Facultad de Estudios Superiores-Cuautitlán UNAMDepartamento de Ingeniería LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES Manual de prácticas LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES I e INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DE MATERIALES ING. ENRIQUE CORTES GONZÁLEZ M. en I. FELIPE DÍAZ DEL CASTILLO RODRÍGUEZ CONTENIDO 1. EL MICROSCOPIO METALOGRÁFICO .............................................1 2. PREPARACIÓN DE MUESTRAS METALOGRAFICAS .....................6 3. PRUEBA DE DUREZA ROCKWELL ....................................................14 4. PRUEBA DE TENSIÓN ..........................................................................21 5. PRUEBA DE IMPACTO .........................................................................26 6. PRUEBA DE TORSIÓN .........................................................................35 7. DEFORMACIÓN DE UN PLÁSTICA Y RECRISTALIZACIÓN METAL ...................................................................... .........41 8. RECONOCIMIENTO DE LOS CONSTITUYENTES DEL ACERO AL CARBONO .......................................................................................45 BIBLIOGRAFÍA …………….....................................................................................48 DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES EL MICROSCOPIO METALOGRAFICO PRACTICA 1 OBJETIVO a.) Conocimiento y manejo del microscopio metalográfico. INTRODUCCION El microscopio metalográfico es un instrumento con un arreglo tal que permite observar la luz reflejada por la superficie opaca del metal. En el microscopio metalográfico más común, la probeta de metal se dispone en la parte superior del aparato con la superficie a examinar vuelta a abajo. El objetivo se halla colocado abajo de la platina, donde también se encuentra el haz de luz para iluminar la probeta. El haz de luz atraviesa el objetivo y el ser reflejado por la probeta vuelve a pasar por este para dar una imagen en el ocular de observación y/o en la película dispuesta en la cámara fotográfica. El arreglo más comúnmente usado es el ideado por Le Chatelier. Es una inversión del sistema objetivo-platina, figura 1. -1- DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Figura 1.- Microscopio metalográfico MATERIAL Y EQUIPO • • • Microscopio metalográfico provisto de ocular de 10X y objetivos de 6.5X, 10X y 40X Fuente de iluminación Probetas de diferentes materiales PROCEDIMIENTO 1.Conectar la fuente de iluminación al contacto y conectar esta al microscopio. 2.- Encender el microscopio observando las precauciones de uso. 3.- Colocar la probeta sobre la platina del microscopio. 4.- Seleccionar la resolución adecuada para la observación. -2- DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 5.- Enfocar por medio de los tornillos macrométrico y micrométrico el campo a observar. 6.- En caso necesario ajustar el diafragma. 7.- Dibujar el campo observado en las resoluciones que indique el profesor. PRECAUCIONES DE USO 1.Al encender el microscopio, mantener la intensidad de luz lo más baja posible (controlada por la perilla de la fuente de iluminación). 2.Mantener apagada la fuente de iluminación mientras no se encuentre en uso el microscopio. 3.4.Las probetas a observar deben estar secas y libres de impurezas. Evitar rayar los oculares y objetivos. a.) b.) c.) d.) En caso de usar anteojos, quitárselos y observar sin ellos. Evitar que cualquier objeto extraño toque los objetivos y oculares. No desbastar ni pulir cerca del microscopio. Desplazar los tornillos (macrométrico y micrométrico) con lentitud para evitar que el objetivo choque con la probeta. GLOSARIO DE TERMINOS Y FORMULAS G = Aumento total del microscopio g1 = Aumento del objetivo g2 = Aumento del ocular d = Poder de resolución del objetivo, o sea la distancia mínima entre dos líneas separadas con ese objetivo. Depende de la apertura numérica y de la longitud de onda. a = Apertura numérica λ = Longitud de onda -3- .- ¿Para qué sirven los diafragmas de abertura? 5.. (1) λ d = ────── . por lo cual solo es válida para ese medio.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Además la apertura numérica (a) del objetivo.- Explique la técnica de campo obscuro.. (2) 2a dojo G = ───────── . 6..- ¿Para qué sirven los diafragmas de campo? 4.- Explique la técnica de campo claro.. depende a su vez del índice de refracción del medio de inmersión.- ¿Qué se entiende por resolución? 3. FORMULAS G = g1 X g2 . -4- .. (3) dobjetivo CUESTIONARIO 1. El ojo humano es capaz de separar dos puntos distantes entre sí 0.¿Para qué sirven los tornillos macrométrico y micrométrico? 2.2 mm aproximadamente.... - PROBLEMA. Calcular la abertura del objetivo.2 micras. -5- . Supóngase que se quiere observar una estructura laminar cuya separación es de 0.) b. si se utiliza un ocular de 10X.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 7. a. para lo cual se piensa utilizar un filtro verde (λ = 5300 Å).) Determine el objetivo mínimo necesario para observar la estructura. Los estudios ópticos microscópicos proporcionan resultados que son útiles no solo a los científicos. por la microscopía de iones de campo. Los cinco pasos que casi siempre se requieren para efectuar este tipo de pruebas son: -6- . tratamientos térmicos y composición general.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES PREPARACIÓN DE MUESTRAS METALOGRÁFICAS PRÁCTICA No. Las técnicas submicroscópicas tienen su aplicación más importante en los laboratorios de investigación. La metalografía de línea es un método para preparar muestras pequeñas de acero blando con el fin de hacer un examen metalográfico. Las técnicas más avanzadas se basan en la amplificación de la superficie. El examen de la microestructura es a veces útil para determinar si un metal o una aleación satisface las especificaciones en relación con trabajos mecánicos anteriores.. sino también a los ingenieros.Aprender y poner en práctica una técnica para la preparación de muestras metalográficas. La naturaleza submicroscópica de la estructura se estudia utilizando microscopios y sondas. La forma más sencilla de hacerlo es examinando las superficies metálicas a simple vista. mediante instrumentos ópticos. diafractómetros electrónicos y de rayos-X. dispositivos de exploración y otros dispositivos muy complejos. INTRODUCCIÓN La metalografía consiste en el estudio de la constitución y la estructura de los metales y las aleaciones. Un estudio de la microestructura nos permite llevar a cabo un análisis de fallas metálicas y de esta forma controlar procesos industriales. 2 OBJETIVO 1. para observar las características estructurales microscópicas. DESBASTE BURDO O GRUESO. MONTAJE. Casi siempre es conveniente realizar los cortes. No obstante. Atacar con un reactivo químico adecuado. que más tarde deberá pulirse y atacarse con ácido.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 1. será necesario montarla. por ejemplo.- El desbaste grueso se logra mejor en un esmeril húmedo de banco o en una acabadora de superficies de bandas húmedas. Si el acero se ha enfriado por inmersión en agua.Si la probeta que va a examinarse es lo suficientemente grande para que pueda sujetarse bien con la mano. utilizando para ello baquelita. una varilla de acero estirada en frío puede cortarse en tal forma que quede expuesta una sección transversal o longitudinal. un tramo de varilla. alambre o lámina). por lo que en este caso.. En el caso del acero (y de algunas otras aleaciones). se deben cortar uno o varios trozos pequeños del objeto que se va a examinar. es necesario evitar el calentamiento de la muestra al hacer el corte. El objetivo del esmerilado es obtener una superficie plana. Desbastar 4. utilizando un medio refrigerante o hacerlo lentamente. y ambas secciones variarán notablemente en su aspecto. y en las que todas las marcas del esmerilado sigan la misma dirección. Montaje 3. a fin de que el calor generado en la pieza no altere su estructura. no es necesario montarla. mientras se esmerila o pule. Se puede esmerilar en seco a condición de que se tenga cuidado de no producir cambios estructurales por el sobrecalentamiento de la muestra.Por lo general. Pulir 5. La ubicación de estas muestras y la forma en que se corten afectarán los resultados y su interpretación. Hacer un corte transversal 2. la mayoría de las veces la probeta es demasiado pequeña para que pueda sostenerse en forma (por ejemplo. -7- . Luego la muestra se lava y se seca antes de pasar de una etapa de la operación de esmerilado a la siguiente. libre de toda huella de marca de herramientas.. CORTE TRANSVERSAL. el calor producido al hacer el corte puede ser suficiente para templarlo y alterar el estado de la superficie. que puede ser acero o vidrio.. por las que se extraen del metal partículas precipitadas. cargada con una suspensión de alúmina. hasta que se hayan eliminado la mayoría de las marcas anteriores. Luego puede hacerse girar con lentitud en sentido contrario al de rotación de la rueda hasta que solo puedan verse las marcas dejadas por la alúmina.Desbaste a 90º en diferentes pasos. sin hacerla girar. deben lavarse y secarse con cuidado tanto las manos como la muestra.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES DESBASTE MEDIANO. como se indica en la figura 1. a fin de evitar cualquier contaminación de la rueda de pulido. para mejorar la acción cortante y la limpieza. las marcas deben estar todas en la misma dirección. Cuando se termina de esmerilar con un tipo de lija. sobre el papel de lija. Ahora. A esta rueda -8- . la muestra se sostiene en una posición sobre la rueda .- Este procedimiento se basa en el uso de la rueda cubierta con un paño.. Periódicamente se deben aplicar unas gotas de detergente en solución y agua. La rotación de la muestra reduce a un mínimo el peligro de formación de ranuras. como se puede apreciar en la figura 1. Al principio. Se procede a hacer el pulido final después de lavar con sumo cuidado tanto las manos como la muestra.Este proceso se efectúa usando lijas de grano cada vez más fino. y la muestra se talla sin seguir un movimiento oscilatatorio. Así puede verse con claridad si se han eliminado las rayas más gruesas que se hicieron en la operación anterior. La lija se sostiene sobre una superficie plana y dura. Figura 1. la muestra debe desplazarse en tal forma que las rayas hechas por las distintas lijas formen ángulos rectos con las del inmediatamente anterior. PULIDO. Antes de continuar con la siguiente lija más fina. dependiendo del contendido de carbono del acero y del tratamiento térmico previo. 220. este pulido no debe requerir más de dos minutos. se enjuaga con alcohol y se seca mediante un chorro de aire. 500 y 600. ATAQUE QUÍMICO. • Papeles abrasivos (lijas) números 100. La muestra se hace girar con lentitud en sentido contrario al de la rotación de la rueda y se pule hasta que desaparecen las marcas dejadas por la alúmina anterior. Para otros metales y aleaciones se usan diferentes reactivos. 400. agitándola suavemente durante un tiempo que oscila entre 5 y 20 segundos. El nital se vierte en un recipiente y la muestra.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES cubierta de tela se le aplica una suspensión de alúmina. que consiste de 2 por ciento de ácido nítrico disuelto en alcohol etílico. • Algodón • Alcohol • Nital al 2 %.Un reactivo común para atacar el acero es el nital. • Microscopio metalográfico provisto de ocular 10X y objetivo 40X. Si los pasos descritos se realizan debidamente. lavada y secada previamente. se sumerge. se lava la muestra con agua corriente. Los resultados del pulido pueden mejorar si la última etapa de pulido se efectúa en una rueda de baja velocidad. Se recomienda la técnica de frotación para ciertos metales y aleaciones en lugar de la técnica de inmersión. 320. PROCEDIMIENTO Consta de las siguientes etapas: -9- . • Cortadora de metales o sierra provistas de refrigeración.. Inmediatamente después. MATERIAL Y EQUIPO • Probetas cortadas de barras de acero con diferentes contenidos de carbono.5 micras. • Alúmina con tamaño de partícula de 5 y 0. 5. 2. con el objeto de evitar que la probeta se escape de la mano o que los bordes se redondeen. . Agregar la suspensión acuosa de alúmina sobre el paño del disco y poner en marcha la pulidora. 2. 6. 4. en cada uno de los papeles abrasivos hasta llegar al más fino. 1. con la probeta girada 90º respecto a la dirección anteriormente seleccionada. cuidando de no excederse en la presión por el peligro del desgarramiento del paño. Pulido.10 - . Apoyar sobre la mesa de trabajo el papel abrasivo de grano más grueso. Tomar firmemente la probeta y apoyar la cara elegida sobre la superficie del papel abrasivo.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Desbaste. 3. 1. Tomar firmemente la probeta y apoyar la cara ya desbastada sobre el paño cuidando de que la cara a pulir esté perfectamente paralela al disco. Frotarla sobre éste arrastrándola longitudinalmente en un sólo sentido. Lavar como se dijo en la primea etapa. cuidando de conservar la cara desbastada perfectamente plana. Repetir esta secuencia de operaciones. Lavar la probeta en un chorro de agua corriente. La presión deberá ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del último papel abrasivo. siempre girando la probeta 90º respecto de la dirección anterior. ejerciendo una presión suficiente como para eliminar las marcas originales. Repetir con el papel abrasivo del número siguiente llevando a cabo la operación de desbaste ya descrita. Las pasadas sobre el papel deberán seguirse hasta la desaparición completa de las rayas dejadas por el papel anterior. 3. Sacudir el exceso de agua sin tocar la cara desbastada. desde el borde hasta el centro del disco. . terminando el secado con algodón. con la cara pulida hacia abajo en el reactivo de ataque contenido en el cristalizador. dibujar el campo observado. así como también las "colas de cometa" generadas por las inclusiones dispersas en la matriz. La presión ejercida deberá ser ligeramente inferior a la aplicada durante la operación de desbaste. Durante la operación de pulido la probeta deberá desplazarse en la dirección del radio. secarla y observar al microscopio. Registrar el campo observado a distintos aumentos. Repulir y repetir la operación descrita anteriormente. controlando esto microscópicamente. Desengrasar con alcohol la cara a atacar de la probeta previamente pulida y secarla. Mantener la probeta sumegida durante el tiempo que indique el profesor. 2. Si persisten las rayas provenientes del desbaste en el último papel. cuando se sobreataque o le falte ataque. Finalmente. Sacudir el exceso de agua sin tocar la cara pulida. 3.11 - . Enjuagar esta con alcohol. 7. lavarla con alcohol. continuar con el pulido en la forma ya descrita todo el tiempo que sea necesario para que estas desaparezcan. Lavar la probeta en un chorro de agua. Las rayas más finas producidas por el paño durante el pulido y que se caracterizan porque su dirección está desplazada 90º respecto de las rayas provenientes del desbaste. 4. deberán ser eliminadas prolongando el pulido tanto como sea necesario. Secarla en corriente de aire seco o caliente. 5. 6. Extraerla. 5. Observar en el microscopio a 400X. Tomar la probeta y sumergirla.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 4. Ataque Químico 1. Mencione los pasos fundamentales para preparar una muestra metalográfica.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Examen Microscopico La muestra se coloca en la platina de un microscopio metalográfico de modo que su superficie esté perpendicular al eje óptico. seguido de otro ataque químico . CUESTIONARIO 1. ¿Por qué después del ataque químico se ven los límites de grano? 8. Dibujar las microestructuras observadas a 100x y 400x. A veces un repulido muy ligero. ¿Por qué mejora el aspecto de algunas microestructuras al repulirlas y volverlas a atacar? . 2. mejora la claridad de la imagen. durante cinco o diez segundos. Puede observarse con amplificaciones diferentes. la perlita será muy negra y las laminillas individuales aparecerán indistintamente. Con frecuencia esto no es necesario si el ataque se produce por frotación y no por inmersión. ¿Qué diferencias se observan entre una probeta de superficie distorsionada y otra sin distorsión? 6. el ataque con ácido ha sido excesivo. 9. ¿Por qué es conveniente desplazar en dirección radial la probeta durante el pulido con alúmina? 5. Mencione los diferentes métodos de pulido existentes. pero si se examina a 400X deben aparecer claramente las laminillas de la perlita en una muestra de acero completamente recocido. ¿Qué efecto tiene un ataque químico deficiente y un sobreataque? 7. ¿Por qué es necesario lijar o desbastar bajo la presencia de un flujo de agua constante? 3. 4. Si por el contrario.12 - . Se recomienda agregar alcohol etílico a las probetas para secarlas en la última etapa del pulido.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 10.13 - . ¿Por qué? . lo cual indica la resistencia a la carga. se usan en forma amplia para controlar procesos. con la resistencia a la tensión. Una vez que se quita la carga.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES PRUEBA DE DUREZA ROCKWELL PRÁCTICA No. 3 OBJETIVO 1. así como un control de calidad para materiales y componentes.Conocer las ventajas y limitaciones de la prueba de dureza Rockwell INTRODUCCIÓN Desde el punto de vista de la Ingeniería. En la figura 1 se resumen las pruebas de dureza más utilizadas hoy en día. 2. puesto que las pruebas de dureza se pueden llevar a cabo fácil y rápidamente. tanto a nivel industrial como en actividades de investigación. . la dureza se puede definir así: • • • Resistencia a la penetración Resistencia a la deformación plástica localizada Resistencia al rayado La dureza es función de otras propiedades mecánicas del material sobre todo de su limite elástico y en menor grado de su tendencia al endurecimiento por trabajo y del módulo de elasticidad. Si se tiene un material de composición dada y se conoce su historial.Conocer la importancia de la medición de la dureza como prueba mecánica.14 - .. Las pruebas de dureza comunes se basan en la aplicación lenta de una carga constante a un penetrador o indentador que se abre paso sobre la superficie lisa de la muestra. y.. la resistencia a la fluencia). su ductilidad y su tenacidad. por tanto las pruebas de dureza pueden proporcionar datos de los que se pueden derivar muchas propiedades mecánicas importantes. se mide el área o bien la profundidad de la penetración. se puede relacionar su limite elástico (para fines prácticos. De las pruebas ilustradas.. desde muy blandos hasta los muy duros. 1/8. Se emplean dos tipos de indentador en la prueba de dureza Rockwell : el penetrador cónico de diamante (Brale) y el penetrador de esfera o bola (con diámetros de 1/16. 1/4. una de más usadas en la industria es la prueba de dureza Rockwell. ½ de pulgada) que se ilustran en las figuras 2 y 3 .DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Figura 1. habiendo muchas razones por las cuales esta prueba es tan popular. siendo algunas de ellas las que a continuación se mencionan: a) Es sencilla de realizar b) La dureza se lee directamente en un dial o carátula c) No requiere demasiado entrenamiento para poder realizar la prueba d) Deja una huella muy pequeña en la pieza e) Y se puede medir la dureza de una amplia gama de materiales.15 - .Pruebas de dureza más utilizadas. como pueden ser los aceros templados y los carburos sinterizados. b) Prueba de dureza Rockwell superficial. Tipos de pruebas Rockwell. 100 o 150 kg. cada uno puede requerir el empleo de un durómetro distinto.Utiliza una carga menor de 10 kg y cargas principales de 60.Utiliza una carga inicial de 3 kg y cargas principales de 15..Hay dos tipos de dureza Rockwell: normal y superficial. . La dureza real depende entonces de la profundidad diferencial entre la precarga y la carga principal.16 - .Indentador cónico de diamante (brale) Figura 3... 30 o 45 kg. La prueba de dureza Rockwell utiliza dos cargas: Una carga inicial o precarga para asentar el indentador en el material y una carga mayor o principal.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Figura 2..Indentador de bola de 1/16 de pulg. a) Prueba de dureza Rockwell normal.. utilice los factores de corrección que se muestran en la tabla 1) e) No realice la prueba demasiado cerca del borde de la pieza. Tabla 1. o demasiado cerca una medición previa..Factores de corrección para piezas cilíndricas .. rectifique una superficie plana para la prueba (si no es posible. f) La pieza debe tener un espesor adecuado para que no sea atravesada por el penetrador.17 - .DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Precauciones previas a la prueba.Para poder realizar la prueba deben tenerse las precauciones siguientes: a) Compruebe que el penetrador elegido no esté dañado ni desgastado b) La superficie por probar debe ser plana y lisa c) El yunque empleado debe estar limpio y sin daños d) Si la pieza es redonda. ) Probetas utilizadas en la práctica de preparación de muestras metalográficas.. Figura 4..DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES MATERIAL Y EQUIPO • • • • • Durómetro Rockwell (figura 4) Juego de pesas Diferentes tipos de yunques Penetradores (de diamante y de bola de 1/16 pulg.Escoja la combinación correcta de pesas (que se encuentran en la parte posterior de la máquina) y penetrador de acuerdo a la escala seleccionada en función del tipo del material a probar (una placa de datos montada en la máquina nos ayuda en dicha selección.18 - .Durómetro Rockwell PROCEDIMIENTO 1. . junto con las instrucciones relativas al uso de las escalas en negro y rojo de la carátula). hágalo hasta que el penetrador toque la pieza de prueba.Con un golpe pequeño suelte la palanca de operación hacia atrás. la palanca de operación debe regresarse suavemente a su posición inicial. 6.Asegúrese que la palanca de operación se encuentre colocada hacia el frente y que la aguja grande o principal se encuentre en 0 negro (SET) 4. ± 5 grados con respecto a la .19 - . siga girando el manubrio hasta que la aguja grande de tres vueltas y se detenga en la posición de 0 negro (la aguja pequeña debe estar alineada con el punto rojo).. El error que puede tener la aguja grande es posición de 0 negro.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 2. 3. la carga principal comenzará a presionar poco a poco y el indentador penetrará en la pieza. lo cual se logra haciendo girar al volante en sentido antihorario..Gire lentamente el manubrio para que el yunque suba como se muestra en la figura 5.Anote la lectura registrada por la aguja grande en la escala adecuada (En la escala negra sí sé ésta usando el indentador de diamante y en la escala roja sí sé ésta usando el indentador de bola) 7.Finalmente. Después de hacer contacto suavemente.-Retire la carga menor. 8.Coloque la pieza a probar en el yunque adecuado. 5. coloque la muestra en posición para la prueba siguiente y repita el proceso. haciendo descender el yunque..... La aguja girará y cuando ésta se haya detenido totalmente (contra un tope). .Determinar la dureza de cada una de las muestras que le proporcionen en el laboratorio 4.El factor de corrección de la pregunta anterior se suma o se resta de las lecturas obtenidas.....¿Por qué es necesario utilizar un factor de corrección cuando de toman medidas de dureza Rockwell en barras cilíndricas con un diámetro menor a 1 pulg.¿Cuál es la diferencia entre dureza elástica y dureza plástica? 3.¿ Por qué no se deben tomar mediciones demasiado cercanas entre sí? 8. 7...¿En qué consiste la escala de dureza Mohs? .¿Qué importancia tiene en la Ingeniería la medida de la dureza de un material? 2.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Figura 5.¿ Por qué no se deben tomar lecturas demasiado cercanas a la orilla de la muestra? 9....Manejo del durómetro Rockwell CUESTIONARIO 1.¿En qué consiste la prueba de dureza Shore? 10. 6..20 - .Mencione las diferentes escalas de dureza que existen para los metales 5. 21 - . La exposición siguiente se refiere a las pruebas de tensión de materiales metálicos hechas conforme a las especificaciones de la ASTM E8-61T.Efectuar la prueba de tensión. INTRODUCCION La prueba de tensión es uno de los medios más útiles que se emplean para determinar las propiedades mecánicas importantes de materiales de ingeniería. hay pruebas a otras temperaturas y a niveles muy elevados de carga. También. 2. pero ninguna de estas se considera como una prueba de tensión ordinaria. y la carga de tracción se aplica lentamente. en la prueba de tensión ordinaria. tienen un acabado liso..Comprender el significado y limitaciones de este ensayo. Figura 1. para que la carga esté distribuida uniformemente en el corte transversal.. que se sujeta con soportes aserrados. así como con cargas estáticas que se aplican durante largo tiempo.Probeta normalizada para la prueba de tensión 1.- . En la figura 1 se ilustra una probeta cilíndrica estándar que se utiliza para una prueba de tensión. La probeta debe maquinarse simétricamente a lo largo de su eje longitudinal.. 4 OBJETIVO 1. Los extremos de esta probeta. sin embargo. para otros tipos de soportes se usan probetas con un borde o rosca en los extremos. Los detalles de procedimiento de la prueba varían de acuerdo con los diferentes tipos de material.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES PRUEBA DE TENSION PRACTICA NO. aún cuando se trata de distintas clases de materiales el procedimiento se efectúa a la temperatura ambiente o próxima a esta. de marcha automática. con capacidad de carga de 5 toneladas. AGUJAS DINAMOMETR0 MORDAZAS VOLANTE BASTIDOR BASE Figura 2. El método mecánico de aplicar cargas tiene la ventaja de proporcionar un medio conveniente para controlar la velocidad de deformación.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Las cargas se aplican ya sea mecánica o hidraúlicamente en los dos tipos de maquinaría de pruebas existentes. Debido a sus capacidades mayores y a su bajo costo. aunque por lo general se prefiere usar los sistemas hidráulicos.. la cual se muestra esquemáticamente en la figura 2. Existen muchas marcas distintas de máquinas para pruebas de tensión. En el laboratorio se dispone de una máquina marca Dillon.22 - . así como dos puntos igualmente separados. CUESTIONARIO 1.- Determine la resistencia o esfuerzo máximo a la tensión de los metales probados. dando la suficiente fuerza para que no se recorra.- ¿Por qué retrocede la aguja roja en el dinamómetro de la máquina en la prueba de tensión? 4.Determine el porcentaje de elongación (% ε) y el porcentaje de reducción de área (%R.- Sujetar entre las mordazas la probeta.- En la sección de corte de la probeta marcar longitudinalmente el centro. 2. Lectura: Pmax σmax= ─────── Ao 3.- ¿Qué carga se alcanza cuando se forma el cuello ó estrangulamiento de la probeta? . La carga se registrará en el dial del dinamómetro. Probetas de diferentes materiales. Calibrador vernier PROCEDIMIENTO 1.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES MATERIAL Y EQUIPO • • • Máquina de tensión con todos los accesorios.- Iniciar la prueba poniendo en marcha el motor que hace mover hacia abajo a la mordaza no fija. 3. de A) de cada uno de los materiales utilizados en la prueba.23 - . 2. 14350 5.72 1107.15620 5.10540 5.96 6219. de acuerdo a lo mostrado en la figura 3.3 4054.08 7808.8 kg Carga de Ruptura Pr = 7037.08508 5.- Dibuje las dimensiones de la probeta utilizada en la prueba. .18160 5. 6.8585 cm lf= 5.8 7037 DIST. 7.- Dibuje la fractura que se presentó y diga de que tipo es cada uno de los materiales utilizados.277 cm Af= Ao= df= 0.22 5329.8750 cm lo= 5.66 7164.16840 5. alargamiento y otros.12 7500.11810 5.72 6941.10032 5.04 2701.09016 5.13080 5.24 - .0 kg CARGA kg 535.8 6664. de carga.09524 5. do= 1.-) Calcular los esfuerzos y las deformaciones en la tabla anterior. ENTRE PUNTOS cm 5.76 1620.78 2161.87502 ESFUERZO kg/cm 2 DEFORMACIÓN cm a.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 5.39750 5.- Resuelva el siguiente problema: En una prueba de tensión se obtuvieron los siguientes datos experimentales.232240 5.0800 cm Carga Máxima Pmax= 7808. 25 - . . d. una para la determinación de: i. ii.-) Dibuje dos gráficas en papel milimétrico de esfuerzo deformación en dos escalas de deformación diferentes apropiadas. Esfuerzo de cedencia Módulo de elasticidad Límite proporcional Resistencia máxima Otra para encontrar la tenacidad del material.. iii. iv. Figura 3. e.-) Determine la resistencia del material.Fracturas típicas.-) Determine el esfuerzo máximo a la tensión y el esfuerzo de ruptura.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES b.-) Calcule el porcentaje de elongación y el porcentaje de reducción de área del material. c. puentes. tuberías. un estado de esfuerzos triaxial.26 - . cabe mencionar que las fallas por fractura frágil se tienen en tanques. sin embargo. se hace uso de las pruebas de impacto para determinar la susceptibilidad de los metales a la fractura frágil. 3. Son tres los factores básicos que contribuyen a la fractura frágil por clivaje: 1. Por ejemplo. durante la Segunda Guerra Mundial se puso gran atención a la fractura frágil de barcos construidos a base de soldadura. recipientes a presión.. como el que se encuentra en una entalladura y baja temperatura son los responsables de la mayoría de las fallas en servicios por fractura frágil.. INTRODUCCION En la actualidad es un hecho conocido que el acero dúctil puede tener un comportamiento frágil bajo ciertas condiciones. debido a que estos efectos se acentúan a una alta velocidad de aplicación de carga.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES PRUEBA DE IMPACTO PRACTICA No. La mayoría de las fallas ocurrieron durante los meses de invierno. mientras que otros solo mostraban fracturas en algunas regiones. etc. 2.Efectuar una prueba de impacto Charpy con una probeta entallada.Comprender el significado y las limitaciones de este tipo de pruebas. Por ejemplo. . algunos de estos barcos se partieron completamente en dos partes. No obstante. Baja temperatura. 5 OBJETIVO 1. 2. Un estado de esfuerzos triaxial. No es necesario que estén presentes estos tres factores a la vez para que se produzca una fractura frágil. Una velocidad de deformación alta o una alta velocidad de aplicación de la carga. montado en un cojinete. ∆E = P ( H . modificando la altura de la caída o mediante ambos procedimientos. Puesto que las vibraciones pueden absorber energía. pueden mostrar grandes diferencias en su tendencia a la fractura frágil cuando son sometidos a pruebas de impacto con probetas entalladas. un marco rígido y una prensa de tornillo o yunque para sostener la probeta.. En la figura 1 se muestra el dibujo de la máquina para pruebas de impacto con probeta entallada. APARATO PARA PRUEBAS DE IMPACTO CON PROBETAS ENTALLADAS. La energía que absorbe la probeta es la diferencia entre la energía que queda después del impacto y la de entrada en el momento de producirse el impacto. pero se pueden determinar y hacer las correcciones necesarias cuando el caso lo requiera. que el péndulo golpee a la probeta en su centro de percusión.. La magnitud del trabajo de deformación y destrucción se determina por la diferencia de la energía potencial del péndulo en el momento inicial (después de la elevación del ángulo alfa) y final del ensayo (después del despegue del ángulo beta). la máquina consiste en un péndulo de oscilación libre.... los cuales involucran velocidades bajas de deformación. el péndulo y el sujetador de la probeta se diseñan de tal forma..-Por lo general. (1) . La energía del impacto se hace variar cambiando la masa del péndulo. se fabrican máquinas para probar tanto vigas voladizas como simplemente apoyadas e incluso algunas pueden usarse para probetas de tensión. El marco y el yunque deben ser también muy rígidos para evitar que absorban energía por deformación. Las pérdidas por fricción no pueden eliminarse totalmente.. Después de que la muestra se rompe. Básicamente.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Los aceros poseen propiedades idénticas cuando se someten a ensayos de tensión o torsión. el péndulo impulsa a una aguja indicadora de poco peso a lo largo de una escala calibrada para indicar la lectura en pies-libras u otras unidades equivalentes de energía absorbida por la muestra.27 - .h ) . Figura 1.COS α) Y por lo tanto: ∆E = PL (COS β .COS β) H = L (1 .COS α) ...28 - .En la figura 2. se ilustran las probetas estándar. .. (2) Esta última fórmula sirve para el cálculo del trabajo Ah por los ángulos medidos α y β.. β α α P y L son constantes.Máquina de péndulo típica para prueba de Charpy PROBETAS PARA LA PRUEBA DE IMPACTO.. tanto para la prueba de Izod (viga en voladizo) como para la prueba Charpy (viga simplemente apoyada)...DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Donde: P = peso del péndulo H = altura de elevación del péndulo h = altura de despegue del péndulo L = longitud del péndulo h = L (1 .. Ambas probetas se colocan en tal forma que produzcan esfuerzos en la raíz de la entalladura.29 - . cuyo diámetro es ligeramente mayor al ancho de la ranura. La probeta Izod se carga como una viga voladiza.0 mm. La profundidad de las entalladuras debe ser mayor de 2.. mientras que la de Charpy se coloca simplemente sobre sus soportes.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Esta última.Probetas típicas para prueba de impacto La diferencia entre las pruebas de Charpy y de Izod radica en la forma en que la probeta se sujeta y se carga. por ello su longitud es algo mayor que la de la probeta de Charpy y la muesca es excéntrica para facilitar su sujeción en el tornillo del banco del aparato. consiste en una ranura que se calibra y que coincide con un hueco (en su base). si lo que se quiere es detectar diferencias de tenacidad en materiales muy dúctiles. La entalladura estándar en forma de V es muy usada. Figura 2. . La probeta de Izod se sujeta mediante un tornillo de banco. debido a que se hace con facilidad utilizando una fresa especial. Radio de la raíz de la muesca (mm) Agudo 0. El tamaño y la forma de la muestra. 2. . La forma y lo pronunciado de la entalladura influyen en los resultados como se indica en la tabla 1.36 10. La forma y lo pronunciado de la muesca.07.93 6. La tenacidad de los plásticos se expresa en kg-cm por centímetro (de anchura de muestra). Tabla 2.En los resultados de una prueba de choque con probeta entallada influyen: 1.17 1. así como la profundidad y lo pronunciado de la entalladura.25 2. mayor será la diferencia entre los resultados obtenidos con materiales tenaces y los de poca tenacidad. Los materiales plásticos tienen una tenacidad tan baja. Tabla 1 Angulo de la muesca (grados) Tenacidad Charpy (kg-m) 0 30 60 90 120 150 3. si la muesca tiene muy poca profundidad. Los datos de la tabla 2 corresponden a muestra estándar de Charpy de acero con 0.30 - .41 3.08 Mientras menos profunda y aguda sea la muesca.34 0. por lo que casi siempre se prefiere la profundidad de 2 mm. se han establecido normas bien definidas respecto al tamaño y la forma de la muestra.17 0. Para la mayoría de los materiales metálicos usados en ingeniería.05% de carbono y una muesca de 2 mm. No obstante. La temperatura de la prueba. la probeta no se romperá.61 0.1 3.. Los datos de la tabla 1 corresponden a probetas de Charpy estándar de acero que tienen muescas de 5 mm y con radio de 0. Puesto que es difícil labrar a máquina una muestra perfectamente aguda se ha adoptado generalmente un radio de 0.68 Tenacidad de Charpy (kg-m) 0.51 3.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES FACTORES QUE AFECTAN LOS RESULTADOS DE UNA PRUEBA DE IMPACTO.25 mm para la mayoría de las pruebas. que es necesario usar muestras muy anchas.36 3. De la misma manera. La resistencia al impacto de una probeta entallada de estructura de acero cúbica de cuerpo centrado disminuye casi siempre en forma brusca en el rango de temperaturas atmosféricas. La temperatura tiene un efecto muy importante en los resultados de las pruebas de impacto de probeta entallada en algunas aleaciones. un acero típico puede presentar una reducción en tenacidad de 70 libra-pie a 10 libra-pie. que se conoce como sensibilidad de entalladura de los materiales..DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES El efecto de la muesca es concentrar esfuerzos triaxiales que restrinjan el flujo plástico y aumenten el límite elástico del material. Por ejemplo. las probetas de muchos materiales sencillamente se doblarían sin tener fractura y no podría detectarse su capacidad total para absorber energía. que siguen al endurecimiento.Además de proporcionar datos sobre la tenacidad. aunque no perjudica mucho su dureza. Sin la muesca. Estos ciclos de tratamientos térmicos pueden tener un efecto variable en la tenacidad. De hecho. en las que se puede usar una variedad de ciclos de tratamientos térmicos para lograr un valor determinado de dureza o resistencia elástica. La respuesta de los materiales a la presencia de cambios abruptos en su sección transversal es muy variada. estas pruebas son útiles también para determinar si una secuencia de proceso dada puede desarrollar el máximo de tenacidad en un material. APLICACION DE PRUEBAS DE IMPACTO CON PROBETA ENTALLADA. La prueba de impacto con probetas entalladas constituye una forma apropiada de estudiar esta respuesta. pueden ocasionar fragilidad (fragilidad de temple y de revenido) y pérdida de . por ejemplo si se sobrecalienta la aleación antes de enfriarla por inmersión en agua. en el rango de temperaturas comprendido entre 80oF (27 ºC) y 40oF (4. la sensibilidad de entalladura de los materiales y los efectos de la temperatura.31 - .5 ºC). sobre todo en los materiales de composición ferrosa. Cuando se produce una hendidura en la raíz de la entalladura. Esto último es especialmente útil en relación con las aleaciones ferrosas. algunas temperaturas y procedimientos de templado. el esfuerzo se intensifica enormemente y la hendidura progresa con rapidez a través de la sección transversal. esta tiende a engrosar el tamaño de los granos de austenita y afectar la tenacidad. una de las aplicaciones más importantes de los resultados de las pruebas con probetas entalladas es determinar la viabilidad de los distintos aceros para uso en climas fríos. En los aceros templados de poco contenido de carbono se producen fracturas de estos mismos tipos. Si su superficie es suave y lisa. Si el acero tiene un alto contenido de carbono y si fue producido mediante un tratamiento térmico tiende a producir una fractura estrella.Las probetas que sufren fracturas siempre deben examinarse con cuidado. como lo demuestra la prueba de impacto con probeta entallada. pero no la tenacidad.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES tenacidad.. falta de tenacidad y probablemente un recalentamiento antes del endurecimiento.Tomar medidas de todas las dimensiones de la probeta o probetas proporcionadas. no produce estrechamiento en forma de cuello de botella y tiene una superficie de fractura que tiende a formar un plano en ángulos rectos a la dirección de carga. Los metales y aleaciones dúctiles sufren fracturas de copa o fractura parcial de copa. La dureza de estas piezas indebidamente templadas es satisfactoria. colocar la probeta en el yunque. Es importante que la entalladura y el percutor queden alineados (figura 3) . donde se inició la fractura dúctil. El aspecto de la fractura en barras para pruebas de tensión (de la práctica de tensión ver figura 3) depende de la composición y el historial de la probeta. donde se produjo la fractura frágil. y otra de grano grueso. ello indicará un tamaño de grano fino y ductilidad en los aceros. una suave y lisa. Mientras que un aspecto grueso será indicación de fragilidad.Sin levantar demasiado el péndulo. 2. ASPECTO DE LA FRACTURA. El hierro fundido que carece de ductilidad. MATERIAL Y EQUIPO • • • Máquina de impacto de Charpy Probetas con muesca en V tipo Charpy Vernier PROCEDIMIENTO 1. Con frecuencia se aprecian dos zonas distintas.32 - . de tal forma que la cara que contiene la entalladura quede opuesta al percutor. . Se gira la aguja indicadora de la carátula a la posición en que coincida con 1. 6.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Figura 3.Colocación de la probeta 3. poniendo el seguro para evitar que caiga. 7.5.Una vez detenido el péndulo se procede a leer la energía que absorbió la probeta marcada por la aguja indicadora en la carátula. CUESTIONARIO 1. 4.5 kpm (1. se levanta este hasta su altura máxima (hasta el tope).Después que el percutor ha golpeado la probeta se frena el péndulo con la palanca colocada en la zapata inferior de la máquina.33 - .5 kg-m) de la escala graduada (que será la energía que tenga el péndulo al momento de impactar con la probeta).¿Por qué las probetas de la prueba de impacto tienen una pequeña ranura? .En esa posición se fija el péndulo.De frente a la carátula (para evitar que nos golpee el péndulo) se gira la perilla del seguro para dejar caer el péndulo. 8.- Cuidando de no meter las manos o los dedos en la trayectoria del péndulo. Represente gráficamente los siguientes datos que corresponden a la prueba de impacto de varias muestras de un mismo tipo de acero (papel milimétrico).8 -40.2 71.80 17.28.7 -28.20. 0. 14.4. 16.05.2.5 6.24. 15.- Diga que factores pueden alterar el valor obtenido en la prueba. 17.0 -51. 2.22.1.35 (ºC) 93.18.4 -12.1 -62.45.6.13 2.93.48. 1. TABLA ANEXA TEMPERATURA ENERGIA ABSORBIDA (kg-m) 17.2. ¿Cuál es el área efectiva de la fractura (cm2)? ¿Qué valor se obtuvo en la prueba de impacto (kg .2 11. ¿Por qué cree usted que no se rompió totalmente la probeta? ¿Qué haría para que se rompiera totalmente en la prueba? 9. 1.34 1.15 1.0 16. 5. 6.34 - . 1.87.3. 10.79. 12.7 21.8 3. 2.3.- ¿Cuál es el rango de la temperatura de transición? .50. 7.33 14.96.76.21. 7. 3.0 48.05 4. 16.76. 16. 14.1. 16. 1.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 2.5. 2.48.1 4.7.31. 15.90. 16.10.8.24.3 82.5. 4.5. Dibuje el aspecto de la fractura de la muestra usada en la prueba de impacto.28. 3.1 60.5.50 15. 15. 12.9.- ¿Cuál es el efecto general de la temperatura en la tenacidad del acero de bajo carbono? Dibuje las dimensiones de la probeta utilizada en la prueba. 1.8 37. 1.6.04.83.10.1. 15.70 16.70. 16. 2.7. 1.16 2.9.04. 14.98.24.4.m)? Calcule la energía absorbida por unidad de superficie en la fractura.8.5 11. 1.80. 2.3.2 -17. 14. en la que: Mt = Momento torsionante. Figura 1.-Determinar el módulo de elasticidad al esfuerzo cortante (G) de diferentes metales por medio de un ensayo de torsión.Calcular el esfuerzo cortante en una barra de sección circular sometida a torsión INTRODUCCION Los elementos mecánicos como ejes.Barra sometida a torsión. Considérense dos secciones A y B de una barra circular sometida a torsión. dada en cm. la cual consiste en someter una barra de sección circular a la acción de una carga P aplicada a una distancia Rp con respecto al centro de la barra como se muestra en la figura 1. A fin de poder determinar la resistencia a la torsión de un eje. debido a las cargas a que están sometidos. L = Longitud entre las secciones A y B de la barra circular.. dado en kg-cm. es necesario realizar una prueba de torsión.35 - .DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES PRUEBA DE TORSION PRACTICA No. . figura 2. 2. flechas y resortes se encuentran sujetos a momentos torsionantes.. 6 OBJETIVO 1. ............... Si se considera el arco CD... dado en cm.. dado en radianes. dado en radianes.36 - ..DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES rb = Radio de la barra circular......... θ = Angulo que gira la barra al ir del punto C al punto D...(1) L γ Figura 2.......Condiciones de prueba Por otra parte se demuestra en mecánica de materiales que el ángulo θ es directamente proporcional al momento torsionante y está dado por la ecuación: Mt L θ= ──── ...... γ = Es el ángulo de giro o ángulo de torsión de un eje entre dos secciones (A y B).... de la figura 2 se puede ver que está relacionado con el ángulo γ de la siguiente forma: Arco CD = Lγ = rb θ En donde: rb γ = ─── θ ...(2) GJ Despejando a G se obtiene: . ..(5) τ = ────── .........(db)4 J = ─────── .37 - . Para una barra de sección transversal circular la distribución de los esfuerzos cortantes es como se muestra en la figura 3...........(7) ............ la deformación es proporcional al esfuerzo......DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Mt L G= ───── ........(3) θJ Donde: G = Módulo de elasticidad al esfuerzo cortante en kg/cm2 J = Momento polar de inercia en cm4 Para una sección circular J está dado por: π......... Dentro del rango elástico de esfuerzos.(4) 32 Con db = diámetro de la barra circular en cm...........(6) J La cual nos permite calcular el esfuerzo cortante a una distancia rb con respecto al centro de la barra............. En general. se puede expresar la ecuación (6) como: Mt rb τ = ───── J Mt r .. lo cual se expresa por la relación: τ =Gγ Sustituyendo (1) y (3) en (5) se obtiene: .. DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Donde: r = Distancia desde el centro a un punto a lo largo del radio de la sección transversal de la barra. Regla.. Vernier.Arregle el aparato sobre una mesa de trabajo de tal manera que la polea y el soporte para las pesas queden en un extremo de la mesa dejando suficiente espacio para que se puedan colgar estas.Variación del esfuerzo cortante a través de una sección circular.El momento torsionante (Mt) se puede aplicar poniendo el cordel de las poleas o poniendo pesos al brazo de la palanca. .5. PROCEDIMIENTO 1. 4. El ángulo de torsión θ se puede medir por medio de un brazo sujeto a la barra y un medidor de carátula sujeto al bastidor del aparato. 3.La barra de metal a experimentar se sujeta con los prisioneros en ambos extremos del aparato de torsión.Las ranuras deberán estar directamente abajo de los prisioneros. MATERIAL Y EQUIPO • • • • Aparato de torsión con pesas y medidor de carátula. τ Figura 3. Barras de bronce y acero de diferentes diámetros.38 - . 2. 2 0.2 1. NOTA: Para medir el ángulo de torsión por medio del medidor de carátula se tendrá en consideración lo siguiente: Si θ es pequeño S ≈ S1 (figura 4) y por lo tanto: .- Cada vuelta del medidor de carátula equivale a un milímetro de desplazamiento. CUESTIONARIO 1.a) Determinar el módulo elástico al corte (G) de un metal.7 1.4 0.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 6. Obtenga los siguientes datos: .7 0.Diámetro de la barra (db) .Longitud de la barra (L) .9 1.Diámetro de la polea que se va a utilizar (Dp) .Longitud del brazo sujeto a la barra (R) Llene la siguiente tabla con lecturas y cálculos: CARGA (kg) DESPLAZAMIENTO S (mm) MOMENTO TORSIONANTE Mt (kg-cm) ANGULO DE TORSIÓN MODULO DE ELASTICIDAD AL CORTE G(kg/cm2) θ (rad) 0.Material de la barra .2 4.2 Prom.9 2. La longitud de la barra bajo giro permanece constante.39 - . Comparar el ángulo de torsión θ de la barra de sección circular con el momento torsionante Mt que lo produce. c) Determinar el esfuerzo máximo cortante al que fue sometida la barra. . b) Compare el módulo de elasticidad al corte (G) con el valor encontrado en la bibliografía.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES S θ = ──── R (radianes) S1 θ Figura 4.- 2.40 - .- Grafique el momento torsionante (Mt) en función del ángulo de torsión θ (papel milimétrico). Mt (kg-cm) θ (radianes) a) Por medio de mínimos cuadrados obtenga la relación de Mt/θ. 3.Realice los mismos cálculos para otro material (acero ó bronce). aunque también se presenta una marcada .Estudiar el efecto del recocido sobre un metal previamente trabajado en frío INTRODUCCIÓN La mayor parte de materiales cuando son sometidos a un esfuerzo mayor a su resistencia a la fluencia muestran una deformación permanente o no recuperable llamada deformación plástica. resistencia a la fluencia y resistencia mecánica de los metales trabajados en frío. La deformación plástica de metales bajo la acción de una fuerza aplicada es de gran importancia en la fabricación y formado de metales. . Debido al efecto de endurecimiento por deformación hay un aumento considerable en la dureza. hasta que el flujo plástico finalmente cesa para un esfuerzo dado.. Los materiales cristalinos como son los metales sufren deformación plástica como resultado del deslizamiento de los átomos a lo largo de planos cristalográficos definidos. esto quiere decir que los átomos no regresan a su posición inicial una vez que el esfuerzo ha dejado de actuar. Cuando la cantidad de deslizamiento aumenta. será más y más difícil seguir deformando al metal.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES DEFORMACIÓN PLÁSTICA Y RECRISTALIZACION DE UN METAL PRÁCTICA No. Este fenómeno se conoce como “endurecimiento por deformación” ó endurecimiento por trabajo en frío.-Estudiar los efectos de la deformación plástica sobre las propiedades de un metal 2. siendo esta el resultado de un desplazamiento de átomos ó moléculas o de grupos de átomos ó de moléculas desde su posición original en la red. El deslizamiento puede iniciarse otra vez únicamente cuando se aplica un esfuerzo mayor. Ambos términos se aplican alternativamente y no son equivalentes a decir que el esfuerzo de corte necesario para causar deslizamiento aumenta siempre después de una deformación plástica previa. 7 OBJETIVO 1.41 - disminución en la ductilidad y tenacidad de un metal como se puede apreciar en la figura 1. recuperando el metal sus propiedades iniciales.42 - ..DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES Figura 1.5 cm de espesor (ó longitud) .Cortar la probeta de aproximadamente 2..Variación de algunas propiedades mecánicas en función del porcentaje en frío del latón Cu+ 30 Zn (porcentaje en peso) Al calentar un metal previamente trabajado en frío a una temperatura suficientemente alta (aproximadamente 1/3 de la temperatura de fusión del metal en ºK) se eliminan la mayoría de los efectos causados por el trabajo en frío. los cuales no son termodinámicamente estables. MATERIAL Y EQUIPO • • • • • • • • Elementos para desbaste Elementos para pulido mecánico Reactivo de ataque Yunque y martillo Microscopio metalográfico Mufla Durómetro Probeta de latón PROCEDIMIENTO 1. Una lámina de latón Cu + 30 Zn (porcentaje en peso) es laminada en frío de 0.Medir nuevamente la dureza.43 - . pulir y atacar la misma cara original dibujando el nuevo campo...Recocer la temperatura a 500 ºC durante 2 horas.. 8. a) ¿Qué cantidad de trabajo en frío debe soportar la varilla (ver figura 1) metalúrgicas que se presentan durante el . 6.¿Cuáles son las tres principales etapas tratamiento térmico de recocido? 3.. CUESTIONARIO 1. mida nuevamente la dureza en la cara de trabajo...¿Cuáles son los cinco factores importantes que afectan al proceso de recristalización de los metales? 5.Colocar la probeta en el yunque y golpearla (con mucho cuidado) hasta disminuír su espesor en un 50 %..Sobre la base de las observaciones hechas y las mediciones de dureza describa el fenómeno de deformación plástica y recristalización de un metal. 9. pulirla y atacarla con el reactivo adecuado 3.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 2.Desbastar.. atacar y observar nuevamente al microscopio.. dibujando el nuevo campo observado.Finalmente.064 pulg.. 10.Con ayuda del microscopio observar la estructura de la probeta y dibujarla 4.Medir su dureza 5.¿Cómo se diferencian las bandas de deslizamiento de las bandas de deformación? 4.Desbastar la cara elegida.... 7. 2.Repulir.090 a 0.. 44 - .DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES b) Estimar la resistencia a la tensión. b) ¿Cuál debe ser el diámetro inicial de la varilla? . 6. el esfuerzo a la fluencia y el porcentaje de elongación. a) ¿Qué cantidad de trabajo en frío debe soportar la varilla (figura 1) ..230 pulg.Una varilla de latón Cu + 30 Zn (porcentaje en peso) debe tener una resistencia a la tensión de 45 ksi y un diámetro final de 0. DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES RECONOCIMIENTO DE LOS CONSTITUYENTES DEL ACERO AL CARBONO PRACTICA No. manganeso. en las cuales la fase alfa recibe el nombre de ferrita y la fase gama recibe el nombre de austenita. 2. los aceros al carbono son aleaciones formadas únicamente por hierro y carbono. las propiedades mecánicas del carbono varían. fòsforo y azufre. Dentro de estos elementos podemos mencionar al silicio. Entre las propiedades más importantes podemos mencionar: acero al a) Resistencia a la cedencia . Podemos encontrar así mismo los constituyentes perlita y cementita. ya que no es costeable tratar de eliminarlos durante el proceso de obtención del acero. podemos distinguir tres fases sólidas: alfa ( α ) . Dependiendo del contenido de carbono. Distinguir los constituyentes y las fases de los aceros al carbono. 8 OBJETIVOS 1. en la práctica un acero al carbono contiene un porcentaje muy pequeño de otros elementos. gama ( γ ) y delta (δ ) . INTRODUCCIÓN Estrictamente hablando. Estas tres fases se conservan para las aleaciones Hierro-Carbono (ver diagrama de fases). cuando las condiciones de enfriamiento del acero desde el estado líquido se llevan acabo en condiciones de equilibrio. Encontrar la dureza del acero de acuerdo al contenido de ferrita y perlita.45 - . los cuales podemos considerar que están presentes como impurezas. Si consideramos al hierro puro. Cabe mencionar que las fases anteriores estarán presentes en un acero al carbono. Sin embargo. Dibujar el campo o estructura observado en ellas. Diga que cantidad de fase proeutectoide tiene cada una de las muestras. CUESTIONARIO 1. MATERIAL Y EQUIPO • Microscopio con una combinación para observar a 400X. y a partir de esto. 2. 2. Para ello haga uso del diagrama Fe-C y de la regla de la palanca. Observar al microscopio e identificar los constituyentes para cada una de las probetas. En base a las observaciones hechas determinar aproximadamente la cantidad de carbono.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES b) Resistencia máxima a la tensión c) Ductilidad d) Dureza e) Tenacidad f) Módulo de elasticidad Es importante tener presente que para un acero al carbono el contenido de carbono y la dureza guardan una relación estrecha. • Durómetro PROCEDIMIENTO 1. Aquí obtendremos la relación entre el contenido de carbono y la dureza. 3. . Diga que porcentaje aproximado de perlita tiene cada una de las muestras determinando la cantidad del área que ocupa en el campo observado. cual de todas las probetas tendrá la mayor dureza y así sucesivamente con las siguientes probetas.46 - . • Probetas de acero ya preparadas de diferentes contenidos de carbono. Determine la cantidad de carbono (%C) aproximadamente de cada una de las muestras. 3. 5 5.0 2.-Diagrama de fases hierro-Fe3C . Diga como varía la resistencia máxima a la tensión con el contenido de carbono (%C).02 0.5 1.47 - .25 γ 2.0 C % (EN PESO) Figura 1.0 3. De acuerdo a la pregunta anterior ¿Cuál de las probetas debe ser la más resistente? 1700 1600 1534 o 1493 0.69 800 α 700 0.03 1153 o o 4.05 1147 900 0. 7. Diga como varía la ductilidad de un acero con el contenido de carbono (%C). 5. 6.80 730 o 723 o 600 500 o 0 0.5 2.0 4. ¿Qué relación puede obtener usted entre el contenido de carbono (%C) y la dureza a partir de los datos anteriores.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES 4.30 4.5 3.51 o δ 1500 1400 o 1390 1300 1200 1100 1000 910 o 2.5 4.0 1. Carl A.C.Hibbeler Prentice-Hall Hispanoamericana. 1990 6. Edition.48 - . 1998.S.-Metallography.A.. México. Colangelo Prentice Hall. Felipe A. 9.Mecánica de cuerpos deformables Edward F. Dowling Prentice Hall. U.DEPARTAMENTO DE INGENIERIA LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES BIBLIOGRAFÍA 1.Ciencia de Materiales para Ingeniería. . 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