UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y

MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

MODALIDAD PRESENCIAL

GUÍA PRÁCTICA DE LABORATORIO

INGENIERÍA DE MATERIALES I

PRACTICA N°4

CUARTO SEMESTRE

PERIODO ACADÉMICO

ABRIL –SEPTIEMBRE 2015

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1. IDENTIFICACIÓN

AREA ACADÉMICA Materiales

ASIGNATURA Ingeniería de Materiales IUNIDAD TEMÁTICA Análisis metalográficoTÍTULO/ NOMBRE DE LA PRÁCTICA “Análisis metalográfico de aceros aleadosHORAS POR SEMANA DEL CURSO:

4 PRÁCTICA: N°4

FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA:HORARIO DE LA PRÁCTICA:

NOMBRE DE LOS INTEGRANTES

Henry ErazoOscar Martínez

Gustavo PomaqueroJohanna Solis

NOMBRE DEL AYUDANTE/PROFESOR

Ing. Daniel Álvarez / Ing. Segundo Espín L, Mg.

2. ÍNDICE

1. IDENTIFICACIÓN................................................................................................................12. ÍNDICE..................................................................................................................................13. MARCO TEÓRICO...............................................................................................................2

3.1 Análisis Metalográfico...................................................................................................23.2 El microscopio metalográfico........................................................................................23.3 Ataque............................................................................................................................23.4 NITAL 2.........................................................................................................................33.5 ACERO DF2..................................................................................................................3

4. OBJETIVOS...........................................................................................................................3

4.1 General...........................................................................................................................34.2 Específicos......................................................................................................................3

5. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR...................................................................................46. PROCEDIMIENTO O DESARROLLO..................................................................................57. DISCUSIÓN, OBSERVACIONES E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS...............7

7.1 Resultados:.....................................................................................................................77.1 Discusión:.....................................................................................................................10

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...................................................................10

8.1 Conclusiones................................................................................................................108.2 Recomendaciones.........................................................................................................10

9. BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................10

1

10. ANEXOS..........................................................................................................................10

3. MARCO TEÓRICO

3.1 Análisis Metalográfico

La metalografía es la parte de la metalurgia que estudia las características

estructurales o de constitución de los metales y aleaciones, para relacionarlas con

las propiedades físicas, mecánicas y químicas de los mismos. La importancia del

análisis metalográfico radica en que, aunque con ciertas limitaciones, es capaz de

revelar la historia del tratamiento mecánico y térmico que ha sufrido el material. A

través de este estudio se pueden determinar características como el tamaño de

grano, distribución de las fases que componen la aleación, inclusiones no metálicas

como sopladuras, micro cavidades de contracción, escorias, etc., que pueden

modificar las propiedades mecánicas del metal.

3.2 El microscopio metalográfico

Este tipo de microscopio es de uso común para el control de calidad y producción en

los procesos industriales. Con ellos, es posible realizar mediciones en los

componentes mecánicos y electrónicos, permite además efectuar el control de

superficie y el análisis óptico de los metales. De acuerdo al propósito de uso, existen

multitud de variedades dependiendo del tipo de objetivos, oculares, aumento

máximo permitido, enfoque, etc. Este tipo de microscopio difiere de los biológicos

en que el objeto a estudiar se ilumina con luz reflejada, ya que las muestras

cristalográficas son opacas a la luz.

Su funcionamiento está basado en la reflexión de un haz de luz horizontal que

proviene de la fuente, dicha reflexión se produce, por medio de un reflector de

vidrio plano, hacia abajo, a través del objetivo del microscopio sobre la superficie de

la muestra. Parte de esta luz incidente, reflejada desde la superficie de la muestra se

amplificará al pasar a través del sistema inferior de lentes, llegará al objetivo y

continuará hacia arriba a través reflector de vidrio plano; después, de nuevo se

amplificará en el sistema superior de lentes (ocular).

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3.3 Ataque químico.

El ataque químico de la cara que se observará tiene por objetivo poner en evidencia,

mediante un ataque selectivo, las características estructurales de la muestra. Al

aplicar el reactivo sobre la superficie a observar, las características de la estructura

son reveladas como consecuencia de un ataque selectivo de la superficie. Esto se

debe a que las distintas fases así como los planos cristalográficos diferentemente

orientados poseen diferencias en la susceptibilidad al ataque.

En general aquellas regiones de la estructura donde la energía libre del sistema es

mayor, como por ejemplo los límites de fases, bordes de grano, etc., son atacadas

más rápidamente que las regiones monofásicas o ínter granulares.

Los reactivos de ataque por lo general son ácidos orgánicos disueltos en agua,

alcohol, glicerina, etc. El grado de ataque de una probeta es función de la

composición, temperatura y tiempo de ataque.

Para que el ataque sea apropiado es necesario elegir el reactivo de acuerdo a la

composición de la probeta, es decir, un reactivo a base de persulfato de amonio es

ideal para atacar probetas de cobre y latón, pero no es adecuado para atacar al acero

o aleaciones ferrosas. En cambio el nital (solución acuosa o alcohólica de ácido

nítrico al 2% o hasta el 5%) es uno de los reactivos más comúnmente usado en

aleaciones ferrosas y aceros. En la tabla 1 se encuentran algunos reactivos con su

composición y usos más frecuentes. En general, dado un reactivo, el tiempo de

ataque es una variable fundamental, y en general debe ser determinado en forma

práctica. Un tiempo de ataque demasiado corto (subataque), no permitirá que el

reactivo actúe lo suficiente y por lo tanto no se obtendrá un buen contraste entre las

fases, o los bordes de grano aun no habrán aparecido. Por otro lado, un sobre ataque

proporcionará una cara obscura con bordes de grano demasiado anchos, resultando

dificultoso una distinción clara de las proporciones de cada una de las fases.

En este sentido la experiencia indica que en el caso de no conocer el tiempo de

ataque adecuado, es conveniente comenzar con secciones acumulativas de ataques

de corta duración y observaciones microscópicas hasta lograr el contraste apropiado.

3

En el caso que se produjese un sobre ataque será necesario pulir la probeta en el

abrasivo más fino y también en el paño antes de atacar nuevamente durante un

tiempo menor.

3.4 NITAL 2

Ácido nítrico blanco: 1-2 ml

Alcohol metílico o etílico (98% o absoluto)

En aceros al carbono: a) para oscurecer perlita y dar contraste entre colonias de perlita,

b) para revelar fronteras de perlita, c) para diferenciar la ferrita de la martensita.

3.5 Aceros para Trabajo en Frio DF2

Acero aleado es una posible variedad de elementos químicos en cantidades en peso del

1,0 % al 50 % para mejorar sus propiedades mecánicas. Los aceros aleados se dividen

en dos grupos: aceros de baja aleación y aceros de alta aleación. Los aceros más simples

son hierro (Fe) (alrededor del 99 %) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1 -1 %,

dependiendo del tipo). Sin embargo, el término "acero aleado" es el término estándar

referido a aceros con otros elementos aleantes además del carbono, que típicamente son

el manganeso (el más común), níquel, cromo, molibdeno, vanadio, silicio, y boro.

Aleantes menos comunes pueden ser el aluminio, cobalto, cobre, cerio, niobio, titanio,

tungsteno, estaño, zinc, plomo, y zirconio.

La mejora de propiedades de los aceros aleados se muestra a continuación, con respecto

a los aceros al carbono: resistencia, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste,

templabilidad, y resistencia en caliente. Para alcanzar esas mejores propiedades el acero

puede necesitar un tratamiento térmico.

Algunos de estos aceros aleados encuentran aplicaciones altamente exigentes, como en

los álabes de turbina de un motor de reacción, en vehículos espaciales, y en reactores

nucleares. Debido a las propiedades ferromagnéticas del hierro, algunos aceros aleados

tiene aplicaciones en donde su respuesta al magnetismo es muy importante, como puede

ser un motor eléctrico o un transformador.

Utilizando aceros aleados se puede lograr:

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Elevada resistencia a temperatura ambiente

Resistencia a altas temperaturas

Grandes durezas con tenacidad

Resistencia a la acción de agentes corrosivos

ARNE es un acero al manganeso-cromo-tungsteno templable en aceite y muy

versátil, para uso general. Es apto para una gran variedad de aplicaciones de

trabajo en frío. Entre sus principales características se cuentan: • Buena

mecanibilidad • Buena estabilidad dimensional en el temple • Una buena

combinación de gran dureza superficial y tenacidad tras el temple y revenido.

Unidas, estas características reportan un acero apropiado para la fabricación de

herramientas de gran longevidad y alta rentabilidad en la producción. ARNE

puede suministrarse en varios acabados, incluyendo el laminado en caliente, pre-

mecanizado, mecanizado fino y rectificado de precisión. También puede

obtenerse en forma de barras huecas y anillos.

4. OBJETIVOS

General

Analizar la microestructura y las fases presentes en el Acero para trabajo en frio

DF2.

Específicos

Conocer el funcionamiento del equipo que nos ayudara a realizar la práctica.

Verificar mediante el análisis metalográfico que el acero que analizamos es

Acero para trabajo en frio DF2.

Corroborar los datos obtenidos en el diagrama hierro-carbono del laboratorio.

Conocer las normas que la probeta de acero que analizamos debe cumplir.

Descubrir la normativa de seguridad que como estudiantes debemos practicar.

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5. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

EQUIPOSBanco de Lijas con chorro de agua Disco Giratorio (Paño)

Microscopio Metalográfico Computador

Secadora

MATERIALES

Arco de Sierra Guantes de Cirugía

Lijas de agua (240, 320, 600, 1500 ) Moldes para montaje de probetas en frio.

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Gotero Reactivos Químicos NITAL 4 (5ml)

Resina Poliéster (100 cm3)Peróxido, Catalizador o Mek (1 - 2% /100

cm3 de Resina P.)

Cobalto(10ml)

Reactivos Químicos NITAL 2(2ml)

6. PROCEDIMIENTO O DESARROLLO

Prepara la probeta de tamaño igual a 1” de diámetro y 2 cm de longitud

mediante cualquier proceso de mecanizado ( torno, fresa ) o simplemente una

sierra manual asegurándose de no cambiar las propiedades del material.

FIG. 6.1 Probeta de Acero para Trabajo en Frio DF2

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Autor: Realizado por el Autor

Una vez obtenida la muestra a analizar, igualamos su superficie mediante un

banco de lijas térmicamente reguladas por un sistema de refrigeración.

Fig. 6.2: Desbaste del Material Sobrante

Referencia: Realizado por el Autor

Empezamos con la lija 240 que nos servirá para desbastar la superficie irregular

inicial de la probeta se recomienda trabajar la pieza aquí un tiempo considerable

para su mejora.

Fig. 6.3 Trabajo en lija de agua 240 granos x 1”cuadrada.

Referencia: Realizada por el autor

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Continuamos con la lija 320 un poco más fina que con la ayuda del hidratante

nos ira dejando un mejor acabado.

Fig. 6.4 Trabajo en la lija 320 granos por 1” cuadrada

Referencia: Realizada por el Autor.

Las siguientes lijas 600 y 1500 son extremadamente finas por tal razón la

presión con la que se trabaja la superficie de la probeta debe reducirse al mínimo

para así asegurar un buen ensayo.

Fig.6.5 Desbaste sobre lija 600 y 1500 grano por 1” cuadrada.

Referencia: Realizada por el autor

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Una vez considerado que la probeta ha extendido su cara superior a una

superficie aproximada lisa, procedemos a emplear la pulidora cuyo trabajo es

eliminar por completo las marcas o rayas microscópicas del elemento.

El siguiente paso luego de haber empleado la pulidora a las revoluciones

adecuadas y una presión elevada sobre el paño estamos listos para atacarlo

químicamente.

Fig. 6.6 Proceso de Pulido de la Probeta

Referencia: Realizado por el autor

Realizar el ataque químico, utilizando nital 4, antes ponerse los guantes, y

mascarilla. Con un gotero tomar el nital 4 y dejar caer una gota sobre la

superficie del metal, esperar el tiempo necesario hasta que la superficie empiece

a cambiar de color y detener el ataque rociando alcohol o agua, lavar bien y

secarla teniendo la precaución de no topar la superficie con los dedos.

Fig.6.7 Ataque químico a la probeta

Referencia: Realizado por el autor

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Secar la probeta con flujo de aire frio.

Observar al microscopio metalográfico, buscar zonas y detalles, enfocar la

microestructura, tomar la fotografía y grabarla en el computador en formato jpg

o bmp.

Fig.6.8 Visualización de la Estructura Metalográfica.

Referencia: Realizado por el autor.

Analizar la microestructura, determinar fases presentes, porcentajes de cada fase,

tamaño de grano y defectos si es que lo hubiera.

Fig.6.9 Reconocimiento de las fases en la fotografía 400x

Referencia: Realizado por el autor

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Elaboración del informe final utilizando la guía de práctica.

7. DISCUSIÓN, OBSERVACIONES E INTERPRETACIÓN DE

RESULTADOS

7.1 Resultados:

Presentar la microestructura obtenida, calcular los porcentajes de cada fase, y tamaño de

grano (manualmente y mediante software), interpretar los resultados y relacionar las

propiedades mecánicas con los datos obtenidos (discusión). Utilice los formatos

adjuntos.

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

ENSAYO METALOGRÁFICODatos Informativos:

Tipo de estudio: De laboratorio Ensayo Nº: 01Material: Acero Aleado DF2Solicitado por: UTA – FICM Fecha: Lunes, 8/06/2015Centro de Estudio y Análisis: Laboratorio de Materiales - FICMRealizado por: Supervisado por: Ing. Segundo Espín

PARÁMETROS AMBIENTALES DEL LUGAR DURANTE EL ENSAYO

Lugar: Sector Huachi Chico / Campus Universitario - UTA

Temperatura Ambiente: 21.5ºC Radiación:Velocidad del aire circundante: 0.1 m/s Otros:

PARÁMETROS DEL ENSAYO METALOGRÁFICO

Acondicionamiento de la superficie: Pulido MecánicoTemperatura durante el pulido: 22ºC Superficie preparada en: Banco de lijas, PulidoraAtaque Químico de la superficie con: Nital 2 Durante: 3 segundos

RESULTADO:

FOTOGRAFÍA DE LA MICROESTRUCTURA

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EVALUACIÓN DE LA MICROESTRUCTURA: ACERO AISI/SAE 1020

Determinación del tamaño de grano: Microestructura:

Método ( ) : Magnificación :200x

Cálculo:

NA=f (¿+ Nint2 )=0.8(41+31

2 )𝑓 = 8 𝑝𝑜𝑟𝐽𝑒𝑓𝑓𝑟𝑖𝑒𝑠 (200𝑥)

𝑁𝐴 = 8 ∗ 56,5 = 452

𝐺 = 3,321918 ∗𝑙𝑜𝑔𝑁𝐴 − 2.954

𝐺 = 3,321918 ∗ log(452) − 2.954

Tamaño de grano: 5,86 ≅ 6

Fases presentes: Ferrita, Perlita

Componentes microestructurales: Porcentajes de fases:

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40x 100x 200x

Parámetros de clex

Interpretación de resultados:

El …………. presenta una microestructura formada por ferrita, perlita, austenita, cementita: , xx% de ferrita, xx% de perlita, xx% de austenita, xx% de cementita. Presenta un tamaño de grano ASTM x,x, lo que nos indica que el material es suave, …………

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.1 Conclusiones

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Se comprobó que el Acero DF2 para trabajo en frio contiene en su microestructura una composición de austenita retenida.

Se verifico que el banco de lijas, la pulidora, el microscopio de barrido y el

ventilador metálico son elementos fundamentales para la práctica con

funcionamientos relativamente simples.

Se corroboró que el tamaño de grano analizado en la imagen que nos

proporcionó el microscopio si correspondía al acero aleado DF2.

Se observó que las fases perlita y ferrita estaban presentes en el acero

apoyándonos en la teoría estudiada y verificándolo en el diagrama hierro

carbono.

Se cumplió los requerimientos de probeta de ensayo tales como tamaño de

probeta de diámetro 1” x 2cm de largo y una superficie lisa para el análisis de

microestructura.

8.2 Recomendaciones

Durante la práctica son indispensables los materiales de trabajo por lo cual se

recomienda poseer todos antes de iniciar.

El proceso de pulido de acero es un paso fundamental en la práctica por lo que

se recomienda hacerlo con una presión moderada alta para eliminar rayones

que la lijada haya dejado.

El microscopio metalográfico es un dispositivo extremadamente sensible por

lo cual se aconseja poner mucha atención en la forma de manejo del mismo.

El ácido nítrico en este caso Nital 2 es un reactivo muy peligroso puede

generar óxidos de nitrógeno, muy tóxicos, capaz de generar quemaduras en la

piel se recomienda discreción.

9. BIBLIOGRAFIA

Smith, W. (2006). Fundamentos de la ciencia e Ingenieria de Materiales (Cuarta ed.). Mc.Graw Hill.

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Askeland, D. (1998). Ciencia e Ingenieria de los Materiales (Tercera ed.). International Thomson.

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201018.pdf

10. ANEXOS

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