lab 2 fases clavo

8/8/2019 Lab 2 Fases Clavo

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TRANSFORMACIONES DE FASES

LABORATORIO N2

Recristalizaciny

Crecimiento de Grano

Profesor: Victor Vergara

Alumno: Vanessa Nuez

Fecha entrega: 8 de Junio de 2007

Universidad de ConcepcinFacultad de IngenieraDepto. Ingeniera de Materiales


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INTRODUCCIN

La Recristalizacin es una transformacin de fase tipo slido-slido que ocurre en unmaterial que, luego de ser deformado en fro, es calentado y mantenido a una temperaturaT = 1/2 Tfusin aproximadamente durante cierta cantidad de tiempo. En este periodo ocurren 3etapas secuenciales en el material:

1) Recuperacin2) Recristalizacin3) Crecimiento de Grano

La Recuperacin es una etapa en la cual ocurre una relajacin del material, seproduce un cambio moderado en las propiedades mecnicas de ste y no puede estudiarsemetalogrficamente con microscopio ptico pues los cambios ocurren a nivel de estructuracristalina, por movimiento de defectos puntuales y lineales y no son visibles a stosaumentos.

La segunda etapa, llamada Recristalizacin, es impulsada por la energa almacenadaen la matriz trabajada en fro, al igual que la Recuperacin, y comienza con la nucleacin degranos nuevos libres de deformacin hasta que se logra la desaparicin total de la matriz porel crecimiento de estos granos. En ese momento, cuando solo existen granos nuevos y noqueda nada de la matriz trabajada en fro se inicia la tercera etapa del proceso. Los granosnuevos comienzan a crecer ya no impulsados por la energa almacenada sino por lacurvatura de los lmites de grano; en este punto del proceso, los granos que nuclearonprimero durante la etapa anterior han alcanzado un tamao mayor que los ltimos enformarse a medida que se va consumiendo la matriz y en esta ltima etapa, los granos msgrandes crecen a expensas de los ms pequeos que se encogen hacia su centro decurvatura y finalmente desaparecen. Este Crecimiento de Grano ocurre por difusin detomos en la interfase grano grande-grano pequeo y el tamao de grano final obtenidopuede controlarse deteniendo este proceso cuando se haya alcanzado cierto tamao degrano deseado

Como se mencion antes, para que una pieza pueda recristalizar, debe ser sometidaantes a una deformacin en fro, pues las primeras etapas de este proceso son impulsadaspor la energa de deformacin almacenada en el material.

El presente informe describe los procesos realizados a dos clavos comunes de 4 conel fin de estudiar su microestructura de trabajado en fro, las propiedades mecnicasinducidas en el material por esta deformacin y las microestructuras de recristalizacin quepresentan tres secciones de la cola de un mismo clavo al ser sometidas a un recocido a650C durante distintos tiempos. La pieza estudiada es un clavo pues ste ha sidodeformado en fro previamente, condicin necesaria para que ocurra la recristalizacin. Elalambre de acero con el que se hace el clavo fue estirado por trefilacin, cortado y uno desus extremos fue encogido por forja (cabeza del clavo), Fig.1 a), el otro extremo fue cortadocon cuchillas mecnicas para formar la punta, Fig.1 b).


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Fig.1.- Proceso de fabricacin de un clavo

Se expone a continuacin el procedimiento llevado a cabo en el laboratorio, los datosobtenidos y el estudio de los resultados.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

y Se corta uno de los clavos a 2cm aproximadamente del extremo superior (cabeza).y Se corta el reborde de la cabeza del clavo para facilitar el posterior desbaste.y Se rebaja la pieza obtenida 0,5mm aprox. en sentido longitudinal mediante lijado.y Se monta la cabeza del clavo en resina de modo que el lado desbastado pueda

prepararse para estudio metalogrfico.y Se corta la cabeza del otro clavo a 2cm aprox. y se desbasta en los 2 extremos

longitudinalmente opuestos, se mide la dureza del clavo en la zona de transicin desdeforja a trefilacin.

y Se secciona el cuerpo del clavo en 3 partes de 1,5cm aproximadamente. Las muestrasson iguales fsica y microestructuralmente.

y Las piezas obtenidas se recuecen a 650Cdurante distintos tiempos. Son retiradas delhorno a 1, 2 y 3 horas.

y Se desbastan las piezas 0,5mm aprox. por lijado en el sentido longitudinal.y Se montan las 3 muestras en resina tal que la cara desbastada pueda prepararse para

estudio metalogrfico.y Se lijan y se pulen las 2 probetas que contienen la muestra cabeza-patrn (MC y MP) y

las muestras recristalizadas (M1, M2 y M3).y Se ataca las muestras con Nital (cido Ntrico + Alcohol).y Se analizan al microscopio y se toman micrografas de las estructuras observadas.

A continuacin se presentan las micrografas de las secciones del clavo antes mencionadas


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MICROGRAFA 1

50X

Nital (1) (3) (2)

Seccin longitudinal de la cabeza de un clavo de acero hecho a partir de un alambrede acero SAE 1008 trefilado que fue forjado en uno de sus extremos.

(1): Esta zona presenta granos de ferrita pequeos encogidos mediante forja en el extremosuperior del alambre de acero (cabeza), su dureza medida en escala Rockwell B es 103,0

(2): Zona de granos de ferrita alargados en la direccin longitudinal del clavo producto deltrefilado, su dureza en escala Rockwell B es 95,5

(3): Zona de transicin desde forja a trefilacin. Se aprecia una notoria diferencia en la formay el tamao de los granos que presentan un alargamiento y un incremento en susdimensiones desde el sector forjado (izquierdo) hacia el sector trefilado (derecho).


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MICROGRAFA 2

50X

Nital

Reborde de la cabeza del clavo de acero SAE 1008 producido por forja en uno de losextremos del alambre que fue previamente trefilado. El golpe que se le da al alambreproduce esta deformacin y el extremo pierde su forma cilndrica alargada original. Seobtiene una superficie ms corta y de mayor dimetro pues el volumen se mantieneconstante. El resultado microestructural es un grano ferrtico polidrico fino, de menordimensin que el grano alargado original y que sigue el sentido de la deformacin en elcontorno de la cabeza.


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MICROGRAFA 3(1)

200X (2)Nital

Muestra Patrn, clavo trefilado

(1): Grano de ferrita alargado en el sentido longitudinal producto de la trefilacin en esadireccin.(2): Estructura de perlita prcticamente irresoluble pticamente.


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En las micrografas 4, 5 y 6 a continuacin se presenta la secuencia del cambiomicroestructural que ocurre en el cuerpo del clavo de acero SAE 1008 trefilado sometido a unrecocido de recristalizacin a 650C durante distintos tiempos.

MICROGRAFA 4

(1)

200X (3) (2)Nital

M1, seccin longitudinal del clavo recocido durante 1 hora.

(1): Grano ferrtico recristalizado.

(2): Pequeos ndulos perlticos.

(3): Pequeos granos de ferrita nuevos y libres de deformacin, nuclearon ms tarde que losde mayor tamao.


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MICROGRAFA 5

200X (1) (2)

Nital

M2, clavo recocido durante 2 horas.

(1): Se aprecia mayor nmero de granos de ferrita recristalizados de gran tamao.

(2): Crecen tambin los granos nuevos y disminuyen en cantidad.


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MICROGRAFA 6

200X (1) (2)Nital

M3, clavo sometido al recocido durante 3 horas.

(1): Se aprecia mayor uniformidad en el tamao de los granos. Hay mayor dispersin de losgranos pequeos.

(2): Ndulo perltico de mayor tamao aunque las lminas an son imperceptibles.


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MICROGRAFA 7

400XNital (1) (2) (3)

M3, seccin longitudinal del clavo recocida durante 3 horas.

(1): Banda de escoria e impurezas situada en el centro del clavo de acero SAE 1008 en ladireccin longitudinal, analizado con mayores aumentos en el microscopio ptico se descartaque esto sea perlita pues no de distinguen lminas de ferrita y cementita.

(2): Ndulo de perlita de mayor tamao que los observados en las piezas obtenidas porrecristalizacin durante menor periodo de tiempo.

(3): Los granos claros son granos de ferrita recristalizada libre de deformacin. La matriz

deformada original fue consumida completamente por el crecimiento de los granos nuevos.


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ANLISIS Y DISCUSIN

Haciendo un anlisis macrogrfico de la cabeza del clavo es posible determinardiferencias fsicas entre las zonas forjada y trefilada. La primera presenta mayor dimetroque la segunda y no hay indicios de soldadura u otro tipo de unin entre los sectores. Se diceentonces que el clavo es una pieza nica de la misma aleacin cuya diferencia estructural es

productos de distintos tratamientos mecnicos a los que fue sometida la pieza. Un anlisismetalogrfico corrobora esta aseveracin y se ve que las distintas zonas tienen tambindiferencias microestructurales. En la Micrografa 1 se aprecia gran diferencia del tamao degrano entre las zonas forjada y trefilada, el cambio no es brusco sino progresivo, existiendogranos de tamao muy pequeo y redondeado en la zona cercana al extremo superior de lacabeza, granos medianamente alargados y de tamao intermedio en la zona de transicin ygranos definitivamente alargados y angostos en la direccin de trefilacin. No existenicamente un cambio fsico y morfolgico entre las distintas zonas, se aprecia tambincierta diferencia en las propiedades mecnicas del material, la zona forjada presenta mayordureza que la zona trefilada, sta fue medida en escala Rockwell B y sus valores son 103,0 y95,5 respectivamente.

En el reborde de la cabeza del clavo se observa que la estructura del grano disminuidoen tamao se presenta en direcciones preferenciales en los sectores superficiales de lacabeza, especialmente en los contornos, esto da un indicio de las direcciones en las cualesfluye el material al ser sometido a un proceso de deformacin en ms sistemas dedeslizamiento como es la forja, a diferencia de la trefilacin.

Las secciones del cuerpo del clavo que fueron recocidas a 650C durante diferentesperiodos de tiempo no presentan diferencias estructurales macroscpicas en comparacincon su estado previo. Existe una diferencia de color a temperatura ambiente posterior alrecocido, presentndose de color carbn. En las Micrografas 3, 4, 5 y 6 se puede observar elproceso secuencial de la consumacin de la matriz deformada primero por la nucleacin delos granos nuevos recristalizados y luego por el crecimiento de stos. Se aprecia que amayor tiempo de recocido, mayor tamao de los granos. Y en la Microg. 6 se distingueclaramente que la muestra ha sido completamente recristalizada, no se aprecia granospequeos y esto deja claro que el proceso se encuentra plenamente en la etapa deCrecimiento de Grano.


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CONCLUSIN

A partir del anlisis previo se pueden inferir algunas aseveraciones que concuerdancon la teora estudiada anteriormente.

Los aceros presentan diferencias macroestructurales al ser deformados plsticamentemediante distintos procesos mecnicos. Existe tambin una relacin entre la microestructura

y el trabajado mecnico que la produce. Los granos resultantes de la forja tienen menortamao y distinta morfologa que los obtenidos por forja, siendo polidricos los primeros yangostos y alargados los segundos.

Los tratamientos trmicos producen cambios en la microestructura de los aceros. Estose puede verificar a partir de la secuencia de recristalizacin del acero mostrada, sta seconsigue a elevadas temperaturas, inferiores claro a la temperatura eutectoide. Estodemuestra que someter la muestra a altas temperaturas en un factor crucial para permitir latransformacin de fases que no sera posible a temperatura ambiente y tardara ms (serams lento) a temperaturas menores que la trabajada en este experimento. El tiempo duranteel cual la muestra se somete al recocido tambin influye en la microestructura, esto severifica comparando la M1, M2 y M3. A mayor tiempo de recocido mayor tamao de granoalcanzado. Si se hubiera mantenido la muestra M3 en el horno durante ms tiempo se habraobtenido un grano ferrtico de mayor tamao. As se comprueba que el crecimiento de granoes una funcin del tiempo y la temperatura de recocido.


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BIBLIOGRAFA

Fundamentals of Physical Metallurgy, John D. Verhoeven

http://www.madehow.com/Volume-2/Nail.html

http://www.pymes.gob.mx/guiasempresariales/guias.asp?s=14&guia=106&giro=8&ins=542

http://www.steeluniversity.org/content/html/spa/default.asp?catid=156&pageid=2081271582

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