ProyectoMatertiales caracterizacion

5/22/2018 ProyectoMatertiales caracterizacion

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ESCUELA SUPERIOR POLITE CNICA DE

CHIMBORAZO

FACULTADDEMECANICA

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

LABORATORIO DE MATERIALES

TEMA: CARACTERIZACION DE UN MATERIAL

DESCONOCIDO

NOMBRE:

Rafael Gamboa 6073

PROFESOR:

Ing. Mario Pastor

NIVEL:

SEPTIMO

FECHA DE ENTREGA:

2014 06 - 12

RIOBAMBA - ECUADOR


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ESCUELA POLITECNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE MECNICA

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA


1.- TEMA:

CARACTERIZACION DE UN MATERIAL DESCONOCIDO (EJE DE UNA MAQUINA DE COCER)

2.- RESUMEN:

En el presente proyecto se realizo la caracterizacin de un material para el respectivo anlisis

de la microestructura, calculo de dureza y el tamao de grano y algunas caractersticas propias

de ciertos elementos mecnicos o de maquinas que sufren daos frecuentemente. Para ello

hemos elegido la caracterizacin de una eje de maquina de cocer.

Con lo cual primero se defini conceptos importantes para la facilitacin de clculos

relacionados al material de estudio, luego se describi el equipo y materiales utilizados as

como el procedimiento que se realizo en el laboratorio para luego observar las fotografas

realizadas de la microestructura y as verificar los diferentes contenidos de la microestructura.

Para el respectivo estudio se preparo dos especmenes del material (espcimen normal,

recocido) con lo cual se realizar la preparacin de los especmenes basndonos en el

procedimiento de la norma ASTM E3, el estudio se realizo en la parte transversal del

espcimen lo cual se atac qumicamente con nital 2% y se obtuvo los diferentes

microconstituyentes que son perlita, ferrita y con los cuales se hallo el carbono que fue de

0.45% C y al comparar con el metal handbook se estipulo que se trata de un acero AISI 1045.

Cave recalcar que se realizo la observacin de inclusiones en su microestructura normal los

cuales correspondieron a sulfuros y xidos globulares (Tipo A, B).

Para el clculo del tamao de grano en las muestras que sean posibles de realizarlas se opto

por el mtodo de interseccin la cual es muy segura para lo cual se baso en las normas ASTM

E- 112-85 y se obtuvo un tamao de grano G4, G3 en la probeta normal y recocida

respectivamente. Tambin para el caculo de dureza se empleo el ensayo de dureza BRINELL y

se obtuvo durezas de la probeta normal, recocida y templada 267.18, 180, 323 HB

respectivamente.

Por ltimo se presento las conclusiones, observaciones, recomendaciones y referencias del

presente proyecto.

3.- MARCO TEORICO:

ACEROS DE MEDIA ALEACIN

Los aceros de medio carbono tiene porcentajes en carbono comprendidos entre 0.25% y 0.6%.

Estos aceros pueden ser tratados trmicamente mediante austenizacion, temple y revenido

para mejorar sus propiedades mecnicas. Se utilizan en las condiciones de revenidos, con

microestructura martenciticamente revenida. Se trata de aceros de baja templabilidad, solo

tratables en piezas de delgadas seccin y velocidad de temple muy rpidas. Las adiciones de

cromo, nquel y molibdeno mejoran la capacidad de estas aleaciones para ser tratados

trmicamente, generando as gran variedad de combinaciones resistencia- ductilidad. Estos


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aceros tratados trmicamente son ms resistentes que los aceros de baja aleacin, pero

menos dctiles que y tenaces.

Aplicaciones : Se utilizan para fabricacin de ruedas y railes de trenes, engranajes, cigeales,

y otros componentes estructurales que necesitan alta resistencia mecnica, resistencia al

desgaste y tenacidad. [1]

Finalidad de losa aceros de media aleacion

- Aumentar la templabilidad del acero.- Mejor resistencia a temperaturas comunes.- Mejores propiedades mecnicas a altas como a bajas temperaturas.- Mejor tenacidad a cualquier dureza o resistencia mnima.- Mejor resistencia a la corrosin y al desgaste.- Mejores propiedades magnticas.

Tablas con las composiciones qumicas y propiedades mecnicas:


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TRATAMIENTO TRMICO DEL ACERO

RECOCIDOConsiste bsicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitizacin (800-925 C)

seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad,

mientras que disminuye la dureza. Tambin facilita el mecanizado de las piezas al

homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que

produce el trabajo en fro y las tensiones internas.

Dependiendo del porcentaje de carbono; luego del recocido se pueden obtener diversas

estructuras tales como Ferrita+ Cementita en los aceros Hipoeutectoides; Perlita en los aceros

Eutectoide; y Perlita+ Cementita en los aceros Hipereutectoides.

El crecimiento del grano: Al aumentar la temperatura disminuye la rigidez de la red,aumentando la velocidad de crecimiento de grano y a cada temperatura de calentamiento

existe un tamao de grano mximo, para el cual estas dos fuerzas estn equilibradas. El fin

ltimo del recocido del acero tiene baja dureza y resistencia.

Los constituyentes de los aceros recocidos son:

Ferrita.Solucin slida intersticial de carbono en hierro alfa (bcc). La mxima solubilidad de

carbono en el hierro alfa es de 0.025% a 723C. Tiene una dureza de 90 Brinell, una resistencia

a la rotura de 28 Kg/mm2 y un alargamiento del 35 al 40%.

Cementita. Es carburo de hierro, CFe3, que contiene 6,67% de C y 93,33% Fe. Es elconstituyente ms duro y frgil de los aceros al carbono, su dureza es superior a 65 HRC y

cristaliza segn la estructura ortorrmbica.

Perlita. Es un constituyente eutectoide formado por capas alternadas de hierro alfa y carburo

de hierro CFe3, o lo que es lo mismo ferrita y cementita. Tiene una resistencia de 80 Kg/mm2 y

un alargamiento de 15% aproximadamente.[3]

4.- OBJETIVOS:

- Comparar la estructura metalogrfica obtenida experimentalmente del espcimenrecocido con las estructuras del METAL HANDBOOK y verificar a que acero

corresponde.

- Determinar el tipo de inclusiones presente en el espcimen (normal).- Analizar cada una de las microestructuras y verificar que microconstituyentes existen

en cada uno de los especmenes.

- Calcular el tamao de grano en la microestructura obtenida en los especmenes quesean posibles utilizando el mtodo de interseccin.

- Determinar el valor de la dureza Brinell y comparar las durezas entre las tres muestrasy analizar por que existen diferencias.

5.- ANTECEDENTES:


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Ejes, rboles, Flechas

Son trminos que se aplican a barras cilndricas de acero, con

movimiento de rotacin y soportadas, en dos o ms puntos, por los

cojinetes. La diferencia entre estos trminos se puede resumir en

la siguiente forma

Eje: Cargados transversalmente y sujetos a esfuerzos de flexin,

para acople de piezas giratorias.

Flecha: Sujeta a esfuerzos de torsin y flexin. Se usan para

transmitir movimiento de rotacin a distancias relativamente cortas.

rbol:Similares a las Flechas, pero de mayor dimetro. Las fuerzas que actan sobre un Eje,

Flecha o rbol pueden ser: Radial, Axial Radial: En el sentido del radio. Axial: En el sentido

del eje geomtrico de la barra.

Combinada: Se compone de fuerzas radiales y axiales. Se puede transmitir potencia de un

extremo a otro de un eje, o bien se puede tomar en cualquier punto del mismo. Por ejemplo,

el rbol de levas del motor de un tractor de cuatro cilindros, recibe la fuerza en un extremo

por parte del cigeal y la transmite a las levas que actan sobre sendas vlvulas, a una

bomba de aceite y a una de gasolina o a cualquier otro accesorio en el otro extremo.[4]

Generalidades de una mquina de coser.

La mquina de coser industrial de doble pespunte recto es la ms utilizada en la industria deconfeccin. Sus aplicaciones son muy variadas, utilizndose prcticamente en casi todos los

gneros.

El principio de funcionamiento de una mquina de coser industrial parte de la transmisin de

un movimiento rotativo, generado por un motor elctrico y derivado hacia el conjunto del

cabezal por medio de una correa trapecial.

A partir del giro que le proporciona esta correa a un volante fijado a un eje horizontal se

transmiten todos y cada uno de los movimientos a los rganos que intervienen en la

consecucin de una puntada.

El esquema cinemtico de la mquina de coser de doble pespunte recto es el que se muestra a

continuacin:


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Como se ve en el esquema, el eje superior proporciona el movimiento de subida y bajada de la

barra de aguja y el tirahilos. Al mismo tiempo, una derivacin de su movimiento, por medio deuna correa dentada, hace mover los ejes situados en la parte inferior de la mquina.

Esta derivacin tambin se puede presentar en otro tipo de mquinas tomando como eje

principal el inferior y como ejes secundarios los superiores. Adems, puede llevarse a cabo

mediante un sistema de biela excntrica, como es el caso de las domsticas, mediante una

correa o por un eje vertical unido a una correa cnica helicoidal.

En la parte inferior nos encontramos tres ejes. El eje central es el que hace girar el garfio,

pudiendo estar fijado coaxialmente al eje o derivado perpendicularmente, mediante coronas.

Los otros dos ejes son los encargados del movimiento del transportador de tejido, siendo uno,denominado rbol de elevacin, el encargado de la subida y bajada de los dientes y el otro,

rbol de arrastre, el encargado del movimiento longitudinal que realiza el arrastre del gnero.

A pesar de la gran variedad de modelos y subclases de mquinas de doble pespunte recto que

compiten en el mercado, el esquema bsico presentado es comn a la gran mayora de ellas .

[7]

6.- EXPERIMENTACION:

PROCEDIMIENTO:

Seleccin del material:

Para realizar el estudio de la microestructura del proyecto se seleccion un eje de una

mquina de coser.

Preparacion de las muestras:

De la esfera seleccionada se realizo el corte de 2 piezas las cuales fueron: una en se corto en laseccin transversal y la otra en forma longitudinal.


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Con las distintas muestras se realizo la preparo de la probeta segn la norma ASTM E 3 (ver

la norma ASTM E-3 en las referencias), como ya lo hemos venido haciendo durante las

prcticas anteriores.

Una vez preparada la muestra se atac qumicamente con Nital 2% la probeta obtenida de la

seccin transversal.

Posteriormente se obtuvieron todas los fotos correspondientes a la seccin longitudinal y

transversal a 100X y 200X, 500X respectivamente.

Observacin de la microestructura

La observacin de las inclusiones se realiza en el microscopio ptico de barrido sin ataque

qumico en el espcimen normal segn las normas ASTM E- 45- 97.

Los espcimenes ya atacados se llevo al microscopio ptico de barrido que contamos en el

laboratorio para observar la microestructura que corresponde al espcimen y realizar el

estudio pertinente al material para la observacin de los microconstituyentes que estn

presentes en las diferentes muestras anteriormente preparadas.

Una vez analizado y discutido observando la microestructura, se tomo las fotografas

pertinentes para realizar las conclusiones y recomendaciones de las mismas.

Para los clculos

Para los clculos pertinentes se utilizo los diagramas de Hierro-Carbono, diagramas TTT.

TAMAO DE GRANO

Mtodo de Interseccin:

Para este mtodo se ha procedido a dividir en cinco partes iguales en forma horizontal y

vertical en la fotografa tomada del anlisis metalogrfico realizado, luego se ha procedido a

contar el nmero de grano en las lneas trazadas en la horizontal y vertical. Esta parte del

procedimiento se la ha llevado a cabo con una ampliacin de 100X y 200 X pero se utilizo una

ecuacin para modificar la ampliacin con lo cual se cumple con la norma para 200X (los trazos

realizados se lo hizo en el AutoCAD).

ENSAYO DE DUREZA

Para el ensayo de la Dureza Brinellel eje con un dimetro de 8 mm para lo cual se calibro el

durmetro con la ayuda de una probeta normalizada y aplicando una precarga de 10 kg con

una velocidad de descarga de 8 10 como establece las normas ASTM. Una vez calibrada

procedemos a colocar la muestra que se va analizar, en el durmetro para luego aplicar una

carga de 185.5 Kg y esperar el tiempo estipulado por las normas ASTM. Despus se libera la

carga para as medir el dimetro de la huella con la ayuda del microscopio para su respectivoclculo.


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EQUIPOS Y MATERIALES:

- Mquina de corte con disco abrasivo (discotom)-

Mquina portaligas.- Microscopio metalogrfico.- Papel Abrasivo (lijas) (240, 320,400, 600, 1200,

1500).

- Pulidora de disco con pao.- Almina.- Agua.- Compresor.- Algodn.- Pinza.- Nital 2%- Probeta (Rotula)

7.- ANALISIS DE RESULTADOS:

PROBETA NORMAL

INCLUCIONES

El acero contiene inclusiones no metlicas debido a la naturaleza del proceso de elaboracin

en el estado lquido. Estas inclusiones pueden ser xidos, sulfuros, nitruros, carburos, etc. La

cual se va determinar a continuacin segn las normas ASTM E 45-97.

La fotografa metalografa es tomada de la seccin longitudinal del eje.


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Inclusiones tipo D (xidos Globulares)

Fig. 2:Tipo de inclusin: Oxido globular Tipo D 11/2 segn las normas

ASTM E -45-97

Fig. 1:Microestructura longitudinal sin

ataque a 100X Fuente: Lab. Mecnica

Inclusiones globulares

Silicatos


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Inclusiones tipo C y tipo D (silicatos y oxidos globulares)

Fig. 3:Microestructura longitudinal (sin

ataque qumico); Ampliacin 100X;

Fuente; Lab. Mecnica

Fig. 4:Tipo de inclusin: Tipo C 2 segn las normas ASTM E -45-97

Oxido Globular

Silicatos

Fig. 5:Tipo de inclusin: Oxido globular Tipo D 1segn las normas

ASTM E -45-97


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Al observar las formas de inclusiones en las fotografas de las normas ASTM se decidio que el

material estudiado presenta inclusiones globulares, silicatos en donde estas inclusiones son

muy perjudiciales para el material por esa razn un material que contenga menores

inclusiones ser mejor.


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MICROESTRUCTURA:

Fotografa de la seccin transversal.

En esta fotografa se muestra que se trata de una matriz perlitica con un bajo porcentaje de

ferrita.

TAMAO DE GRANO

Fig.6:Microestructura de la seccin transversal

atacada qumicamente con Nital 2%.Fuente: Lab.

Mecnica

PerlitaFerrita

Fig. 7: Microestructura transversal atacado qumicamente (nital 2%),

ampliacin 200X. Fuente:Lab. Mecnica


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Para realizar este mtodo se dividi la fotografa (ampliada 200x) en cinco partes iguales para

sacar un promedio y as obtener datos muy exactos. Tambin se debe emplear las siguientes

ecuaciones.

granospromedio#

longitud

GT

Promedio de Granos en direccin horizontal= 11.7

Promedio de Granos en direccin Vertical= 10

Direccin Horizontal

um

umTG

87.347.11

408

10log*6439.6101

EG ; TG= E

39.61

10

87.34log*6439.6101

G

G

Para relacionar las ampliaciones.

2

1log*64.61

M

MGG

ASTM

4.4ASTM

G

Direccin Vertical

umum

TG

6.4010

406

10log*6439.6101

EG ; TG= E

95.51

10

6.40log*6439.6101

G

G

Para relacionar las ampliaciones.

100

200log*64.639.6

ASTMG


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2

1log*64.61

M

MGG

ASTM

100200log*64.695.5 ASTMG

02.4ASTM

G

El grano es aproximadamente de G4 en esta microestructura.

DUREZA BRINELL

Carga aplicada =185.5Kg = L

Dimetro del identador = 2.5 mm = D

Dimetro de la huella =0.9367 mm = d

Para el dimetro de la huella se realizo un promedio ya que en el ensay se obtuvo tres datos

las cuales son:

d1 = 0.9125 mm, d2 = 0.96 mm, d3 = 0.9375 mm

()( ) (HB = dureza Brinell)

()( )( )


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Contenido de Carbono

En este caso se realiz el estudio con la fig.8 que se muestra a continuacin que esta con unaumento de 500X ya que es ms visible y con la ayuda del programa ScopePhoto se realiza el

clculo correspondiente de ferrita y perlita para luego calcular el porcentaje de carbono que

est presente en el material lo cual se realiza a continuacin.

Mediante ScopePhoto

Estimacin del porcentaje de ferrita y perlita de la fotografa fig8. Para lo cual serealiz el clculo siguiente:

255 148100 X (Perlita)

Fig. 8: Microestructura transversal atacado

qumicamente (nital 2%), ampliacin

500X.Fuente:Lab. Mecnica



500X.Fuente:ScopePhoto


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% (Perlita)

Para calcular de la ferrita se realiza lo siguiente:

100% = Ferrita + Perlita

Ferrita = 100% - Perlita

Ferrita = 100% - 58.03%

Ferrita = 41.96 %

Por lo tanto la cantidad de carbono que existe en el material recocido es losiguiente:

( )

( )

TOTAL DE CARBONO

El porcentaje de carbono que se obtiene al realizar de la microestructura es de 0.4675 % C.

Con la composicin del carbono, se puede estimar que es un acero de medio carbono ya que

su contenido de carbono est en el intervalo de 0.30 a 0.60; Se trata de un acero AISI 1045 y

verificando en el siguiente catlogo.

ASTM HANDBOOKCOMITE: Metals Handbook. 7ma ed. Atlas of Microstructures of industrial

Alloys, USA, American Society for Metals, 1972.29p

Comparacin de la microestructura


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Composition of Carbon and Alloy Stell of Medium Carbon for Which Micrographs Are in This

Section



500X.Fuente:Lab. Mecnica

Fig. 8: Microestructura transversal de un acero

AISI 1045 atacado qumicamente (nital 2%),

ampliacin 500X.Fuente: Lab. Mecnica

Fig. 9: Composition of Carbon and Alloy Stell of Medium Carbon for Which Micrographs Are

in This SectionFuente: Metals Handbook


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Ficha Tcnica del Acero

CALCULO DEL NUEVO PUNTO EUTECTOIDE:

Para determinar el porcentaje de carbono eutectoide y la temperatura eutectoide se considera

los porcentajes de cada elemento. Para el acero 1045 tenemos lo siguiente:

Carbono: 0.47

Silicio: -----

Manganeso 0.75

Cromo ------

Molibdeno ------

Fosforo 0.04

Azufre 0.050

Fig. 10: Ficho Tecnica de un Acero AISI 1045 Fuente:

http://www.sumiteccr.com


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Determinacin de la temperatura eutectoide

Para el clculo de la temperatura eutectoide nos ayudaremos del diagrama siguiente:

Teut= 727 comp

TMn= 727730 = -3

Teut= 727 + 3

Teut= 7300C

Determinacin del carbono eutectoide


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Ceut= 0.76 comp

CMn= 0.760.75 = 0.01

%Ceuto= 0.760.01

%Ceuto= 0.75

Comprobamos cuanto se desplaza el punto eutectoide en el diagrama hierro carbono

graficando los puntos ya hallados.

CALCULO DEL CARBONO EQUIVALENTE:

[]

[]

[]


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8.- CONCLUSIONES:

- Al comparar la fotografa de la microestructura obtenida de la seccin transversal conel metal handbook se puede decir que se trata de un acero AISI 1045 normalizado y

adems se comprueba con el

- porcentaje de carbono hallado de la microestructura que es de 0.47% C ya que seencuentra dentro del rango de la misma.

- Las inclusiones que se obtuvieron en el espcimen fueron de tipo C y D, silicatos yxidos globulares respectivamente segn las normas ASTM E -45-97.

- En la microestructura del espcimen normal se observa que los microconstituyentesson perlita y ferrita, pero en el la microestructura del espcimen recocido se observa

que existe tambin perlita y ferrita con unos porcentajes de 52.94, 47.06

respectivamente pero en este caso se redujo notablemente la perlita. En cambio que

en el espcimen templado en agua se observa una matriz martencitica con ferrita yperlita pero en pequeas cantidades.

- El tamao de grano que se obtuvo del espcimen normal corresponde a G4 y en elespcimen recocido corresponde aG3 segn las normasASTM por lo tanto se puede

decir que al realizar el recocido el tamao de grano aumenta y el material se vuelve

muy frgil, pero ayuda a liberar tenciones del material.

- Las durezas que se obtuvieron en los especmenes (normal, recocido, templado) sonde 267.18, 180, 323 HB respectivamente las cuales varan notablemente ya que al

realizar los diferentes tratamientos trmicos el material cambia sus propiedades

mecnicas y su composicin en los microconstituyentes.

9.- RECOMENDACIONES:

- Para este material AISI 1040 no debera a ver hecho el temple mas bien se debera aver hecho un revenido ya que se trata de un acero de media aleacin y en casos es

mas recomendable realizar el revenido.

- A todas las probetas se debe atacar qumicamente con nital 2% ya que se trata de unacero de media aleacin y no presenta ninguna dificultad para observar sus diferentes

estructuras.

- Tambin se debe verificar que al rato de observar en el microscopio que la superficieeste bien atacada y sin agua ya que en ese caso la microestructura varia notablementey se confundira al observar.

10.- REFERENCIAS:

- [1] WILLIAM D. CALLISTER, introduccin a la ciencia e ingeniera de los materiales,Tomo II, Editorial Reverte (1995), Cap12, Pp 371,372 .

- [] Smith, W. F., Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales - 2a. ed. -Madrid: McGraw-Hill, 1993.pp 323-328.


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- []Sydney H. Avner., Introduccin a la metalurgia fsica, 2a. ed., New York, McGraw-Hill, pp 134- 158, 252- 312.

- [] http://www.transmission-shaft.com/es/car-ball-joint.html- [] Metals handbook Vol. 7, Properties and Selection : Lead and lead Alloys .

American Society foer Metals, p. 304, 1985.

- []NORMA ASTM E112 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size- []http://lasmaquinasdecoser.blogspot.com/2012/02/generalidades-de-una-

maquina-de-coser.html
http://www.transmission-shaft.com/es/car-ball-joint.htmlhttp://www.transmission-shaft.com/es/car-ball-joint.html

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