INSTITUTOPOLITÉCNICONACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVASINDUSTRIAS EXTRACTIVAS

SEMINARIO DE TITULACIÓNSEMINARIO DE TITULACIÓN

“EVALUACIÓN DESTRUCTIVA DE DAÑO POR FUEGO“EVALUACIÓN DESTRUCTIVA DE DAÑO POR FUEGO EN ACEROS ESTRUCTURALES”EN ACEROS ESTRUCTURALES”

ALUMNOS:ALUMNOS: GARCIA ESCALONA BERTINGARCIA ESCALONA BERTIN VALDEZ CHÁVEZ LEONARDO VALDEZ CHÁVEZ LEONARDO

POROFESOR:POROFESOR: SALVADOR MEZA. SALVADOR MEZA.

ASESOR: Dr. J. LUIS GONZALEZ V. ASESOR: Dr. J. LUIS GONZALEZ V.

MÉXICO, 2002MÉXICO, 2002

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Es importante la evaluación del daño por fuego para dictaminar que equipos salen y cuales son aptos para continuar en servicio.

La evaluación se hace por dureza y metalografía de campo el criterio de aceptación es la resistencia tensil.

Se requiere conocer la relación entre dureza, microestructura y resistencia tensil.

OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL

Establecer correlaciones confiables entre pruebas no destructivas y pruebas destructivas, para evaluar el daño por fuego en aceros estructurales.

OBJETIVOS ESPECIFICOSOBJETIVOS ESPECIFICOS

ANALIZAR LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA EN ACEROS CON DAÑO POR FUEGO REAL (RETIRADOS DE UNA PLANTA INCENDIADA)

REALIZAR PRUEBAS DE CALENTAMIENTO A DIFERENTES TIEMPOS Y TEMPERATURAS Y CARACTERIZAR LA MICROESTRUCTURA, DUREZA Y RESISTENCIA TENSIL RESULTANTE.

ESTABLESER UNA CORRELACION ENTRE DUREZA, MICROESTRUCTURA Y RESISTENCIA TENSIL CON BASE EN LOS RESULTADOS

EXISTEN DIFERENCIAS PEQUEÑAS, PERO SIGNIFICATIVAS ENTRE EL ENSAYO NO DESTRUCTIVO Y EL ENSAYO DESTRUCTIVO Y CON ESTE TRABAJO SE PRETENDE CONOCER Y ESTABLECER LAS CORRELACIONES ADECUADAS PARA LOS MISMOS.

JUSTIFICACIÓN PROFESIONALJUSTIFICACIÓN PROFESIONAL

La evaluación de propiedades mecánicas y microestructura en piezas metálicas dañadas por fuego, se hace por dureza y metalografía de campo y se requiere conocer que tan confiables son estas pruebas para conocer el estado real del metal.

TIPO DE ACEROS A UTILIZARTIPO DE ACEROS A UTILIZAR

Descripción: Aceros de especificación AISI y ASTM

10XX: Son aceros sin aleación con 0,XX % de Carbono (1010; 1020; 1045).A234: Aceros para tubería baja aleación y varios grados.A53: Tubería de acero con 0.25% C sin alear grado A o B.

EQUIPOEQUIPO

Durómetro Rockwell y durometro de campo Máquina universal de pruebas mecánicasCortadora de discoPulidorasMicroscopio metalograficoLab. de reveladoMufla

Durometro Rock Well Máquina universal

MATERIALESMATERIALES

Muestra de acero 10XX,A234, A53.Nital (Como reactivo)AguaLijas de carburo silicio de diferentes grados.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

PREPARAR MUESTRAS RETIRADAS DE SERVICIOSERVICIO

PREPARAR PREPARAR MUESTRAS MUESTRAS PARA PARA CALENTAR CALENTAR EN MUFLAEN MUFLA

CALEN-CALEN-TAMIEN-TAMIEN-TO EN TO EN MUFLAMUFLA

MICROESTRMICROESTRUCTURAUCTURA

DUREZADUREZA

TENSIONTENSION

ANALISIS DE ANALISIS DE RESULTADOSRESULTADOS

LA DUREZALA DUREZA

ES UNA PROPIEDAD FUNDAMENTAL DE LOS MATERIALES Y ESTA RELACIONADA CON LA RESISTENCIA MECÁNICA. LA DUREZA PUEDE DEFINIRSE COMO LA RESISTENCIA DE UN MATERIAL A LA PENETRACIÓN O FORMACIÓN DE HUELLAS LOCALIZADAS EN UNA SUPERFICIE. CUANTO MAS PEQUEÑA SEA LA HUELLA OBTENIDA EN CONDICIONES NORMALIZADAS, MAS DURO SERÁ EL MATERIAL ENSAYADO. EL PENETRADOR EN UN ENSAYO DE DUREZA ES GENERALMENTE UNA ESFERA, PIRÁMIDE O CONO HECHO DE UN MATERIAL MUCHO MAS DURO DEL QUE SE ENSAYA, COMO POR EJEMPLO ACERO ENDURECIDO, DIAMANTE O CARBURO DE TUNGSTENO SINTERIZADO.

EN LA MAYORÍA DE LAS PRUEBAS PATRÓN, LA CARGA SE APLICA AL OPRIMIR LENTAMENTE EL PENETRADOR, PERPENDICULARMENTE A LA SUPERFICIE ENSAYADA, POR UN PERIODO DETERMINADO. DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS SE PUEDE CALCULAR UN VALOR EMPÍRICO DE DUREZA, CONOCIENDO LA CARGA APLICADA Y EL ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL O LA PROFUNDIDAD DE LA IMPRESIÓN. EL ENSAYO DE DUREZA NUNCA SE DEBE REALIZAR CERCA DEL BORDE DE LA MUESTRA O CERCA DE OTRA PENETRACIÓN YA EXISTENTE. EN ESTE ULTIMO CASO, LA DISTANCIA MÍNIMA PARA EFECTUAR UNA PENETRACIÓN ES DE TRES VECES EL DIÁMETRO DE LA PENETRACIÓN ANTERIOR. OTRA CONDICIÓN, ES QUE EL ESPESOR DE LA PROBETA A ENSAYAR, SEA DE POR LO MENOS 10 ½ VECES ELDIAMETRO DE LA IMPRESIÓN, CON EL FIN DE EVITAR EL EFECTO YUNQUE.(BRINELL)

LAS PENETRACIONES MICROSCÓPICAS DE DUREZA SE HACEN EMPLEANDO CARGAS MUY PEQUEÑAS Y SE USAN PARA ESTUDIAS VARIACIONES LOCALIZADAS DE DUREZA EN MATERIALES MONOFASICOS Y MULTIFASICOS (ALEACIONES), ASÍ COMO PARA MEDIR LA DUREZA DE GRANOS METÁLICOS.

LA MAYORÍA DE LAS PRUEBAS DE DUREZA PRODUCEN DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN EL MATERIAL Y TODAS LAS VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA LA AFECTAN; POR EJEMPLO, YA QUE EL ESFUERZO DE CEDENCIA SE VE  AFECTADO CONSIDERABLEMENTE POR LA CANTIDAD DE TRABAJO EN FRÍO Y EL TRATAMIENTO TÉRMICO AL QUE SE HALLA SOMETIDO EL MATERIAL, LA DUREZA SE VERA AFECTADA POR LOS MISMOS FACTORES. EN AQUELLOS MATERIALES QUE MUESTRAN CARACTERÍSTICAS SIMILARES DE ENDURECIMIENTO POR TRABAJO, EXISTE UNA VALIDA CORRELACIÓN ENTRE LA DUREZA Y LA RESISTENCIA MÁXIMA A LA TENSIÓN. LA PRUEBA DE DUREZA PUEDE HACERSE MUY FÁCILMENTE Y LA INFORMACIÓN OBTENIDA SE

EVALÚA INMEDIATAMENTE. POR ESTAS RAZONES Y POR SU CARÁCTER NO DESTRUCTIVO, SE EMPLEA FRECUENTEMENTE PARA CONTROL DE CALIDAD EN PRODUCCIÓN.

ADEMÁS DE LA RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN, OTROS MÉTODOS DE MEDICIÓN DE LA DUREZA PUEDEN BASARSE EN EL RASPADO DE LA SUPERFICIE O EN LA MEDICIÓN DEL REBOTE ELÁSTICO DE UNA PELOTA DURA

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELLENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

  SE APLICA A MATERIALES MAS DUROS QUE LA ESCALA BRINELL. EN ESTE ENSAYO SE USAN PENETRADORES DE CARBURO DE TUNGSTENO COMO BOLAS DE 1/16 DE PULGADA, 1/8, ¼ Y ½ DE PULGADA, ESTE ULTIMO PARA MATERIALES MAS BLANDOS Y EN CONO DE DIAMANTE CUYO ÁNGULO EN LA BASE ES DE 120º.

ENSAYO ROCKEWELL B. DISEÑADO PARA MATERIALES DE DUREZA INTERMEDIA COMO ACEROS DE MEDIO Y BAJO CARBONO. SU INDENTADOR ES LA BOLA DE 1/16 DE PULGADA, CUYA CARGA ES DE 100 KILOGRAMOS. SU ESCALA VA DE 40 A 100 RB. 

ENSAYO ROCKEWELL C. SE EMPLEA EN MATERIALES MAS DUROS QUE 100 RB. EL FUNCIONAMIENTO DE ESTE ENSAYO ES COMO SIGUE: EL OBSERVADOR PRIMERO ACCIONA UNA PALANCA QUE PRESIONA EL CONO DE DIAMANTE A UNA PEQUEÑA DISTANCIA ESTABLECIDA DENTRO DE LA PROBETA. ESTO SE CONOCE COMO LA "PRECARGA"(10 KG|). EN SEGUIDA, SE DEJA ACTUAR LA CARGA RC NORMALIZADA DE 150 KILOGRAMOS, QUE PRESIONA AUN MAS EL DIAMANTE DENTRO DE LA PROBETA. LUEGO CON LA MISMA PALANCA SE QUITA LA CARGA. EN ESTE MOMENTO SE LEE LA DUREZA RC EN LA ESCALA Y LUEGO, SE DESCARGA LA PALANCA. EL PRINCIPIO DE ESTE ENSAYO, ESTA EN QUE A TRAVÉS DE UN SISTEMA DE PALANCAS SE REGISTRA EN LA ESCALA LA PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN ENTRE LA PRECARGA Y LA CARGA DE 150 KILOGRAMOS Y SE LEE DIRECTAMENTE EN RC.

Ensayo BRINELL.Ensayo BRINELL.

IndentadorIndentador: Esfera de 10mm de acero o : Esfera de 10mm de acero o carburo de tungsteno.carburo de tungsteno.

CargaCarga = P = P

FórmulaFórmula: : HBNHBN = =

PROBETASPROBETAS

LAS PROBETAS UTILIZADAS TIENEN FORMAS Y DIMENSIONES ESTANDARIZADAS POR L A ASTM, DIN, ICONTEC, SEGÚN EL MATERIAL A ENSAYAR.

EN EL ENSAYO DE TRACCIÓN UN ESPÉCIMEN (PROBETA) SE SOMETE A UNA FUERZA DE TRACCIÓN UNIAXIAL LA CUAL SE INCREMENTA CONTINUAMENTE, MIENTRAS SE REALIZA OBSERVACIÓN SIMULTANEA DE LA ELONGACIÓN DE LA PROBETA. LA PROBETA DEL ENSAYO SE ENCUENTRA NORMALIZADA (ASTM E-8)

D = 0.500 PULG ± 0.010 PULG G = 2.000 PULG ± 0.005 PULG A = 2.250 PULG MÍNIMO (2 ¼ PULG) F @ 1 PULG R = 0.375 PULG (3/8 PULG) H = 0.8125 PULG (13/16 PULG) AREA EN D = 0.19635 PULG² O PUNTOS DE ELONGACIÓN G: LONGITUD INICIAL

PROBETA CILÍNDRICA

A: SECCIÓN REDUCIDAB: TRAMO DE CALIBRACIÓN   CO: LONGITUD INICIAL (50 MM @ 2 PULG)   R: RADIO DEL FILETE O BISEL (9.52 MM)   DO: DIÁMETRO INICIAL 

PROBETA RECTANGULAR

AO: ANCHO DE LA PROBETA  

BO: ESPESOR DE LA PROBETA

CURVA MATERIAL DUCTIL  

CURVA DE MATERIAL SEMIDUCTIL

MEDIDA PARA LA DUCTILIDAD MEDIDA PARA LA DUCTILIDAD

 

EL CONCEPTO DE DUCTILIDAD ES CUALITATIVO, PUES ES UNA PROPIEDAD SUBJETIVA DEL MATERIAL. EN GENERAL, LAS MEDIDAS DE DUCTILIDAD SON DE INTERÉS EN TRES FORMAS:

PARA INDICAR HASTA CUANTO MATERIAL PUEDE SER FRACTURADO SIN DEFORMARSE EN OPERACIONES DE PROCESOS DE CONFORMACIÓN, TALES COMO LAMINACIÓN O EXTRUSIÓN.

PARA INDICAR AL DISEÑADOR, DE MODO GENERAL, LA HABILIDAD DEL METAL PARA FLUIR PLÁSTICAMENTE ANTES DE FRACTURA.

SIRVE COMO UN INDICADOR DE CAMBIO EN LOS NIVELES DE IMPUREZA O CONDICIONES DEL PROCESO.

LAS MEDIDAS CONVENCIONALES DE DUCTILIDAD QUE SON OBTENIDAS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN SON LA DEFORMACIÓN INGENIERIL EN LA FRACTURA EF Y LA REDUCCIÓN DE ÁREA EN LA FRACTURA Q. AMBAS PROPIEDADES PROPIEDADES SE OBTIENEN DESPUÉS DE FRACTURAR EL MATERIAL, JUNTANDO NUEVAMENTE LA PROBETA Y REALIZANDO LAS MEDICIONES DE LF Y AF.

EF = (LF - LO)/LO                     Q = (AF - AO)/AO                       EF = DEFORMACIÓN EN LA FRACTURA

AMBOS VALORES SE PUEDEN EXPRESAR EN PORCENTAJE.

VALORES TIPICOS DEL MODULO DE ELASTICIDAD

MODULO DE ELASTICIDAD PSI × 10-6

MATERIAL TEMP.

AMBIENTE 400 OF 800 OF 1000 OF 1200 OF

ACEROS AL CARBONO

30.0 27.0 22.5 19.5 18.0

PROPIEDADES ELASTICAS DE MATERIALES REPRESENTATIVOS A TEMPERATURA ORDINARIA

MATERIAL

MODULO YOUNG  

E, 1010  N/M2

RELACION DE POISSON  

V

RIGIDEZ ESPECIFICA E/P 

106   N.M/KG.

ACERO 20 0.28 25

 PARA CONVERTIR N/M2 EN KGF/CM2, MULTIPLIQUE POR 1020 × 10-5 Y EN LB/PULG2, POR 1450 × 10-4

VALORES DE SM K Y N PARA METALES Y ALEACIONES REPRESENTATIVOS

MATERIAL

ESFUERZO DE FLUJO 

SM 107  N/M2

COEFICIENTE DE

RESISTENCIA 

K, 105  N/M2

EXPONENTE N DE ENDURECIMIENTO

POR DEFORMACION

ACERO DE BAJO CARBONO, RECOCIDO

21 50 0.28

ACERO CON 0.6 P/ODE CARBONO, TEMPLADO Y REVENIDO

52 127 0.15

ACERO DE ALEACIÓN (4135), LAMINADO EN FRÍO

65 110 0.14

OBJETIVOS DE LA METALOGRAFÍAOBJETIVOS DE LA METALOGRAFÍA

 

IDENTIFICAR LOS PASOS QUE SE DEBEN SEGUIR PARA REALIZAR UN ANÁLISIS METALOGRÁFICO.

IDENTIFICAR MEDIANTE UNA OBSERVACIÓN MICROSCÓPICA LA MICROESTRUCTURA DE ALEACIONES RECONOCIENDO ASÍ LAS FASES PRESENTES Y LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS QUE HASTA EL MOMENTO HABÍA SUFRIDO LA MUESTRA.

RELACIONAR LAS CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE UN METAL O ALEACIÓN CON SUS PROPIEDADES FÍSICAS O MECÁNICAS.

CONOCER EL FUNCIONAMIENTO GENERAL DE UN MICROSCOPIO METALOGRÁFICO, CON EL FIN DE UTILIZARLO EN EL ANÁLISIS DE MUESTRAS.

DETERMINAR LOS FACTORES DE LOS CUALES DEPENDE EL TAMAÑO DE GRANO DE UN MATERIAL Y CONOCER SU INFLUENCIA SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE ESTE.

METALOGRAFÍAMETALOGRAFÍA

UN ENSAYO DE METALOGRAFÍA SE REALIZA CON EL FIN DE OBTENER TODA LA INFORMACIÓN QUE ES POSIBLE ENCONTRAR EN LA ESTRUCTURA DE LOS DIFERENTES MATERIALES. ESTE ENSAYO SE REALIZA CON LA AYUDA DE UN MICROSCOPIO EN DONDE SE OBSERVA LA ESTRUCTURA DE CIERTAS MUESTRAS, QUE NOS PERMITIRÁN CONCLUIR QUE TIPO DE ALEACIÓN SE TIENE, CONTENIDO DE CARBONO ( UNA APROXIMACION ) Y TAMAÑO DE GRANO. UNA VEZ SE LOGRA ESTO LA MUESTRA SE PODRÁ RELACIONAR CON LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS QUE SE DESEAN.

UNO DE LOS OBJETIVOS MAS IMPORTANTES DE ESTE TIPO DE PRUEBA, ES LA REALIZACIÓN DE UNA RESEÑA HISTÓRICA DEL MATERIAL BUSCANDO MICROESTRUCTURA, INCLUSIONES, TRATAMIENTOS TÉRMICOS A LOS QUE HAYA SIDO SOMETIDO, MICRORECHUPES, CON EL FIN DE DETERMINAR SI DICHO MATERIAL CUMPLE CON LOS REQUISITOS PARA LOS CUALES HA SIDODISEÑADO; ADEMÁS HALLAREMOS LA PRESENCIA DE MATERIAL FUNDIDO, FORJADO Y LAMINADO. SE CONOCERÁ LA DISTRIBUCIÓN DE  FASES QUE COMPONEN LA ALEACIÓN Y LAS INCLUSIONES NO METÁLICAS, ASÍ COMO LA PRESENCIA DE SEGREGACIONES Y OTRAS  HETEROGENIDADES QUE TAN PROFUNDAMENTE PUEDAN MODIFICAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y EL COMPORTAMIENTO GENERAL DEL METAL.

PARA ESTE ENSAYO SE REQUIERE UNA GRAN TECNOLOGÍA Y EXPERIENCIA POR QUE EL PROCESO DE ANÁLISIS METALOGRAFICO ES DE GRAN CUIDADO Y PRECISIÓN.

EL ANÁLISIS DE LAS MICROFOTOGRAFÍAS ES COMPLEJO AUNQUE SE REALICE A SIMPLE VISTA YA QUE SE DEBE TENER UN CONOCIMIENTO AMPLIO DE LA GRAN CANTIDAD DE CASOS QUE SE PUEDEN PRESENTAR.

PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTO

 

SE TOMAN VARIOS PEDAZOS DE DIFERENTES ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS TALES COMO: ACERO DE CONSTRUCCIÓN, FUNDICIÓN GRIS, NODULAR Y BLANCA, LATÓN ROJO, LATÓN AMARILLO, ALEACIÓN DE ALUMINIO, ACERO INOXIDABLE 304, ACEROS DE HERRAMIENTAS, ETC; LAS CUALES SE PROCEDE A REALIZARLES EL MONTAJE CORRESPONDIENTE EN UNA DE LAS

RESINAS COMERCIALES; ÉSTE MONTAJE SE HACE EN UNA PRENSA ESPECIAL PARA ESTO; LUEGO SE REALIZAN LOS DIFERENTES PULIDOS HASTA OBTENER UNA MUESTRA COMO UN ESPEJO. DESPUÉS DE ESTO SE ATACA LA PROBETA CON UN REACTIVO QUIMICO CON EL FIN DE QUE HALLA UN CONTRASTE PARA PODER OBSERVAR LA MICROESTRUCTURA EN EL  MICROSCOPIO, A UN NUMERO DE AUMENTOS DETERMINADO.

ESTE EXAMEN METALOGRÁFICO SE REALIZA A CUALQUIER ALEACIÓN PARA DETERMINAR MICROESTRUCTURAS Y A LOS MATERIALES QUE HALLAN TENIDO DURANTE SU VIDA DE SERVICIO ALGÚN TIPO DE FALLA O FRACTURA PARA PODER CATALOGAR PORQUE OCURRIÓ ESTO EN DICHO MATERIAL.

PASOS PARA UN ANALISIS METALOGRAFICOPASOS PARA UN ANALISIS METALOGRAFICO

 

   MUESTREO:MUESTREO: SE DEBE SELECCIONAR UNA MUESTRA LO MAS REPRESENTATIVA POSIBLE, ES DECIR, SI ES UNA FALLA LO QUE SE PRETENDE ANALIZAR SE DEBE TOMAR EL ÁREA MAS CERCANA A ELLA Y OTRA ÁREA SANA PARA COMPARAR. LA MUESTRA SE TOMA HACIENDO CORTES CON SIERRAS MANUALES SI EL MATERIAL ES SUAVE O CON UN DISCO CORTADOR ABRASIVO SI EL MATERIAL ES MUY DURO, SE DEBE LUBRICAR CONTINUAMENTE PARA FACILITAR EL CORTE Y EVITAR EL RECALENTAMIENTO DE LA MUESTRA.

LA MUESTRA NO DEBE SER MUY GRANDE POR QUE SE DIFICULTA EL PROCESO DE PULIDO Y SE RECOMIENDA HACER UN CORTE EN CADA DIRECCIÓN (TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL) ESPECIALMENTE PARA MUESTRAS DE ACERO Y ALEACIONES DE COBRE Y ALUMINIO, PARA PODER DETERMINAR POR MEDIO DEL GRADO DE ORIENTACIÓN DE LOS GRANOS, SI EL MATERIAL HA SUFRIDO ALGÚN TRATAMIENTO O SI ESTA EN ESTADO BRUTO.

ESMERILADO BRUSCO O TOSCOESMERILADO BRUSCO O TOSCO: LA MUESTRA DEBE SER DE UN TAMAÑO FÁCIL DE MANIPULAR, MIENTRAS SEA POSIBLE. UNA MUESTRA BLANDA SE PUEDE APLANAR SI SE MUEVE LENTAMENTE HACIA ARRIBA Y ABAJO A TRAVÉS DE UNA SUPERFICIE DE UNALIMA PLANA POCO ÁSPERA. LA MUESTRA DURA O BLANDA PUEDE ESMERILARSE BURDAMENTE SOBRE UNA LIJA DE BANDA (ROTATORIA), MANTENIENDO LA MUESTRA FRÍA SUMERGIÉNDOLA FRECUENTEMENTE EN AGUA O ACEITE (SI EL MATERIAL ES MUY PROPENSO A OXIDARSE) DURANTE LA OPERACIÓN DE ESMERILADO. EN TODAS LAS OPERACIONES DE ESMERILADO Y PULIDO, LA MUESTRA DEBE MOVERSE EN SENTIDO PERPENDICULAR A LAS RALLADURAS EXISTENTES. ESTO FACILITARÁ DARSE CUENTA DEL MOMENTO EN QUE LAS RALLADURAS MAS PROFUNDAS,

CARACTERÍSTICAS DEL ABRASIVO MAS FINO. EL ESMERILADO CONTINUA HASTA QUE LA SUPERFICIE QUEDE PLANA Y LIBRE DE MELLAS, IMPERFECCIONES Y TODAS LAS RALLADURAS DEBIDAS AL CORTE MANUAL O AL DISCO CORTADOR NO SON VISIBLES.

MONTAJE:MONTAJE: PARA QUE EL MANEJO DE LA MUESTRA SEA MAS SENCILLO Y SEGURO Y ADEMÁS QUE AL PULIR NO SE PIERDA NADA DE  LAS FRONTERAS DE LA PIEZA, SE ACOSTUMBRA MONTARLAS EN RESINAS EPÓXICAS ACRÍLICAS O BAQUELITA, QUE SON MATERIALES DE ALTA DUREZA Y MUY BUENA RESISTENCIA MECÁNICA Y A LA CORROSIÓN. ESTE MONTAJE SE PUEDE HACER EN FRÍO O EN CALIENTE. 

ESTOS MATERIALES PLÁSTICOS SE ACOPLAN A LA MUESTRA EN UNA PRENSA DE MONTAR ESPECIAL, LA MUESTRA Y LA CANTIDAD CORRECTA DE POLVO DE LA RESINA O BAQUELITA O LA PREFORMA DE BAQUELITA SE PONEN EN EL CILINDRO DE LA PRENSA DE MONTAR, LA TEMPERATURA SE AUMENTA GRADUALMENTE HASTA 150 ºC Y SE APLICA UNA PRESIÓN DE MOLDEO (APROXIMADAMENTE 4000 LB/PULG²) SIMULTÁNEAMENTE. CUANDO LA MUESTRA ESTA TOTALMENTE ADHERIDA Y LA RESINA CURADA SE EXTRAE MIENTRAS ESTE CALIENTE.

LA LUCITA ES LA RESINA TERMOPLÁSTICA MAS COMÚN; ES COMPLETAMENTE TRANSPARENTE CUANDO SE MOLDEA EN FORMA ADECUADA. ESTA TRANSPARENCIA RESULTA ÚTIL CUANDO ES NECESARIO OBSERVAR LA SECCIÓN EXACTA QUE SE PULE O CUANDOCUANDO POR CUALQUIER RAZÓN SE DESEA VER POR COMPLETO LA MUESTRA EN LA BASE. AL CONTRARIO SE LOS PLÁSTICOS

TERMOFIJADOS, LAS RESINAS TERMOPLÁSTICAS NO SUFREN CURA A LA TEMPERATURA DE MOLDEO SINO QUE ADQUIEREN ESTABILIDAD AL ENFRIARSE. LA MUESTRA Y LA CANTIDAD DE POLVO SE LUCITA ADECUADAS SE PONEN EN LA PRENSA PARA MONTAR Y SE SOMETEN A LA MISMA TEMPERATURA Y PRESIÓN QUE PARA LA BAQUELITA. 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 75 ºC EN UNOS 7 MINUTOS AL TIEMPO QUE SE MANTIENE LA PRESIÓN DE MOLDEO. SI SE SACA LA BASE TODAVÍA CALIENTE O SI SE DEJA ENFRIAR LENTAMENTE EN EL CILINDRO DE MOLDEO SIN SACARLA SE APOCARÁ.

LAS MUESTRAS PEQUEÑAS PUEDEN MONTARSE EN FORMA CONVENIENTE PARA PREPARARLAS METALOGRÁFICAMENTE EN UN DISPOSITIVO DE SUJECIÓN HECHO EN EL LABORATORIO.

PULIDO INTERMEDIO:PULIDO INTERMEDIO: DESPUÉS DE MONTADA LA MUESTRA SE PULE SOBRE UNA SERIE DE HOJAS DE LIJA CON ABRASIVOS MAS FINOS SUCESIVAMENTE.

POR LO GENERAL LAS OPERACIONES DE PULIDO INTERMEDIO CON LIJAS DE ESMERIL SE HACEN EN SECO, SIN EMBARGO, EN CASOS, COMO EL DE PREPARACIÓN DE MATERIALES SUAVES, SE PUEDE USAR UN ABRASIVO DE CARBURO DE SILICIO, EL CUAL TIENE MAYOR VELOCIDAD DE REMOCIÓN Y SE PUEDE USAR CON UN LUBRICANTE, EL CUAL IMPIDE EL SOBRECALENTAMIENTO DE LA MUESTRA, MINIMIZA EL DAÑO CUANDO LOS METALES SON BLANDOS Y TAMBIÉN PROPORCIONA UNA ACCIÓN DE ENJUAGUE PARA LIMPIAR LOS PRODUCTOS REMOVIDOS DE LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA PARA QUE EL PAPEL NO SE ENSUCIE.

LOS HIERROS GRISES, NODULARES Y MALEABLES  NO DEBEN SER SOMETIDOS AL PULIDO INTERMEDIO, SINO PASAR DIRECTAMENTE AL PULIDO PARA EVITAR QUE SE ARRANQUE EL GRAFITO.

PULIDO FINO:PULIDO FINO: LA ULTIMA APROXIMACIÓN A UNA SUPERFICIE PLANA LIBRE DE RALLADURAS SE OBTIENE MEDIANTE UNA RUEDA GIRATORIA HÚMEDA CUBIERTA CON UN PAÑO CARGADO CON PARTÍCULAS ABRASIVAS SELECCIONADAS EN SU TAMAÑO. EXISTEN MUCHOS ABRASIVOS, SE PREFIERE LA GAMMA DEL OXIDO DE ALUMINIO PARA PULIR METALES FERROSOS, LOS BASADOS EN COBRE U OXIDO DE CERIO PARA PULIR ALUMINIO, MAGNESIO Y SUS ALEACIONES. OTROS ABRASIVOS SON LA PASTA DE DIAMANTE, OXIDO DE CROMO Y OXIDO DE MAGNESIO.

LA SELECCIÓN DEL PAÑO PARA PULIR DEPENDE DEL MATERIAL QUE SE VA A PULIR Y EL PROPÓSITO DEL ESTUDIO METALOGRAFICO.

PULIDO ELECTROLITICOPULIDO ELECTROLITICO: ES UNA ALTERNATIVA DE MEJORA  AL PULIDO TOTAL PUDIENDO REEMPLAZAR AL FINO PERO MUY

DIFICILMENTE AL PULIDO INTERMEDIO. SE REALIZA COLOCANDO LA MUESTRA SOBRE EL ORIFICIO DE LA SUPERFICIE DE UN TANQUE QUE CONTIENE LA SOLUCIÓN ELECTROLITICA PREVIAMENTE SELECCIONADA, HACIENDO LAS VECES DE ÁNODO. COMO CÁTODO SE EMPLEA UN MATERIAL INERTE COMO PLATINO, ALEACIÓN DE NÍQUEL, CROMO, ETC. DENTRO DEL TANQUE HAY UNA ASPAS QUE CONTIENEN EN CONSTANTE AGITACIÓN AL LIQUIDO PARA QUE CIRCULE PERMANENTEMENTE POR LA SUPERFICIE ATACÁNDOLA Y PULIÉNDOLA A LA VEZ.       DEBEN CONTROLARSE EL TIEMPO, EL AMPERAJE, EL VOLTAJE Y LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL ELECTROLITO PARA OBTENER UN PULIDO SATISFACTORIO. MUCHAS VECES DESPUÉS DE TERMINADO ESTE PULIDO LA MUESTRA QUEDA CON EL ATAQUE QUÍMICO DESEADO PARA LA OBSERVACIÓN EN EL MICROSCOPIO.

ATAQUE:ATAQUE: MEDIANTE ESTE SE HACEN VISIBLES LAS CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DEL METAL O ALEACIÓN. MEDIANTE UN REACTIVO EN LA SUPERFICIE PULIDA SE DIFERENCIAN CLARAMENTE LAS PARTES DE LA MICROESTRUCTURA.

ATAQUEATAQUE

Una superficie pulida revela ya una serie de hechos interesantes, como pueden ser grietas, inclusiones, fases (si su forma y color las hacen diferenciables), poros, etc. Pero, normalmente, la probeta hay que atacarla para "revelar" la microestructura (fases, límites de grano, impurezas, zonas deformadas, etc).

El ataque puede realizarse mediante diferentes formas, a saber: óptico, químico, electroquímico y físico.

· Ataque óptico: campo claro, campo oscuro, luz polarizada, contraste de fase y contraste por interferencia (Nomarski).

· Ataque químico: para la gran mayoría de los materiales metálicos éste el método más empleado. Puede realizarse por frotamiento ( empleando un algodón impregnado en el reactivo que se pasa sucesivamente por la superficie pulida ) o mediante inmersión de la muestra en el reactivo. Inmediatamente después del ataque la probeta debe ser lavada con agua y secada con un chorro de alcohol y aire caliente.

· Ataque electrolítico: está basado en los procesos redox.

· Ataque físico: con esta denominación se recogen los realizados por bombardeo iónico (argón), ataque térmico y la deposición de capas de interferencia.

EN LAS ALEACIONES COMPUESTAS DE DOS O MAS FASES, LAS COMPONENTES SE REVELAN CUANDO EL REACTIVO ATACA A UNO O MAS DE ESTOS CONSTITUYENTES DEBIDO A LA DIFERENCIA EN COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS FASES. EN LAS ALEACIONES UNIFORMES SE OBTIENE CONTRASTE Y LAS FRONTERAS DE GRANO SE HACEN VISIBLES DEBIDO A LAS DIFERENCIAS EN LA RAPIDEZ A QUE LOS GRANOS SON ATACADOS POR EL REACTIVO. LA DIFERENCIA EN LA RAPIDEZ DE ATAQUE DEPENDE DEL ÁNGULO ENTRE LAS SECCIONES DE GRANO CON EL PLANO DE LA SUPERFICIE PULIDA. LAS FRONTERAS DE GRANO APARECERÁN COMO VALLES EN LA SUPERFICIE PULIDA. AL CHOCAR CON LA ORILLA DE ESTOS VALLES, LA LUZ DEL MICROSCOPIO SE REFLEJA FUERA DEL MICROSCOPIO, HACIENDO QUE LAS FRONTERAS DE GRANO APAREZCAN COMO LÍNEAS OSCURAS.

REQUISITOS PARA EL INFORMEREQUISITOS PARA EL INFORME

 

- PARA LAS MUESTRAS ANALIZADAS, DECIR CUALES SON LAS FASES, COMPOSICIÓN QUÍMICA, TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y APLICACIONES INDUSTRIALES.

- DECIR ALGUNOS REACTIVOS DE ATAQUE PARA LAS MUESTRAS ANALIZADAS.

- CUALES SON LOS PRINCIPALES MÉTODOS PARA MEDIR TAMAÑO DE GRANO. EXPLÍQUELOS.

- COMO INFLUYE EL TAMAÑO DEL GRANO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y QUÍMICAS.

- QUE ES CEMENTACIÓN Y A QUE TIPOS DE ACEROS SE LES REALIZA. EXPLIQUE LOS TIPOS.

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO-CARBONODIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO-CARBONO

Existen dos formas de identificar los aceros: la primera es a través de su composición química, por ejemplo utilizando la norma AISI:

Nº AISI: Descripción Ejemplo

10XX Son aceros sin aleación con 0,XX % de C (1010; 1020; 1045)

41XX Son aceros aleados con Mn, Si, Mo y Cr (4140)

51XX Son aceros aleados con Mn, Si y C (5160)

La Tabla 1 relaciona la nomenclatura AISI-SAE con los valores de resistencia, ductilidad y dureza, conceptos que se explicarán más adelante. Sirve para relacionar la composición química y las propiedades mecánicas de los aceros. . En las Tablas 2 y 3 se entrega información detallada de la composición química de diversas aleaciones listadas en base su número AISI-SAE.

Nº SAE oAISI

Resistenciaa la tracción

Rm

Límite defluencia

ReAlargamiento

en 50 mmDurezaBrinell

Kgf / mm2 Mpa Kgf/mm2 Mpa %

1010 40,0 392,3 30,2 292,2 39 109

1015 42,9 420,7 32,0 313,8 39 126

1020 45,8 449,1 33,8 331,5 36 143

Tabla 1Propiedades Mecánicas. Barras de acero en caliente.

Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial.

Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple:

F = K (L - L0)

F: fuerzaK: cte del resorteL: longitud bajo cargaL0: longitud inicial

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia, desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. Deja de ser válida nuestra fórmula F = K (L - L0) y se define que ha comenzado la zona

plástica del ensayo de tracción. El valor límite entre la zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia (yield point) y la fuerza que lo produjo la designamos como:

F = Fyp (yield point)

Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar a un máximo en F = Fmáx. Entre F = Fyp y F = Fmáx la probeta se alarga en forma permanente y repartida, a lo largo de toda su longitud. En F = Fmáx la probeta muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se forma un cuello.

La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura.

La figura 9 muestra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.

Figura 9

Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la probeta, se dividen las cargas por la sección transversal inicial Ao , obteniéndose:

resistencia a la fluencia:

yp =

Fyp

A0

resistencia a la tracción:

ult =

Fmáx

A0

Obs:

yp=Re

ult = Rm (en alguna literatura)

Unidades : Kg/mm2 o Mpa o Kpsi

Considerando una probeta cilíndrica

Ao = ( )

La figura 10 ilustra una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias.

Figura 10

Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamineto final Lf (Figura 11) y el diámetro final Df , que nos dará el área final Af .

Figura 11

Estos parámetros se expresan como porcentaje de reducción de área %RA y porcentaje de alargamiento entre marcas % L:

% RA= x 100 % L = x 100.

Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material, que es la capacidad para fluir, es decir, la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La fragilidad se define como la negación de la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil. La Figura 12  permite visualizar estos dos conceptos gráficamente.

CURVA FUERZA-DEFORMACIÓN DE UN ACEROCURVA FUERZA-DEFORMACIÓN DE UN ACERO (ENSAYO DE TRACCIÓN)(ENSAYO DE TRACCIÓN)

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

http://materiales.eia.edu.co/laboratorios/Dureza/ensayos_ de_dureza.htm

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials6-2.htm

http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/inf-metl.html

Introducción a la metalurgia física Sydney H. Avner

Tratamientos térmicos de los aceros

José Apraiz Barreiro