Tecnologa de los materiales

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALESI. INDICADORES DE PROPIEDADES RESISTENTESLos materiales se requieren para transmitir la energa mecnica entre ciertas partes de una mquina. Las variables que determinan la energa mecnica son las fuerzas y los desplazamientos. Los materiales constituyen los componentes y reaccionan con esfuerzos y alargamientos oponindose a las solicitaciones. Es lo que se denomina caractersticas mecnicas de los materiales o capacidad de transmitir o soportar las variables de energa mecnica.El diseo ptimo de una pieza, o maquina como conjunto de piezas, requiere el compromiso de la buena conformacin, de acuerdo con las funciones especficas, y el buen dimensionamiento, de acuerdo con la adecuada seleccin del material. La seleccin y el dimensionamiento requieren el conocimiento de los ndices que califican y cuantifican las cualidades de cada uno de los materiales alternativos que son aptos para realizar una pieza.La determinacin de los ndices que miden las cualidades, o caractersticas de respuesta de los materiales ante un determinado requisito, se realiza por medio de ensayos estandarizados. Estos deben suministrar los parmetros de respuesta de los materiales que permitan seleccionarlos; bien a travs de valores absolutos, que permiten el dimensionamiento, o bien por valores relativos, que definen niveles de aceptacin.Los ensayos son tan diversos como diversas son las caractersticas o cualidades que les exigimos a las piezas o a su material. Los principales ensayos que se requieren para calificar las caractersticas resistentes de los materiales pueden clasificarse como:a) Estticos; que simulan el comportamiento del material con pequeas velocidades de aplicacin de las cargas. Tales como: Traccin, Fluencia, Fractura, y Dureza. b) Dinmicos; que modelizan el comportamiento frente a cargas variables con el tiempo. Tales como:

Fatiga, y Resilencia.Su campo de aplicacin es general, y fundamental. El ensayo de traccin es el primer ensayo, en importancia, obligatorio para conocer las caractersticas resistentes de los materiales metlicos, cermicos y tambin polimricos y compuestos, a la temperatura ambiente.1. ENSAYO DE TRACCINEs un ensayo que tiene por objetivo definir la resistencia elstica, resistencia ultima y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales. Se requiere una mquina, prensa hidrulica por lo general, capaz de: a) Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta.b) Controlar la velocidad de aumento de fuerzas.c) Registrar las fuerzas, F, que se aplican y los alargamientos, L, que se observan en la probeta.Las probetas son normalizadas, cilndricas o planas, admitiendo secciones variables, So, si bien estn correlacionadas con la longitud de la probeta, L0, a travs de un modelo del tipo:L0=KSiendo K un factor de proporcionalidad definido por la norma.

1.1 Objetivo del ensayo

Analizar la informacin que suministra el ensayo de traccin bajo carga axial de un material. Cuantificar los parmetros indicadores.1.2 Procedimiento de ensayoa) Tener probetas de varillas corrugadas Grado-42, NMX-C-407,ASTM-A-615/A 615M de 10 mm de dimetro.b) Marcar las partes cilndricas con dos granetazos separados la longitud Lo. c) Montar la probeta en la mordaza de la prensa y aumentar la carga F con una velocidad Vp = 10 mm/min hasta una carga de 1500 kg. Despus volver a 0 la carga registrando las deformaciones permanentes L.d) Montar una segunda probeta y volver a ascender las cargas con velocidad Vp =10 mm/min, hasta alcanzar la carga de 2400 kg y descender hasta 0 registrando las cargas y las deformaciones.e) Montar la tercera probeta y volver a cargarla con velocidad Vp hasta la rotura registrando en cada momento la carga F y el alargamiento L.f) Juntar las dos medias probetas y medir la longitud L, que existe entre los dos granetazos, y el dimetro de rotura dr. 1.2 ResultadosMedicin de las caractersticas de las probetas, antes del ensayo:L0=48.26 cmd0=1.738 cm (va 5/8)Medicin de las caractersticas de las probetas con posterioridad a la rotura:Lr=52.70 cmdr=1.383 cmCarga elstica=solo se llev hasta la carga de rotura, no se registro la carga elstica.Carga mxima= 155 kn (15,805 kg)Calcule los parmetros caractersticos del ensayo, lmite de elasticidad carga de rotura, alargamiento hasta rotura:A= (d)/4 = (1.738)/4 = 1.365 cm2 = P/A = 15805 kg/1.365 cm2 = 11 578 kg/cm2 mucho mayor que los valores de Fy de este material 4200 kg/cm2. = Lr/Lo = 52.70/48.26 = 1.09 %= 52.70-48.26 = 4.44 cm Las temperaturas registradas son:Tem inicial= 24.1 oC, Temp final= 46 oC

2. ESTRUCTURA DE LOS MATERIALESEn los ensayos de traccin, fluencia, etc, descritos, podemos obtener unos ndices de comportamiento del material que pueden ser aplicados tanto a:a) La seleccin del material.b) El clculo de la pieza.c) El diagnstico del comportamiento en servicio.Sin embargo, aquellos ensayos macroestructurales no permiten justificar las causas del comportamiento del material, profundizar las causas del deterioro o fallo. Se requieren herramientas de anlisis de la construccin del material a niveles que requieren la observacin a mayores resoluciones permitidas por el ojo humano, con el objetivo de encontrar las causas que justifican el comportamiento resistente de las piezas.Los mtodos de laboratorio para el anlisis microestructural que se disponen, son:a) Anlisis qumico general del material.b) Anlisis metalogrfico, con observacin por microscopio ptico o, alternativamente, por microscopio electrnico de barrido (MEB).c) Anlisis qumico de componentes microestructurales, bien por mtodos qumicos de fluorescencia de rayos X, o bien por energas dispersivas (EDS).d) Dureza y microdureza.e) Anlisis de las estructuras cristalinas e identificacin de fases por mtodos de difraccin de rayos x.El objetivo principal es, por tanto, identificar la microestructura de los materiales y conocer las tcnicas que lo facilitan, recordando los fundamentos de la estructura cristalina metlica, naturaleza y propiedades. Esta identificacin comprender, de una parte, la de las redes cristalogrficas, caractersticas biunvoca de cada compuesto o fase simple, por anlisis microestructural.Un material metalico examinado a nivel de microscopa ptica o electrnica, menor de 5000 aumentos, no es unmedio continuo sino un ensamblado de compuestos qumicos, de tipo ionico, y fases, soluciones solidas metlicas, que se asemeja a un empedrado rustico de sillera. Puede definirse la Metalografia como la tcnica que revela la organizacin espacial de fases y compuestos que conforman un material metalico.A partir de su propia definicin, la Metalografia puede resolver:a) Los diversos compuestos y fases.b) Las diferentes formas y tamaos que adoptan en la estructura.c) Las diversas configuraciones entre las fases y compuestos.2.1 ANALISIS DE LA TECNICA METALOGRAFICALos ensayos metalogrficos requieren la ejecucin de las etapas siguientes:a) Seleccin de la muestra.b) Preparacin de las probetas.c) Observacin de las probetas.d) Tratamiento de la informacin.La seleccin de la muestra rene tanto su dimensionamiento como la ubicacin de las probetas y es funcin del objetivo de la investigacin o control de calidad. La probeta puede tener cualquier forma y dimensiones aunque tendr que adecuarse con medios tcnicos para facilitar su manipulacin posterior.La extraccin de la probeta desde la pieza, o producto a ensayar, se realiza mediante corte, manual o con equipo especializado. En cualquier caso debe evitarse cualquier posible calentamiento pues podra modificar el estado del material a ensayar.La etapa de preparacin de la probeta corresponde a un proceso de trabajo ejecutado sobre la misma, que ha de permitir la observacin de las peculiaridades de la estructura investigada, por medio del microscopio.Existen dos modos principales de preparacin: a) por va qumica y b) por va electroltica. En ambos casos puede requerirse el montaje de la probeta metlica sobre un soporte plstico conseguido por proceso de embuticin(encapsulado) a baja temperatura en una prensa hidrulica.

AleacinReactivoCondicionesCaracteristicas

Aceros100 ml Alcohol Etilico 96%1-10 ml Acido Nitrico NITALSegundos a minutosUtilizable para aceros al carbono, aceros aleados y fundicin gris. Las segregaciones pueden producir un ataque irregular.

100 ml de Alcohol Etilico 96%2-4gr Acido pcrico PICRALSegundos a minutosPRECAUCIN!Reactivo para todo tipo de aceros, con o sin tratamiento trmico.

100 ml Alcohol Etlico 96%20 ml Acido Clorhidrico5 a 10 minutosDistinguir entre martensita cubica y tetragonal. Aceros al Ni.

45 ml glicerol15 ml Acido Nitrico30 ml Acido clorhdricoVILELLASegundos a minutosPRECAUCIN!Aceros inoxidables con alto contenido en Cr. Aceros moldeados al Cr-Ni.

2.1.1 OBJETIVO DEL ENSAYOConocer y aprender la tcnica y medios necesarios para la preparacin de muestras de material, de forma que su estructura sea observable al microscopio.2.2.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO1. Realizar la embuticin de cada probeta metlica en resina de polimetilmetacrilato, mediante la prensa de embuticin metalogrfica, y por calentamiento hasta temperaturas de 150C.2. Efectuar el pulido mecnico mediante hojas de esmeril y polvo abrasivo cermico, almina o pasta de diamante, observando las indicaciones siguientes:a. Aplicar los sucesivos grados de esmeril en orden a disminuir el grado de rayado.b. Aplicar las diferentes pasadas en direccin normal a las anteriores, lo que facilitara la disminucin del rayado.c. Aplicar agua en el lijado, a fin de evitar elevaciones de temperaturas puntuales.d. Controlar la presin aplicada a fin de no incidir en elevaciones de temperaturas que modifiquen el estado de acritud de la aleacin o metal.e. Ultimar la preparacin mediante pulido con pasta de diamante o almina, de fina granulometra, hasta conseguir el pulido espejo.3. Observar detenidamente las probetas por microscopia ptica y fotografiar los aspectos ms sobresalientes.4. Atacar cada probeta con los reactivos y tiempos indicados.2.2.3 RESULTADOSAnotar lo observado al microscopio.

3. CORROSINUna definicin bastante aceptable de la corrosin es el deterioro que sufre un material a consecuencia de un ataque quimico por su entorno.Siempre que la corrosin este originada por reaccin qumica, la velocidad a la que tiene lugar depender en alguna medida de la temperatura y de la concentracin de los reactivos y de los productos. Otros factores, como el esfuerzo mecanico y la erosin tambin, pueden contribuir al deterioro.Los tipos de corrosin pueden clasificarse convenientemente de acuerdo con la apariencia del metal coroido. La identificacin puede realizarse de muchas formas, pero todas ellas se encuentran interrelacionadas en alguna manera, podemos establecer la siguiente clasificacin:1. Corrosin por deterioro uniforme o general.2. Corrosin por esfuerzo.3. Corrosin galvanica o entre dos metales.4. Corrosin por picadura.5. Corrosin por grietas o hendiduras.6. Corrosin intergranular7. Corrosion bajo tensin8. Corrosion erosiva9. Corrosin por cavitacin10. Corrosin por desgaste11. Disolucin selectiva o desaleante12. Corrosin seca.

3.1 OBJETIVO DEL ENSAYOConocer los mecanismos de la corrosin generalizada y analizar la influencia de las dimensiones del anaodo y catodo que pueden producir corrosin por picaduras.

3.2 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

1. Identificar en material la corrosin por picadura y determinar las causas de esta.

3.3 RESULTADOSDescribir lo analizado.Se hizo un ensaye de probetas de varilla de acero. Las varillas utilizadas tenan una longitud aproximada de 50 cms las cuales se ensayaron a tensin. Se realiz la prueba bajo a la supervisin del encargado del laboratorio en la prensa Se ensayaron dos varillas hasta la fractura Despus se hizo un muestreo de las varillas de la parte fracturada se realiz un corte en la parte fracturada y se obtuvieron muestras las cuales se sumergieron en resina. Para poderse observar en microscopio

Documentacin fotogrficaEnsayo de traccin

Documentacin fotogrficaAnlisis micro-estructural