERATURA EN LA ZONA AFECTADA POR DICHOS DOBLECES FUE PERCEPTIBLE A PESAR DE SER MÍNIMO. EL RITMO CON EL QUE LOS DOBLECES FUERON REALIZADOS FUE CONSTANTE CON EL FIN DE LLEVAR LA RESISTENCIA DE LA PROBETA AL LÍMITE.

PROBETA N° 1

N° DE FLEXIONES 121 DOBLECES

ÁNGULO DE FLEXION

90 GRADOS

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HIPOTESIS DE PRACTICA

¿AL REALIZAR LAS FLEXIONES DE NUESTRA PROBETA INFLUYE EL RITMO Y LA CONSTANCIA DE DOBLEZ?

¿CAMBIARAN DRASTICAMENTE LAS PROPIEDADES Y ESTRUCTURA DE NUESTRA PROBETA AL DOBLAR CON LA MANO Y NO CON UNA

HERRAMIENTA?¿EL AMBIENTE EN EL QUE SE FLEXIONA NUESTRA PROBETA INFLUYE EN

LA RUPTURA?

¿INFLUYE EN EL TIEMPO Y ANGULO DE RUPTURA QUE LAS FLEXIONES NO SE REALICEN EXACTAMENTE EN EL CENTRO DE LA PROBETA?


PUGA HERNANDEZ ERWIN MIGUEL.

ÉSTA PROBETA SE FLEXIONO EN FRIO CON LA MANO Y A LA SOMBRA A UN ANGULO DE 45O HASTA SU RUPTURA, QUE SUCEDIÓ AL DOBLEZ NUMERO 111.

LA RUPTURA SE PUDO PREDECIR AL MOMENTO EN QUE EN EL PUNTO EN DONDE SE EFECTUABAN LAS FLEXIONES SE TENSABA Y SE CALENTABA. HACIENDOSE CON ESTO NUESTRA PROBETA DE COBRE MAS DURA Y POR LO TANTO MAS FRAGIL.

PROBETA N° 2


ÁNGULO DE FLEXION

45 GRADOS

PROBETA N° 2

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HIPOTESIS DE PRACTICA¿EL ÁNGULO DE DOBLEZ DE 90° PROVOCARA QUE LA PROBETA SE ROMPA

CON MAYOR RAPIDEZ QUE DOBLANDO A 45°?

¿NUESTRA PROBETA SUFRIRÁ MÁS DAÑO CAMBIANDO EL RITMO DE DOBLECES A MAYOR VELOCIDAD MAYOR FACILIDAD PARA ROMPERSE?

¿LA TEMPERATURA CREADA POR LOS DOBLECES Y POR NUESTRAS MANOS FACILITARA LA RUPTURA DE NUESTRO MATERIAL ABLANDÁNDOLO?

¿LA PROBETA NO SUFRIRÁ RUPTURA ALGUNA HASTA EL DOBLEZ 80 DEBIDO A LA RAPIDEZ DE LOS DOBLECES?


VILLASEÑOR SANCHEZ JUAN EDUARDO.

A ESTA PROBETA SE LE APLICO EL MÉTODO DE EN FRIO DE FLEXIÓN, PROVOCANDO 60 DOBLECES POR LA MITAD DE LA PROBETA CON UN ANGULO DE 90° Y OBSERVAMOS QUE NUESTRA PROBETA LLEGO AL LÍMITE DE PODER PARTIRSE POR LA MITAD.

TAMBIÉN OBSERVAMOS QUE EL RITMO AL QUE SE DEN LOS DOBLECES INFLUYE, ENTRE MÁS RÁPIDO SE APLIQUEN LOS DOBLECES LA PROBETA SE VUELVE MÁS DÉBIL, ADEMÁS LA TEMPERATURA FUE INFLUYENTE EN ESTE CASO YA QUE AUMENTO DEBIDO A LOS DOBLECES PROVOCANDO QUE NUESTRA PROBETA SE ABLANDARA MÁS DE LO NORMAL.


ÁNGULO DE FLEXION

90 GRADOS

PROBETA N° 3

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HIPOTESIS DE PRACTICA¿LA PROBETA SE SOMETERÁ A 15 FLEXIONES CON UN ÁNGULO DE 45 EN ESE

MOMENTO SE ROMPERÁ?

¿LA PROBETA SUPERO LA HIPÓTESIS ANTERIOR SIGUIENDO CON EL PROCEDIMIENTO SE DOBLARA 10 VECES MÁS A LO CUAL LLEGAREMOS A 25

FLEXIONES LO CUAL NOS RESULTA Q SU DUREZA AUMENTARA?

¿LA PROBETA AHORA SE LE AUMENTAN 20 FLEXIONES LLEGANDO A UN TOTAL DE 45 FLEXIONES Y AHORA DEBERÁ EXPERIMENTAR UN CALENTAMIENTO Y UNA

DUREZA MUCHO MAYOR INCLUSO PUEDE LLEGAR A ROMPERSE?

¿SE LE AUMENTARAN 10 FLEXIONES LLEGANDO A UN TOTAL DE 55 FLEXIONES EN UN ÁNGULO DE 45 GRADOS AHORA LA PROBETA SE ROMPERÁ YA QUE SE

HA CALENTADO Y SU DUREZA EN MUCHO MAYOR?


RODRIGUEZ GONZALEZ DANIEL.

-Se tiene la probeta de 20 cm. Se empieza un tratamiento de flexión-La probeta está siendo sometida a una flexión de 55 veces repetidas veces-La dureza ha aumentado y sufre un ligero calentamiento el material después de haber flexionado 15 veces-Tenemos ahora una probeta flexionada 45 veces la cual ya se ha deformado en varias partes alrededor de la sección flexionada-Finalizando con el experimento se dobló 10 veces más formando un total de 55 flexiones lo cual ha producido una gran dureza y calentamiento. También se observó q debido a la dureza que tiene, se ha deformado la parte q rodera a la flexión.


ÁNGULO DE FLEXION

45 GRADOS

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FLEXION (TRATAMIENTO MECANICO EN FRIO):

CAMBIO DE PROPIEDADES Y ESTRUCTURA DEL COBRE POR MEDIO DE UN METODO MECANICO EN FRIO .

Los metales se pueden someter a una serie de tratamientos para potenciar sus propiedades: Dureza, resistencia mecánica, plasticidad para facilitar su conformado.

Tratamientos mecánicosMejoran las características de los metales por deformación mecánica, con o sin calor.Existen los siguientes tratamientos mecánicos:

Tratamientos mecánicos en caliente: También denominados forja. Consisten en calentar un metal a una temperatura determinada para, luego, deformarlo golpeándolo fuertemente. Con esto se afina el tamaño del grano y se eliminan del material sopladuras y cavidades interiores, con lo que se mejora su estructura interna.

Tratamientos mecánicos en frío : Consisten en deformar el metal a la temperatura ambiente, bien golpeándolo, o por trefilado o laminación. Estos tratamientos incrementan la dureza y la resistencia mecánica del metal y, también, acarrean una disminución en su plasticidad.

ENSAYO DE MATERIALES

Con el ensayo de los materiales deben determinarse los valores de resistencia, verificarse las propiedades y establecerse el comportamiento de aquellos bajo la acción de las influencias externas. El factor económico juega un rol de importancia en el campo de la fabricación en general, imponiendo un perfecto conocimiento de los materiales a utilizar, de manera de seleccionarlos para cada fin y poder hacerlos trabajar en el límite de sus posibilidades, cumpliendo con las exigencias de menor peso, mejor calidad y mayor rendimiento.

En los ensayos físicos se determinan generalmente la forma y dimensiones de los cuerpos, su peso específico y densidad, contenido de humedad, etc., y en los mecánicos la resistencia, elasticidad y plasticidad, ductilidad, tenacidad y fragilidad, etc.

PROBETA N° 4

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ENSAYOS ESTÁTICOS:

En primer lugar se debe destacar que un ensayo estático es aquel en el cual la fuerza que actúa sobre la pieza en estudio es constante, de esta forma podemos citar como ejemplos los ensayos de dureza, tracción, fluencia, torsión, compresión, flexión y pandeo. A continuación se detallará el mecanismo de todos y cada uno de ellos por separado

ENSAYOS TECNOLÓGICOS

En estos ensayos suelen considerarse solamente la capacidad de deformación a la temperatura ordinaria o a la temperatura de forja, sin medir la fuerza ni el trabajo.

El ensayo de doblado sirve para demostrar la facilidad de curvar el material a la temperatura ordinaria.

La forjabilidad de obtiene forjando un acero plano repetidamente, calentándolo, hasta que aparezcan grietas en los bordes. El ensanchamiento debe ser de 1 a 1 ½ veces la anchura primitiva sin que aparezcan grietas.

La facilidad de soldadura en la fragua se prueba soldando por recubrimiento dos barretas de ensayo en la forma acostumbrada en los talleres. De un modo análogo debe ensayarse la soldadura con gas o de arco voltaico, así como con electrodos, para ver la calidad de la misma. Junto con la resistencia y la deformabilidad de las probetas soldadas, en las soldaduras de aceros a más de 500Kg/mm2 es necesario ensayar si el material soldado admite sin agrietarse trabajos de calado a presión.

El ensayo de doblado en un sentido y en le otro se lleva a cabo para los alambres y planchas delgadas.

Las planchas que deben sufrir deformaciones muy fuertes por embutición o prensado se someten al ensayo de embutido.

Con el aparato de embutir de Erichsen se clava un macho redondeado en la plancha de ensayo colocada entre la matriz y el sujetador, midiendo la profundidad a que baja el macho hasta que la plancha se agrieta.

Los roblones se ensayan para hallar su facilidad de estampación por medio de recalcado en frío y en caliente.

Los tubos se prueban abocardándolos con un macho cónico y además rebordeándolos. Sus tensiones interiores se prueban aserrándolos según su generatriz y viendo si tiende a abrirse o a cerrarse al corte.

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO METALOGRÁFICO

Por ensayo metalográfico se entiende la obtención y valoración de micrografías. Las probetas de material se rectifican y pulen con el fin de eliminar las rugosidades procedentes de la fabricación y poder reconocer fallos del material tales como: inclusiones de escoria, óxidos y sulfuros, así como grietas, poros y burbujas de gas.

Si se aplican ácidos a la superficie (soluciones mordientes), se colorean los componentes de la textura o se vuelven rugosos. Bajo la acción de una fuente de luz, las probetas tratadas de esta forma, vistas al microscopio muestran diferencias de luminosidad, debido a que los colores o irregularidades reflejan la luz de forma distinta. En cierto modo aparece la imagen de la textura.

PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS Y TOMAS DE PROBETAS

Mediante los diversos procedimientos de ensayos se trata de tener una idea mas completas sobre las propiedades de un material para decidir de ahí anticipadamente su comportamiento cuando esté sometido a las cargas de funcionamiento y a las influencias exteriores.

Para valorar las probetas son muy importantes las dimensiones de la pieza forjada o fundida y el lugar de donde se toma esa probeta. Las probetas siempre deben tomarse de los sitios y en las direcciones en que reina el máximo trabajo.

ESFUERZOS

La constitución de la materia de los sólidos presupone un estado de equilibrio entre las fuerzas de atracción y repulsión de sus elementos constituyentes (cohesión). Al actuar fuerzas exteriores, se rompe el equilibrio interno y se modifican la atracción y repulsión generándose por lo tanto una fuerza interna que tenderá a restaurar la cohesión, cuando ello no ocurre el material se rompe.

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CLASIFICACIÓN DE LOS ESFUERZOSESFUERZOS NORMALES ESFUERZOS TANGENCIALES

Son producidos por cargas que tienden a trasladar a las secciones transversales en

un determinado sentido

Son generados por pares de cargas, que actúan en el plano de las secciones

transversales y tienden a producir sus giros o deslizamientos.

TRACCIÓN Y COMPRESIÓN

Se obtiene cuando las fuerzas exteriores, de

igual magnitud, dirección y sentido contrario, tienden a estirar (tracción) o

aplastar (compresión) el material según el eje en que actúan.

TORSIÓN

Se origina por efecto de pares que actúan sobre los ejes de las

secciones transversales,

produciendo el giro de las mismas en sus

planos.

FLEXIÓN

Tiene lugar cuando se producen pares de

fuerzas perpendiculares al

eje, que provocan el giro de las secciones

transversales con respecto a las inmediatas.

CORTE

Las fuerzas actúan normales al eje del

cuerpo, desplazando entre sí las secciones

inmediatas.

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO DE MATERIALES

Procedimientos de ensayo mecánico - tecnológicos

Procedimientos de ensayo metalográficos

Procedimientos de ensayo no destructivos

Muestran el comportamiento de los materiales frente a las fuerzas externas y en el mecanizado.

Proporcionan conocimientos sobre la estructura y tipo de la textura

Proporcionan información sobre la composición y sobre fallos (grietas, poros, inclusiones)

Solicitaciones continuas en reposo, por impulsos, periódicamente alternadas

Investigación de la textura en zonas esmeriladas, con aumento al microscopio

Análisis espectral, investigación por rayos X y ultrasonido, procedimiento del polvo magnético

FLEXIÓN METODO MECANICO EN FRIO

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Un elemento está sometido a cargas de flexión cuando soporta fuerzas y momentos externos con dirección perpendicular a la de su eje centroidal.

La flexión nos sirve para comprobar las deformaciones de los materiales en deformación simple. La condición es que el material no sobrepase nunca sus tensiones máximas de flexión.

ENSAYO DE FLEXIÓN

Es un ensayo complementario del de tracción para algunos materiales, ya que sólo se realiza en piezas que van a ser sometidas a esfuerzos de flexión. Las probetas son cilíndricas y rectangulares normalmente, aunque también puede realizarse sobre probetas cuadradas

Los miembros que soportan cargas perpendiculares a sus ejes longitudinales se llaman vigas. Debido a las cargas aplicadas, las vigas desarrollan un momento flexion ante que varía punto a punto a lo largo del eje de la viga.

El ensayo consiste en someter las probetas apoyadas libremente por los extremos a un esfuerzo aplicado en el centro o dos iguales aplicados a la misma distancia de los apoyos. Normalmente el ensayo se realiza colocando dos rodillos con la separación L=20d, siendo d el diámetro de la probeta. En la figura adyacente se reproduce un pequeño esquema de este ensayo. Como convenio tomamos el signo del momento flexión ante positivo si este genera compresión en las fibras superiores de la viga.

La fórmula de la flexión que sirve para calcular el esfuerzo normal es la siguiente:

Donde σ es el esfuerzo normal, M es el momento interno resultante, I es el momento de inercia y c distancia perpendicular desde el eje neutro (es el eje de la barra que no experimenta un cambio de longitud) al punto donde estamos calculando el esfuerzo. Para el ensayo de flexión sometemos una barra a presión sin que falle por pandeo o por corte antes de llegar a su máxima resistencia por flexión, para que esto suceda la viga bajo ensayo no debe ser demasiado corta con respecto al peralte ni tampoco demasiado largo.

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En la flexión obran fuerzas perpendiculares al eje recto de la barra o viga, el plano de carga corta a las secciones transversales en la flexión simple, según un eje principal, que cuando se trata de una sección transversal simétrica, es su eje de simetría, cuando se trata de flexión disimétrica, el plano de las cargas corta a las secciones transversales según rectas que no son ejes principales, si bien siguen pasando por el sector de gravedad de cada sección.

DUREZA

La dureza se puede definir como una medida de la resistencia de un metal a la deformación plástica permanente, y se mide forzando con un penetrador su superficie, este elemento penetrador que es generalmente una esfera, una pirámide, o un cono, se fabrica de un material mucho más duro que el material que está siendo ensayado.

La dureza de un material es la resistencia que opone a la penetración de un cuerpo más duro. La resistencia se determina introduciendo un cuerpo de forma esférica, cónica o piramidal, por el efecto que produce una fuerza determinada durante cierto tiempo en el cuerpo a ensayar. Como indicador de dureza se emplea la deformación permanente (plástica).

ENSAYO DE DUREZA

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Este ensayo físico mide la resistencia a la penetración sobre la superficie de un material efectuado por un objeto duro. Interesa entre otros fines para determinar las propiedades de los aceros y los tratamientos, composiciones o tipos de aceros más adecuados para un fin determinado. Nos permite establecer las causas de fracaso puestos en servicios y determinar si el material ha de ser reemplazado por otro. La primera clasificación de los materiales que se hizo en función de la dureza fue la escala de dureza mineralógica o resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados y el primer aparato que se utilizó para ensayar la dureza de los cuerpos fue el esclerómetro de Martens.

El procedimiento más simple y más extendido para apreciar la dureza de los metales fue el ensayo de la lima, comparando el esfuerzo necesario para el rayado o la profundidad de la huella se pueden clasificar con cierta aproximación la dureza de distintos materiales. Existen muchos métodos con mayor precisión para medir la dureza de los materiales, entre ellos, los más comunes son los de Brinell, Rockwell, Vickers y Shore

ENSAYO DE DUREZA VICKERS (HV)

Ideado por el inglés Vickers. Su fundamento es parecido al de Brinell, se basa en la resistencia que oponen los cuerpos a ser penetrados y se halla la dureza dividiendo la carga por la superficie de la huella. Se diferencia de aquél por emplear como cuerpo penetrador un diamante tallado en forma de pirámide rectangular. Es el procedimiento que se emplea en todos estudios e investigaciones científicas. En este ensayo, la carga es aplicada por un juego de palancas que mueven una leva. Después de haber mantenido la carga durante un cierto tiempo, se coloca un microscopio sobre la huella cuyos bordes forman en la superficie ensayada un cuadrado cuyas diagonales se miden en una retícula graduada.

La dureza Vickers se calcula según la expresión:

En este caso se emplea como cuerpo de penetración una pirámide cuadrangular de diamante. La huella vista desde arriba es un cuadrado. Este procedimiento es apropiado para aceros nitrurados y cementados en su capa externa, así como para piezas de paredes delgadas de acero o metales no férreos.

La dureza Vickers (HV) se calcula partiendo de la fuerza en Newton y de la superficie en mm2 de la huella de la pirámide según la fórmula:

La diagonal (d) es el valor medio de las diagonales de la huella (d1) y (d2).

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL (HRC) Ó (HRB)

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En 1924 la máquina Rockwell completó las medidas del procedimiento de Brinell. Se basa en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo más duro. Se diferencia del ensayo Brinell en que éste determina la dureza en función de la superficie de la huella y en el Rockwell, se determina en función de la profundidad de penetración. En este ensayo actúan dos cargas distintas, primero se aplica una carga pequeña y luego actúa otra mayor. Las cifras de dureza Rockwell son función de la diferencia entre la penetración conseguida cuando actúa la carga pequeña y la profundidad de la huella permanente que hicieron las dos cargas cuando actuaron a la vez.

En el año 1932, apareció otro tipo de máquina llamada Rockwell superficial, estudiada especialmente para el ensayo de piezas sumamente delgadas.El medidor de dureza y su funcionamiento se indican a continuación

Se coloca la pieza y se gira el tornillo hasta que la pieza llegue a tocar el diamanteo la bola, en el momento en que la pieza se apriete contra el diamante, comienza a ejercer una cierta presión sobre la pieza, debido a un muelle que lleva la máquina en su interior. Se gira la esfera del micrómetro hasta que el cero de la esfera coincida con la aguja y se deja en libertad la carga grande, en este momento se mueve la aguja del micrómetro y la bola o diamante penetra en el material.

Para los materiales duros se emplea como elemento de penetración un cono de diamante de ángulo 120º, y para los semiduros y blandos una bolita de acero de 1/16”, deduciéndose la fuerza Rockwell de la profundidad conseguida en la penetración.

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El cuerpo empleado para la penetración se hace incidir sobre la superficie de la pieza a ensayar con carga previa de 10Kg.

La profundidad de penetración alcanzada constituye el valor de partida para la medición de la profundidad de la huella. Después se aumenta en 140Kg la carga aplicada al cono (150Kg), y en 90Kg la aplicada a la bolita (100Kg), bajándose nuevamente el valor previo.

Se mide la profundidad de penetración que queda y en la escala del aparato se lee directamente la correspondiente dureza Rockwell C (HRc) cono o la Rockwell B (HRb) bolita.

INVESTIGACIÓN SOBRE LA METALOGRAFIA:

MÉTODOLOGÍA DE ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA DE LOS METALES.

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La preparación de una muestra consiste en los pasos necesarios para poder analizar la misma de forma correcta.Específicamente se describen a continuación, los pasos para la preparación de muestras observadas en microscopio.

EXTRACCION DE LA MUESTRA

Durante la extracción de la muestra es fundamental considerar el lugar de donde se extraerá la probeta y la forma en que se hará dicha extracción.

Se debe tener en cuenta que no es indiferente el lugar de donde se extraerá la muestra, según sea el objetivo del examen.

Por ejemplo cuando se trata de una pieza rota en servicio y el objeto del examen es determinar las causas de dicha falla, la probeta debe extraerse, en la medida de lo posible, de la zona puntual donde la pieza ha fallado.

Esto permitirá obtener la mayor información posible de las características del material en dicha zona y así obtener mejores conclusiones sobre las posibles causas de la falla.

Por ejemplo, si se pretende determinar si un trozo de alambre posee trabajo en frió, causado por algún proceso de trefilado, se deberá observar una cara paralela al eje longitudinal de dicho trozo; por lo tanto la extracción de la muestra estará determinada por esta condición. En síntesis se debe lograr una muestra representativa del material a examinar.En cuanto a la forma de extracción de la probeta se debe tener en cuenta queesta operación debe realizarse en condiciones tales que no afecten la estructura superficial de la misma.

Por lo tanto se debe cuidar que la temperatura del material no se eleve demasiado durante el proceso de extracción.

La extracción se puede hacer con cierras de corte manual, o en el caso de piezas muy duras con cortadoras sensitivas muy bien refrigeradas.

CORTE METALOGRAFICO (SECCIONAR)

Consiste en remover una muestra del material analizado, teniendo en cuenta las convenciones en tamaño y qué tan representativa son dicha porción del total a analizar.

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Este primer paso es usado para otras prácticas además de la metalografía, por ejemplo, ensayos de dureza.

*CORTADORA METALOGRÁFICA*

Cortar la muestra con una cortadora o micro-cortadora metalográfica: es un equipo capaz de cortar con un disco especial de corte por abrasión, mientras suministra un gran caudal de refrigerante, evitando así el sobrecalentamiento de la muestra.

De este modo, no se alteran las condiciones micro-estructurales de la misma.

INCLUIDO METALOGRAFICO (MONTAJE DE LA MUESTRA)

Consiste en proporcionar una base que sostenga la muestra, lo anterior brinda facilidad de uso.

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Por ejemplo, en la manipulación de especímenes pequeños o cortantes.Es importante tener en cuenta que, antes de realizar el montaje se debe limpiar la muestra según su naturaleza.Por ejemplo, muestras con óxido (el cual no es objeto de estudio) deben ser limpiadas químicamente, por otro lado la limpieza física es adecuada y casi siempre necesaria.

TIPOS DE MONTAJE

MONTAJE MECÁNICOMontaje en abrazaderas de diferentes tipos. Es un tipo de montaje sencillo, pues no requiere maquinaria especializada.

MONTAJE EN PLÁSTICOEs el tipo de montaje más usado. Básicamente se usan dos formas para montaje en plástico:

MOLDEO POR COMPRESIÓN O MONTAJE EN CALIENTERequiere de calor, presión y por tanto algún tipo de prensa especializada.

MONTAJE EN FRIOSe realiza vertiendo encima de la muestra, dos mezclas líquidas poliméricas que se solidifican al reaccionar a temperatura ambiente.

*INCLUIDORA METALOGRÁFICA*

La muestra cortada se incluye en resina para su mejor tratamiento posterior y almacenado. La inclusión se puede realizar mediante resina en frío: normalmente dos componentes, resina en polvo y un catalizador en líquido, o bien en caliente: mediante una incluidora, que, mediante una resistencia interior calienta la resina (monocomponente) hasta que se deshace. La misma máquina tiene la capacidad de enfriar la muestra, por lo que es un proceso recomendado en caso de requerimientos de muchas muestras al cabo del día.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Embutidora_metalografica.jpg?uselang=es

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*TIPOS DE MONTAJES MECÁNICOS*

*TIPO DE MONTAJE EN FRIO, LOS DOS TIPOS DE PUNTOS REPRESENTAN DIFERENTES PLÁSTICOS*

DESVASTE METALOGRAFICO

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DESVASTE GROSERO

El desbaste grosero se practica una vez extraída la probeta con la finalidad de reducir las irregularidades, producidas en la operación de extracción, hasta obtener una cara lo más plana posible.

Esta operación puede realizarse con una cinta de desbaste o bien en el caso de materiales no muy duros como aceros sin templar y fundiciones se puede hacer con lima, aunque aumente algo la distorsión que se produce en la superficie a causa de la fluencia del material.

De cualquier manera que se practique el desbaste grosero siempre se debe cuidar que la presión no sea exagerada para que la distorsión no sea muy importante, ni la temperatura de la superficie se eleve demasiado.

DESVASTE FINAL

La operación de desbaste final comienza con un abrasivo de 150, seguido del250, 400, para terminar con el 600 o 1000.

El desbaste se puede realizar a mano o con desbastadoras mecánicas.

Para el caso de desbaste manual el papel abrasivo se coloca sobre una placa plana y limpia y se mueve la probeta longitudinalmente de un lado a otro del papel aplicándole una presión suave; se debe mantener la misma la dirección para que todas las rayas sean paralelas.

Durante la operación se debe dejar que una corriente de agua limpie los pequeños desprendimientos de material y a su vez lubrique y refrigere la zona desbastada.

El final de la operación sobre un papel está determinado por la desaparición de las rayas producidas durante el desbaste grosero o el papel anterior.

Para poder reconocer esto fácilmente se opera de manera que las rayas de un papel a otro sean perpendiculares, es decir se debe rotar 90º la dirección de movimiento de la probeta cada vez que se cambia de abrasivo. Además cada vez que se cambia de abrasivo es conveniente lavar la probeta y enjuagarse las manos para no transportar las partículas desprendidas en el abrasivo anterior, ya que esto puede provocar la aparición de rayas.

La presión que se aplica a la probeta no debe ser exagerada ya que esto aumenta la distorsión y además pueden aparecer rayas profundas.

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La presión debe ir disminuyendo a medida que se avanza en la operación.Si el desbaste se realiza en forma automática las precauciones son las mismas que para el desbaste manual. En este caso el abrasivo esta adherido sobre un disco de 20 cm de diámetro, aproximadamente, que gira a velocidades que pueden oscilar entre 250 y 600 RPM; las velocidades más altas se usan con los abrasivos más gruesos.

Cuando los metales a pulir son demasiado blandos es conveniente impregnar los abrasivos con un lubricante adecuado.

* LIJA CALIBRE 400*

*LIJADO (UN SOLO SENTIDO)*

PULIDO METALOGRAFICO (PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE DE ESTUDIO )

El pulido tiene por objeto eliminar las rayas finas producidas en el desbaste finaly producir una superficie con características especulares.

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Esta operación por lo general se realiza en forma mecánica y se utiliza un paño impregnado con partículas de algún abrasivo en solución acuosa.

Básicamente, se pueden utilizar dos tipos de paños: con pelo (pana, terciopelo, lanas) y sin pelo (seda natural). Se debe elegir el que más se adapte al tipo de material a examinar.

Por ejemplo, el pulido de muestras de fundición se debe realizar con paños sin pelo para evitar el arrancamiento de grafito.

En cuanto a los abrasivos pueden ser: pasta de diamante, alúmina, alumdun,etc.

El abrasivo comúnmente utilizado es la alúmina, que es oxido de aluminio en partículas y que comercialmente se obtiene en forma de pastas o soluciones acuosas.

Se debe cuidar que la humedad del paño sea la adecuada, es decir, si la humedad es excesiva la acción abrasiva se retardará demasiado y si es escasa la probeta tiende a mancharse.

Si bien es muy cierto que cuanto más pulida este la superficie más clara será la imagen que obtengamos en el ocular, muchas veces no es necesario llegar hasta un pulido perfecto, sino que bastará con que la densidad de rayas en la superficie sea lo suficientemente baja y preferentemente en una sola dirección.

Si con un aumento de 500x se pueden distinguir porciones lisas más o menos grandes entre las rayas, entonces el pulido puede darse por terminado.

Dado que las zonas rayadas serán más atacadas que las zonas lisas, si la densidadde rayas es muy alta y si a su vez están en dos o más direcciones, el oscurecimientode las rayas durante el ataque cubrirán los detalles de la estructura del material.

PULIMENTO

Arreglo de partículas abrasivas suspendidas entre las fibras de un paño.

Para la preparación de superficies típicamente se utiliza una secuencia de maquinado o rectificado y luego de pulimento. La operación se compone de distintas etapas que van incrementando su fineza para proporcionar un mejor acabado.

*PULIDORA METALOGRÁFICA*

Se usa el equipo Desbastadora o Pulidora Metalográfica, se prepara la superficie del material, en su primera fase denominada Desbaste Grueso, donde se desbasta la

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superficie de la muestra con papel de lija, de manera uniforme y así sucesivamente disminuyendo el tamaño de grano (Nº de papel de lija) hasta llegar al papel de menor tamaño de grano. Una vez obtenido el último pulido con el papel de lija de tamaño de grano más pequeño. Al inicio de la segunda fase de pulido denominada Desbaste Fino,en la que se requiere de una superficie plana libre de ralladuras la cual se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño especial cargado con partículas abrasivas cuidadosamente seleccionadas en su tamaño para ello existen gran posibilidad de abrasivos para efectuar el ultimo pulido; en tanto que muchos harán un trabajo satisfactorio parece haber preferencia por la gama de óxidos de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los basados en cobre y óxido de cerio para pulir aluminio, magnesia y sus aleaciones.

La etapa del pulimento es ejecutada en general con paños macizos colocados sobre platos giratorios circulares, sobre los cuales son depositadas pequeñas cantidades de abrasivos, en general diamante industrial en polvo fino o bien en suspensión, con granulometrías como por ejemplo de 10, 6, 3, 1, y 0,25 micras

El pulido se realiza sujetando la muestra a tratar con la mano o bien mediante un cabezal automático para pulir varias muestras a la vez. El cabezal automático ejerce una presión pre-configurada hacia el disco o paño de desbaste o pulido durante un tiempo concreto.

Estos parámetros deben ser configurados según tipo de material (dureza, estado del pulido, etc...) Opcionalmente existen sistemas con dosificador automático de suspensión diamantada.

La preparación de metales blandos y dúctiles es difícil en el sentido de que el metal blando fluye con mucha facilidad y se generan capas de metal distorsionado que enmascaran la verdadera estructura (Aluminio y sus aleaciones, Cobre y sus aleaciones, etc.

ATAQUE QUIMICO

Luego de la última pasada de pulimento, la superficie es tratada químicamente.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pulidora_metalografica_tecnipol.jpg?uselang=es

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El ataque químico de la cara que se observará tiene por objetivo poner en evidencia, mediante un ataque selectivo, las características estructurales de la muestra.

Al aplicar el reactivo sobre la superficie a observar, las características de la estructura son reveladas como consecuencia de un ataque selectivo de la superficie.

Esto se debe a que las distintas fases así como los planos cristalográficos diferentemente orientados poseen diferencias en la susceptibilidad al ataque.

En general aquellas regiones de la estructura donde la energía libre del sistema es mayor, como por ejemplo los límites de fases, bordes de grano, etc., son atacadas más rápidamente que las regiones monofásicas o ínter granulares.

Los reactivos de ataque por lo general son ácidos orgánicos disueltos en agua, alcohol, glicerina, etc. El grado de ataque de una probeta es función de la composición, temperatura y tiempo de ataque.

Para que el ataque sea apropiado es necesario elegir el reactivo de acuerdo a la composición de la probeta, es decir, un reactivo a base de persulfato de amonio es ideal para atacar probetas de cobre y latón, pero no es adecuado para atacar al acero o aleaciones ferrosas.

En cambio el nital (solución acuosa o alcohólica de ácido nítrico al 2% o hasta el 5%) es uno de los reactivos más comúnmente usado en aleaciones ferrosas y aceros.

En general, dado un reactivo, el tiempo de ataque es una variable fundamental, y en general debe ser determinado en forma práctica. Un tiempo de ataque demasiado corto (sub-ataque), no permitirá que el reactivo actúe lo suficiente y por lo tanto no se obtendrá un buen contraste entre las fases, o los bordes de grano aun no habrán aparecido.

Por otro lado, un sobre ataque proporcionará una cara obscura con bordes de grano demasiado anchos, resultando dificultoso una distinción clara de las proporciones de cada una de las fases.

En este sentido la experiencia indica que en el caso de no conocer el tiempo de ataque adecuado, es conveniente comenzar con secciones acumulativas de ataques de corta duración y observaciones microscópicas hasta lograr el contraste apropiado.

En el caso que se produjese un sobre ataque será necesario pulir la probeta en el abrasivo más fino y también en el paño antes de atacar nuevamente durante un tiempo menor.El ataque químico es un proceso de corrosión controlada de la muestra, se realiza sumergiendo la superficie en algún tipo de solución adecuada.

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La solución química usada depende del material que compone la muestra, la temperatura y tiempo del ataque, el efecto deseado en la superficie entre otros.

Hay una enormidad de ataques químicos, para diferentes tipos de metales y situaciones. En general, el ataque es hecho por inmersión o fregado con algodón embebido en el líquido escogido por la región a ser observada, durante algunos segundos hasta que la estructura o defecto sea revelada. Uno de los más usados es el nital, (ácido nítrico y alcohol), para la gran mayoría de los metales ferrosos.. Una guía de los ataques químicos utilizados para revelar las fases y micro constituyentes de metales y aleaciones se pueden ver en la norma ASTM E407 - 07 Standard Practice for Microetching Metals and Alloys

METODOS DE ATAQUE QUIMICO

Antes de realizar el ataque se debe limpiar y desengrasar con alcohol la cara de la muestra a atacar y luego se debe secar con aire caliente.

Los modos de ataque principalmente son dos: uno sumergiendo la probeta en el reactivo con la cara que se observará hacia arriba y el otro es mojando un algodón con el reactivo y frotar la cara de la probeta.

Transcurrido el tiempo de ataque se debe tomar la probeta y lavar con agua o alcohol e inmediatamente se debe secar con aire caliente. En el caso que se lave con agua es conveniente enjuagar rápidamente la probeta con alcohol y luego secarla con aire, esto previene la formación de manchas de óxido.

La muestra se debe manipular en todo momento con pinzas por dos razones fundamentales: para no tener inconvenientes con el reactivo y para no tocar la muestra con las manos ya que esto manchará la superficie de la misma.

*ATAQUE QUIMICO*

TABLAS DE DATOS

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La siguiente tabla muestra soluciones químicas para realizar el ataque en algunos metales típicos.

Nombre del Reactivo Composición Aplicaciones

Ácido Nítrico (Nital 2%) Ácido nítrico ……….2 cm3.Alcohol ……………..100 cm3.

Aceros, Hierros, Fundiciones

Ácido Pícrico (Picral) Ácido pícrico ……….4 grs. Alcohol ……………..100 cm

3.

Aceros de baja aleación

Ácido clorhídrico HCl concentrado …..1 cm3.

Agua ………………..100 cm3.

Aceros templados

Reactivo de Bolton Ácido pícrico …………6 grs.Alcohol etílico ………. 78 cm

3.

Ácido nítrico ………….2 cm3.

Agua ………………….20 cm3.

Fundiciones

Ácido Nítrico concentrado Ácido nítrico concentrado 50 cm

3.

Latones α + β

Persulfato de amonio Persulfato de amonio 10 grs. Agua …………………100 grs.

Cobre y sus aleaciones

Cloruro férrico ácido Cloruro férrico …. ……5 grs. Agua ………………….5 cm

3.

Ácido clorhídrico …. ..30 cm3.

Alcohol isoamilico …. 30 cm3.

Alcohol 96º…. ……….30 cm3.

Cobre, zinc y sus aleaciones

Ácido Nítrico A) Diluido en concentracio-nes de 0,5, 1, y 10%

B) Ácido nítrico diluido en alcohol

Zinc y eutéctico Zn-Al

Ácido fluorhídrico Ácido fluorhídrico …..5 mlAgua …. ……………...99,5 ml

Aluminio

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MICROSCOPIO:

Utilización de lupas estereoscópicas (que favorecen la profundidad de foco y permiten por tanto, visión tridimensional del área observada) con aumentos que pueden variar de 5x a 64X

El principal instrumento para la realización de un examen metalográfico lo constituye el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50x y 2000x.

El microscopio metalográfico, debido a la opacidad de los metales y aleaciones, opera con la luz reflejada por el metal. Por lo que para poder observar la muestra es necesario preparar una probeta y pulir a espejo la superficie.

Existen muchos procedimientos para estudiar la estructura cristalina de los metales. Estos procedimientos pueden dividirse en dos tipos.

Al primero pertenecen los métodos de estudio de la estructura interna de los cristales.

Al segundo los que estudian las formas externas de éstos.

La estructura interna de los cristales, es decir, la distribución de los átomos en la red cristalina, se estudia por medio del análisis estructural roentgenográfico, que utiliza los Rayos X y la estructura externa a través del método metalográfico.

Es importante señalar que en todos los casos tiene importancia conocer la composición media del metal que se estudia, que se determina por medio del análisis químico.

*FUNCIONAMIENTO DE UN MICROSCOPIO METALOGRÁFICO*

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MATERIAL (APLICADO EN LA PRACTICA):

MICROSCOPIO METALOGRAFICO

El microscopio metalográfico es la herramienta que permite ver de forma clara y magnificada las probetas destinadas para la práctica. Las partes del microscopio son:

Interruptor de encendido. Perilla control de iluminancia: Controla la cantidad de lux que iluminan la muestra. Tubo de observación binocular. Platina: Sobre ella se arreglan las probetas. Portador del espécimen: Base sobre la que se encuentra la platina. Puente giratorio: Contiene el objetivo (lentes de aumento). En total son 4 lentes

con aumento de 5x, 10x, 50x y 100x. Control de movimiento en Y: Posiciona el portador del espécimen en el eje Y. Control de movimiento en X: Posiciona el portador del espécimen en el eje X. Perilla de ajuste fino: Ajuste de imagen fino. Perilla de ajuste grueso: Ajuste de imagen grueso.

PULIDORA METALOGRAFICA

La pulidora es utilizada para dar el acabado final a la superficie objeto de estudio, haciendo uso de lijas y paños especializados. Las partes de la pulidora son:

Discos de: Sobre ellos se arreglan los paños para realizar el pulimento. Arandelas de: Su función es proteger los alrededores de los discos. Tubo de desagüe. Interruptor: Controla el paso de agua por la manguera de refrigeración. Manguera de refrigeración. Perilla: Controla la velocidad angular en los discos. Interruptor de encendido.

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*MICROSCOPIO METALOGRÁFICO INVERTIDO GX41 OLYMPUS*

* PULIDORA DE DOBLE DIS C O (BSPIL-MET-IND-01021)*

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DESARROLLO DE LA PRACTICA (METALOGRAFÍA DE PROBETAS DE COBRE):

Se tomarán probetas de acero de longitud aproximado de 5 pulg, las cuales ya han sido pre-pulidas con lijas de varios calibres.

El pulimento con lijas se realiza utilizando lijas de diferentes calibres.

El calibre en una lija se refiere al tamaño de grano en las partículas que conforman la misma, el número en convenciones es más alto si la lija es más fina.

Para pulir con lijas se realiza un movimiento en una sola dirección, la lija es puesta sobre una superficie plana, se humedece con agua y la superficie de la probeta se frota contra la misma, una vez el rayado de la superficie se encuentre en la dirección del pulido, se rota la probeta 90°, se reemplaza la lija por una de mayor calibre y se repite el proceso.

Las lijas usadas para el pre-pulido son: 80, 160, 220, 320, 400, 600 y en algunos casos 1000.

Adicionalmente lijas de calibres mayores a 320 pueden ser acopladas en la pulidora, para un mejor acabado.

Para mayor mejor comprensión sobre el proceso de pulido visitar:http://www.youtube.com/watch?v=QGsZTEj0AzM

Se realizará un pulido final con paños de alúmina. Para ello se debe colocar la probeta sobre el disco indicado tener en cuenta que se debe sostener firmemente la muestra pues la pulidora gira a una gran velocidad y se debe girar la probeta cada XX.

Se procede a realizar el ataque químico con Nital al 2%, sumergiendo la probeta durante XX segundos y posteriormente se realiza un enjuague para evitar la oxidación.

La probeta ahora es llevada al microscopio, se procede primero a enfocar la imagen por medio de las perillas de ajuste. Una vez la imagen sea clara para el estudio, se realiza una análisis de la microestructura presente en la superficie.

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ELEMENTO QUIMICO COBRE (Cu)

El cobre (del latín cŭprum, y éste del griego kýpros),5 cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29.

Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata).

Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones.

Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

Definiciones del cobreLas nociones sobre la metalurgia del cobre que hemos expuesto son necesarias para comprender las clases de cobre que ordinariamente se encuentran en el mercado y que textualmente el Instituto Nacional deRacionalización del Trabajo, en su norma UNE 37101, define así:

CobreCon la denominación del cobre se designa el elemento químico de este nombre, así como los productos metalúrgicos de los que, solamente con el carácter de impurezas, pueden formar parte otros elementos.

Cobre metalCon esta denominación se designa al cobre como elemento químico, se presenta en forma cristalina de cubos centrados en las caras, con un parámetro de red de 36153 * 10¯⁸ centímetros, a 20° C.

Cobre «Blister»Es el cobre obtenido industrialmente de los minerales mediante la fusión por mata en hornos y ulterior tratamiento de ella en el convertidor.

Cáscara de cobre o cobre de cementaciónEs el cobre obtenido industrialmente por vía húmeda, de disoluciones acuosas de sales cupríferas, en las que el hierro sustituye al cobre con precipitación de éste.

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Cobre de afino térmicoEs el obtenido industrialmente por vía seca y en el que se han eliminado las impurezas, en cantidad y calidad, hasta un límite tal que puede considerarse prácticamente puro.

Cobre electrolíticoEs el obtenido por electrólisis acuosa y que a un elevado grado de pureza une la condición de una conductividad eléctrica muy alta.

Cobre OFHCEl cobre denominado OFHC (Oxigen free high conductivity) es un cobre libre de oxígeno y de alta conductividad eléctrica. Se obtiene refundiendo los cátodos de cobre electrolítico, en hornos eléctricos de inducción en atmósfera inerte(CO, N₂).El cobre OFHC, por su bajo contenido de oxígeno, inferior a 0.010 por ciento, es muy dúctil, pero, en cambio, es metalúrgicamente más impuro, pues contiene impurezas que en el cobre electrolítico quedan oxidados y no afectan a la red cristalina. Por eso el nombre OFHC es de conductividad ligeramente inferior a la del cobre electrolítico.

Propiedades del cobreEl cobre es un metal de color rojo más o menos oscuro, pero siempre de agradable aspecto, que lo hace útil para aplicaciones artísticas. Su peso específico es de 8.96. Funde a 1809°. Su temperatura de ebullición es 2595°.Es, después de la plata, el mejor conductor de calor y de la electricidad. Por eso se utiliza mucho para la construcción de aparatos y útiles de intercambio de calor y, sobre todo, para la construcción de líneas eléctricas.

Propiedades mecánicasEl cobre es un metal muy dúctil y maleable, pues llega a tener un alargamiento del 50 por ciento antes de romperse; pero adquiere gran acritud cuando se deforma en frío, duplicando, como luego veremos, su resistencia mecánica y dureza, y reduciéndose su alargamiento. Este aumento de resistencia que produce la deformación del frío, se utiliza para muchas aplicaciones del cobre; pero, en cambio, tiene el inconveniente que obliga a recocerlo frecuentemente cuando se lamina o se estira.El cobre tiene otro inconveniente, y es que embota las limas y desprende con dificultad la viruta en el mecanizado.

Propiedades químicasEl agua pura no ataca al cobre a ninguna temperatura, lo que se utiliza para la fabricación de calderas de cobre.Los agentes atmosféricos forman en su superficie una película verde grisácea compuesta de sulfato de cobre básico, y en las regiones marinas, de cloruro de cobre y, a veces, carbonato, que reduce el progreso de la oxidación a 0.5 a 1 milésima de milímetro por año.

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Al calentar el cobre se forma, a los 120°, una película rojiza de Cu 2O, que más tarde se convierte en negruzca al formarse Cu O. A partir de los 500°, el cobre se oxida rápidamente en toda su masa.El cobre se alea fácilmente con el oro, plata, estaño, cinc y níquel, pero difícilmente con el plomo y hierro.

TABLA : CUAL I DADES DEL COBRE S I N ALEAR (UNE 37 1 0 3)

NOMBRE

Entre paréntesis, desig-

nación gráfica-oral

contenido mínimo de cobre

Calidad

Conductividad mínima

referida al patrón

internacional %

R

Kgl/

mm²

A

%

HR

Cáscara de cobre o cobre

de cementación (Cuc)… Cobre «blister» (Cub)… Cobre electrolítico(Cub).

Cobre de afino térmico: De 99.85 % (Cu99.85)…De 99.75 % (Cu99.75)…De 99.50 % (Cu99.50)…

Cobre eléctrico (Cuel)…

Cobre desoxidado con

Fósforo (Cu P)……

50

98,5

99,9

99,85

99,75

99,5Determinado porla conductividad

eléctrica

99,8P de 0.08 a0.015

Recocido Semiduro

Duro

98

97

97

20

30

37

20

30

4

2

35

F 40

B 48

B 57

Fuente: Dr. Ing. José M. Lasheras Esteban, Prof. José M. Sanchez-Marin Pizarro.

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DUREZA DEL COBRE (Cu):

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.

Otras propiedades relacionadas con la resistencia son la resiliencia, la tenacidad o la ductilidad.

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.

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:

Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción.

Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estándar.

Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.

Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.

Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000.

Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros.

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_templado

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_tracci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Dur%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Metalurgia

http://es.wikipedia.org/wiki/Ductilidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Tenacidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Resiliencia_(ingenier%C3%ADa)

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Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor.

Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

DUREZA ROCKWELL:

Es un método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros.

El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que varía desde 60 a 150 kgf a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional con el tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetración con los valores obtenidos del durómetro si se conoce el material.

DUREZA DEL COBRE (CU):

Dentro de las propiedades mecánicas del cobre, éste posee:

Estado del Material Blando DuroDureza Vickers 49 87Dureza Izod 58 68

http://es.wikipedia.org/wiki/Dur%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3n_el%C3%A1stica

http://es.wikipedia.org/wiki/Diamante

http://es.wikipedia.org/wiki/Cono

http://es.wikipedia.org/wiki/Pulgada


http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Metal

http://es.wikipedia.org/wiki/Material

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

44

TIPOS DE DUREZA ROCKWELL

Símbolo de la escala Penetrador

Carga mayor

(kg)Aplicaciones

A Diamante 60 Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.

B Esfera de 1/16 pulgada

100 Aceros recocidos y normalizados.

C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.

D Diamante 100 Aceros cementados.

E Esfera de 1/8 pulgada

101 Metales blandos y antifricción.

F Esfera de 1/16 pulgada

60 Bronce recocido.

G Esfera de 1/16 pulgada

150 Bronce fosforoso y otros materiales.

H Esfera de 1/8 pulgada

60 Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.

K Esfera de 1/8 pulgada

150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.

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DUCTIBILIDAD

Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, a partir de 0,025 mm. La resistencia a la tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4.200 kg/cm2.

Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.

A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y confeccionar útiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales.

TEMPERATURA DE FUSION

El cobre puede encontrarse en estado puro. Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567 °C, y tiene una densidad de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es 63,546.

El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades, como son su elevada conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad, además de su belleza.

Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica.

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TRATAMIENTO TÉRMICO

Se conoce como tratamiento térmico el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad.

Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales diferentes características.

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 material para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB), unidades ROCKWEL C (HRC), VICKERS (HV), etc.

Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.

Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n


http://es.wikipedia.org/wiki/Elasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_t%C3%A9rmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

http://es.wikipedia.org/wiki/Metales

47

Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

Normalizado: Tiene por objetivo dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

CRISTALIZACIÓN

La recristalización es un proceso por el cual deformados granos se sustituye por un nuevo conjunto de granos no deformadas que nuclean y crecen hasta que los granos originales han sido completamente consumido. La recristalización suele ir acompañada de una reducción en la resistencia y dureza de un material y un aumento simultáneo de la ductilidad .

Así, el proceso puede ser introducido como un paso deliberado en el procesamiento de metales o puede ser un subproducto indeseable de otro paso de procesamiento. Los usos industriales más importantes son el ablandamiento de los metales previamente endurecidos por trabajo en frío , que han perdido su ductilidad, y el control de la estructura de grano en el producto final.

PROCESO DE LA RECRISTALIZACIÓN.

Es el proceso de formación de nuevos granos a partir de granos ya existentes que habían sido previamente deformados en frío.

Deformación plástica: el cuerpo pierde su forma inicial, se puede realizar a temperatura ambiente a altas temperaturas.

Limite elástico: resistencia que opone el material metálico a ser deformado.

Deformación plástica en frío: endurecimiento. Cambio estructura que produce cambio de propiedades.

Acritud: incremento o aumento de resistencia a la deformación plástica en frío que experimenta los materiales metálicos cuando previamente han sido deformados en frío.

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Nota: se tiene una pieza recocida sus propiedades varían al deformarse. Si se calienta la pieza anterior después de aplicarle una deformación en frío las propiedades.

En la primera etapa se mantienen las propiedades del material y se eliminan las tensiones internas se queda algo de tensión en la primera etapa en la segunda se eliminan completamente.

Temperatura de recristalización: la menor temperatura a la cual se obtienen granos equiaxiales de menor tamaño libre de esfuerzo interno en un material metálico que previamente ha sido deformado en frío.

Límite entre trabajo en frío y el trabajo en caliente. Cada material metálica tiene una temperatura de recristalización definida. Por encima de ella trabajo en caliente y por debajo de ella trabajo en frío.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TEMPERATURA DE RECRISTALIZACIÓN:

Cantidad de trabajo: mayor cantidad de trabajo o mayor grado de deformación menor es la temperatura de recristalización a mayor cantidad de trabajo aplicado mayor es la cantidad de energía acumulada internamente.

Tamaño de grano antes de la deformación plástica: a menor tamaño de grano menor será la temperatura de recristalización. Porque la estructura del grano pequeña tiene mayor cantidad de bordes de grano. Y a menor tamaño es más difícil deformar el grano. Por esto hay que aplicar mayor fuerza externa ya que la estructura del material es más dura y se necesita más fuerza para deformarlo.

Temperatura: a menor temperatura de deformación plástica menor será la temperatura de recristalización mientras más baja la temperatura, más duro el material.

Tiempo: el tiempo de calentamiento para lograr la recristalización a mayor tiempo menor será la temperatura de recristalización.

Impurezas: cuando las impurezas son insolubles no afecta la temperatura de recristalización pero si son solubles la afecta generalmente elevándolas.

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INFLUENCIA DE LAS IMPUREZAS SOBRE LAS PROPIEDADES DEL COBRE

Las impurezas en general disminuyen la conductividad eléctrica del cobre

Sobre las propiedades mecánicas, la influencia de las impurezas varía según el elemento y la proporción en que se encuentre:

El antimonio, hace al cobre quebradizo en caliente. No debe exceder del0.05 por ciento.

El arsénico, hasta un 0.12 por ciento, neutraliza el efecto perjudicial de las demás impurezas. El cobre para cajas de fuego contiene hasta el 0.45 por ciento de arsénico.

El azufre, hasta un 0.1 por ciento, no perjudica sensiblemente las propiedades mecánicas del cobre. En mayores proporciones lo hace frágil en caliente.

El bismuto, es insoluble en el cobre y se concentra, por tanto, en los bordes de los granos. A partir del 0.01 por ciento, hace al cobre quebradizo en caliente. Y a partir del 0.05 por ciento, en frío. No debe exceder su contenido en el cobre de 0.006 por ciento.

El cadmio, eleva la resistencia mecánica del cobre estirado en frío, pudiendo contener sin inconveniente del 0.08 al 0.1 por ciento.

El cromo, mejora las propiedades mecánicas del cobre y se adiciona voluntariamente hasta el 0.5 por ciento.

El estaño, disminuye la ductilidad del cobre en frío, y en pequeñas cantidades, hasta el 0.2 por ciento, facilita el laminado en caliente.

El fósforo, se adiciona al cobre en forma de cuprofósforo al 15 por ciento, de P, para desoxidarlo. Con porcentajes de 0.02 a 0.04 por ciento de fósforo, el cobre queda totalmente desoxidado, con la consiguiente mejora de sus propiedades mecánicas. Pero por porcentajes mayores disminuyen mucho la conductividad eléctrica, la tenacidad y la ductilidad del cobre.

El hidrógeno, al reconocer el cobre en atmósfera reductora, y por tanto en presencia de hidrógeno, gas de alumbrado o vapor de agua, reacciona el hidrógeno con el óxido de cobre y quedan bolsas de vapor de agua aprisionadas en la masa del cobre.

H₂ + Cu₂ O = Cu₂ + H₂O

50

Al seguir elevado la temperatura, se eleva también la presión del vapor de agua, hasta que producen grietas por donde expansionarse.Este fenómeno se ha denominado «enfermedad del hidrógeno» y se evita controlando el carácter de la llama que calienta al cobre, que no debe de ser reductora; o no exponiendo el material a la acción directa de la llama. En cualquier caso, se reducirá mucho la posibilidad de este defecto no rebasando la temperatura de 500°.

El hierro, actúa como desoxidante, elevando la resistencia a la tracción y disminuyendo el alargamiento.

El níquel, eleva la resistencia del cobre, pero disminuye su ductilidad, por lo que no debe pasa al 0.4 por ciento.

El silicio, que se emplea a veces como desoxidante, disminuye mucho la conductividad eléctrica del cobre.

El oxígeno, la solubilidad del oxígeno, en el cobre no llega al 0.997 por ciento a 300°, por lo que puede considerarse prácticamente como insoluble. Generalmente se encuentra el oxígeno en el cobre formando el óxido de cobre (Cu₂ O), que es insoluble en el cobre y queda en las juntas intergranulares o en la masa del cobre, formando oclusiones, lo que disminuye su ductilidad en caliente. Sin embargo, el oxígeno, en una proporción del 0.02 al 0.08 por ciento, no sólo no perjudica, sino que mejora algo las propiedades del cobre al disminuir, por oxidación de las demás impurezas, la influencia perjudicial de éstas.

El plomo, es prácticamente insoluble en el cobre a la temperatura ambiente, y queda emulsionado en la masa del metal. Hasta el 0.2 por ciento, su acción es favorable para algunas aplicaciones del cobre, como para la fabricación de chapas finas, para estampación en frío. Pero a partir de porcentajes de plomo de 0.2 por ciento, el cobre se vuelve frágil a temperaturas superiores de 327°, que son las de fusión del plomo.

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Tratamientos del cobreEl cobre puede ser sometido a tratamientos mecánicos y a recocidos de estabilización y contra acritud.

Tratamientos mecánicosEl cobre forjado, laminado o trefilado en frío adquiere una gran acritud que eleva su resistencia mecánica y su dureza y disminuye su alargamiento.Para una misma reducción de sección, el endurecimiento es mayor trefilado que laminado, llegando a obtener resistencias a la tracción de 60 kg/mm², en hilos de 0.1 mm.

Recocido de estabilizaciónTiene por objeto eliminar tensiones residuales producidas en el mecanizado, deformación en frío o en el moldeo de piezas complicadas, sin afectar sus características mecánicas. Se realiza de 150° a 325°, durante una a dos horas, enfriando después al aire (figura 20), obsérvese que el recocido de estabilización apenas influye en la dureza, pues su objeto no es ablandar el material, si no eliminar tensiones residuales.

Recocido contra acritudTiene por objeto ablandar el cobre con acritud que ha sido endurecido por trabajos mecánicos en frío (forja, laminado o trefilado).Se realiza de 352° a 650°, debiendo permanecer el material a la temperatura de recocido, de una a dos horas (figura 20).Se recomienda no rebasar los 650°, pues a partir de esa temperaturaaumenta el tamaño del grano, lo que, si bien no influye mucho en la resistencia mecánica, disminuye bastante la ductibilidad del metal.

Aplicaciones del cobreEl cobre tiene una amplia gama de aplicaciones debido a su elevada conductividad eléctrica y calorífica, su resistencia a la corrosión, su ductibilidad y su color.Por su conductividad eléctrica, se utiliza mucho para la fabricación de conductores, consumiéndose en esta aplicación más de la mitad de su producción mundial.Por su conductividad calorífica, se utiliza para la construcción de serpentines de refrigeración, cajas de fuego para locomotoras, hornos de baño, etc.Por su resistencia a la corrosión, se emplea mucho en la construcción de recipientes y tuberías para industria química.Por su ductilidad y su color, se emplea para trabajos artísticos. Además, el cobre se emplea para el cobreado electrolítico de numerosos artículos.

Aleaciones de cobreEl cobre puro es blando por eso se alea con el aluminio (bronce de aluminio), el cinc (latones), el estaño (bronces) y con otros metales para mejorar su dureza y resistencia a la tracción.

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TABLA: CONSTANTES DEL COBRE

Símbolo Cu

Número atómico 29

Peso atómico 63.54

Cristaliza en la red cúbica centrada en las

caras a = 36153 * 10¯⁸ cm

Peso específico 8.96

Conductividad eléctrica a 20° 59 m/Ohm./mm²

Resistividad eléctrica a 20° 1.673*10¯⁶ Ohm.

cm²/cm. Conductividad calorífica a 0° 0.941 cal/cm². cm. S °C

Coeficiente de dilatación lineal de 20 a 100° 16.5*10¯⁶ * °C

Punto de fusión 1083 ± 1 °C

Calor latente de fusión 50.6

calorías/gr. Calor específico medio 0.092 cal/g. °C

Punto de ebullición 2595 °C

Equivalente electroquímico 1.186 gr./Amp.

Módulo de elasticidad 12700Kg./mm²

Resistencia a la tracción, fundido 15 - 20 Kg./mm²

Resistencia a la tracción, recocido 23 Kg./mm²

Resistencia a la tracción, laminado 39 Kg./mm²

Dureza fundido 40 HB

Dureza recocido 40 HB

Dureza laminado 190

HB Alargamiento fundido 20%

Alargamiento recocido 35%

Alargamiento laminado 10%

Recocido 50%

Contracción en la solidificación 4.10%

Fuente: Dr. Ing. José M. Lasheras Esteban, Prof. José M. Sanchez-Marin Pizarro.

Tecnología de los Materiales Industriales. Pág. 643.

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*IMPUREZAS DEL COBRE*

*DU R E Z A DEL COBRE CON DIST I N TOS GRADOS DE DEFORMAC I ÓN EN FRÍO, SEGÚN

LAS TEMPERATURAS DE L O S RECOCID O S DE ESTABI L IZAC I ÓN Y CONTRA A C R I TUD*

54

*EL COBRE Y SUS A L EA C I ONES*

Fuente: w ww. i e s v ill a l b a he r v a ste cn o l o g i a . w o r d p r e ss. c om

55

EXPERIMENTACION:

FORMATO PARA LA TOMA DE DATOS

TIPO DE MATERIAL

ESTADO DE LA PROBETA (RECOCIDO/TEMPLE/ SIN TRATAMIENTO)

AUMENTO

ANALISIS MICROESTRUCTURAL

MICROESTRUCTURAS ENCONTRADAS

TAMAÑO DE GRANO

PORCENTAJE DE FASES

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OBSERVACIONES ADICIONALES

CONCLUSIONES DE LA EXPERIMENTACIÓN

57

BIBLIOGRAFIA:

Askeland, D.R. & Phulé, P.P., 2004. Ciencia e ingeniería de los materiales. 4ªed. International Thompson editores, S.A.

Callister, W.D., 2007. Materials science and engineering: an introduction. 7ª ed.USA: Jhon Wiley & Sons, Inc.

Diccionario esencial de la Real Academia Española, 1997. 2ª ed. Madrid: ESPASA. Bramfitt, B.L. & Bencoter, A.O., 2002. Metallographer’s guide: practices and

procedures for irons and steels. ASM International. Instruction manual. Intructions GX41 Compact Inverted Metallurgical Microscope. Guliáev, A. P. Metalografía. Tomo I. Editorial Mir Moscú. Guliáev, A. P. Metalografía. Tomo II. Editorial Mir Moscú. Askeland, Ronald R. (2011). «6» (en Español). Ciencia e ingeniería de materiales (6°

edición). México, D.F: Cengage Learning. pp. 223-226.

Obtenido de:

http://www.ecured.cu/index.php/Metalograf%C3%ADa

Para mayor mejor comprensión sobre el proceso de pulido visitar:

http://www.youtube.com/watch?v=QGsZTEj0AzM

PRACTICA METALOGRAFIA.docx

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