1

PRCTICA 1

DEFECTOS EN LOS MATERIALES

1.1 OBJETIVOS.

Identificar los defectos y sus causas e indicar como se los puede

controlar.

1.2 MARCO TERICO

1.2.1 INTRODUCCCIN

En la industria los materiales (metales y aleaciones) se obtienen a partir de

procesos de transformacin como son fundicin forjado, maquinado, soldadura,

etc. los cuales no siempre dan como resultado un material de excelente calidad

e introducen discontinuidades que pueden ser de varios tipos, tamaos y formas.

Es por esto que se han desarrollado normas que establecen ciertos criterios de

aceptacin que permiten establecer cuando un material es apropiado para una

determinada aplicacin.

Por lo tanto es importante tener claros los conceptos de defecto y discontinuidad

para poder reducir, detectar y prevenir cada una de estas imperfecciones las

cuales se introducen de forma consciente o inconsciente en cada uno de los

procesos antes mencionados.

A continuacin pasamos a definir los conceptos de discontinuidad, imperfeccin

y defecto.

Discontinuidad: Es la falta de continuidad o cohesin, sea esta de carcter

intencional o accidental de una estructura fsica o configuracin de un material o

componente.

Imperfeccin: Carencia de una cualidad, caracterstica de la condicin para la cual est destinado un elemento Defecto: Una o ms discontinuidades o imperfecciones cuyo tamao, forma, orientacin, localizacin o propiedades no cumplen criterios especficos de aceptacin o rechazo.

2

1.2.2 DEFECTOS EN LOS MATERIALES

1.2.2.1 PROCESO DE FUNDICIN

La fundicin es un proceso de fabricacin el cual consiste en llevar a los

materiales a un estado lquido de gran fluidez, mediante el incremento de

temperatura para posteriormente colarlo en un molde donde se solidificar y

tomar la forma deseada.

Los elementos o piezas obtenidas a partir de este proceso presentan una amplia

variedad de discontinuidades, los cuales se generan en distintas etapas del

proceso. Los ms comunes son:

Porosidades

Grietas

Rechupes

Gotas fras

Juntas fras

Escorias

Segregaciones

POROSIDADES

Esta discontinuidad de produce por la calidad o composicin de la mezcla

utilizada para el moldeo. Se pueden dar por dos razones.

1. Cuando la mezcla de fundicin presenta un alto porcentaje de humedad,

es decir que contiene un exceso de agua, esta se evapora debido a las

altas temperaturas de la mezcla, ocasionando as la formacin de

cavidades esfricas dentro de la colada despus que se haya enfriado,

distribuyndose a travs de la fundicin.

2. En las fundiciones de las aleaciones se generan gases, los ms comunes

son oxigeno, nitrgeno e hidrgeno los cuales pueden combinarse y

desprenderse como gases moleculares originando as la formacin de

porosidades.

3

GRIETAS

Esta discontinuidad, tambin llamado agrietamiento en caliente, ocurre cuando

un molde, que no cede durante las etapas finales de la solidificacin o en las

etapas primeras de enfriamiento, restringe la contraccin de la fundicin despus

de la solidificacin. Este defecto se manifiesta como una separacin del metal

(de aqu el trmino desgarramiento o agrietamiento) en un punto donde existe

una alta concentracin de esfuerzos, causado por la indisponibilidad del metal

para contraerse naturalmente.

Este se considerara como un problema en el diseo ya que las grietas son

provocadas por la contraccin.

RECHUPE

Esta discontinuidad es una depresin de la superficie o un hueco interno en la

fundicin debido a la contraccin por solidificacin (fenmeno fsico de

disminucin de volumen al cambiar de estado, lquido - slido) que restringe la

cantidad de metal fundido disponible en la ltima regin que solidifica. Ocurre

frecuentemente cerca de la parte superior de la fundicin, en cuyo caso se llama

rechupe

La contraccin es una propiedad que se encuentra directamente relacionada con

la naturaleza del material.

4

GOTAS FRAS

Se originan cuando se vierte con excesiva rapidez el metal durante la colada se

puede producir un flujo turbulento con la posible salpicadura del metal en el

molde, anticipada al flujo de relleno. Estas salpicaduras pueden solidificarse y no

se unirn debidamente a la pieza

JUNTAS FRAS

Una junta fra aparece cuando dos porciones del metal fluyen al mismo tiempo,

pero hay una falta de fusin entre ellas debido a solidificacin o enfriamiento

prematuro. Una de las tcnicas a emplearse es la de llenar el molde empleando

dos o ms canales que conducen a la misma cavidad. Cuando los flujos

procedentes de dos canales se unen y uno de ellos est excesivamente frio o

est cubierto de un grueso filme de xido, no se producir la fusin. Este defecto

es muy comn en fundiciones de magnesio debido al rpido enfriamiento del

metal fundido.

Sus causas tpicas son:

Fluidez insuficiente del metal fundido

Temperatura de vaciado baja

Vaciado que se realiza muy lentamente

Seccin transversal de la cavidad del molde muy delgada.

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ESCORIA

Es una discontinuidad que se forma debido a que existe acumulacin de gases en la pieza fundida y se produce durante su enfriamiento, los ms comunes son los xidos: Al2O3, FeO, CaO, MnO

La escoria ayuda a controlar la temperatura durante la fundicin y minimizar la reoxidacin del metal lquido final antes de pasar al molde. Un ejemplo de esto es el latn, ya que no es conveniente retirarla de la colada de fundicin, debido a que sin esta, se evapora el zinc y queda nicamente el cobre. Se forma en el ltimo lugar de solidificacin. SEGREGACIONES Ocurre cuando uno o varios elementos presentes en la aleacin no se han difundido convenientemente y en forma uniforme a travs del lingote, concentrndose en reas determinadas. Durante la solidificacin de las aleaciones ocurre la segregacin. Este fenmeno consiste en que la composicin qumica del slido que se forma primero es diferente a la del slido que se forma por ltimo. La segregacin causa que la composicin qumica de la pieza slida no sea uniforme. Esta falta de uniformidad causa que las propiedades mecnicas de la pieza tampoco sean uniformes. Para ciertas aplicaciones, esta falta de uniformidad en las propiedades mecnicas puede resultar inconveniente La solidificacin se da por capas es por esto que la zona interna del material (ltima en solidificarse) tiene otra composicin.

6

Esquema de solidificacin por capas

1.2.3 PROCESO DE SOLDADURA

En ingeniera es esencial unir materiales y partes para elaborar una mquina o

estructura mediante varios procesos. La soldadura es uno de estos y se la define

como el proceso mediante el cual se obtiene la unin permanente de dos a ms

piezas con la ayuda de calor y/o presin en las cuales se puede utilizar el

material de aporte, que puede ser de la misma o diferente composicin qumica

a la del metal base. Los defectos ms comunes son:

Porosidad

Falta de fusin

Falta de penetracin

Inclusiones de escoria

Mordeduras

Grietas

Defectos metalrgicos

POROSIDAD

Son bolsas de gas o cavidades en el metal de soldadura, resultado de la

formacin de gases por reacciones qumicas que ocurren durante la soldadura,

tambin se pueden generar debido a la presencia de humedad en el ambiente o

en el electrodo.

7

FALTA DE FUSIN

Se puede tratar de una condicin localizada o generalizada que puede ocurrir en

cualquier lugar de la soldadura, incluso en la raz misma de la unin. Esto puede

deberse a varios factores: a) El metal base o el material de aporte depositado no

alcanzan el punto fusin para lograr la unin deseada, b) Carencia de fundente ,

el cual ayuda a disolver y eliminar los xidos, presencia de materiales extraos,

c) Mala inclinacin del electrodo, d) Velocidad de avance inadecuada, etc. La

falta de fusin pueden producirse en cualquier punto de la unin y ser continuas

o en puntos aislados

FALTA DE PENETRACIN

El trmino se refiere a la presencia de una zona sin fusin al intentar fundir

completamente la raz de la junta (figura siguiente). La falta de penetracin es

causada por varios factores, destacndose el manejo incorrecto del electrodo, un

diseo inadecuado de la junta (apertura de raz muy pequea o ngulo de bisel

muy cerrado que no permite llegar al fondo de la junta). Pueden influir, la

eleccin de un electrodo demasiado grande para una junta dada (en muchos

casos prcticos se hace difcil o imposible, dirigir el arco a la raz de la junta),

el uso de una baja energa de soldadura, la falta de penetracin provoca una

reduccin en la seccin til de la soldadura, adems de ser un concentrador de

tensiones.

8

INCLUSIONES DE ESCORIA

Este trmino se utiliza para describir las partculas de xido u otros slidos no

metlicos atrapados entre pasadas de soldadura o entre el metal de soldadura y

el metal base. En general una escoria est formada por materiales poco solubles

en el metal fundido y tienden a flotar en la superficie del bao de soldadura,

debido a su baja densidad. Un mal manejo del electrodo durante la soldadura

puede ocasionar que parte de la escoria no sea levantada y que quede atrapada

dentro de la pileta lquida

MORDEDURAS

La socavadura o mordedura es una ranura fundida en el metal base, adyacente

a la raz de una soldadura o a la sobremonta que no sido llenado por el metal de

aporte.

Son debidas a un arco incorrecto (por la corriente utilizada o por la longitud del

mismo), se producen extracciones de materiales en la superficie del elemento a

soldar la cual puede ser anterior (del lado de la sobremonta) o posterior (lado de

la raz o primera pasada).

Un electrodo hmedo puede ocasionar socavado, la alta velocidad de traslacin

del arco a causa de una rpida solidificacin del metal de soldadura es otro

problema asociado a este defecto.

.

9

GRIETAS

Se producen por efectos de contraccin dilatacin, aunque es ms comn

encontrarlos debido a efectos de contraccin, estos defectos no son reparables

ni permisibles. Pueden situarse en el cordn o en sus inmediaciones. Aunque

afloren a la superficie de la pieza, su abertura suele ser tan pequea que,

normalmente, no se perciben a simple vista.

1.2.4 PROCESO DE CONFORMADO

SOBREMONTA

Esta discontinuidad se presenta cuando existe material que sobresale a una

forma propia establecida.

GRIETAS

Son producidas cuando la temperatura de forja es muy baja.

COSTRAS

Este tipo de discontinuidades se da cuando el martinete de forja tiene restos de

material o impurezas, provocando la unin de estos a la pieza de trabajo.

10

DESALINEAMIENTO

Como su nombre lo indica, se generan por el mal alineamiento del material,

produciendo dos lugares propensos a la falla.

o MATERIALES Y EQUIPOS

Probetas

Cmara de fotos (traer el estudiante)

o PROCEDIMIENTO

Observar las piezas o elementos entregados por los ayudantes

Identificar el(los) defecto(s) presente en cada una de las probetas

Tomar imgenes de la pieza y sus defectos

o INFORME.

1. Tema. 2. Objetivos. 3. Revisin terica (mximo dos pginas)

Buscar informacin acerca de discontinuidades que no se encuentren dentro del marco terico de la prctica, sus causas, formas de controlarlos y prevenirlos.

4. Datos encontrados

Enlistar las discontinuidades encontradas en la pieza analizada (adjuntar fotos)

5. Anlisis de resultados

Por qu se generaron cada uno de los defectos encontrados?

6. Preguntas

11

Formas o mtodos para identificar las discontinuidades encontradas?

Soluciones para prevenir o para evitar la formacin de las discontinuidades encontradas?

Cmo se podra saber si las discontinuidades encontradas son defectos? Basarse en una norma y liste cada una de las condiciones que determinara si se acepta o no el material

7. Conclusiones y recomendaciones PERSONALES Bibliografa. Aprobado por: Ing. Miguel Villacrs Ing. Patricio Estupian JEFE DE LABORATORIO JEFE DE LABORATORIO

DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DE METALOGRAFA

12

PRCTICA 2

CORROSIN

2.1 OBJETIVOS.

Conocer los principios bsicos de la corrosin

Determinar el potencial de voltaje que genera la corrosin entre diferentes

materiales.

2.2 MARCO TERICO.

2.2.1.1 GENERALIDADES DE LA CORROSIN

La corrosin es la conversin de un elemento, de un estado de valencia de cero

o ms bajo, a un estado de valencia positivo o ms alto. A este proceso se lo

conoce como oxidacin.

El estado ms estable de un metal corresponde a su estado oxidado, es por esto

que se puede encontrar a la mayora de los metales en la naturaleza (en su

estado oxidado); y por ser la corrosin un proceso de oxidacin, se convierte en

un proceso inevitable ya que todos los metales tienden a buscar su estado

de mayor estabilidad.

Debido a que el acero es el material con mayor injerencia dentro de la industria,

se va distinguir las etapas por las que este material atraviesa durante un proceso

fabricacin.

Para la fabricacin del acero, en el alto horno se utiliza el mineral Fe2O3

Cuando Fe2O3 se encuentra con el CO (coque ms O2) reacciona

formando as Fe3O4 y CO2 el cual sigue su camino hacia los

recuperadores.

Fe3O4 al continuar descendiendo por el alto horno, reacciona con el CO

formando as el xido (FeO) ms CO2 que igualmente va hacia los

recuperadores.

FeO se combina con CO formando Fe lquido ms CO2.

El Fe lquido reacciona con C formando una solucin lquida que en la

industria es conocido como arrabio.

El arrabio debe ser insuflado con oxgeno reacciona formando as acero.

De acuerdo a esta descripcin que se puede establecer que el estado mas

crtico de la corrosin del acero es cuando se forma el Fe2O3

13

La mayora de los elementos utilizados en la industria, pasan por una serie de

procesos, los cuales entregan energa (energa de libre de Gibbs) para poder

transformarlos, lo que a su vez hace que el elemento o producto obtenido sea

ms propenso a la corrosin. Un ejemplo de esto, es que en un material que a

pasado por un proceso de soldadura, la probabilidad de corrosin es mayor en el

rea del cordn que en el metal base, lo mismo ocurre para elementos que han

sido trabajados en frio, en zonas determinadas.

Es importante saber que cuando un metal se corroe, su espesor puede disminuir

de modo uniforme o local; esto altera la confiabilidad de cualquier componente o

estructura que utiliza el metal.

Los principios bsicos de la corrosin son:

Todos los metales siempre tienden a regresar a su forma mineral.

Corrosin electroqumica (celda galvnica)

2.2.1.2 CORROSIN GALVNICA

La corrosin galvnica es un tipo de corrosin pero a la vez un mecanismo

mediante el cual se generan la gran mayora de los diferentes tipos de corrosin.

Para que se produzca la corrosin es necesaria la presencia de cuatro

elementos bsicos que son:

1. Material Andico

2. Material Catdico

3. Conduccin elctrica

4. Electrolito

Para impedir la corrosin, basta con eliminar uno de estos cuatro elementos.

Celda Galvnica

Es una celda en la cual el cambio qumico es la fuente de energa elctrica.

Esto usualmente consiste de dos conductores dismiles en contacto con la

presencia de un electrolito, tambin puede obtenerse de conductores similares

en contacto con electrolitos diferentes.

14

Fig. 3.1 Celda galvnica o electroqumica

nodo. Es el electrodo en el cual, o a travs del cual, la corriente positiva pasa

hacia el electrolito. Sobre este material ocurre la oxidacin (se corroe). El metal

de se disuelve en el electrolito.

Ctodo. Es el electrodo que recibe la corriente positiva proveniente del

electrolito, en este caso existir una reduccin. El metal capta electrones.

Electrolito. Sustancia qumica o mezcla (conductor inico) usualmente lquida,

que transporta corriente elctrica.

Reacciones electroqumicas en el nodo y el ctodo

En la mayor parte de los casos, el estado inicial de los elementos es el de

valencia cero, y la reaccin de oxidacin o andica es:

Donde M representa el elemento metlico. La reaccin A (andica) constituye la

corrosin u oxidacin del metal M, por lo que M recibe el nombre de material

andico. La reduccin o reaccin catdica C simultneamente puede ser una de

las reacciones siguientes:

(C1) Depositacin de metal

15

Es conveniente sealar que la celda electroqumica de la figura 3.1 simplemente

se utiliza para ilustrar las reacciones de media celda, es decir para indicar cul

es el nodo, cul es el ctodo, adems mostrar las direcciones de flujo de los

electrones y de la corriente en la celda durante un proceso de corrosin. La

corrosin real de un material ocurre porque existen zonas catdicas y andicas

en la superficie de un material, y la humedad o el agua presente en la superficie

es el electrolito que se necesita para completar la celda.

Voltaje de celda de potencial

Siempre que dos conductores electrnicos estn en contacto, surge una

diferencia de potencial entre las superficies en contacto a la cual denominamos

potencial de contacto.

Si la corriente fluye del nodo al ctodo, y el voltaje del circuito abierto, es

positivo e igual a:

Donde E es el potencial de electrodo (catdico andico). Si bien se puede

medir, los potenciales de electrodo de contacto no son susceptibles de medicin

directa.

Los potenciales de electrodo representan los voltajes de media celda, y sera

conveniente que estos se pudieran medir o que tuviesen valores. Para que esto

sea posible uno de los electrodos debe presentar un valor tal que permita

determinar el voltaje del otro electrodo en base al medido. De aqu surgi el

electrodo de referencia de hidrgeno, al cual se le asigna un potencial de

electrodo estndar de 0. El electrodo de hidrgeno estndar (EHE, siglas en

espaol SHE siglas en ingles) consiste en hidrgeno puro a 25 C y a una

presin de 1 atmosfera que burbujea en un electrolito sobre un electrodo

platinado, como se muestra en la figura 3.2

16

Fig. 3.2. El electrodo de hidrgeno estndar se compone de H2 gaseoso a 1

atmosfera que burbujea sobre un electrodo platinado

Si se utiliza el electrodo de hidrgeno con otro electrodo en una celda

electroqumica, como se muestra en la figura 3.3, se ve que por la ecuacin 3,

que el medido es el potencial de electrodo estndar del metal. Los valores de

los potenciales de electrodo pueden ser positivos o negativos con respecto al

electrodo de hidrgeno (ver tabla 3.1).

Fig. 3.3 esquema de una celda electroqumica para medir potenciales de

electrodo

EM Platinado

= EM E

17

Para que un proceso electroqumico se lleve a cabo, el voltaje de celda debe ser

positivo.

Reaccin del

electrodo

Potencial

estndar a 25C

(77F), volts

contra EHE

Reaccin del

electrodo

Potencial

estndar a

25C (77F),

volts contra

EHE

Au3+

+ 3e-

Au 1.50 Pb2+ +2e- Pb -0.126

Pd2+ + 2e- Pd 0.987 Sn2 +2e- Sn -0.136

Hg2+ + 2e- Hg 0.854 Ni2+ +2e- N -0.250

Ag+ +e- Ag 0.800 Co2+ +2e- Co -0.277

Hg22+ + e- 2Hg 0.789 Tl+ + e- TI -0.336

Cu+ +e- Cu 0.521 ln3+ +3e- ln -0.342

Cu2+

+ 2e-

Cu 0.337 Cd2+ +2e- Cd -0.403

2H+

+2e-

H2 0.000 Fe2+ +2e- Fe -0.440

(Referencia) Ca3+ +3e- Ga -0.53

Cr3+ +3e- Cr -0.74

Cr2+ +2e- Cr -0.91

Zn2+ +2e- Zn -0.763

Mn2+

+2e-

Mn -1.18

Zr4+ +2e- Zr -1.53

Ti2+ +2e- T -1.63

Al3+ +3e- Al -1.66

Hf4+ +4e- Hf -1.70

U3+ +3e- U -1.80

Be2+ +2e- Be -1.85

Mg2+ +2e- Mg -2.37

Na+ + e- Na -2.71

Ca2+ +2e- Ca -2.87

K+ + e- K -2.93

Li+ + e- Li -3.05

Tabla 3.1. Potenciales de electrodo estndar (tambin llamada serie FEM)

de los metales para medias celdas de reduccin respecto al electrodo de

hidrgeno estndar.

18

2.3 MATERIALES Y EQUIPOS

Multmetro

Probetas (electrodos) de aluminio, acero, acero inoxidable y bronce

Recipientes de vidrio y agitador para mezcla (TRAER DOS POR CADA

GRUPO)

Pipetas

Vasos de precipitacin

Guantes quirrgicos

Gafas de Proteccin

Solucin acida

cido sulfrico(96%) , cido clorhdrico (37%). cido ntrico(69%) , agua y

sal

2.4 PROCEDIMIENTO

Preparar la solucin cida, con concentracin 1 molar y 0.1 molar (cido

en agua), para lo cual primero se calcula la cantidad de agua y

posteriormente el cido.

Seleccionar las probetas a utilizarse

Sumergir las probetas en la solucin

Conectar el terminal positivo del multmetro al material catdico y el

terminal negativo al material andico para cerrar el circuito y conocer la

diferencia de potencial generada.

Registrar los valores obtenidos.

2.5 INFORME

1. Tema. 2. Objetivos. 3. Revisin terica (mximo una pgina)

Buscar informacin acerca de corrosin galvnica

4. Datos Obtenidos y Calculados

Tabular los valores de voltaje medidos para cada tipo de ensayo realizado

Calcular la cantidad de agua y acido, en volumen, utilizada en la prctica para concentraciones de 1 molar y 0.1 molar.

5. Anlisis de resultados

Qu indica cada uno de los valores de voltaje encontrados?

Determinar cual de los materiales actu como ctodo y como nodo.

Comparar los datos obtenidos con los tabulados.

19

6. Preguntas

Por qu se dice que la corrosin es un proceso redox?

Qu es una serie galvnica y en que se difiere de las serie de potenciales de electrodo estndar?

Cul es la diferencia entre proteccin catdica y andica?

Compare los mtodos de emplear estao y zinc a) Como un recubrimiento de proteccin para latas de alimentos b) Para alambradas al aire libre

Cul es la diferencia entre el acero inoxidable y un acero comn? Explique por que el acero inoxidable necesita de ms tiempo que un acero comn para deteriorase.

7. Conclusiones y recomendaciones PERSONALES Bibliografa. NOTA: Para la realizacin de la prctica cada grupo debe traer OBLIGATORIAMENTE los siguientes elementos:

Recipiente de vidrio de al menos 150cm3 de capacidad y agitador (2 unidades)

Guantes quirrgicos (2 par)

Gafas de proteccin (1 par)

Agua Destilada (1lt)

Aprobado por: Ing. Miguel Villacrs Ing. Patricio Estupian JEFE DE LABORATORIO JEFE DE LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DE METALOGRAFA

20

PRCTICA 4

TIPOS DE CORROSIN

3.1 OBJETIVOS.

Identificar los tipos de corrosin que se presenta con mayor frecuencia en

los materiales.

Conocer mtodos de proteccin para cada tipo de corrosin

3.2 MARCO TERICO.

La corrosin puede ser clasificada en formas de corrosin que se caracterizan y

diferencian unas de otras por su apariencia, formas de generarse y a menudo

esto se combina con las condiciones en las que los elementos trabajan.

Poder identificar los tipos de corrosin permite tomar decisiones ms certeras en

cuanto a la reparacin y prevencin de la misma, ya que esta puede ocasionar

grandes prdidas econmicas, contaminacin ambiental y fallas que pueden

atentar contra la seguridad operativa y personal.

3.2.1 Corrosin Generalizada

Este tipo de corrosin se encuentra distribuida en toda la superficie ya que todo

el material se encuentra en contacto directo con el medio ambiente y ocurre

frecuentemente bajo las siguientes condiciones:

Cuando la superficie no presenta algn tipo de proteccin en funcin el

medio al cual va a estar expuesto.

Tanto la reaccin catdica como andica suceden sobre toda la superficie

pero no en el mismo lugar al mismo tiempo.

La concentracin del electrolito no vara considerablemente sobre toda la

superficie del material.

Cada uno de las condiciones sealadas anteriormente indica que la corrosin se

produce porque existe diferencia de potenciales entre distintas zonas del

material, es decir se forma una celda galvnica.

La forma en que se manifiesta este tipo de corrosin y mediante las cuales se la

puede identificar son:

Existe la formacin de capas de material de color rojizo el cual no se

encuentra adherido.

21

Formacin de puntos oscuros en la superficie que sirven como centro de

crecimiento para la corrosin por picadura.

Porosidades pequeas.

3.2.2 Corrosin por picadura (Pitting)

La corrosin por picadura es una de las formas de corrosin ms destructivas y

se genera debido a que en la superficie del material existen diversas

discontinuidades en las cuales el electrolito se aloja, producindose una celda

galvnica con las diferentes zonas del material. Estas discontinuidades pueden

ser poros, fisuras, etc.

Este tipo de corrosin se caracteriza porque presenta, como su nombre lo indica,

picaduras que se encuentran a la misma distancia unas de otras (equidistantes)

ver Figura 4.1. Estas pueden tener varias formas como se ve en la Figura 4.2.

Su caracterstica auto cataltica la transforma en un proceso continuo e

irreversible.

Figura 4.1. Corrosin por picadura

Figura4.2 Varias formas de picaduras

22

La cantidad de picaduras y su tamao varan de acuerdo al material e incluso

varan de una zona a otra existente en el material.

Los mtodos utilizados como proteccin para este tipo de corrosin son de

proteccin catdica y con corrientes impresas. Pero si el proceso ya se esta

llevando a cabo es conveniente secar el electrolito y as detener la corrosin.

3.2.3 Corrosin por Hendidura, solapada o tapada

El proceso de este tipo de corrosin es igual que el que ocurre en corrosin por

picadura, la diferencia radica en que el electrolito no se encuentra en contacto

con el ambiente sino esta atrapado entre la superficie corroda y cualquier otro

material.

Se caracteriza porque su identificacin es difcil, tambin presenta un rea

pequea y principalmente presenta una tasa de corrosin mayor a la que se

tiene por picadura ya que el electrolito acta todo el tiempo sin poder secarse

debido a que se encuentra encerrado.

Una solucin para este tipo de corrosin no es quitar el material que no se esta

corroyendo ya que as nicamente se disminuye la velocidad de corrosin

puesto que se convierte en corrosin por picadura.

Cuando es el espesor de material corrodo es pequeo el material sufre

perforaciones.

Presenta formas irregulares y se da en cualquier ubicacin.

Figura 4.3. Corrosin por hendidura

3.2.4 Corrosin bajo tensin

Como su nombre lo indica este tipo de corrosin se produce debido a la

existencia de esfuerzos de tensin ya sean externos (por diseo u operacin) o

internos.

Los esfuerzos internos se producen durante los procesos de fabricacin de los

materiales, como conformado a bajas temperaturas. Mientras que los esfuerzos

23

externos son llamados as debido a que son producidos por cargas externas a

causa del diseo o condiciones de operacin los elementos (soldaduras, juntas

empernadas, etc.)

Se caracteriza por:

La formacin (por picadura) de fisuras en cuyos extremos presentan

ramificaciones.

La fisura principal es perpendicular a los esfuerzos mientras que las

secundarias (ramificaciones) se forman en direccin de los mismos.

Su verificacin se la debe realizar con ayuda de un anlisis

metalogrfico.

Figura 4.4. Corrosin bajo tensin

Una manera de evitar este tipo de corrosin es mediante recocidos de alivio de

esfuerzos.

3.2.5 Corrosin Intergranular

Este tipo de corrosin tambin es conocida como sensitizacin del acero

inoxidable ya que para que se produzca es necesario que el material este

sometido a altas temperaturas bajo las cuales se puedan presentar los

siguientes fenmenos:

Crecimiento de grano

Difusin de los elementos hacia los lmites de grano, razn por la cual la

composicin de los lmites de grano presenta composicin distinta a la del

centro del grano.

24

Figura 4.5. Corrosin Intergranular

La corrosin se produce por la presencia de electrolito, zona andica (lmite de

grano) y zona catdica (centro del grano), es decir la formacin de una celda

galvnica.

Una manera de evitar este tipo de corrosin es secando el electrolito o realizado

un recocido de homogenizacin genere una disminucin en el tamao de grano

y a la vez difundir el elemento hacia el interior del grano.

3.3 MATERIALES Y EQUIPOS

Lupas

Probetas que han sufrido algn tipo de corrosin

Cmara fotogrfica

3.4 PROCEDIMIENTO

Observar detenidamente cada una de las probetas

Identificar el tipo de corrosin presente

Fotografiar las probetas

3.5 INFORME

1. Tema. 2. Objetivos. 3. Revisin terica (mximo una pgina)

Buscar informacin acerca de corrosin generalizada, corrosin selectiva del latn y del hierro fundido.

4. Datos Obtenidos

Identificar cada tipo de corrosin encontrada en las probetas (fotos)

25

5. Anlisis de datos

Qu caractersticas permiten establecer el tipo de corrosin que se encontr en cada probeta?

Cmo se produjo cada tipo de corrosin encontrada?

6. Preguntas

Cite formas prcticas de proteccin para cada tipo de corrosin encontrado.

7. Conclusiones y recomendaciones PERSONALES Bibliografa. Aprobado por: Ing. Miguel Villacrs Ing. Patricio Estupian JEFE DE LABORATORIO JEFE DE LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DE METALOGRAFA

26

PRCTICA 5

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS

MATERIALES Y CONCENTRADORES DE

ESFUERZOS.

4.1 OBJETIVOS.

Manejar en detalle las propiedades mecnicas de los materiales.

Conocer la influencia de los concentradores de esfuerzos en el

comportamiento de los materiales.

4.2 MARCO TEORICO

4.2.1 Introduccin

En la industria los materiales cumplen con ciertas propiedades que los hacen

idneos para determinadas aplicaciones. Pues los metales se comportan bien

como conductores elctricos, los cermicos actuarn muy bien frente a altas

temperaturas, los plsticos sern importantes donde se requiera que el peso no

sea elevado. Estas propiedades son trmicas, elctricas, pticas, magnticas,

fsicas y mecnicas.

Para la presente prctica se consideran las propiedades mecnicas, las mismas

que requieren de ciertas caractersticas para hacer que los componentes de un

mecanismo funcionen bien bajo las condiciones de servicio.

Por ejemplo, en general la resistencia de un material es una de las propiedades

mecnicas interesantes. Por lo tanto parecera que cuanto mayor sea la

resistencia mejor ser el material. Sin embargo esto no siempre es cierto. Ya

que ciertos materiales que son resistentes tambin pueden ser frgiles. Esto

quiere decir que pueden ser sensibles a la existencia de fisuras o grietas o

grietas pequeas que, que cuando se presentan, pueden causar la ruptura con

poca absorcin de energa. La capacidad de un material para resistir la fractura

se llama tenacidad. Cuando las grietas se hacen bastante grandes, todos los

materiales se pueden fracturar bajo determinada carga. Mientras ms tenaz sea

un material, la grieta anterior a la fractura ser ms larga.

27

4.2.2 Pruebas Mecnicas

4.2.2.1 Pruebas de tensin

Por medio de la prueba de tensin se puede determinar el esfuerzo de fluencia

as como la ductilidad de los metales.

El ensayo estndar E-8 de la ASTM (American Society for Testing and Materials)

se inicia con la preparacin de un espcimen o probeta estndar. Regularmente

se preparan probetas de tamao estndar. Sin embargo, si el tamao original del

producto o muestra es pequeo, o si solo dispone de una cantidad limitada de

material, hay especificaciones equivalentes de tamao inferior al estndar que

se pueden maquinar y someter al ensayo. Las probetas maquinadas tienen

secciones mayores en los extremos y una seccin reducida en el medio. El

material de la seccin reducida es la parte que realmente se somete a la carga y

al alargamiento. Antes de realizar el ensayo se marca cierta longitud (longitud de

trabajo o de calibre) en la seccin reducida que servir para determinar la

ductilidad despus del ensayo. Para realizar el ensayo se sujeta la muestra en la

mquina universal de ensayos por ambos extremos por medio de mordazas. A la

seccin de calibre se acopla un extensmetro, que es un dispositivo para medir

la elongacin. Cuando se pone en funcionamiento la mquina de ensayo la

mordaza mvil deforma el espcimen y se determina la resistencia al movimiento

por medio de una celda de carga calibrada. Simultneamente, el extensmetro

mide la elongacin de la seccin de calibre. Se obtiene una grfica de carga

elongacin. Esta grfica se puede convertir en dos tipos de curvas de esfuerzo

deformacin: la curva de esfuerzo deformacin nominal o ingenieril y la curva

de esfuerzo verdadero deformacin verdadera.

Una norma que describe la realizacin de pruebas mecnicas es la ASTM A370

4.2.2.2 Prueba de tenacidad a la fractura

El ensayo de la tenacidad a la fractura implica, por consiguiente la determinacin

del factor de intensidad de esfuerzo crtica (K), la tenacidad a la fractura con

deformacin plana del material. Este ensayo se lo realiza con la norma E-399 de

la ASTM. Este ensayo se lo realiza con las mismas mquinas que se utilizan

para los ensayos de traccin. Los datos, tal como se obtienen, son una curva de

carga apertura o desplazamiento de grieta. Este mtodo se lleva a cabo

satisfactoriamente slo con materiales frgiles y de muy alta resistencia. La

mayor parte de los materiales estructurales, en particular, los aceros tienen poca

resistencia y presentan mucha deformacin plstica en el extremo de la grieta.

En este caso, la fractura implica deformacin tanto elstica como plstica en el

extremo de la grieta se denomina mecnica de la fractura elstica plstica.

28

4.2.3 Concentrador de esfuerzo

Es una discontinuidad presente en un elemento que altera la distribucin del

esfuerzo alrededor de la misma, de este modo las ecuaciones bsicas de

esfuerzo ya no describen el estado de esfuerzo en dicha parte del elemento.

4.2.3.1 Tipos de concentradores

29

4.3 MATERIALES Y EQUIPOS

Probetas

Mquina universal de ensayos

4.4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.4.1 Realice la prueba Esfuerzo Deformacin para aluminio y

acero de bajo carbono

Tomar datos y graficar.

Identificar el lmite proporcional, lmite de fluencia, lmite de rotura y punto

de rotura.

30

Determinar el estiramiento porcentual

ESTE PUNTO SOLO SE LO DEBE REALIZAR CON LAS PROBETA 1.

4.4.2 Realice el grfico esfuerzo real deformacin real con las

siguientes probetas.

Determine Efecto de los diferentes concentradores de esfuerzos.

ESTE PUNTO DEBE SER REALIZADO CON LAS PROBETAS RESTANTES.

31

NOTAS:

Las probetas pueden tener un espesor mnimo de 3 mm.

Todas las probetas tienen dimensiones de 400 X 50 mm y los

concentradores estn ubicados en el centro de las mismas dependiendo

del tipo de probeta.

Los costos de fabricacin de las probetas van a ser asumidos por todos

los grupos de la misma semana, puesto que existen probetas con mayor

complejidad en su construccin.

RECOMENDACIN: Sera bueno comprar el material total necesario

para todas las probetas puesto que ser ms barato para todos

ustedes.

GRUPOS PROBETAS A CONSTRUIR

MATERIAL

GR 1 MIERCOLES 12-14 1,17,3 Aluminio

GR 2 JUEVES 9-11 5,16 Aluminio

GR 3 JUEVES 11-13 14,7 Aluminio

GR 4 JUEVES 15-17 9,11 Aluminio

4.5 INFORME

1. DATOS OBTENIDOS

Tabular Datos

Realizar los literales tal como se encuentran descritos en el procedimiento

experimental.

2. DATOS CALCULADOS

Para cada una de las probetas compare el valor del concentrador

terico con el experimental. Utilizando lo expuesto en el marco terico

de esta prctica.

Realizar el grfico de la superficie de fractura, determinando:

- Zona de fractura Dctil (%)

- Zona de fractura Frgil (%)

3. ANLISIS DE DATOS

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES (PERSONALES)

32

5. BIBLIOGRAFA

Aprobado por:

Ing. Miguel Villacrs Ing. Patricio Estupian JEFE DE LABORATORIO JEFE DE LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DE METALOGRAFA

33

PRCTICA 6

FALLA DE MATERIALES

5.1 OBJETIVOS

Conocer los tipos de fallas que puede tener un material.

Reconocer los tipos de falla a partir del anlisis de la superficie fractura.

5.2 MARCO TERICO

La falla de un material, es algo indeseable desde cualquier punto de vista,

puesto que en muchos casos puede atentar contra de la seguridad de un ser

humano, causar grandes prdidas econmicas y dems. Es por esta razn que

es necesario conocer las causas que puede producir que un material deje de

cumplir las funciones para las cuales fue seleccionado y en caso de que no se

pueda considerar todas las circunstancias en que este puede fallar poder

predecir el tipo de comportamiento que presentar para evitar desastres de tipo

catastrficos.

Se conoce como falla de un material a la fractura del mismo, es decir a la

separacin del material en dos o ms partes debido a la accin de cargas

constantes o que varan con el tiempo (fatiga). Estas cargas aplicadas pueden

ser de traccin, compresin, corte o de torsin.

El proceso general que sigue la fractura del material presenta las siguientes

etapas:

Etapa I (iniciacin): es en la que se da inicio a la formacin de una fisura

pequea, preferencialmente en las zonas donde existe concentracin de

esfuerzos.

Etapa II (propagacin): una vez formada la fisura esta se propaga, es

decir avanza a travs del material

Etapa III (final): esta es la ms rpida, ya que la fisura alcanzado un

tamao crtico o existe una deformacin plstica excesiva, razones por las

cuales el material se separa. El tiempo de duracin es muy pequeo en

algunos casos es de decimas de segundo.

5.2.1 TIPOS DE FRACTURA

Existen dos tipos de fractura, las cuales se diferencia por la capacidad del

material de sufrir deformacin plsticas bajo ciertas condiciones. Estas son:

34

Fractura frgil

Fractura dctil

5.2.1.1 FRACTURA DCTIL

Este tipo de fractura se lleva cabo despus de que el material ha sufrido una

deformacin plstica considerable, es decir que para que se produzca es

necesaria una gran energa de deformacin.

El proceso de formacin de la fisura inicia cuando se genera una deformacin

por corte, la cual genera micro fisuras en material las cuales coalescen

posteriormente formando zonas con gran cantidad de medias fisuras. La

propagacin de una fisura es lenta.

En la figura 5.1 se puede observar como se lleva a cabo la fractura dctil

Figura 5.1. Proceso de la fractura dctil

Las caractersticas que la fractura dctil presenta son:

Reduccin del rea cercana a la fractura, lo que indica que ha existido

una elongacin considerable.

La superficie de fractura es irregular y opaca debido a que se produjo una

coalescencia de poros durante el proceso de fractura.

Se produce por un deslizamiento de los planos cristalinos

35

5.2.1.2 FRACTURA FRGIL

La propagacin de las fisuras en este tipo de fractura se produce por sucesivas y

repetidas roturas de los enlaces atmicos a lo largo de planos cristalinos

especficos. A este proceso se lo conoce como clivaje, y a causa de esto la

velocidad de propagacin es extremadamente alta lo que produce que el

material presente muy poca deformacin plstica.

Se caracteriza por:

Superficie de fractura brillosa y lisa

Se genera de manera instantnea

No presenta deformacin plstica.

De manera general se pude decir que el proceso que conlleva una fractura frgil

es casi instantneo, mientras que el proceso que presenta la fractura dctil es

ms lento.

5.2.2 SUPERFICIES DE FRACTURA

El lugar que proporciona la mayor informacin acerca del proceso por el que

paso el material antes de fallar es la superficie de fractura.

En la superficie de fractura se pueden encontrar diferentes marcas las cuales se

clasifican de acuerdo a la velocidad con la que se dio el proceso de fractura:

Marcas de ro (fractura frgil)

Como se puede ver en la figura 5.2 este tipo de marcas convergen en un punto,

el cual indica donde se inicio la fractura.

Se caracteriza por su alta velocidad de desplazamiento y la superficie en la que

se encuentran es irregular y puede reflejar la luz. Este fenmeno se da debido a

que estas marcas se forman cuando existe una rotura brusca del material lo que

permite la formacin planos de clivaje.

Figura 5.2. Marcas de Ro

Origen

36

Marcas de playa (fractura dctil)

Este tipo de marcas se presentan cuando un material atravesado un proceso de

fatiga. Como se puede observar en la figura 5.3 estas presentan una zona de

convergencia siendo esta el lugar donde se inicio el proceso de fractura. Adems

se puede observar la zona de rotura final la cual presenta una textura diferente a

toda la superficie de fractura.

Figura 5.3. Marcas de Playa

En la superficie de fractura tambin se puede observar que hay ms de una

punto de inicio de la fractura, esto se puede observar en la figura 5.4.

Figura 5.4. Marcas de playa con ms de un punto de convergencia.

El rea de rotura final presenta informacin acerca del tipo de esfuerzo que

provoc la fractura. De acuerdo al tipo de esfuerzo aplicada se puede generar

diferentes modos de fractura.

Modos de fractura.

37

Los modos de fractura se clasifican en funcin de los tipos de esfuerzo aplicado

y son.

Modo I:

Este tipo de superficie de fractura se forma cuando los esfuerzos aplicados

sobre el material son de traccin. En la figura 5.5 se debe observar las marcas

que presenta la superficie de fractura.

Figura 5.5.

Modo II:

En la figura 5.6 se observa el tipo de superficie de fractura que se presenta

cuando los esfuerzos aplicados son de corte.

Figura 5.7.

Modo III: Producido por torsin

Superficie

A

Superficie

B

Superficie

A

Superficie

B

38

Cuando los esfuerzos aplicados son de torsin la superficie de fractura presenta

la forma mostrada en la figura 5.8

Figura 5.8

5.2.3 COMPORTAMIENTO DUCTIL-FRGIL DE LOS

MATERIALES.

El comportamiento dctil frgil que presenta un material estn relacionados

con varios factores, entre los que se tiene los siguientes:

Temperatura: se puede apreciar que los materiales presenta un

comportamiento frgil a temperatura bajas, mientras que a temperaturas

altas se comportan de manera dctil.

Tasa de carga: si se presentan tasas de cargas bajas, el comportamiento

del material ser dctil ya que esto representa mayor tiempo antes de que

el material falle.

Tipo de carga: un elemento puede comportarse de manera diferente

cuando es sometido a un distinto tipo de carga y esto esta relacionado

con el nivel de resistencia. Un ejemplo de esto se observa en el

comportamiento de un eje sometido a diferentes tipos de cargas. Si la

carga es de tensin o compresin es muy probable que se comporte

frgilmente, a diferencia si la carga es de torsin ya que la probabilidad de

que se comportar dctilmente es mayor.

Superficie

A

Superficie

B

39

40

5.3 MATERIALES Y EQUIPOS

Lupas

Probetas con algn tipo de falla

Cmara fotogrfica

Regla de referencia (regla comn)

5.4 PROCEDIMIENTO

Observar detenidamente cada una de las probetas

Identificar el tipo de fractura presente

Fotografiar las probetas

5.5 INFORME

1. Tema. 2. Objetivos. 3. Descripcin del elemento

Material

Proceso de fabricacin

Condiciones de funcionamiento 4. Descripcin de la superficie de fractura

Tipos marcas

Puntos de inicio de la fractura

Superficies Aledaas

reas de rotura final 5. Anlisis de Falla

Causas de falla

Tipo de falla NOTA: los puntos 3, 4 y 5 deben ser realizados para cada unas de las probetas observadas en la prctica.

6. Conclusiones y Recomendaciones (PERSONALES)

-Aprobado por:

Ing. Miguel Villacrs Ing. Patricio Estupian JEFE DE LABORATORIO JEFE DE LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DE METALOGRAFA