Proyecto final

Taller de Manejo de Metales.

Brenda Berenice Ramos MaldonadoAna María Duran ManríquezOscar Eduardo Juares Torrez

Universidad Politécnica Bicentenario Moisés Vázquez Toledo

1. INTRODUCCIÓN

1.1. Objetivo GeneralReducir el peso de una pieza aeronáutica, más de 50% del peso actual, sin cambiar el

diseño, proponiendo diferentes placas de acero que cumpla no solo con el objetivo sino con

las características adecuadas.

1.2. Objetivos específicos Investigación sobre aceros.

Caracterización mecánica de productos planos

Ensayos y criterios de confortabilidad

Obtención de curvas FLC, FLSC, y FLCF

Simulación de ensayo de embutido de pieza

1.3. Planteamiento del problemaUna empresa aeronáutica requiere que se seleccione un nuevo material para una

pieza determinada, la aplicación de un nuevo material deberá hacer la pieza más ligera sin

cambiar su diseño por eso se analizarán distintas placan metálicas de Acero para determinar

la factibilidad y fiabilidad de las posibles opciones.

1.4. JustificaciónYa que la reducción de peso innecesario de piezas en avión trae diversos beneficios

a la empresa se pensó en cambiar el material y trae como ventajas, el aumento de pasajeros,

un incremento de peso permitido en equipaje o material (materia prima) para transportar.

2. DESARROLLO

A continuación se presenta la investigación sobre los 2 aceros los cuales serán los utilizados para la simulación

2.1. Investigación sobre el Acero Estructural ASTM A36

El acero estructural ASTM A36 es un acero dulce al carbono que es el más utilizado

en la construcción, la manufactura y muchas otras industrias. Es un material muy resistente,

propenso a la oxidación, pero con un recubrimiento químico relativamente simple, resulta

menos costoso que el acero inoxidable.

Los aceros estructurales al carbono como el A36 está en la categoría de acero dulce

al carbono ya que tiene un contenido máximo de carbono que varía entre 0.25% a 0.29%

dependiendo de su espesor. Estos aceros estructurales exhiben un punto de fluencia bien

definido como se muestra en la curva A de la ilustración 1.

Ilustración 1 Curvas típicas esfuerzo- deformación de los diferentes tipos de acero.

Alta resistencia

La alta resistencia del acero estructural permite al diseñador proporcionar secciones

esbeltas en comparación con otros materiales.

Uniformidad

El acero estructural tiene la ventaja de que conserva sus propiedades a través del

tiempo a temperaturas atmosféricas.

Elasticidad

Se apega más a la hipótesis de diseño elástico, porque sigue la ley de HOOKE, hasta

esfuerzos relevantemente altos.

Ductilidad

Debido a esta propiedad, las estructuras se deforman considerablemente antes de la

falla; o lo que es lo mismo, se puede detectar inminencia la falla de una estructura cuando

se observa una deformación excesiva.

Rapidez en el proceso de montaje

Una vez que el acero ha sido habilitado, el montaje del mismo se puede efectuar en

un tiempo relativamente corto, en comparación con estructuras de otros materiales.

En la ilustración 2 se observa la microestructura típica del acero estructural ASTM

A36 obtenida por SEM.

Ilustración 2 Microestructura del acero estructural ASTM A36 obtenida por SEM (250 x).

Combinando dato de temperatura de solidificacion y cambios de fase se obtiene el

diagrama de fase hirro-carbon, el mismo que se muestra en la ilustracion 3.

A 1583° tenemos el punto de fusion de hierro puro. Conforme aumenta el contenido

de carbono disminuye el punto de fusion de la mezcla hasta una temperatura aproximada de

1130°C para un contenido de carbon de 4.3% en la mezcla. En este punto se encuentra lo

que se conoce como “eutectico”, o composicion eutectica. A partir de este punto la

temperatura de fusion de la mezcla s eeleva nuevamente.

Cuando el contenido de carbono s eleva, se excede la solubilidad del C en el hierro

y se forma un compuesto intermetalico estequiometrico llamado “cementita”, Fe3C, este

material es extremadamente duro y fragil y esta presente en todos los aceros comericiantes.

Controlando adecuadamente por dispersion y las propiedades del acero.

Ilustración 3 Diagrama de Fases Hierro. Carbón

2.1.1.Caracterización Mecánica de Productos Planos2.1.1.1. Ensayo a tracción uniaxial

La fluencia, resistencia a la tensión y las propiedades de deformación del acero se conoce como tracción uniaxial.

2.1.1.2. Modelos matemáticos para describir la curva esfuerzo-deformación

Los modelos necesarios para la descripcion la curva de esfuerzo-deformacion son la ley de HOOKE, el modulo de elasticidad o de YOUNG

Ilustración 4 Curva esfuerzo-deformación descripción

Ilustración 5 Curva esfuerzo-deformación de varios aceros

2.1.1.3. Anisotropía plástica

2.1.1.4. Potencial plástico de Hill

2.2. Investigación sobre el Acero MS

Son la primera rama de los aceros inoxidables simplemente al cromo. Representan una

porción de la serie 400, sus características son:

Moderada resistencia a la corrosión

Endurecibles por tratamiento térmico y por lo tanto se pueden desarrollar altos

niveles de resistencia mecánica y dureza.

Son magnéticos

Debido al alto contenido de carbono y a la naturaleza de su dureza, es de pobre

soldabilidad.

Los Martensíticos son esencialmente aleaciones de cromo y carbono. El contenido de

cromo es generalmente de 10.5 a 18% y el de carbono es alto, alcanzando valores de hasta

1.2%. En la siguiente tabla se muestran las propiedades mecánicas mínimos de los aceros

inoxidables Martensíticos.

Tabla 1 propiedades mecánicas mínimos de los aceros inoxidables Martensíticos

Como se ha dicho anteriormente los aceros inoxidables Martensíticos son susceptibles de sufrir un tratamiento de temple para incrementar su resistencia y su dureza. El temple consiste en un calentamiento por encima de la temperatura de autenticación (Ac3) y en un enfriamiento llevado a cabo con rapidez suficiente para que la curva de

enfriamiento se encuentre a la izquierda de la nariz de la curva “s” (figura 5). Dicho enfriamiento debe efectuarse hasta cortar la línea “Ms” y debe proseguir hasta superar la línea “Mf” (no indicada en la figura) en la que termina la transformación de la ausentita en martensita. Los aceros inoxidables martensíticos presentan la particularidad de que las curvas “s” y “f” se encuentras desplazadas hacia la derecha del diagrama TTT (aceros autotemplantes) respecto a otros aceros lo cual hace que el temple se pueda realizar en medios de enfriamiento más lentos (como el aire).

Ilustración 6 Curva TTT (de Gabrielle di Caprio.“Los aceros inoxidables”)

Dentro del grupo de aceros multi-fase, aceros MS muestran el nivel de resistencia a

la tracción más alta. Esta estructura también se puede desarrollar con el post- formación de

tratamiento térmico. Aceros MS ofrecen los más altos puntos fuertes, de hasta 1.700 MPa

resistencia a la tracción. Aceros MS suelen ser objeto para mejorar la ductilidad, sin

embargo puede llegar a tener altas resistencias

La Ingeniería y las curvas de esfuerzo verdadero - deformación para el acero MS

se encuentran en la Figura XX, La adición de carbono a los aceros MS aumenta la

templabilidad y fortalece la martensita. El manganeso, silicio, cromo, molibdeno, boro,

vanadio y níquel también se utilizan en diversas combinaciones para aumentar la

templabilidad. Aceros MS se producen a partir de la fase austenita por enfriamiento rápido

para transformar la mayor parte de la austenita en martensita. La Figura 7 se muestra el

nivel de esfuerzo en el que se encuentra los aceros Martensíticos.

Ilustración 7 nivel de esfuerzo en el que se encuentra los aceros Martensíticos

En este trabajo de se estudia al acero inoxidable AISI 410S (martensítico), donde la

letra S, representa un modificación al AISI 410 que indica un contenido menor de carbono

(0.08%) y la adición de níquel (0.6%).

El esfuerzo de cedencia (σy) en la condición de recocido del acero martensítico 410 es

de 276 MPa y puede incrementarse por trabajado en frío. Sin embargo, con un adecuado

tratamiento de temple y revenido puede alcanzar valores cercanos a los 1500 MPa. La

dureza se incrementa en forma similar de 82 Rockwell B de recocido a 52 Rockwell C

después del tratamiento. Los aceros con mayores contenidos de aleación incrementan sus

propiedades aún más [2].

Se recomienda el uso de estos aceros cuando se requiere una alta resistencia mecánica,

a la fluencia y en fatiga en ambientes ligeramente agresivos de hasta 650°C. El acero AISI

410 es el m ás común y se utiliza en turbinas de gas, intercambiadores de calor. Los aceros

de los tipos AISI 420 y 440 se utilizan en cuchillerías, válvulas, levas y rodamientos. El

AISI 416 contiene azufre para facilitar el maquinado. Los aceros AISI 440A, B y C

contienen altos niveles de cromo que aseguran su resistencia a la corrosión y contrarrestan

la pérdida de éste elemento que forma parte de los carburos [2].

En la figura 6 se muestra la fotomicrografía de un acero inoxidable martensítico AISI

410 templado a 1000 °C y revenido a 200 °C por una hora, atacado químicamente mediante

el reactivo Vilella, la fase clara es ferrita y la obscura martensita.

Ilustración 8 Fotomicrografía de un acero inoxidable martensítico AISI 410 templado a 1000 °C y revenido a 200 °C por una hora, atacado químicamente

En la figura 7 se muestran algunas de las propiedades y características del Acero Inoxidable

Martensíticos AISI 410.

Ilustración 9 ficha técnica del acero inoxidable martensítico AISI 410

ReferenciasCepeda, Á. H. (12 de 2006). itzamna.bnct.ipn.mx. Obtenido de itzamna.bnct.ipn.mx:

http://itzamna.bnct.ipn.mx/dspace/bitstream/123456789/1004/1/1438_2007_CICATA-ALTAMIRA_MAESTRIA_figon_cepeda_angelhugo.pdf

Gerdau Corsa. (s.f.). www.gerdaucorsa.com.mx. Obtenido de www.gerdaucorsa.com.mx: http://www.gerdaucorsa.com.mx/articulos/Eleccion_del_Tipo_de_Acero_para_Estructuras.pdf

tesis.uson.mx. (s.f.). Obtenido de tesis.uson.mx: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/11885/Capitulo2.pdf

www.dspace.espol.edu.ec. (01 de 2006). Obtenido de www.dspace.espol.edu.ec: https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6053/32/MATERIALES%20EN%20MEDIOS%20MARINOS.pdf

esto apunte cuando el profe estaba hablando

¿Qué es? Conceptos del acero--- baja aleación, contenido de carbón, que tipo de microestructura

tiene, diagramas de faces dependiendo a la temp. Caracterización mecánica de Ensayo de atracción uni-acial, a tensión Propiedades de la zona elástica y inelástica ¿Cómo se haría una prueba a tención? Modelos elástico para obtener las esfuerzos – deformacion

Seguna entrega

Ensayos y criterios de conformabilidad

Diagrama FLD – se obtiene de una prbeta normalizada marcadoa con círculos

Diagrama FLSD

Como se obtienen estas cuvas

Resultados – simulación de como se