revenido temple

7/25/2019 Revenido Temple

1/131

U N I V E R S I D A D A U T O N O M A D E N U E V O L E O N


2/131


3/131

1020130057


4/131

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

DIVISION DE ESTUDIOS DE PO ST - GRA DO

CARACTERIZACION Y ANALISIS DE RODILLOS DE

LAMINACION EN CALIENTE Y FRIO

ING. RUMUALDO SERVIN CASTAEDA

TESIS

EN OPCION AL GRADO DE MAESTR O EN CIENCIAS DE LA

INGENIERIA MECANICA CON ESPECIALIDAD EN

MATERIALES.

POR


5/131

1 K

i H

c

1 9 1

S 4

FONDO

T E S I S


6/131

FACULTAD DE INGENIERIA MECAN ICA Y ELECTRICA

DIVISION DE ESTUDIOS DE POS T - GRAD O

CARACTERIZACION Y ANALISIS DE RODILLOS DE

LAMINACION EN CALIENTE Y FRIO

POR

ING. RUMUALDO SERVIN CASTAEDA

TESIS

EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA

INGENIERIA M ECANICA CON ESPECIALIDAD EN

MATERIALES.


7/131

/

Dedico este trabajo al pequeo ser que aun sin conocerle me motivo a superarme

profesionalcente.

Mi querida hija Damaris Itzel


8/131

A G R A D E C I M I E N T O S

A la directiva del Grupo Industrial Monclova, en especial a la gerencia

de Fundicin Monclova, por brindarme su apoyo econmico para realizar

mis estudios.

A mis maestros que a lo largo de mis estudios me han dejado grandes

enseanzas.

A mi asesor, el Dr. Rafael Cols por su apoyo y direccin.

A mis coasesores por la revisin de este trabajo y sus valiosas

contribuciones.

A mis compaeros de trabajo que colaboraron de diferentes maneras en

la elaboracin de este trabajo.

A mis excompaeros de trabajo que me apoyaron durante su estancia en

esta empresa.

A mi esposa Tere por su comprensin y apoyo incondicional.

A mis padres y hermanos qu e me brindan cario y co nfianza.

Pero sobre todo deseo agradecer a Dios que al darme la vida me dio

todo.


9/131

P R O L O G O

El norte de la Repblica Mexicana se destaca principalmente por el

creciente desarrollo de su industria, durante los ltimos cincuenta aos han

tenido lugar desarrollos importantes la industria acerera en las operaciones

de laminado, as como en los rodillos utilizados para la produccin de acero.

La laminacin se encuentra actualmente en la tercera generacin. Las

antiguas laminadoras han tenido que modernizar su equipo para comp etir con

las plantas que han sido diseadas para trabajar con mayores velocidades y

fuerzas de laminado, adems de contar con un estricto control automtico

para mantener la calidad del acero que ex ige la industria en el fin del siglo, el

desarrollo de los rodillos de laminacin ha tenido que crecer juntamente con

la modernizacin de la industria acerera, actualmente se fabrican rodillos que

se flexionan, adems de obtenerse mejores propiedades que le dan mayor

rendimiento.

El proceso de laminacin tiene una influencia importante sobre el

rendimiento de los rodillos laminadores, los grados de rodillos y las tcnicas

de laminacin continuarn desarrollndose para mejorar las propiedades y

calidad del producto. Es mi deseo mantenerme actualizado en el desarrollo

de la industria acerera, por esta razn escrib esta obra y la pongo a

disposicin del uso general; mucho agradecer que los lectores me notifiquen

cualquier error u omisin importante.

Ing. R. Servin

Fundicin Monc lova S.A.

Presidente Carranza Int. A No. 150

Frontera, Coahuila.

Tel. (86) 34-00-44

Ext. 748 y 749


10/131

RESUMEN.

La presente tesis consiste de un estudio para caracterizar y analizar

rodillos que se utilizan para laminar acero, partiendo de un lingote hasta

obtener productos de uso comercial.

Para un mayor entendimiento del funcionamiento de los rodillos se

describe brevemente la laminacin en fro y caliente, los principios bsicos y

su equipo; los rodillos de laminacin forman parte de este ltimo, que es el

tema central de este estudio. Se describe plenamente a los rodillos

clasificndolos por su proceso de fabricacin, aplicacin en la industria y su

estructura m etalografica .

Se documenta detalladamente el proceso de fabricacin y los diferentes

ensayos aplicados para controlar los procesos de moldeo, fusin, tratamiento

trmico y m aquinado.

Se tomaron muestras de los rodillos que se utilizan en los molin os de

varilla y alambrn, lmina, placa y tira, perfiles pesados, tubos, laminacin

en fro; aplicndoles ens ayos m ecn icos de comp resin, dureza,

metalografa y anlisis qumico, para caracterizar el material; los datos que

se obtuvieron se utilizaron para representar grficamente sus caractersticas,

comparndolas segn su genero para cada uno de los materiales estudiados.

Se describen los criterios utilizados para la seleccin de un grado de

material, apoyndose en la respuesta de los metales frente a fuerzas y cargas

aplicadas durante el desarrollo de los ensayos. Se predice el funcionamiento

de lo s rodillos basndose en las propiedades mecn icas obtenidas.

Este trabajo se desarroll en las instalaciones de Fundicin Monclova

S.A, empresa de la industria metal mecnica dedicada a la fabricacin de

rodillos de laminacin.


11/131

INDICE.

Resumen 1

1. - Introduccin 4

1.1 Descripcin del problem a a resolver 4

1.2 Objetivo de la tesis

4

1.3 Justificacin del trab ajo de tesis 5

1.4 Metodo loga 5

1.5 Lmites del estudio 6

1.6 Revisin bibliogrfica 6

2. - Anteced entes 7

2.1. Brev e introduccin a la laminacin 8

2.1.1 Clasificacin de molinos de laminacin 11

2.1.2 Com posicin de los molinos de laminacin 14

2.1.3 Dife rentes tipos de laminacin 15

2.1.4 Requ erimientos para que se efect e la laminacin 17

3. - Ro dillos de laminacin 19

3.1 Introduccin 20

3 .2

Clasificacin de los rodillos de laminacin 2 2

3.3 Especificaciones de los rodillos de laminacin 2 4

3.4 Inspeccin y pruebas aplicados a los rodillos de laminacin 3 0

4. - Pro ceso s de fabricacin de rodillos 62

4.1. Preparacin de moldes 6 2

4.1.1 Preparacin de molde para rodillos vaciados de acero 6 5

4.1.2 Preparacin de moldes para rodillos vaciados de hierro 6 9

4.1.3 Rodillos de hierro doble vaciado 7 0

4.1.4 Rodillos forjad os 7 1

4.2. Fusin 7 2

4.3. Tratamientos trmicos 7 7

4.4. Maquinado 84


12/131

5. - Caracterizacin de los rodillos 87

5.1. Clasificacin de rodillos por tipo de molino 8 7

5.1.1 Rodillos para molinos de varilla y alambrn 8 8

5.1.2 Rodillos para molinos de lmina, placa y tira 8 8

5.1.3 Rodillos para molinos de perfiles pesados 8 9

5.1.4 Rodillos para molinos de tubos 8 9

5.1.5 Rod illos para molinos de laminacin en fro 9 0

5.2. Ensayos realizados 9 0

5.2.1 Anlisis quimico 9 0

5.2.2 Ensayo de dureza 9 1

5.2.3 M etalografa

9 1

5.2.4 Ensayo de compresin 9 2

6. - Resultados y Discusin. 93

6.1 Rodillos para molinos de varilla y alambrn 9 3

6.2 Rodillos para molinos de lmina, placa y tira 9 7

6.3 Rodillos para molinos de perfiles pesados

1 0 1

6.4 Rodillos para molinos de tubos 10 5

6.5 Rodillos para molinos de laminacin en fro 1 0 5

7. - Con clusiones y sugerencias para trabajos futuros 108

Bibliografa 109

Figuras, tablas y grficas 112

Apndices 114

Glosario de trminos 119

Resum en autobiogrfico 123


13/131

1. - INTR OD UC CIN .

1.1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA A RESOLVER.

Un rodillo es un cilindro de metal aleado utilizado com o herram ienta indispensable

en el proceso de laminacin. Esta herramienta puede causar problemas tales como

atorones en el producto procesado causando demoras muy costosas e incluso pueden

obtenerse productos de segunda calidad o perdida total del mismo.

Este problema algunas veces es atribuible a rodillos mal diseados o sencillamente

el material que se ha seleccionado para su fabricacin no es el adecuado para soportar las

especificaciones requeridas para que se efecte el proceso de laminacin. Por esta razn

se requiere pleno conocimiento de las caractersticas del material del rodillo como

herramienta de operacin, eliminando o disminuyendo al mximo este problema.

1.2 OBJET IVO D E LA TE SIS.

En el presente anlisis se estudiarn las condiciones de proceso que afectan las

caractersticas de los rodillos o cilindros de laminacin. Se estudiaran los principios

bsicos de la laminacin para conocer donde y en que condiciones operan los rodillos

antes mencionados.

Se describir cual es el proceso de manufactura para los rodillos de laminacin. Se

observ como las estructuras cambian las caractersticas mecnicas; se comprender el

comportamiento durante la vida til de esta herramienta, se conocer la estructura interna

y propiedades de este material, seleccionando el ms adecuado para cada aplicacin.


14/131

1.3 JUSTIFICACION DEL TR ABAJO DE TESIS.

Desde el comienzo de la civilizacin los materiales han sido utilizados por el

hombre para mejorar su nivel de vida. Los productos de acero se pueden encontrar en

todas partes, slo basta mirar al entorno para apreciar sto.

La produccin de este material, su procesado hasta convertirlo en producto

acabado, constituye una parte importante de la economa actual.

Ms del 70% de los productos de acero se obtienen mediante el proceso de

laminacin. El rodillo es la principal herramienta en los molinos de laminacin. La

aplicacin de grandes fuerzas sobre los rodillos de laminacin, en combinacin con otras

variables como temperatura, homogeneidad, velocidad, dureza, enfriamiento, par de

torsin, reduccin, producen graves fallas en el proceso de produccin de acero. La s

dem oras provo cada s por fallas de los rodillos de laminacin son muy costo sas para la

industria acerera, por tal motivo se considera de gran inters el desarrollo tecnolgico de

los rodillos de laminacin.

1.4 METODOLOGIA.

Se estudiar la ruta de fabricacin de diferentes tipos de rodillos empleados en la

laminacin de productos de acero. Se identificaran las variables claves que controlan o

modifican la estructura de los rodillos. Se realizaran ensayos de dureza, anlisis qumico,

metalografa y compresin para predecir el comportamiento de los rodillos durante su

vida operativa. Las muestras se obtendrn de un extremo d e cada rodillo cortndolas con

disco abrasivo. Para cada uno de los ensayos se prepararan de acuerdo a los criterios

establecidos por la ASTM (American Society for Testing Materials). Los resultados se

representaran grficamente para los ensayos de dureza, anlisis qumico, compresin y

mediante una fotografa para la m etalografa.


15/131

2. - ANT ECE DEN TES.

Hace miles de aos el hombre primitivo comenz a fabricar sus herramientas de

traba jo y de caza con materiales compu estos de estao y cobre (bron ce), esta aleacin

se fundia y vaciaba en moldes que contenan la figura que deseaban. El hombre primitivo

descubri rpidamente que exista otro mtodo para la fabricacin de sus herramientas,

que consista en darle forma al producto vaciado por medio de deformacin a base de

martilleo, descubriendo que de esta forma se obtenan mejores propiedades que por el

mtodo de vaciado. Con la aplicacin de esta aleacin dio inicio la era de los metales, la

cual fue conocid a com o " La edad del bronce". La edad de bro nce inici en el ao 3000

A.C y termin cuando se le com enz a dar aplicacin al hierro en su estado na tural en el

ao 1200 A.C. Con esta aplicacin dio inicio lo que se conoci como " La edad de hierro

", en la cual el hom bre aprendi a extraer el mineral de hierro del m ineral metlico, el cual

se conoca en aquel tiempo solamente en meteoritos. A partir de entonces ha sido una

preocupacin constante la evolucin en el proceso de produccin de hierro as como los

procesos de trabajado de m etales.

El mtodo que ms aceptacin ha tenido desde entonces se conoce como

"Laminacin", que consiste en hacer pasar a la pieza de metal entre do s rodillos, que

giran en sentido contrario al otro, durante el cual se observan los fenmenos de

reduccin, alargamiento y ensanchamiento lateral de la pieza (12).


16/131

2.1. - BREV E INTROD UCCIN A LA LAM INACIN.

La metalurgia mecnica es la parte de la metalurgia que se ocupa, principalmente de

la respuesta de los metales frente a las fuerzas o cargas que se les aplican en un momento

dado. Los metales en la tecnologa moderna tienen gran importancia econmica, debido

principalmente a la facilidad con que se les puede dar formas tiles. Existen centenares de

procesos para trabajar los metales destinados a funciones especificas a los cuales la

metalurgia mecnica los agrupa como procesos de conformacin, que a su vez se

clasifican en base a la form a en com o se aplican las fuer zas de confo rma cin, y son:

1. - Procesos de compresin directa.

2. - Procesos de compresin indirecta.

3. - Procesos de traccin.

4. - Procesos de plegado o flexin.

5. - Procesos de cizallamiento.

En los procesos de compresin directa, la fuerza se aplica a la superficie de la pieza

de metal que se trabaja y ste fluye formando un ngulo recto con la direccin de la

compresin. Los ejemplos ms representativos de estos procesos son la forja y la

laminacin.

La definicin de que el proceso de laminacin es un proceso de conformacin

mediante compresin directa es incompleta, ya que la foija comparte las mismas

caractersticas, por lo tant o se tendr que definir la laminacin como un proceso de

conformacin de los metales por compresin directa, efectuado al hacer pasar a la pieza

de metal entre dos rodillos (cilindros), que giran uno en sentido contrario al otro, y

durante el cual se deben de dar los fenmenos de reduccin del espesor, alargamiento

longitudinal y ensanchamiento lateral de la pieza que se trabaja.


17/131

Todas estas caractersticas se obtienen tambin en la foija, por ello se dice tambin

que la laminacin es un proceso de foija continua. La diferencia existe entonces en que el

metal que se trabaja debe de pasar entre dos rodillos soportados en un molino para que

exista la laminacin (10).

De acuerdo a la definicin de laminacin se requieren por lo menos dos rodillos

para que este proceso se efecte, estos rodillos necesariamente deben d e estar soportado s

o instalados en alguna especie de armazn con la suficiente resistencia para soportar las

cargas del proceso, que suelen ser bastante grandes, en algunos casos hasta de miles de

toneladas. Se sobreentiende que dicha armazn deber de ser sumamente robusta y

resistente, la cual func ionar en conju nto con los rodillos com o si fue ra de un a sola pieza.

Este armazn recibe muchos nombres siendo los ms comunes: castillo, estante o

caja, cuando se encuentra instalada con sus rodillos montados, su transmisin y motor,

sus herrajes y equipos auxiliares, entonces se le llama molino. Aunque mucha gente lo

sigue nombran do co mo cuan do se refiere a la armazn, es decir castillo o caja.

La gente dedicada a la laminacin pronto se dio cuenta que para hacer mas rpido

el proceso y sacarle ms productividad a un molino, poda hacerse uso no slo de dos

rodillos sino de 3,4,5,6 o ms instalados en un mismo castillo, que los poda hacer girar

en un sentido y despus de determinado tiempo hacia el otro sentido, que poda montar

los rodillos tanto horizontales como verticales y hasta tener en un mismo castillo una

combinacin de ambos. Tambin se dieron cuenta de que no necesariamente tenan que

ser rodillos cilindricos sino tambin cnicos o com binados. T od o esto dio lugar al diseo

de un sin nmero de tipos de molinos (figura 1) (15).


18/131

La linee shda muestra la

pieza alando esta sic

l aminada

3

La linea punteada

muestra la pieza cuando

es ta r eg re sando po r am ba

del rodil lo superior.

( i

Molino duo

La lnea continua muestra la pieza

que esta siendo laminada en tres

_

c a s t S o s d e u n m o l i n o a l m i s m o / \

f

\ / A

t i empo . 4 " J

V

V /

)

0

Molino cont inuo do.

La lnea slida muestra la

p ieza cuando e s t a s i s ido

laminada girando el rodil lo

superior en sentido a favor /

d e l a s m a n e c f l l a s d d r d o j . V , " ^ /

L a l nea pun teada mues t r a l a

p ieza cuando ta s i endo

laminada girando d rodil lo

superior en sentido contra las

manecil las del reloj .

0

Molino reversible do.

La Unea slida muestra la

pieza cuando esta siendo

laminada entre d rodil lo f .

inferior e intemied io. I T"

Molino tro.

La linea punteada

muestra la pieza

cuando esta siendo

laminada entie d

rodil lo superior e

intermedio.

Rodillo horizontal superior. y

r

" \

H +

a l inea so l ida mues t r a l a p i ez a \ /

Codillo vertical para

laminar los bordes.

Rodillo horizontal superior. y

r

" \

H +

a l inea so l ida mues t r a l a p i ez a \ /

H

que e s t a s io ido l aminada f ^ \

R od i l lo ho r i zon tal mf to fT * J

u

Molino universal .

?

odillo superior de apoyo

La l nea slida muestra

la pieza que esta siendo / \

lam in ada ^ v ^ J ' ^

Rodillo superior de trabajo.

Rodillo inferior de trabajo.

( V

J Rodillo inferior de apo;

Molino dentro

Rodillos superiores de apoyo.

Mnlitin

H

griipn

Figura 1. Arreglo de rodillos en molino s de laminacin.

(Segn; The Making, Shaping and Treating of Steel; United States Steel Corporation) (15)


19/131

2.1.1 .- CLASIFICACI N DE LOS MO LINOS DE LAM INACIN.

En la actualidad existe un gran nmero de diseo de molinos de laminacin, los

cuales se podran clasificar tomando en cuenta las siguientes consideraciones:

(a) Por su caracterstica de diseo, principalmente el arreglo de sus rodillos, tales

como molino do (dos rodillos), tros (tres rodillos), cuartos (cuatro rodillos), de dos

alturas (dos rodillos), de tres alturas (tres rodillos), etc.

(b) Por los productos que laminan como molino de tira, molino de barras, molino

de alambrn, molino de placa, etc.

(c) Por el dimetro de los rodillos que utilizan o por la longitud de la tabla, por

ejemp lo molino de 14", molino de 22", molino de 130".

Cuando el molino tiene instalados rodillos verticales y horizontales, se le conoce

como molino universal. En la tabla 1, se muestra una clasificacin de los molinos ms

comu nes en los recientes aos (12).

Con el desarrollo de la laminacin y la necesidad de mayor produccin se vio la

conveniencia de usar simultneamente ms de un molino y entonces naci el tren de

laminacin. Se le llama tren de laminacin a un conjunto de molinos que trabajan sobre

una barra o varias al mismo tiempo. As como existen diversidad de molinos tambin hay

una variedad de trenes que reciben sus nombres de acuerdo a la configuracin o arreglo

en que estn sus molinos (figura 2). Un tren de laminacin es un conjunto de por lo

menos dos molinos que trabajan simultneamente sobre una misma barra. En la actualidad

no existen plantas laminadoras que trabajen con un tren de dos molinos, a excepcin de

algunos trenes para placa o templadores. Por lo general, actualmente, el mnimo necesario

para una produccin aceptable son 5 molinos y el mximo, no ms de 26 (13).


20/131

4>

S

c5

o

S

o

-T3

ce

O

O

s

ce

o

fi

c

'S

1

o

ce

s

o

c

0>

n

C

o

o

g

s

g

o

.s

ceo

ce

o

o.

s

< o

T S

I

T3

>>

-S

S

ce

c

CA

0)

a>

a.

T3

o

< D

S

CL

11

5 O

GO

B)

D

73

* ^

o

n

-i

2

CL

cf

a

< J 1

o

T3

5

'S

O

cd

M

O

.S

o

>N

4>

M

.-e

2 g

CA

e

S>3

fi

i

-B g?

I i

W

T3

ce

O

. g

o

S

0)

-o

c

-o

3

1

o

y

S t:

M 4>

C J S

U S

cd a>

I

s

H


21/131

2.1.2 . - CON STRUCC IN DE UN MO LINO.

El molino considerado como una unidad de produccin consta aparte de los

rodillos y del castillo, de un gran nmero de piezas y mecanismos que lo configuran como

un equipo bastante complejo. En la figura 3, se mu estran las principales partes de un

molino de laminacin (15).

Figura 3. Partes principales de un molino de laminacin.

(Segn; The Making, Shaping and Treating of Steel; United States Steel Corporation) (15).


22/131

2.1.3 . - DIFEREN TES T IPOS DE LAM INACIN.

La laminacin de los metales como proceso de conformacin se divide en varios

tipos y etapas de acuerdo a determinadas circunstancias o condiciones, siendo las

principales:

a). - La temperatura del acero

b). - La form a geom trica de la barra ( Se nom bra barra a la pieza de acero q ue

est siendo laminada independientemente de la forma o tamao que tenga).

c). - La etapa del proceso.

a). - La temperatura del acero.- La laminacin de acero se divide en laminacin en

caliente y en fro. La laminacin en caliente se define como una deformacin en

condiciones tales de temperatura y velocidad de deformacin que se producen

simultneamente la deformacin y la restauracin del grano. Por el contrario, la

laminacin en fro es realizada en condiciones tales que no es posible que se produzcan

eficazmente los procesos de restauracin. Generalmente la laminacin en caliente se

efecta entre 1300 C y 900 C, mientras que la laminacin en fro se efecta entre 200

C y la temperatura ambiente.

b). - La forma geomtrica de la barra. Por lo que respecta a la forma geomtrica

que mantiene la barra durante el proceso, la laminacin se divide en plana y no plana.

Laminacin plana es cuando la barra mantiene una relacin de espesor a ancho menor a 1,

en cualquier etapa de la laminacin. Laminacin no plana, es cuando la forma de la

seccin transversal cambia en cada paso de la laminacin, generalmente adoptando

figuras geomtricas planas. En la laminacin de no planos se incluye lo que se conoce

como laminacin de formas, esto quiere decir que la seccin en cada paso es diferente a

cualquier figura geomtrica plana.


23/131

c). - La etapa del proceso. Con relacin a la etapa de proceso, la laminacin se

divide generalmente en desbaste, intermedia, y acabado. La laminacin de desbaste

consiste en reducir la materia prima rpidamente a una seccin adecuada y manejable para

los procesos siguientes. Generalmente esta laminacin est separada de los siguientes

procesos por una etapa de recalentamiento y de corte. Sobre todo cuando se parte de

lingote. La laminacin intermedia es un proceso que se efecta antes de dar el acabado

final, la reduccin es mnima comparada con el desbaste. La laminacin de acabado es la

etapa del proceso donde se obtiene el producto terminado.


24/131

2.1.4 . - REQ UERIM IENTO S PAR A QUE SE EFECTE LA

LAMINACIN.

Anteriormente se mencion que para que el proceso de conformacin del metal

pueda ser llamado laminacin, se requiere que el metal se deforme al pasar entre dos

rodillos, sin embargo, para que el metal se introduzca entre ellos se requieren varias

condiciones sin las cuales el proceso no puede llevarse a cabo.

Un principio bsico de la mecnica establece que cuando dos cuerpos en

movimiento relativo son colocados en contacto, aparece una fuerza de friccin a lo largo

de la tangente comn en el punto de contacto. Esta fuerza considerada en uno de los

cuerpos, acta a lo largo de la tangente comn y en direccin al movimiento relativo del

otro cuerpo. Lo anterior se puede aplicar al caso en que una barra de acero es presentada

frente a un par de rodillos girando a una velocidad U, si la bar ra se aproxim a a los

rodillos a una velocidad menor que la de los rodillos, entonces la fuerza de friccin que

aparecer al efectuarse el contacto tender a empujar la barra dentro del entrehierro de

los rodillos. (Se llama entrehierro a la separacin que existe entre un rodillo y otro). En el

caso de que la barra se ponga en contacto con los rodillos a una velocidad mayor que la

de stos, entonces la fuerza de friccin tender a rechazar la barra y no entrar en el

entrehierro. La primer condicin para que se efecte la laminacin establece precisamente

que la velocidad de la barra sea meno r qu e la velocidad tangencial de los rodillos.

El ngulo formado por los centros de los rodillos y los puntos 1 y 2 de la figura 4,

Se le conoce como ngulo de mordida, la medida de este ngulo determinar tambin la

aceptacin o no de la barra entre los rodillos. En la prctica se establece que el ngulo

mximo de mordida debe de ser de 24, para que la barra sea aceptada, con ngulos

mayores se comienza a tener problemas en la laminacin (13).


25/131

Figura 4. Condiciones de entrada en los rodillos de laminacin.

(Segn, Roll Pass Design, de British Steel Co rpor ation ) (13).


26/131

3. - RO DILLO S DE LAM INACIN.

No se tienen datos sobre quien o cuando se inicio el uso de rodillos para impartir un

trabajo mecnico a los materiales. Es muy posible y es la creencia general que, los

primeros intentos se hayan hecho para extraer el jugo de la caa de azcar, ya que se

tienen referencia que en el antiguo Egipto se usaban una especie de molinos con rodillos

movidos a mano o con bueyes para tal efecto.

En 1449, Pietro Speciale de Silicia, construy un molino tro con rodillos de

madera engranados juntos, siendo el motriz el rodillo medio, para moler caa de azcar.

En 1471, Rudolph de Nuremburg utilizo rodillos de hierro de 3.7 cm (1 l/2")de

dimetro para laminar alambre de oro, pero el primer diseo plasmado ya en dibujos de

un molino para trabajar metales fue realizado por Leonardo Da Vinci, en 1486, el cual

inclua rodillos de apoy o, no se sabe sin embargo si se llegara a construir.

En 1553, un Francs llamado Brulier, utiliz un molino con rodillos planos para

producir lminas de oro y plata y no fue sino hasta el ao de 1590 que un molino se

utiliz para trabajar el hierro en caliente. Este molino fue construido por Godefroi de

Bochs, en Dartford, Kent, Para laminar redondos a partir de pequeas barras, segn una

patente de Bervis Bulmer.

En 1697 aparecieron los primeros rodillos de hierro templado (chilled roolls) y

fueron usados por John Hanbury en Pontypool para laminar hojas de 1.10 m x 0.55m (48"

x 24") para hojalata.


27/131

3.1. - INTRODUCCIN.

Al definir la laminacin se dijo que el rodillo es la herramienta principal de este

proceso. Tambin se habl de que en la laminacin se generan fuerzas muy grandes que

actan sobre los rodillos.

Teniendo esto en mente se puede decir que un rodillo de laminacin es un cilindro

de metal, generalmente aleado, que desde luego deber de ser ms duro que el material

que se lamina para que pueda ser resistente al desgaste. El material deber de ser

homogneo, es decir, sin discontinuidades (porosidades, grietas, inclusiones, etc.) para

que resista los esfuerzos para los que fu e diseado. Debe r de soportar las temp eraturas a

las que ser sometido durante el proceso, suponiendo desde luego un buen enfriamiento.

En la figura 5, Se muestra un rodillo convencional donde se identifican las partes

principales, las cuales son el cuerpo o tabla que estar en contacto con el material que

lamina, lleva en los extremos de la tabla los cuellos o espigas que se apoyan en los

cojinetes, en el extremo de la espiga se le inserta un copie para proporcionar el par de

torsin. Existen dos tipos de acoplamientos llamados de trbol y de paleta, el ms comn

es el de tipo paleta.

El rodillo de laminacin debe de ser considerado como una herramienta de

precisin, debido a la actividad que desempea, de no ser as se obtendran productos

laminados de segunda calidad o chatarra. Los rodillos en servicio son considerados como

una viga apoyada en dos puntos con una carga actuando en cualquier punto de su cuerpo.

A los rodillos de laminacin se le instalan en sus muones chumaceras que les

permiten girar lo ms libremente posible, estas chumaceras con sus rodillos, se instalan a

su vez en el castillo. Cuando los rodillos estn nuevos, estas chumaceras quedan

separadas una de la otra, a medida que se usa el juego de rodillos su dimetro va

disminuyendo y la distancia entre chumaceras se va reduciendo. Cuando esta distancia se

hace cero, es decir cuando las chumaceras se tocan, se dice que el dimetro de los

rodillos ha llegado al dimetro de desecho o de chatarra.


28/131

La produccin de acero depende en gran parte de los rodillos de laminacin es por

eso que el rodillo es considerado como una herramienta muy valiosa y de hecho es la

principal e imprescindible herram ienta d e la industria acerera.

Cuerpo o Tabla

Cuello o Espiga

Lado Motriz

J

Cuello o Espiga

Lado Operacin

Fig. 5. Partes principales de un rodillo de laminacin.

(Segn; Robert B. Corbett; Roll for the Metalworking Industries; Iron & Steel Society) (12).


29/131

3.2. - CLASIFICACIN DE LOS RODILLO S DE LAM INACIN.

Los rodillos de laminacin se clasifican considerando algunas especificaciones. La

primer clasificacin es por el molino de aplicacin, tal como molino de trabajo para placa,

alambrn, etc., para esta clasificacin se debe de considerar la clasificacin de molinos en

la Tabla 1. Otra clasificacin, es por el tipo de material y microestructura, como se

muestra en la Tabla 2, la cual se divide en rodillos vaciado s de acero y rodillos vac iado de

fierro. El contenido de carbono en los rodillos vaciados de acero varia desde 0.40 a 2.50

%, los rodillos forjados pueden variar entre 0.50 y 1.50 %C y los aceros grafitados varan

entre 1.50 y 2.50 %C. Los contenidos en los rodillos vaciados de hierro varan entre 2.50

y 3.60 %C. O tra clasificacin de los rodillos, es por el pro ceso de produccin , tal como

se muestra en la Tabla 3, tales como los rodillos fotjados, centrifugados, etc.(12).

Aceros

Fundicin

Forjado

Norm alizado y revenido

Templado y revenido

Grafitados

Hierro fundido

Blanco (sin grafito)

Granular o de temple indefinido (Algo de grafito)

Gris (Hojuelas de grafito)

Tratado (Inoculacin)

Nodu lar (Esferoidal, Dctil)

Compacto

Carburo (Carburo de tungsteno)

Tabla2. -Clasificacin de rodillos por el tipo de material y microestructura.

(Segn; Robert B. Corbett; Roll for the Metalworking Industries; Iron & Steel Society) (12).


30/131

Fusin

Ho rno de arco elctrico bsico (acero )

Degasificado al vaco

Refusin con arco al vaco

Refusin por electro escoria

Horno elctrico de induccin cido (hierro)

Fundicin

Molde

Arena

Metal duro

Vaciado

Vaciado simple

Vaciado doble (compuesto)

Convencional o de derrame

Centrifugo

Horizontal

Inclinado

Vertical

Forjado

Foija recta

Foija preformada

Metalurgia de polvos.

Tabla 3.- Clasificacin de rodillos por su proceso de produccin.

(Segn; Robert B. Coibett; Roll for the Metalworking Industries; Iron & Steel Society) (12).


31/131

3.3. - ESPECIFICACION ES D E RODILLOS D E LAM INACIN.

Para establecer las especificaciones de operacin de los rodillos en los molinos

actuales se requiere de mucha experiencia y un entendimiento completo de los diseos y

operacin de los molinos, as como la calidad del material y el producto que se est

laminando. Es difcil establecer un estndar en las especificaciones correctas de

laminacin, debido a la infinidad de variables que tienen lugar. El rendimiento de los

rodillos vara ampliamente y depende de las condiciones de operacin de los molinos.

Cuando se realizan estudios para determinar el rodillo adecuado para operaciones

especificas es necesario considerar algunos factores de operacin tales como:

a) Castillo o castillos donde se usan los rodillos.

b) Diseo de pases del rodillo.

c) Porcentaje de reduccin.

d) Temperatura de laminacin.

e) Enfriam iento del rodillo.

f) Temperatura del rodillo.

g) Rendim iento del rodillo.

a) Castillo o castillos donde se usan los rodillos.

Un tren de laminacin es un conjunto de por lo menos dos molinos que trabajan

simultneamente sobre una misma barra. En la actualidad no existen plantas laminadoras

que trabajen con un tren de dos molinos, a excepcin de algunos trenes para placa o

templadores. Por lo general, actualmente, el mnimo necesario para una produccin

aceptable son 5 molinos y el mximo, no ms de 26. Por ello es lgico deducir que los

rodillos para tantos molinos no podrn ser del mismo tipo de material y de igual dureza.

Es lgico tambin, suponer que las condiciones de laminacin no son las mismas a lo

largo del tren. Si se recuerda que uno de los fenmenos que caracterizan a la laminacin

es que la longitud de la barra aumenta en cada paso, entonces es fcil suponer tambin

que las velocidades de los rodillos debern de ir aumentando en cada molino hacia el

acabador, para desahogar el incremento de longitud.


32/131

b) Diseo de pases en el rodillo.

Para transformar un lingote de acero de varias toneladas de peso se requieren de

varias etapas, a su vez cada etapa de laminacin esta subdividida en otras etapas las

cuales se les conoce con el nombre de "paso".

Se define "paso' a toda ocasin en que la barra sufre una deformacin en toda su

longitud al pasar entre dos rodillos, adquiriendo con ello una seccin transversal distinta y

menor a la anterior. Al conjunto de pasos que constituyen una de las etapas de la

laminacin se le conoce como secuencia de pasos. En una secuencia de pasos para la

laminacin de planos, todos los pasos son planos, es decir, se efectan con rodillos lisos y

en la etapa de desbaste se realizan una serie de volteos intercalados con los pasos planos,

para trabajar los cantos de la seccin y mantenerla en las dimensiones requeridas. En

cambio, en la laminacin de productos no planos, la barra se deforma en pasos

constituidos por dos ranuras maquinadas una en cada rodillo, a estas ranuras se les llama

calibre y pueden ser de una gran variedad de geometras. El objeto de estos calibres es ir

aproximando la materia prima, en una forma ordenada y eficaz al producto terminado.

La secuencia de pasos para laminar un producto dado debe de ser diseada

tomando en cuenta la materia prima, el producto terminado y todas las caractersticas

principales del tren como: nmero de molinos, tamao de rodillos, velocidades,

capacidades de motores, temperatura, etc..

El diseo de cada paso de la forma que sea, implica tener en cuenta varias

consideraciones por ejemplo: cantidad de reduccin, elongacin y ensanchamiento,

ngulo de mordida, etc., porque directa o indirectamente influirn en el rendimiento de

los rodillos.

El diseo de los pasos de una secuencia se realiza generalmente a partir del paso

acabador hacia la materia prima, es decir en sentido contrario a flujo del proceso.


33/131

c) Porcentaje de reduccin.

El fenmeno de reduccin es una caracterstica muy importante en el proceso de

laminacin, consiste en una disminucin del rea transversal de la barra en cada paso, esta

reduccin se realiza por medio de la fuerza aplicada a los rodillos, por lo que se supone

que para reducciones mayores se necesitar ms carga y cuando se aplican cargas

mayores, se requieren rodillos ms resistentes.

d) Temperatura de laminacin.

La temperatura de proceso es uno de los parmetros principales que se deben de

considerar para la asignacin de un rodillo de laminacin. Considerando un tren de

laminacin en caliente, es fcil deducir que si la temperatura de la barra en el primer paso

es de 1200C, en el ltimo no podr ser igual o mayor, necesariamente tendr que ser

mucho menor.

Por lo tanto es lgico pensar que los rodillos de desbaste no podrn ser del mismo

material que los rodillos acabadores ya que no trabajan bajo las mismas temperaturas de

operacin (13).

e) Enfriam iento del rodillo.

La laminacin es un proceso en el que estn involucrados cuerpos en movimiento,

como resultado de este movimiento se crean fricciones entre los rodillos y la barra. Estas

fricciones significan produccin de calor, la velocidad de laminacin implica tambin

generacin de calor. La reduccin pr odu ce friccin y a mayor reduc cin mayor friccin y

mayor generacin de calor, la elongacin es un resultado de la reduccin y est

acompaada del deslizamiento del material de la barra contra el rodillo, generando a su

vez otra cantidad de calor, igualmente sucede con el ensanchamiento. Asi que por lo

anterior se puede concluir que el enemigo nmero uno de los rodillos es la temperatura.


34/131

Todas esas temperaturas de que se hablan se desarrollan en una pequea zona del

rodillo a la cual se llamara arco de contacto o rea de contacto de los rodillos con la pieza

de trab ajo. En esta peque a zona la tem peratu ra de la superficie del rodillo llega a

elevarse en forma sbita a valores de hasta 500C y en ocasiones hasta por arriba de los

1400C, de manera que la barra queda soldada al rodillo por fusin, estos casos se dan

cuando ocurren atorones en los molinos.

Estas temperaturas desde luego bajan la dureza superficial de los rodillos durante el

paso de la barra por el arco de contacto , provocand o lo que se pudiera llamar un recocido

de la superficie. Por esta razn es tan importante el enfriamiento.

Anteriormente se dijo que la temperatura es el mayor enemigo de la vida de trabajo

de los rodillos durante la laminacin, sea esta caliente o fra, por razn de ser inherente al

proceso, es decir, no se puede evitar y la nica forma de minimizar sus efectos es con el

enfriamiento. Desde que se demostr que el enfriamiento afecta positiva y grandem ente la

vida de trabajo de los rodillos, es natural que se hayan efectuado muchas investigaciones

para encontrar la mejor forma de aplicar ese enfriamiento y extender al mximo la vida

del rodillo.

El enfriamiento de los rodillos consiste en aplicar un refrigerante en todo el cuerpo

del rodillo, el cual est distribuido en tres secciones compuestos por rociadores. Estas

secciones debern de formar un arreglo asimtrico. La separacin de los rociadores en

cada seccin se recomienda que vare entre 5 y 8 cm (2 y 3 pulgadas) para obtener

mxima eficacia.

f) Temperatura del rodillo.

Las investigaciones ms aceptables para disminuir los efectos de la temperatura son

aquellas que se basan en las lecturas tomadas de la temperatura al momento que est

pasando por el arco de contacto. Se comprende que es muy difcil hacer mediciones y

comprobaciones de las condiciones, causas y efectos de lo que sucede en el arco de

contacto cuando pasa la pieza de trabajo. Algunas de estas causas y efectos son

imposibles de cuantificar y deben de ser estimadas.


35/131

La investigacin que mejor describe el comportamiento de la temperatura en el arco

de contacto, es la mostrada en la figura 6, que considera la primer revolucin de trabajo

de un par de rodillos laminando una pieza en caliente. El pequeo aumento de

temperatura del punto 1 al punto 2, se debe al calor radiado por la barra al acercarse a los

rodillos, el rpido aumento de temperatura del punto 2 al punto 3, ocurre cundo la pieza

de trabajo entra en contacto con los rodillos, del punto 3 al punto 4, la pieza abandona el

entrehierro de los rodillos y la temperatura de la superficie del rodillo decrece debido al

calor conducido hacia las capas inmediatas debajo de la superficie elevando la

temperatura de stas. En el punto 4, la superficie caliente del rodillo se encuentra con el

agua de enfriamiento que escurre hacia abajo, el agua hierve y en ese momento se tiene

una violenta fluctuacin de temperatura, despus de este punto la temperatura desciende

hasta alcanzar un mnimo debajo de la posicin de los cabezales de enfriamiento en el

punto 5. Despus del punto 5 la temperatura de la superficie se incrementa ligeramente

debido a la conduccin de calor desde las capas debajo de la superficie, las cuales se

encontraban a mayor tem peratura.

El resultado de estas variaciones cclicas de temperatura aplicadas repentinamente a

la superficie es precisamente lo que se llama fatiga trmica, la cual produce el deterioro

en la superficie del rodillo y, eventualmen te, su ruptura .


36/131


37/131

3.4. - INSPECCIN Y PRUE BAS A PLICADAS A R ODILLO S DE

LAMINACIN.

Los ensayos o pruebas se utilizan para asegurar la produccin de productos ms

confiables, seguros y econmicos. Aumentar la confiabilidad mejora la imagen pblica del

fabricante, que conduce a mayores ventas y ganancias. Adems de lo anterior, los

fabricantes recurren a estas pruebas para m ejorar y controlar los p rocesos de fabricacin.

El uso de ensayos ha tenido mucho auge despus de la segunda guerra mundial, las

pruebas mecnicas y los ensayos no destructivos no eran muy imperiosos, debido a los

grandes factores de seguridad introducidos en casi todos los productos que se fabricaban.

En efecto, ocurran fallas de los materiales estando en servicio, pero el papel de las

imperfecciones de los materiales en tales fallas no estaban entonces totalmente

reconocido; por tanto, po co esfuerz o concentrado se haca para encon trar las causas de la

falla. Durante e inmediatamente despus de la segunda guerra mundial, la significancia de

las imperfecciones en la vida til de un producto adquiri mayor importancia. En el

diseo de aviones, en la tecnologa n uclear, en la exploracin espacial y en la industria

acerera, los altos riesgos y costos han impuesto que sea esencial una mxima

confiabilidad. Al mismo tiempo, ha habido un desarrollo extensivo de todos los ensayos y

mtodos de inspeccin, tanto en trabajos industriales como cientficos.

Para evaluar la calidad de los rodillos de laminacin o prevenir posibles fallas, se

realizan varias pruebas e inspecciones durante el proceso de fabricacin, existe una

amplia variedad de ensayos que garantizan la confiabilidad de los productos vaciados,

entre los ensayos ms comunes se pueden mencionar: anlisis qumico, metalografa,

dureza, tensin, compresin, impacto, fatiga. Estas pruebas son estandarizadas y

requieren de una probeta para su anlisis. Existen sin embargo los ensayos o pruebas no

destructivas, las cuales aunque no dan una medicin directa de las propiedades

mecnicas, son muy valiosas para localizar defectos en los materiales que podran afectar

el funcionamiento de una pieza cuando entra en servicio. Los ensayos o pruebas no

destructivas que se aplican en la produccin de rodillos son : inspeccin por partculas

magnticas, inspeccin por penetracin fluorescente, inspeccin ultrasnica (7).


38/131

E=hc/X (ecuacin 1)

Donde:

E= Energa

h= Constante de Planck 6.626 xlO"

34

J seg.

C= Velocidad de la luz= 2.998 x 10

8

m/seg.

K= Longitud de onda en centmetros

Si se expresa esta relacin en trmin os sencillos de electronvoltios, se tiene:

1.24 X 10"

4

E= eV (ecuacin 2 )

X

Esta interrelacin entre la energa y la longitud de onda es importante para lograr

entender la emisin como la absorcin de la luz. Estamos familiarizados con la emisin de

luz amarilla cuando se somete la sal a la accin del fuego. El motiv o por el cual ocu rre

este fenmeno es debido a que los electrones en el tomo pueden ocupar diferentes

niveles de energa. Con est analoga se puede tambin considerar el problema asociado

de la emisin de longitudes de onda ms cortas (rayos X) cuando un electrn cae a un

nivel an inferior. Si se bom bardean tom os de sodio (iones) con electrones con la

suficiente energa, se puede desalojar un electrn de la primera capa (k). Esto deja un

hueco en el cual puede caer un electrn de la capa L, por ejem plo, la transicin 2p>ls

da un fotn de longitud de onda de 11.91 o sea una longitud de ond a de rayos X. As

como el color de la luz visible emitida por un salto determinado depende de los niveles

particulares involucrados, as tambin la longitud de la onda de un rayo X depe nde del

caso especfico. El haz de electrones se barre a travs de una microestructura dada. De

cada regin diminuta de la estruc tura se producen ray os X con longitudes de onda q ue

dependen d e los elementos que se hallan presentes. Po r ejem plo, si se quiere tener un a

indicacin de la cantidad de silicio que se encuentra en una regin dada, se pone un filtro


39/131

que slo permita pasar los rayos de silicio de esta regin. Lu ego se irradia la pantalla que

muestra esta microestructura con estos rayos X mostran do pun tos luminosos slo en

aquellas regiones en las cuales hay alta concentracin d e silicio. D e manera sem ejante,

las regiones con una alta concentracin de aluminio permitiendo slo el paso de los rayos

X que son caractersticos del aluminio, se capturan en otra imagen (8).

Hoy en da existen aparatos en laboratorios que utilizan stos principios

desarrollados por el comit ASTM para realizar anlisis qumicos relacionados con la

produccin de rodillos. Los estndares que aplican en el anlisis qumico de los metales

son los siguientes:

ASTM E59 Mtodo para la prueba de hierros y aceros, determinacin de anlisis

qumico.

ASTM E350 Mtodo para el anlisis qumico de aceros al carbn y aceros baja

aleacin.

ASTM E351 Mtodo para el anlisis qumico de hierros fundidos. Todo los

tipos. (8)


40/131

M E T A L O G R A F I A . -

La metalografa estudia las caractersticas

micro estructurales de un metal o de una aleacin. Sin dud a, el mic roscopio e s la

herramienta ms importante del metalurgista tanto desde el punto de vista cientfico como

desde el tcnico. Es posible determinar el tama o de grano y el tama o, form a y

distribucin de varias fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades

mecnicas del metal. La microe structura revelar el tratam iento mecnico y trmico del

metal y, bajo un conjunto de condiciones dadas, podr predecirse su comportamiento

esperado.

La experiencia ha demostrado que el xito en el estudio microscpico depende en

mucho del cuidado que se tenga para preparar la muestra. El microscopio ms costoso

no revelar la estruc tura de una muestra que haya sido prep arada en forma deficiente. El

procedimiento que se sigue en la preparacin de una muestra es comparativamente

sencillo y requiere de una tcnica desarrollada slo despu s de prctica constante. El

ltimo objetivo es obtener una superficie plana, sin rayaduras, semejantes a un espejo.

La seleccin de una muestra para estudio microscpico puede ser muy importante.

Si lo que se va a investigar es una falla, se debe escoger la muestra ms prxima al rea

de la falla y com parrsele con una tom ada de la seccin normal o sana.

Si el material es suave, como metales o aleaciones no ferrosas y aceros no tratados

trmicam ente, la seccin pue de obten erse por corte manual con una segueta. Si el

material es duro, la seccin puede obtenerse mediante un disco cortador abrasivo, el cual

es un plato delgado fabricado de un abrasivo de tipo adecuado, que gira a alta velocidad.

La muestra debe mantenerse fra durante la operacin d e corte.

Siempre que sea posible, la muestra debe ser de un tamao fcil de manipular. Las

muestras pueden esmerilarse burdamente sobre una lija de banda (rotatoria), manteniendo

la muestra fra sumergindola frecuentemente en agua durante la operacin de

esmerilado. En todas las operacio nes de esmerilado y pulido, la mue stra debe mo verse

en sentido perpendicular a las rayaduras existentes.


41/131

Esto facilitar darse cuenta del momento en que las rayaduras ms profun das hayan

sido sustituidas por las men os prof und as, caractersticas del abrasivo ms fino. El

esmerilado contina h asta que la superficie quede plana y libre de mellas, rebabas, etc., y

todas las rayaduras debidas al corte manual o al disco cortador.

Las muestras pequeas o de forma incmoda deben montarse de alguna manera

para facilitar el pulido intermedio y final. Los materiales plsticos sintticos que se

acoplan a la muestra en una prensa para montaje especial proporcionan las bases de un

tamao uniforme conveniente (generalmente de 2.5, 3, 4 cm de dimetro) para

manipular las mu estras en ulterior es operaciones de pulido. Esta s bases, cuando se han

hecho en form a adecuada, son m uy resistentes a la accin de los reactivos de ataque que

se emplean comnmente. La resina termofijadora que ms se emplea para montar

mu estras es la baquelita. Lo s polvos para moldear baquelita se fabrican en colores d e

este material, lo cual simplifica la identificacin de las mu estras m ontadas. La mu estra y

la cantidad correcta de polvo de baquelita, o una preforma de baquelita, se colocan en el

cilindro de la prensa de montar. La temperatura aumenta gradualmente hasta 150C y se

aplica una presin de moldeo de unas 25579.028 KPa (4000 Lbs/pulg

2

)

simultneamente. Un a vez que la baquelita est adherida y curada cuan do se alcanza esta

temperatura, la base con la muestra puede extraerse del dado de moldeo mientras est

caliente.

La lucita es la resina termoplstica ms comn; es completamente transparente

cuando se molde a en form a adecuada. Esta transparencia resulta til cuando es necesario

observar la seccin exacta que se pule o cuando por cualquier otra razn se desea ver por

completo la mu estra en la base. Al contrario de los plsticos term ofijad os, las resinas

termoplsticas no sufren cura a la temperatura de moldeo, sino que adquieren estabilidad

al enfriarse. La mu estra y la cantidad de polvo de lucita adecuadas se colo can en la

prensa para montar y se someten a la misma temperatura y presin que para la baquelita

(150 C y 27579.028 K Pa ). Una vez alcanzada esta temperatura, se quita la bobina de

calentamiento y las aletas de enfriamiento se colocan alrededor del cilindro para enfriar la

base hasta 75C en unos 7 min. al tiempo que se mantienen la presin de moldeo.


42/131

Si se saca la base todava caliente o si se deja enfriar lentamente en el cilindro de

moldeo a la temperatura ambiente sin sacarla, se opacar. Despus de montada, la

muestra se pule sobre una serie de hojas de esmeril o lija con abrasivos ms finos,

sucesivamente. El primer papel es generalm ente N o. 1, luego 1/0, 2/0, 3/0 y finalmente

4/0.

Por lo general, las operaciones de pulido intermedio con lijas de esmeril se hacen en

seco; sin embargo, en ciertos casos, como el de preparacin de materiales suaves se

puede usar un abrasivo de carburo de silicio. Com parado con el papel esmeril, el carbur o

se silicio tiene mayor rapidez de remocin y, como su acabado es a base de resina, se

puede utilizar con un lubricante, el cual impide el sobrecalentamiento de la muestra,

minimiza el dao cuando los metales son blandos y tambin proporciona una accin de

enjuague para limpiar los productos removidos de la superficie de la muestra, de modo

que el papel no se ensucie.

El tiempo utilizado y el xito del pulido fino dependen en mucho del cuidado

pue sto durante los pas os de pulido previo. La ltima aproxim acin a una superficie plana

libre de rayaduras se obtiene mediante una rueda giratoria hmeda cubierta con un pao

especial cargado con partculas abrasivas cuidadosamente seleccionadas en su tamao.

Existe gran disponibilidad de abrasivos para efectuar el ltimo pulido. En tan to q ue

muchos harn un trabajo satisfactorio, parece haber preferencia por la forma gamma del

xido de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los basados en cobre, y xido de

cerio para pulir aluminio, magn esio y sus aleaciones. Ot ros abrasivos para pulido final

que se emplean a menudo son la pasta de diamante, xido de cromo y xido de magnesio.

La seleccin de un pao para pulir depende del material que vaya a pulirse y el

propsito del estudio metalogrfico. Se pueden encontrar paos de lanilla o pelillo

variable, desde aquellos que no tienen pelillo (como la seda) hasta aquellos de pelillo

intermedio (como pao ancho, pao de billar y lonilla) adems de aquellos de pelillo

profu ndo (como el terciopelo). Tambin se pueden encontrar pao s sintticos para pulir

con fines de pulido general, de los cuales el Gamal y el Micropao son los que se utilizan

ms ampliamente. Una muestra pulida en forma adecuada mostrar nicamente las

inclusiones no metlicas: adems, estar libre de rayaduras.


43/131

El propsito del ataque qumico es hacer visibles las caractersticas estructurales del

metal o aleacin. El proceso d ebe ser tal que queden claramente diferenciadas las partes

de la microestructura. Esto se logra mediante un reactivo apropiado que somete a la

superficie pulida a una acc in qumica.

En las aleaciones compuestas de dos o ms fases, los componentes se revelan

durante la accin qumica, al atacar preferencialmente, el reactivo a una o ms de estas

constituyen tes debido a la diferencia en composicin qum ica de las fases. En las

aleaciones unifor me s de una sola fase o m etales puros, se obtiene con traste y las fronteras

de grano se hacen visibles debido a las diferencias en la rapidez a que los diversos granos

son atacado s por el reactivo. Esta diferencia en la rapidez de ataqu e est asociada

principalmente con el ngulo que guardan las diferentes secciones de grano con el plano

de la superficie pulida. Deb ido al ataque qumico por el reactivo de ataque, las fronteras

de grano aparecern c om o valles en la superficie pulida. Al choc ar con la orilla de estos

valles, la luz del microscopio se reflejar fuera del microscopio, haciendo que las

fronteras de gran o aparezcan com o lneas oscuras. La seleccin del reactivo de ataque

est determinada por el metal o aleacin y la estructura especfica que se desea ver (7).

En el curso de los aos el comit ASTM ha estandarizado mtodos de modo que

puedan compararse los resultados obtenidos por diferentes laboratorios en la preparacin,

pulido, ataque y evaluacin de microestructuras, los estndares que aplican en la

produccin de rodillos son las siguientes:

AST M E3 Mtodo de preparacin de probetas me talog rafas .

ASTM El 12 Mtodo de prueba para determinar tamao de grano promedio.

AS TM A247 Evaluacin de m icroestructuras, g rafito en hierro fundido (2).


44/131

DUREZA.- Es difcil definir la propiedad de "dureza", excepto en relacin con la

prueba emp leada en particular para determinar su valor. De be tenerse en cuenta que un

nmero o valor de dureza no puede utilizarse directamente en trabajos de diseo, como

se puede hacer con un valor de resistencia a la tensin, ya que los nmeros de dureza no

tienen significado intrnseco.

La dureza no es una propiedad fundamental de un material, sino que est

relacionada con las prop iedade s elsticas y plsticas. El valor de dureza obtenido en una

prueba determinada sirve slo com o comparacin entre materiales o tratamien tos. El

procedimiento de prueba y la preparacin de la muestra suelen ser sencillos y los

resultados pued en utilizarse para estimar otras propied ades mecnicas. L a prueb a de

dureza se utiliza ampliam ente para inspeccin y control. El tratam iento trmic o o el

trabajo efectuado en una pieza metlica resulta generalmente en un cambio de dureza.

Cuando se establece el valor resultante de la dureza de un tratamiento trmico a un

material dado por el proceso determinado, esa estimacin proporcionar un mtodo

rpido y sencillo (de inspeccin y control) para el material y proceso particulares. Las

diversas pruebas de dureza se pueden dividir en tres categoras.

Dureza elstica.

Resistencia al corte o abrasin

Resistencia a la indentacin.

DU RE ZA ELS TICA . Este tipo de dureza se mide mediante un escleroscopio,

que es un dispositivo para medir la altura de rebo te de un peque o martillo con

emboquillado de diamante, despus de que cae por su propio peso desde una altura

definida sobre la superficie de la pieza a prueba. El instrume nto tiene por lo general un

disco autoindica dor tal que la altura de rebote se indica autom ticamen te. Cu ando el

martillo es elevado a su posicin inicial, tiene cierta cantidad de energa potencial.

Cuando es liberada, esta energa se convierte en energa cintica hasta que golpea la

superficie de la pieza a prueba . Alguna energa se absorb e al form ar la impresin, y el

resto regresa al martillo al rebota r ste. La altura de rebo te se indica por un nme ro


45/131

sobre una escala arbitraria tal que cuanto mayor sea el rebote, mayor ser el nmero y la

pieza a prueba ser ms dura. Esta prueba es realmente una medida de la resilencia del

material, o sea, la energa que puede absorber en el intervalo elstico.

RE SIST EN CIA A LA IND ENT AC ION . Esta prueba generalmente es realizada

imprimiendo en la muestra, lo que est en reposo sobre una plataforma rgida, un

marcador o indentador de geometra determinada, bajo una carga esttica conocida que

se aplique directamente o po r medio de un sistema de palanca. Dep endiend o del sistema

de prueba, la dureza se expresa por un nmero inversamente proporcional a la

profundidad de la indentacin para una carga y marcador especificados, o proporcional a

una carga media sobre el rea de mella. Lo s mtodos com unes para pruebas de dureza

por indentacin se describen enseguida.

PRU EBA O ENSA YO DE DU REZ A BRINELL. El probador de dureza Brine ll

generalmente consta de una prensa hidrulica vertical de operacin manual, diseada para

forzar un marcador de bola dentro de la muestra.

El procedimiento estndar requiere que la prueba se haga con una bola de 10 mm

de dimetro bajo una carga de 3000 kg, para metales ferrosos a 500 kg. La bola bajo

presin es presionada dentro de la muestra a prueba por lo menos durante 10 seg. El

microscopio que contiene una escala ocular, generalmente graduada en dcimos de

milmetro, que perm ite estimaciones de hasta casi 0.05 mm .

El nmero de dureza Brinell (HB) es la razn de la carga en kilogramos al rea en

milmetros cuad rados de la impresin, y se calcula m ediante la frmula:

L

HB = (ecuacin 3)

( t c D / 2 ) (D - (D

2

-d

2

)

1 / 2

)

Donde:

L= Carga de prueba, kg.

D= Dimetro de la bola, mm

d= Dimetro de la presin, mm.


46/131

Po r lo general no se necesita hacer el clculo, ya que hay tablas para convertir el

dimetro de lo observado al nmero de dureza Brinell. El nmero de dureza Brinell

seguido por el smbolo HB sin nmero sufijos indica condiciones de prueba estndar

usando una bola de 10 mm de dimetro y una carga de 3000 kg, aplicada de 10 a 15 seg.

Para otras condiciones, el nmero de dureza y el smbolo HB se complementan por

nm eros que indican las condiciones de prueba en el siguiente orden. Dim etro de la

bola, carga y duracin de la carga, por ejemplo, 75 HB 10/500/30 indica una dureza

Brinell de 75 medida con una bola de 10 mm de dimetro y una carga de 500 kg aplicada

por 30 seg.

El nmero de dureza Brinell cuando se usa la bola ordinaria est limitado a 500 HB

aproxim adamen te. Co nform e el material a prueba sea ms dur o hay tendencia a que el

propio m arcado r se empiece a defor ma r y las lecturas no sern exactas. El lmite superior

de la escala puede aumentarse al usar una bola de carburo de tungsteno en vez de la bola

de acero endurecido. En ese caso, es posible llegar a 650 HB aproximadam ente.

PRU EB A O ENSAY O DE DUR EZA ROCKW ELL. En esta prueba de dureza se

utiliza un instrumento de lectura directa basada en el principio de medicin de

profundidad diferencial. La prueba se lleva acabo al elevar la muestra lentamente contra

el ma rcador hasta que se ha aplicado una carga determinada men or. Es to se indica en el

disco medido r. Lu ego se aplica la carga may or a travs de un sistema de palanca de

carga. Desp us de que la aguja del disco llega al repo so, se quita la carga mayor y con la

carga menor todava en accin, el nmero de dureza Rockwell es ledo en el disco

medido r. Co mo el orden de los nm eros se invierte en el disco medidor, una impresin

poco profun da en un m aterial blando dar un nm ero pequeo.

Hay dos mqu inas Rockw ell. El prob ador normal para secciones relativamente

gruesas y el prob ador sup erficial para secciones delgadas. La carg a menor es de 10 kg en

el probador normal y de 3 kg en el probador superficial.


47/131

Pueden utilizarse diversos marcadores de muescas y cargas y cada combinacin

determina una escala Rockw ell especfica. Lo s marcadores de mue scas incluyen bolas de

acero duras de 1/16, 1/8,

V a

y 4 de pulgada de dimetro y un pene trado r cnico de

diamante de 120.

Las cargas mayores son de 60, 100 y 150 kg en el probador normal y de 15, 30 y

45 kg en el probador superficial.

Las escalas Rockwell empleadas ms comnmente son la B (marcador de bola de

1/16 de pulgada y 100 kg de carga) y la C (marcador de diamante y 150 kg de carga),

ambas obtenidas con el probador normal. Debido a las muchas escalas Rockwell, el

nmero de dureza debe especificarse mediante el smbolo HR seguido de la letra que

designa la escala y precedido de los nmeros de dureza, por ejemplo, 82 HRB significa

una dureza de Rockwell de 82 medida en la escala B (bola de 1/16 de pulgada y 100 kg

de carga).

El funcionamiento de la mquina debe ser verificado frecuentemente con bloques de

prueba estndar proporcionados por el fabricante. La manija para quitar la carga mayor

puede producir un error de varios pun tos en el disco de indicacin. Se debe tener

cuidado de asentar firmemente el yunqu e y el ma rcador. Cualquier movim iento vertical

en estos puntos resulta en un registro de una profundidad adicional en el medidor y, por

tanto, en una lectura de dureza falsa.

PRU EB A O ENS AY O DE DU REZ A V1CKERS. En esta prueba, e l instrumento

utiliza un marcador piramidal de diamante de base cuadrada con un ngulo incluido de

136 entre las caras opuestas.

El intervalo de carga est generalm ente entre ly 120 kg. El probad or de dureza

Vickers funciona bajo el mismo principio que el probador Brinell, y los nmeros se

expresan en trm inos de carga y rea de la impresin. Co mo resu ltado d e la forma del

ma rcado r, la impresin sobre la superficie de la mue stra ser un cuadrad o. La longitud

de la diagonal del cuadrad o es medida por medio de un mic roscopio equipado con un


48/131

micr metro oc ular que contiene filos mviles. La distancia entre los filos se indica en un

contad or calibrado en milsimas de milmetro. Po r lo general, hay tablas para convertir la

diagonal medida al nmero de dureza piramidal Vickers (HV) o por medio de la frmula:

1.854 L

HV = (ecuacin 4)

d

2

Donde.

L = Carga aplicada, en kg

d = Longitud de la diagonal del cuadrado de la impresin, en mm.

Como resultado de la latitud en las cargas aplicadas, el probador Vickers es til

para medir la dureza de hojas muy delgadas, as como secciones pesadas.

PRUEBA O ENSAYO DE MICRODUREZA (KNOOP). Desafor tunadamente ,

este trmino es engaoso ya que podra referirse a la prueba de pequeos valores de

dureza cuando en realidad significa el us o de impresiones pequeas. Las carg as de

prueba estn entre 1 y 1000

g.

Hay dos tipos de marcadores empleados para la prueba de

microdureza, la pirmide de diamante Vickers de base cuadrada de 136, descrita

anteriormente y el marcador K noop de diamante alargado.

El marcador Knoop tiene forma piramidal que produce una impresin en forma de

diamante, y tiene diagonales largas y cortas a una razn aproxim ada de 7:1. La form a

piramidal empleada tiene incluidos ngulos longitudinales de 17230 y ngulos

transversales de 130. La profundid ad de impresin es com o de 1/30 de su longitud.

Como en la prueba Vickers, la diagonal ms larga de la impresin es medida pticamente

con el ocular de un micrm etro de rosca. El nmero de dureza K noop es el resultado d e

dividir la carga entre el rea de la impresin. Por lo general se utilizan tablas para

convertir la longitud diagonal media al nmero de dureza Knoop (HK), o mediante la

frmula siguiente: (7).


49/131

14.229 L

HK = (ecuacin 5)

d

2

Donde:

L= Carga aplicada, en kg

d = Longitud de la diagonal mayor, en mm.

En el curso de los aos el comit ASTM ha estandarizado mtodos de modo que

puedan comp ararse los resultad os obtenidos por diferentes laborato rios en las pruebas de

durezas aplicados en los materiales metlicos, de los cuales se pueden nombrar los

siguientes:

E10 Dureza Brinell aplicado a materiales metlicos.

E18 Dureza Rockwell y dureza Rockwell superficial de materiales metlicos.

E92 Dureza Vickers de materiales metlicos.

E140 Tabla de conversin de durezas para metales.

E384 M icrodurezas de materiales.

E448 Ensayo de dureza en escleroscopio para materiales metlicos (1).


50/131

/

T E N S I O N .- Despus de la prueba de dureza, la prueba de tensin es la realizada

ms frecuentemente para determinar ciertas propiedades mecnicas. Una muestra o

probeta preparada especficamente se coloca en las cabezas de la mquina de prueba y se

somete a una carga axial por medio de un sistema de carga de palanca, mecnico o

hidrulico. La fue rza se indica en un disco calibrado. Si se cono ce el rea transversal

original de la mu estra, pued e calcularse el esfuerz o desarrollado a cualquier carga. La

deformacin o alargamiento se mide en una longitud establecida, generalmente 50 mm (2

pulgadas), por un disco medidor llamado extensmetro. Entonces, la deformacin

unitaria puede determinarse dividiendo el alargamiento medido entre la longitud original

marcada en la probe ta. En algunos casos, puede utilizarse un medidor electrnico p ara

medir la deformacin total. La grfica esfuerzo-deformacin muestra la relacin entre

esfuerzo unitario S y deform acin unitaria 8, encontrada experimentalmente. Las

propiedades que se pueden determinar con una prueba de tensin se explican en seguida:

LIMITE PROPORCIONAL. Para muchos materiales estructurales se ha

encontrado que la parte inicial de la grfica esfuerzo-deformacin puede ser aproximada

por una recta, en este intervalo, el esfu erzo y la deform acin son proporcio nales en tre s,

de manera que cualquier incremento en esfuerzo resultar de un aumento proporcional a

la deform acin. El esfuerzo en el lmite del punto d e propo rcionalidad, se conoce

precisamente como lmite de proporcionalidad.

LIM ITE EL STIC O. Si se retira una pequea parte de la carga aplicada sobre la

pieza a prueb a, la agu ja del extensme tro regresar a cero, indicando que la deformacin

produc ida por la carga es elstica. Si la carga se aum enta continuam ente, se libera

despus de cada incremento y se revisa el extensmetro, entonces se alcanzar un punto

en que la agu ja no regresar a cero. Es to indica que ahora el material tiene una

deformacin permanente; por tanto, el lmite elstico puede definirse como el esfuerzo

mnimo al que ocurre la primera deformacin permanente. Para la mayora de los

materiales estructu rales, el lmite elstico tiene casi el mismo valo r num rico que el lmite

de proporcionalidad.


51/131

PUN TO D E CE DEN CIA O FLUENCIA. Conforme la carga en la pieza a prueba

aumenta ms all del lmite elstico, se alcanza un esfuerzo al cual el material contina

deformnd ose sin que haya incremento de la carga. Este fen meno ocurre slo en ciertos

tipos de aceros. El esfuerzo puede disminuir realmente por un momento, resultando en

un pun to de cedencia superior y en uno inferior. Com o el pun to de cedencia es

relativamente fcil de determinar y la deformacin permanente es pequea hasta el punto

de cedencia, constituye un valor muy importante de considerar en el diseo de muchas

partes para maquinaria cuya utilidad se afectara si ocurriera una gran deformacin

permanente. Est o es vlido slo par a materiales que exhiban un punto de cedencia bien

definido.

RESIS TEN CIA D E CED ENC IA O FLUENCIA. La mayora de los materiales no

ferro sos y los aceros de alta resistencia no tienen un punto de cedencia definido. Para

estos materiales, la mxima resistencia til corresponde a la resistencia de cedencia, que

es el esfuerzo al cual un material exhibe una desviacin limitante especificada de la

proporcionalidad entre el esfue rzo y la deform acin. Po r lo general, este valor se

determina por el mtodo de la deformacin permanente especificada, el cual consiste en

trazar una lnea paralela a la recta de proporcionalidad, el punto de interseccin con el

diagrama esfuerz o deform acin indicar el punto de fluencia. El valor de la deformacin

permanente especificada est generalmente entre 0.10 y 0.20% de la longitud calibrada.

RE SIST EN CIA LIM ITE, Confo rme aumenta la carga aplicada sobre la pieza a

prueba, el esfuerzo y la deformacin se incrementaran hasta que se alcance carga mxima,

la cual corresponde al punto ms alto de la grfica esfuerzo-deformacin.

RE SIST EN CIA A LA R UPT UR A. Es el punto en el cual el material falla debido a

una disminucin de rea en la prob eta, este pun to est por d eba jo de la resistencia limite

si se sigue considerando que el rea permanece constante, si se grfica el rea real el

punto de resistencia a la ruptura se encontrara por arriba de la resistencia limite.


52/131

DU CT ILID AD . La ductilidad de un material se determinar a partir de la cantidad

de deformacin que le es posible soportar hasta que se fractura. Esta se determina en una

prueba de tensin mediante dos mediciones:

ELO NG AC IN . Se determina juntando, despus de la fractura, las partes de la

muestra y midiendo la distancia entre las marcas puestas en la muestra antes de la prueba.

L / - Lo

Elong acin (por ciento) = X 100 (ecuacin 6)

Lo

D o n d e :

L/ = Longitud de la medida final.

Lo = Longitud de la medida original, generalmente 2 pulg.

Al reportar el porcentaje de elongacin, debe especificarse la longitud de la medida

original, ya que el porcen taje de elongacin v ariar de acuerdo con la longitud original.

RE DU CC IN EN A REA . Esta tambin se determina a partir de las mitades rotas

de la muestra bajo la tensin, midiendo para ello el rea transversal mnima y con la

frmula:

A o - A /

Redu ccin en rea (porce ntaje) = X 100 (ecuacin 7)

Ao

Donde

Ao = rea transversal original.

A /= rea transversal final.


53/131

MOD ULO DE ELASTICIDA D O MOD ULO DE YOUNG. Considrese la

porci n recta de la curva esfuerzo -deform acin. La ecuacin de una lnea recta es

y=mx+b, donde "y" es el eje vertical (en este caso, esfuerzo) y "x" el eje horizontal (en

este caso, d eform acin). La interseccin de la recta con el eje "y" es "b", y en este caso es

cero, ya que la rect a pasa por el origen. La pendiente de la recta es "m". Cuan do se

despeja "m" de la ecuacin, la depend iente es igual a y / x. D e esta manera, se puede

determinar la pendiente de la recta dibujando un tringulo rectngulo cualquiera y

encontra ndo la tangen te del ngulo 0, que es igual a y/x o esfuerz o/defo rma cin. La

pendiente es realmente la constan te de proporcionalidad en tre esfuerzo y deform acin

cuando se est abajo del lmite de proporcionalidad y se conoce como mdulo de

elasticidad o mdulo de Young.

El mdulo de elasticidad, indicacin de la rigidez de un material, se mide en

unidades de fue rza por unidad es de rea. El mdulo de elasticidad es una propiedad muy

til de la Ingeniera.

ESFU ERZ O DEF ORM ACI N VERD ADER O. La prueba convencional de

tensin descrita antes dar valiosa informacin hasta aproximarse y llegar al punto de

cedencia. M s all de este punto , los valores de esfue rzo son ficticios, ya que el rea

transversal real se reducir considerablemente. El esfuerzo verda dero se determina al

dividir la carga entre el rea transversal existente a esa intensidad de carga. La

deformacin real se determina al dividir el cambio en longitud entre la longitud

inmediatam ente precedente. El diagram a esfuerz o-defo rm acin real da inform acin til

concerniente al flujo plstico y la fractu ra de metales.


54/131

RE CU PER AC IN (RE SILENC IA) Y DU REZ A. Es posible dividir el diagrama

esfuerzo-deformacin en dos partes, la parte a la izquierda del lmite elstico puede

definirse com o intervalo elstico y la de la derecha com o intervalo plstico. El rea bajo

la curva en el intervalo elstico es una medida de la energa por unidad de volumen que

pued e absorber el material sin sufrir deform acin perm anente. Este valor se conoc e

com o mdulo de recuperacin o resilencia. La energa por unidad de volum en que puede

absorber un material (el rea bajo la totalidad del diagrama esfuerzo-deformacin) hasta

el punto de fractu ra se cono ce como tenacidad. Est a es principalmente una propiedad del

intervalo plstico, ya que slo una pequea parte de la energa total absorbida es energa

elstica que puede recuperarse cuando se suprime el esfuerzo (7).

En el curso de los aos el comit ASTM ha estandarizado mtodos de modo que puedan

compararse los resultados obtenidos por diferentes laboratorios en los ensayos de tensin,

el cual se clasifica por E8 Ensayo d e tensin en materiales metlicos (1).


55/131

COMPRESIN.- Tericamente el ensayo de compresin es meramente lo

contrario al ensayo de tensin, con respecto a la direccin o el sentido del esfuerzo

aplicado. Las razones generales para la eleccin de uno u otro tipo de ensayo dependern

de los resultados esperados. Asimismo, los principios generales para el ensayo de tensin

son los mismos para el de compresin. Existen, sin embargo, varias limitaciones

especiales del ensayo d e com presin a las cuales se debe de dirigir la atencin.

1. - La dificultad de aplicar una carga verdaderam ente concntrica o axial.

2. - El carcter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la

carga tensil. Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a

que el efec to de las irregularidades de alineacin accidentales dentr o de la probe ta se

acenta a medida que la carga prosigue.

3. - La friccin entre los puentes de la maquina de ensayo o las placas de apoyo y la

superficie de los extremos de la prob eta debido a la expansin lateral de esta. Esto pue de

alterar considerablemente los resultados que se obtendran si tal condicin de ensayo no

estuviera presente.

4. - Las reas seccinales, relativamente mayores de la probeta para ensayo de

compresin para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce

en la necesidad de una mquina de ensayo de capacidad relativamente grande o probetas

tan pequeas y, por lo tanto, tan cortas que resulta difcil obtener de ellas mediciones de

deformacin de precisin adecuada.

Para el esfuerzo uniforme de las probetas de compresin, una seccin circular es

preferible a otras formas. La seleccin de la relacin entre la longitud y el dimetro de

una probeta de compresin parece ser mas o menos un compromiso entre varias

condiciones indeseables. A medida que la longitud de las probetas se aumenta, se

presenta una tendencia creciente a la flexin de la pieza (pandeo normalmente llamada

columna), con la consiguiente distribucin no uniforme de esfuerzo sobre una seccin

recta. Se sugiere una relacin entre altura y dimetro de 2 como un limite superior

prctico. A medida que la longitud de la probeta disminuye, el efecto de la restriccin

friccional en los extremos se torna sumamente importante, as mismo, para las longitudes


56/131

menores de aproximadamente 1.5 veces el dimetro, los planos diagonales a lo largo de

los cuales la falla se verificar en una probeta ms larga interceptan la base, con el

resultado de que la resistencia aparente se aumenta. Comnmente se emplea una relacin

entre longitud y dimetro de 2 menor, aunque la relacin entre altura y dimetro vare

para materiales diferentes. Pa ra acom odar un com presom etro con la precisin deseada,

con frecuencia es necesario usar una probeta relativamente larga.

El tamao real depende del tipo de material, del tipo de mediciones a realizar, y del

aparato de ensayo disponible. Para materiales homogneos para los cuales se requiere

solamente la resistencia ltima, pueden usarse probetas pequeas. El tamao de las

probetas de materiales heterogneos debe de ajustarse al tamao de las partculas

componentes o agregados.

Lo s extrem os a los cuales se aplica la carga deben de ser planos y perpen diculares

al eje de la probeta o, de hecho, convertidos as mediante el uso de cabeceo y dispositivos

de montaje. Los tramos de calibracin para mediciones de deformacin deben

preferiblemente ser ms cortos que el largo de la probeta o cuando menos el largo de la

probeta.

Las pro betas para ensayo de comp resin de materiales metlicos son

recomendados p or la AS TM E9. Las probetas cortas son para usarse con metales

antifriccin, las de longitud mediana para uso general y las de longitud larga para ensayos

que determinan el mdulo de elasticidad. Los extremos de las probetas de compresin

deben de ser planas para no causar concentraciones de esfuerzos y deben de ser

perpend iculares al eje de la pieza para n o cau sar flexin debido a la carga excntrica.

La s superficies de los extrem os de las probe tas metlicas pueden maquinarse

planas y en ngulo recto con el eje. Las placas sencillas de apoyo o remate deben de

llevar superficies maquinadas planas y paralelas. El material de la placa de apoyo deber

de ser fuerte y duro en relacin con el de la probeta.

Usualmente un extremo de la probeta debe de apoyarse en un bloque o dado

esfricamente asentado. El objetivo del bloque es contrarrestar el efecto de una pequea

falta de paralelismo entre el puente d e la maquina y la cara extrema de la probeta,

confiriendo a la probeta una distribucin inicial de la carga tan pareja como sea posible.


57/131

Es deseable que el bloque de apoyo esfricamente asentado, este en el extremo superior

de la probeta. Para que la resultante de las fuerzas aplicadas al extremo de la probeta no

quede excntrica con respecto a al eje de la prob eta, es imp ortante q ue el centro de la

superficie esfrica de este bloqu e perman ezca en la cara plana que se apoya en la

probeta, y que la probeta misma sea cuidadosamente centrada con respecto al centro de

esta superficie esfrica debido a la aumentada resistencia a la friccin a medida qu e la

carga crece, el cojinete esfricamente asentado no puede con fiarse en que se ajuste as

mism o a la accin flexionante que pueda ocurrir dura nte el ensayo. En algunas

condiciones de ensayo, el bloque de apoyo esfricamente asentado puede omitirse

mientras que en otras, dos de tales bloques pueden requerirse. El bloque debe de tener un

dimetro igual o mayor al de la probeta.

En los ensayos comerciales la nica propiedad ordinariamente determinada es la

resistencia a la com presin. Para aque llos materiales en los cuales no hay un fenm eno

singular que marque la resistencia ltima, se tom an lmites de deformac in arbitrarios

como criterios de resistencia.

En los ensayos para determinar la resistencia a la cedencia de los metales en

compresin, los criterios usuales pueden seguirse.

Las dimensiones deben determinarse con una precisin apropiada. Las precisiones

recomendadas para mediciones transversal seccinales en la labor ordinaria son las

siguientes: metales, hasta el 25.4^un (0.001 plg) mas cercano; en las probetas cilindricas

las mediciones deben de hacerse sobre, cuando menos, dos dimetros mutuamente

perpendiculares. Si se requieren pesos unitarios, las probetas deben de medirse

ordinariamente con una precisin de aproximadamente 0.5%.

Debe de tenerse mucho cuidado para lograr el centrado y la alineacin de la probeta

y la de los bloques de apoyo en la maquina de ensayo. Para una labor cuidadosa se debe

de realizar un esfuerzo para hacer coincidir los ejes de la probeta y de los bloques de

apoyo con un eje que pase por los centros del puente y de la placa de base de las

mquinas dentro de 254 fim (0.01 plg).. Mientras se est bajando el puente de la mquina

para establecer contacto con el bloque de apoyo esfrico, es deseable hacer girar

1020130057


58/131

lentamente a mano la parte superior del bloque en un plano horizontal para facilitar el

asentamiento del bloque.

Al realizar ensayos con metales, los extremos de las probetas y las caras de los

bloques de apoyo deben de limpiarse con acetona o cualquier otro solvente adecuado

inmediatamente antes del ensayo para quitar la grasa y el aceite que pudieran influir en la

restriccin friccional de las superficies extremas. Para la mquina de engranes de tornillo,

la velocidad de ensayo en compresin es todavia especificada en trminos de la velocidad

de march a del puen te movible (4).

En el curso de los aos el comit ASTM ha estandarizado mtodos de modo que puedan

compararse los resultados obtenidos por diferentes laboratorios en los ensayos de

com presin, el cual se clasifica po r E9 Ensay o de compresin de materiales metlicos a

temperatura ambiente (1).


59/131

PRUEBA DE IMPACTO.- Aunque la tenacidad de un material puede obtenerse

calculando el rea bajo del diagrama esfuerzo-deformacin, la prueba de impacto indicar

la tenacidad relativa. Por lo general, para las pruebas de impacto se utilizan muestras con

muesca. D os tipos de pro betas se utilizan en las prueb as de impacto: Ch arpy e Izod.

La probeta Charpy se coloca en un tornillo de banco de manera semejante a una

viga sencilla soportada en ambos extremos, en tanto que la muestra Izod se coloca en el

tornillo de banco de modo que un extremo quede libre y sea, por tanto, una viga

voladora. La mquina de impacto ordinaria tiene un pndulo oscilante de peso fijo, que

es elevado a una altura estndar, dependiendo del tipo de muestra que se pretende probar.

A una altura determinada, con referencia al tornillo de banco, el pndu

revenido temple

Documents