I.-INTRODUCCIN

El presente informe tiene como objeto el estudio de las caractersticas de ocho muestras de latn de cartuchera, con diferentes grados de trabajo en fro, as como tambin de recristalizacin y recuperacin. El trabajo en fro permite obtener una deformacin plstica de los materiales por debajo de la temperatura de recristalizacin, que corresponde aproximadamente a un cuarenta por ciento de la temperatura de fusin. En distintos procesos de manufactura se emplea el trabajo en fro, tales como el laminado. Se estudiar de manera concisa, en un marco terico los conceptos fundamentales para el desarrollo del informe, tales como el trabajo en fro, la temperatura de recristalizacin, as como tambin el material estudiado en la prctica y sus caractersticas fundamentales. Se describir brevemente el procedimiento y la metodologa empleada para el desarrollo de la prctica. A partir de la comparacin de las fotografas anexas con la base de datos del metal handbook, as como tambin los ensayos de dureza elaborados a cada una de las muestras de latn de cartuchera empleadas, se podr establecer el grado de trabajo en fro o recristalizacin que presenten cada una. Para finalizar, se elaborar una serie de conclusiones, as como tambin la bibliografa consultada.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

Identificar las etapas de trabajo en fro y recuperacin en muestras de latn de cartuchera 7030. Emplear los resultados obtenidos de los ensayos de dureza y de las fotomicrografas digitales de cada muestra y compararlos con la base de datos del Metal Handbook de la ASM. Conocer el procedimiento adecuado para ejecutar trabajo en fro, empleando el proceso de laminado.

II.-MARCO TERICO

1.-TRABAJO EN FRO Deformacin plstica de los materiales por debajo de la temperatura de recristalizacin, que por lo general se ejecuta a temperatura ambiente. Es empleado en diversos procesos de ingeniera tales como el laminado. Sus objetivos fundamentales son: modificar las caractersticas mecnicas del material, como por ejemplo su resistencia, as como tambin darle una forma determinada. Los granos del material se orientarn en la direccin en la cual fueron trabajados. Entre sus ventajas se encuentran las siguientes: no requiere de calor, se obtiene un mejor control dimensional y acabado superficial, con ninguno o poco maquinado secundario requerido, as como tambin una mejor reproducibilidad e intercambiabilidad. Es importante destacar tambin que la resistencia a la fatiga, a la erosin y al desgaste, mejora con el endurecimiento por deformacin, as como tambin permite mantener propiedades de conductividad elctrica, a diferencia de otros mtodos de endurecimiento, tales como el endurecimiento por deformacin slida. Las desventajas de ste mtodo corresponden a que se requiere de una mayor cantidad de energa para iniciar y completar la deformacin, por lo tanto es necesario un equipo potente. Tambin el rango de ductilidad se empobrece (a mayor cantidad de trabajo en fro, menor ductilidad del elemento sometido a este trabajo). Es necesario que la superficie del metal est limpia y libre de xidos, y se debe considerar que las propiedades direccionales impartidas pueden ser perjudiciales para la pieza, ya que se pueden producir esfuerzos residuales indeseables. Entre los diversos mtodos para la aplicacin de trabajo en fro se encuentran la forja, el laminado, el trefilado y la extrusin. El mtodo empleado para la aplicacin de trabajo en fro a las muestras de la prctica fue el laminado. El laminado en pocas palabras consiste en hacer pasar la muestra a travs de un par de rodillos con una separacin determinada, donde inicialmente los granos de la muestra se encuentran equiaxiales y sin deformacin aparente Estos rodillos causarn una deformacin de la muestra, tanto macroscpicamente como microscpicamente, consiguiendo que los granos equiaxiales se deformen, se alarguen y se aplanen, en el sentido de la deformacin. De esta manera, se consigue un endurecimiento de la pieza, sin cambiar la composicin qumica de sta, sino la configuracin de su estructura cristalina; sin embargo, a medida que se aplica mayor cantidad de procesos de laminado, la ductilidad decrece rpidamente, de manera exponencial. Una manera de controlar que no se sobrepasen los lmites de ductilidad del material, consiste en el recocido.

2.-RECOCIDO Mediante el recocido, se logra una eliminacin total o parcial de las microestructura deformada del material, por lo tanto se disminuye la resistencia mecnica. El recocido se descompone en tres etapas: Recuperacin: tratamiento trmico de recocido a baja temperatura, diseado para eliminar esfuerzos residuales introducidos durante la deformacin, sin reducir la resistencia del material trabajado en fro.

Recristalizacin: tratamiento trmico de recocido a temperatura media, diseado para eliminar los efectos del endurecimiento por deformacin, producidos durante el trabajo en fro. Este trabajo debe de ejecutarse por encima de la temperatura de recristalizacin del material trabajado. Crecimiento de grano: Movimiento de los lmites de grano por difusin de manera de reducir la cantidad de rea de bordes de grano.

III.- DESARROLLO

1.- MATERIALES Y EQUIPOS EMPLEADOS - Ocho muestras sometidas a trabajo en fro o recuperacin, preparadas para metalografa, de latn de cartuchera 70% de cobre-30% de zinc. -Microscopio metalogrfico, con adaptador para tomar fotografas digitales. -Vernier. -Mquina de ensayo de dureza Rockwell.

2.- PROCEDIMIENTO Se trabaj con muestras ya preparadas de distintos grados de trabajo en fro o recuperacin, debido al estado defectuoso de las mquinas necesarias para aplicar el laminado, a las muestras de latn de cartuchera. El profesor proporcion la informacin de cmo se obtuvieron dichas muestras, mediante el proceso de laminado. A partir de una muestra de material de dimensiones especficas (rectangular), suministrada por los estudiantes (latn de cartuchera con su correspondiente certificado), se llev a una mquina encargada de aplicarle el trabajo en fro y la correspondiente deformacin. A cada una de las muestras se pas a travs de los rodillos de la mquina, para conseguir la deformacin necesaria y el endurecimiento. Sin embargo, no todas las muestras fueron sometidas al mismo proceso de trabajo en fro, ya que existen algunas que fueron sometidas a un proceso de recuperacin, es decir, aun as puedan estar muy deformadas, la dureza puede que sea menor a la de una pieza de mayor espesor. El proceso de recuperacin se logra introduciendo la muestra en un horno calibrado a una temperatura especfica, muy cercana, o en algunos casos la misma que la de recristalizacin He aqu uno de los objetivos de la prctica, ser capaz de distinguir mediante un anlisis metalogrfico los distintos grados de trabajo en fro o de recuperacin que presenten las ocho muestras. Mediante el proceso de preparacin metalogrfica (desbastado, pulido y ataque qumico) se obtuvo la superficie ideal para el anlisis metalogrfico de las muestras sometidas a diversos grados de proceso de laminado, o recuperado, de latn de cartuchera. La superficie atacada y preparada corresponde a la cara lateral de las muestras, observadas en el microscopio metalogrfico, mediante el cual con una magnificacin de 100X, y con la ayuda de un instrumento para tomar fotos digitales, se obtuvieron las fotomicrografas correspondientes. Tambin se les ejecut a las muestras ensayos de dureza Rockwell, obteniendo su dureza en esta escala mediante el promedio los tres ensayos ejecutados. Para finalizar, se compar las fotomicrografas con las del metal handbook, para determinar el grado de trabajo en fro, o de recuperacin, dependiendo de la muestra.

3.- DATOS OBTENIDOS. MUESTRA FOTOMICROGRAFA (100X) DUREZA ROCKWELL ESPESOR (mm)

1

HRB72 HRB73 HRB70 PROMEDIO: HRB72

5.4

2

HRB70 HRB69 HRB70 PROMEDIO: HRB70

6.2

3

HRB54 HRB54 HRB52 PROMEDIO: HRB53

4.5

MUESTRA

FOTOMICROGRAFA (100X)

DUREZA ROCKWELL

ESPESOR (mm)

4

HRB60 HRB60 HRB55 PROMEDIO: HRB58

4.0

5

HRB62 HRB58 HRB57 PROMEDIO. HRB59

1.4

6

HRB52 HRB48 HRB55 HRB46 PROMEDIO: HRB50

1.6

MUESTRA

FOTOMICROGRAFA

DUREZA ROCKWELL

ESPESOR (mm)

7

SIN INFORMACIN

2.2

8

SIN SIN INFORMACIN INFORMACIN

4.-ANLISIS DE RESULTADOS Para cada muestra se realiz una comparacin con los valores de dureza, y las fotomicrografas del metal handbook. MUESTRA N1:

Corresponde a la muestra con mayor grado de deformacin de grano apreciable. Los granos se encuentran distorsionados, aplanados en el sentido en que la muestra fue trabajada. Presenta la mayor

dureza de todas las muestras, por consiguiente se puede considerar que el trabajo en fro que presente sea apreciable. Al comparar la fotomicrografa con el metal handbook, se determin que la imagen que mejor se ajustaba a las caractersticas previamente descritas, fue la de la figura 2353. La leyenda de la figura indica lo siguiente: Reduced 50% by cold rollingExtra hard temper (6B&S gage numbers hard). Normal tensile strength, 86000 psi. MUESTRA N2:

Esta muestra es la segunda con respecto al grado de dureza, y la deformacin de los granos es menos apreciable que en el caso de la muestra anterior. Sin embargo se puede observar que tiene un cierto grado de trabajo en fro, que comparando con las imgenes del handbook, la que ms se asemeja a ella es la 2350. En el handbook aparece la siguiente descripcin: Reduced 37% by cold rollingHard temper (4B&S gage numbers hard). Normal tensile strength, 76000 psi. MUESTRA N3:

En la fotomicrografa estudiada, se pueden observar granos equiaxiales, lo que indica que la muestra pudo haber sufrido lo siguiente: o muy poca o ninguna cantidad de trabajo en fro, o estar en un proceso de recuperacin o de recristalizacin. Su dureza es la segunda ms baja de las probetas que se tiene informacin, y el espesor de la probeta indica que ha sido sometida a un tipo de trabajo en fro, es decir, sus dimensiones son menores que las de algunas muestras. Se consider por consiguiente, que la muestra se encuentra en una etapa de recuperacin, a criterio, y la imagen que mejor se ajusta segn la apreciacin es la de 2367, relacionada con etapas de recocido. Establece que el tamao de grano es de aproximadamente 0.040mm y la temperatura final de recocido fue de 496C. Se puede encontrar mayor informacin en el handbook con respecto a esta imagen. MUESTRA N4:

En el caso de esta muestra, los granos no son tan equiaxiales, son ms pequeos, y la dureza relativa a las otras muestras la ubica en una posicin intermedia. Es por ello que se puede considerar que esta en un punto de recristalizacin relativamente baja, refirindolo a la imagen del handbook 2363, con un tamao de grano de aproximadamente 0.020mm y una temperatura final de recocido de 404C. MUESTRA N5:

Esta muestra result dificultosa para el anlisis. Considerando las caractersticas de dureza relativa, tambin como en el caso de la muestra anterior, posee un valor intermedio, tendiente a cierto grado de trabajo en fro. Su espesor y su estado fsico tambin dan pistas de que fue sometida a laminado. Por eso al compararla se decidi que posee las caractersticas de la imagen 2347, a lo sumo 2350. Se observa unos lmites de granos no muy bien definidos, y un sentido de deformacin apreciable. Los granos no son equiaxiales lo suficientemente para determinar si se encuentra en recristalizacin.

MUESTRA N6:

Se observan granos diminutos, orientados de distintas maneras, en la fotomicrografa. Tambin se aprecia que est en cierto grado de recristalizacin, por la cantidad de granos dispersos y por no poder observar un sentido de deformacin aparente. Debido al tamao y la dureza se puede considerar que la imagen del metal handbook que mejor se ajusta es la 2366. Al comparar esta muestra con la tres, puede que las medidas de dureza no se hayan realizado con la mayor confiabilidad posible, debido a varias consideraciones: el tamao de la muestra, la ubicacin de los puntos de toma de datos de dureza, entre otros factores, que resultan en la discrepancia de las medidas consideradas (fue la muestra que present una mayor desviacin de los valores de dureza). Por consiguiente, aun as su valor de dureza sea menor que el de la muestra nmero tres, el tamao de grano de esta muestra en comparacin con la otra es mucho menor, lo que puede traer como resultado lo siguiente: que la muestra nmero tres no ha sido sometida al proceso que se ha estudiado, o los valores de dureza de la muestra seis son poco confiables. Al carecer de una mayor informacin, no se puede establecer una mayor diferencia entre las dos. MUESTRA N7:

Una de las desventajas del trabajo con esta muestra es el carecimiento de la informacin de dureza, valindose solo de la fotomicrografa para hacer una caracterizacin. En la muestra se puede observar una especie de nucleacin, es decir, formacin de nuevos granos. Los nuevos granos se ven muy marcados, comparando esta muestra con la imagen 2364 del metal handbook. La deformacin de las dimensiones de esta muestra es muy apreciable. MUESTRA N8:

Es la muestra con mayor deformacin de sus dimensiones iniciales. Sin embargo esto no implica que sea la ms dura (aunque no se posee informacin de su dureza). En la fotomicrografa se observa que los granos son diminutos, mucho ms pequeos que los de la muestra seis. Se compara entonces con la imagen 2361 del handbook, lo que nos indica que est en una etapa temprana de recristalizacin.

IV.- CONCLUSIONES

1. Se debe de dar un mejor uso, cuidado y mantenimiento de los equipos de laboratorio de la universidad, para garantizar su longevidad y que los futuros estudiantes tengan la oportunidad de ejecutar la prctica en fsico de trabajo en fro y recuperacin. 2. Grandes deformaciones apreciables macroscpicamente en la muestra, no implican grandes grados de dureza. Esto se demostr al realizar el anlisis de las muestras con sus correspondientes espesores y durezas. 3. Las muestras sometidas a trabajo en fro se ven claramente deformadas microscpicamente, es decir, a nivel de la estructura cristalina, apreciando que los granos se orientan en la direccin de la deformacin. Su valor de dureza incrementa a medida que incrementa el trabajo en fro. 4. Las muestras en proceso de recuperacin y recristalizacin poseen granos equiaxiales, y dependiendo del grado de recuperacin que presenten, estos granos irn aumentando en tamao a medida que se prolonga la recristalizacin. La dureza de la muestra tambin disminuir a medida que se prolonga este proceso. 5. Es necesaria una mejor coordinacin para la ejecucin de las prcticas por parte de los estudiantes, de manera tal que todos tengan rpido acceso a las fotomicrografas y los datos de dureza, ya que grupos distintos se encargaron de ejecutar estos trabajos en algunos casos. 6. Al momento de tomar medidas de dureza se debe ser cuidadoso sobre los puntos seleccionados para el muestreo, para que los resultados se acerquen a la realidad, as como tambin no se presenten grandes discrepancias (fenmenos de acritud, entre otros).

V.-BIBLIOGRAFA CONSULTADA

1. Apuntes de clase de la profesora Ana Castro referentes a trabajo en fro y recuperacin. 2. Apuntes de clase del profesor ngel Mrquez referentes a trabajo en fro y recuperacin. 3. Metal Handbook de la American Society of Metals (ASM).

ESQUEMA

I.-INTRODUCCIN II.-MARCO TERICO 1.-TRABAJO EN FRO 2.-RECUPERACIN III.-DESARROLLO 1.- MATERIALES Y EQUIPOS EMPLEADOS 2.- PROCEDIMIENTO 3.- DATOS OBTENIDOS 4.-ANLISIS DE RESULTADOS IV.-CONCLUSIONES V.-BIBLIOGRAFA CONSULTADA