DIFUSIN EN EL ESTADO SLIDO CEMENTACIN

I: INTRODUCCIN:La cementacin slida de aceros comprende transformaciones de fase y por lo tanto, el cambio de las propiedades del acero, que se consiguen mediante el calentamiento hasta una determinada temperatura durante cierto tiempo y un posterior enfriamiento. Existen varios tipos de tratamientos trmicos, como el recocido, normalizado, temple y revenido, que en forma distinta cambian la estructura y las propiedades de la aleacin. Cada uno de ellos se recomienda en dependencia de las exigencias planteadas a los semi-productos (piezas fundidas, forjadas, laminadas) y a los productos terminados (engranes, flechas, dados, herramientas y aceros de alta resistencia).El tratamiento trmico de cementacin slida es una operacin muy importante en el ciclo tecnolgico de preparacin de muchas piezas sometidas a esfuerzos, desgaste, friccin y tenacidad. Solamente con ayuda del tratamiento trmico se pueden obtener altas propiedades mecnicas del acero que garantizan un trabajo normal de los elementos modernos de las mquinas y herramientas.

II: OBJETIVOS:2.1: OBJETIVO PRINCIPAL: Verificar experimentalmente la teora de cementacin slida mediante el uso de cementantes como el carbn vegetal y carbonato de calcio.2.2: OBJETIVOS ESPECFICOS: Demostrar experimentalmente el endurecimiento superficial en un acero SAE 1020. Medir el espesor de la capa cementada. Medir la tenacidad en el ensayo de impacto Charpy. Identificar microestructuras formadas usando la metalografa.

III: FUNDAMENTO TERICO:3.1: CEMENTACIN La cementacin consiste en introducir por difusin carbono en el acero. Al objeto de que el carbono pueda penetrar en la superficie del acero hay que aumentar la velocidad de difusin del carbono, que a temperatura ambiente es muy pequea, para lo cual se calienta el acero hasta una temperatura elevada. Siempre que no se desee solamente formar una capa de carburo de hierro (Fe3C) frgil y muy delgada, se necesita adems calentar el acero por lo menos cantidades de carbono en estado slido, es decir en la zona de austenita, dado que slo la red centrada en las caras es capaz de absorber carbono en gran cantidad. La cementacin propiamente dicha del acero se realiza por difusin de carbono a elevada temperatura y por perodos de tiempo prolongados, siguindole un tratamiento de temple. El proceso de introduccin de carbono se denomina se denomina carburacin o mejor cementacin. Las piezas a cementar se construyen, por lo regular, con acero muy bajo en carbono, con el fin de que durante el temple a realizar despus de la cementacin, el ncleo no experimente un considerable aumento de resistencia y siga conservando bastante ductilidad. Las temperaturas aplicadas actualmente oscilan alrededor de Ac3 o ligeramente por encima de esta, pero siempre son superiores a Ac1. A temperaturas entre Ac1 y Ac3 el carbono es absorbido por la parte de austenita no saturada en los aceros pobres en carbono. La aportacin suplementaria de carbono lleva, por disminucin de la temperatura Ac3, a nueva formacin de solucin slida. La cementacin puede realizarse por agentes slidos, lquidos y gaseosos, que desprenden carbono. Pero la cementacin se desarrolla siempre, no por un carbono en estado molecular, sino solo por los tomos de carbono debido a que este ltimo es el nico capaz de difundirse dentro de la red del hierro. Cementacin SlidaLa cementacin slida o cementacin en caja es un proceso en el que el monxido de carbono derivado de un compuesto slido se descompone en la superficie del metal en carbono o dixido de carbono, el carbono formado es absorbido hacia el metal por difusin. Las reacciones que se llevan a cabo en la cementacin son:

Donde (C)Fe, representa el carbono disuelto en la austenita.

3.2: DIFUSIONLa tendencia natural de tomos y molculas a moverse desde zonas de alta concentracin hacia zonas de baja concentracin se llama difusin. Cuando se retira la barrera entre dos sustancias, figura 9, las molculas se redistribuyen (o difunden) por todo el recipiente. Al final, la mezcla alcanza un estado de equilibrio, en el que las molculas de ambas sustancias estn mezcladas uniformemente. Aunque el nmero total de molculas en el recipiente es el mismo que antes de quitar la barrera, la concentracin de cada sustancia es menor. La velocidad de difusin depende de la masa de las molculas: las molculas con ms masa se difunden ms lentamente.3.3: LEYES DE FICKLaley de Fickes una ley cuantitativa en forma deecuacin diferencialque describe diversos casos dedifusinde materia o energa en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio qumico o trmico. Recibe su nombre del mdico y fisilogo alemnAdolf Fickque las deriv en1855.En situaciones en las que existengradientesde concentracin de una sustancia, o de temperatura, se produce un flujo de partculas o de calor que tiende a homogeneizar la disolucin y uniformizar la concentracin o la temperatura. El flujo homogeneizador es una consecuencia estadstica del movimiento azaroso de las partculas que da lugar al segundo principio de la termodinmica, conocido tambin como movimiento trmico casual de las partculas. As los procesos fsicos de difusin pueden ser vistos como procesos fsicos o termodinmicosirreversibles.3.4: DIFUSIN AL ESTADO ESTACIONARIO Cuando en un sistema termodinmico multicomponente hay un gradiente de concentraciones, se origina un flujo irreversible de materia, desde las altas concentraciones a las bajas. A este flujo se le llama difusin. La difusin tiende a devolver al sistema a su estado de equilibrio, de concentracin constante. La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superfice (J en mol cm-2 s-1) es directamente proporcional al gradiente de concentracin. El coeficiente de proporcionalidad se llama coeficiente de difusin (D, en cm2 s-1). Para un sistema discontinuo (membrana que separa dos cmaras) esta ley se escribe:

3.5: DIFUSIN AL ESTADO NO ESTACIONARIOEl estado estacionario, en el cual las condiciones permanecen invariables con el tiempo, no se presenta con frecuencia en aplicaciones de ingeniera. En la mayora de los casos, la difusin es en estado no estacionario, en la cual la concentracin de los tomos de soluto en cualquier punto del material cambia con el tiempo, es la que tiene lugar. Por ejemplo si se difunde carbono en la superficie de un rbol de levas de acero para endurecer su superficie, la concentracin de carbono bajo la superficie de cualquier punto cambiar con el tiempo a medida que el proceso de difusin avanza. Para casos de difusin en estado no estacionario, en el cual la difusividad es independiente del tiempo, se aplica la segunda ley de Fick sobre difusin, as:

Esta ley establece que la velocidad de cambio de la composicin de la muestra es igual a la difusividad por la velocidad de cambio del gradiente de concentracin. La derivacin y resolucin de esta ecuacin diferencial se realiza con ayuda de la transformada de Laplace. La solucin particular, en la cual un gas se difunde en un slido, es de gran importancia en aplicaciones de Ingeniera y es aplicada para resolver problemas prcticos de difusin industrial.La aplicacin ms importante en metalurgia de los principios de difusin es la carburizacin del acero, cuyo objetivo es crear una capa superficial rica en carbono en la superficie, y de una dureza elevada, sobre la pieza de acero de bajo carbono. Los aceros de cementacin contienen normalmente 0.25% de carbono como mximo. Su tenor de carbono es a menudo inferior a 0.20% los contenidos mximos obtenidos en la superficie estn entre 0.70% y 1.10%, de ellos 0.80% es el ms empleado.Si suponemos que un gas carburizante penetra en una barra de acero, a mediada que el tiempo de difusin aumenta, la concentracin de tomos de soluto en cualquier punto del slido en la direccin X tambin aumentar.La relacin entre la profundidad de penetracin y el tiempo de carburizacin se puede calcular a partir de la solucin de la segunda ley de Fick:IV: DESARROLLO EXPERIMENTALA continuacin se describe la forma de cmo se realiz el tratamiento de cementacin slida para un acero SAE 1020 mediante el uso de un cementante como lo es el carbn vegetal y el activador carbonato de calcio. Adems se dan las caractersticas principales de los materiales empleados en este trabajo.

4.1: ESTIMACIN DE LA CAPA CEMENTADA (PROGRAMA)TRABAJANDO PARA ENCONTRAR EL TIEMPO A UNA DISTANCIA X DE DIFUSIN Presentamos a continuacin clculos realizados utilizando las ecuaciones presentadas en el libro fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales de William f. Smith:

Para nuestro caso tenemos que obtener la ecuacin de tiempo en funcin de la distancia de x:

Para ello nuestra ecuacin nos pide D: entonces aplicamos la formula pero con los siguientes datos para difusin de carbono en hierro gama:

Cs1

Co0.20

Cx0.4

Viendo esta ecuacin tambin debemos obtener nuestra z para poder trabajar para ello realizaremos las operaciones siguientes:Interpolacin para obtener z:

ZERFZ

0.800.7421

Z0.75

0.850.7707

=1-erferf (z)=0.75=

la ecuacion tambien nos pide X la capa cementada y para ello la medimos de la experiencia relizada:

La cementacin de realizo correctamente y lo podemos verlo en la imagen: La dimensin que nos interesa es el ancho ya que se usara como patrn SIENDO Este igual a 0.62 cm, cementada que es 0.39 cmAplicando una regla de tres simple tenemos:0.5 mm=0.8 cmX mm=0.48 cm

La capa cementada realmente es 0.768 mm

Aplicaremos una regla de 3 simple: 0.48 cm0.8 cm

Teniendo estos valores reemplazamos en nuestra formula:

tt

t

Para obtener valores ms rpido en funcin de x lo realizaremos en Excel:dist. (mm)0.06

Cs1

Co0.2

Cx0.4

T1223950

R8.314

Q1.36E+05

Do1.0E-05

D1.55E-11

ZErf(Z)

0.8000.7421

0.81380.75

0.8500.7707

xTIEMPO(s)TIEMPO(h)

0.1243.05074610.0675141

0.16622.20990990.17283609

0.221176.3656110.32676823

0.281905.5178490.52931051

0.342809.6666250.78046295

0.43888.8119371.08022554

0.465142.9537871.42859827

0.526572.0921741.82558116

0.588176.2270982.27117419

0.649955.3585592.76537738

0.711909.486563.30819071

0.7614038.611093.89961419

0.76814335.716323.98214342

0.82816663.170274.62865841

0.872418498.148965.13837471

0.916820428.955755.67470993

Graficas de tiempo vs la capa cementada:

4.2: MATERIALES Y EQUIPOS Carbn vegetal Huesos de res molidos Probetas SAE 1020 Probeta Charpy Recipiente metlico para la cementacin. Horno de mufla Equipo metalogrfico para la preparacin de probetas Microscopio ptico metalogrfico con cmara y retcula graduada para medicin. Resina acrlica para el montaje de las probetas.

4.2.1: DISEO Y OBTENCION DEL RECIPIENTE El Recipiente que se va a disear es un recipiente cilndrico que consta de un volumen en metros cbicos de capacidad nominal. En el cual realizaremos el proceso de cementacin. La forma del recipiente tendr un cuerpo cilndrico, un cabezal igualmente de forma cilndrica y un fondo tipo plano. Se ha elegido el cuerpo vertical tipo cilndrica porque su simetra facilita una buena distribucin de tensiones y nos permite un clculo sencillo de las mismas, adems de proporcionarnos una mayor polivalencia y sencillez de construccin. Seleccin del material del recipiente La seleccin del material a utilizar se dar en base a los siguientes factores: La temperatura al cual ser sometido. Caractersticas corrosivas mediante el proceso. El tipo de mecanizado y soldabilidad. Los materiales para la construccin del recipiente para el proceso de cementacin y debido a que este ser sometido a temperaturas altas, se ha decidido utilizar Acero 1020, es un acero de bajo contenido de carbono. El material a utilizares un acero AISI 1020, Acero de bajo contenido de carbono, de fcil mecanizado y buena soldabilidad. De baja dureza para usos convencionales de baja exigencia Cuando se requiere una superficie muy dura pero un centro tenaz, este acero cementado cumple perfectamente. Estirado en fro mejora sus valores de resistencia mecnica.

TAMAO DEL RECIPIENTESe dise un envase cilndrico metlico de placa de acero 1020 con 2 mm de espesor :

COMPOSICION QUIMICA ACERO 1020%C%Mn%P%SSi%

0.200.60- 0.900.04 mx.0,05 mx.0.15 0.35

COMPOSICION QUIMICA DE HUESOS DE RESCaNa%Mn%(PO4)^-3HNO3(CO3)^-2KCLORUROS Y FLUORUROS

26.70.730.60- 0.9012.50.363.50.050.08 Y 0.05

4.2.3: ELABORACION DE LAS PROBETASEn el proceso de carbonizacin se utilizaron las siguientes probetas 2 probetas CharpyMaterialTodas las probetas fueron hechas del mismo material, acero AISI o SAE 1020, debido a las propiedades y caractersticas que este tipo de acero presentaba, dentro de las cuales se encontraba su facilidad y buena respuesta al tratamiento termoqumico de cementacin.Probetas cilndricasLas Probetas cilndricas se obtuvieron a partir de una varilla de 3/8 de pulgada de dimetro, y fueron cortadas con una altura de 2cm:Caractersticas de la Probeta CharpyLa probeta Charpy fue hecha siguiendo la norma ISO 179-1, ASTM D 6110, en donde se especifica las dimensiones, el ngulo y profundidad de la muesca.

Caractersticas del acero SAE 1020 El 1020 es uno de los aceros al carbono ms comnmente usados. Tiene un contenido nominal de carbono de 0.20% y aproximadamente 0.5% de manganeso. Tiene un buena combinacin de resistencia y ductilidad y puede ser endurecido o carburizado4.3: PROCEDIMIENTO4.3.1: MEZCLA Mezcla de cementacin con un 30% de Huesos de Res y 70% de carbono vegetal. Con estos porcentajes se tom con una muestra de mezcla que tena la cantidad de:El carbono fue comprado y molido hasta conseguir una granulometra de 1/32 pulgadas (polvo): Pesamos el carbonato de calcio en un 30% y el carbono vegetal a un 70%. Introduccin a nuestro recipiente respetando los pasos indicados.

4.3.2: PREPARACION DE LA PROBETA SAE 10201- Seleccin Y Corte de acero de 3/8Seleccionamos el acero 1020 el cual tena unas medidas aproximadas de 4cm de largo, el cual cortamos 1 probeta de 1 cm* 1 cm para hacerles el proceso termoqumico de la cementacin seguida de un tratamiento trmico, temple, y as poder visualizar la capa cementada con ms visibilidad.Se realiza el corte a nuestra probeta (con una hoja de sierra), en la cual se demora por lo menos 4 minutos, sin ejercer mucha presin a la hoja de sierra de manera que no se recaliente demasiado y como refrigerante usamos al agua.Alistado la muestraDespus de tenerlas cortadas a la medida necesaria, pasamos cada una de las muestras por el esmeril para remover los imperfectos del corte, despus comenzamos con el pulido con una lija N 600, y luego pasamos sucesivamente hasta la Lija No 1200.Preparacin Para La CementacinPreparamos la muestra para realizar la cementacin, inmediatamente las ingresamos a la mufla (Se denomina mufla a la parte refractaria de un horno en la cual se disponen los productos que deben tratarse, para protegerlos de la accin directa del fuego o de la accin oxidante del aire.), la cual consta de unas resistencias de cermica y de ladrillos refractarios.

4.3.3: SELLADO DEL ENVASE:Para el sellado se emple Arena slice (60%) + arcilla refractaria (40%) se mezcla con agua, la contextura es como la plastilina o la masilla de ventanas, y barbotina.BarbotinaLa barbotina es simplemente una mezcla de arcilla y agua para lograr una consistencia barrosa o casi lquida, y es utilizada especialmente para unir trozos previamente elaborados.ComposicinEs un material semislido que se compone tpicamente de algn tipo de arcilla a la que se agrega carbonato decalcio(CaCO3),cuarzo, silicato desodio, y carbonato de sodio, y agua (sin superar 45% del peso de los materiales slidos.Arcilla Refractaria

Esta arcilla es conocida como refractaria por su resistencia al calor. Una Arcilla refractaria son aquellas arcillas que tienen un punto de fusin elevado, situado sobre 1.600 y 1.750C. Su color en estado natural oscila entre en el blanco, gris.Su uso principal en la cermica, es el realizar el material refractario, ladrillos, crisoles, en general para todas las piezas que tienen que trabajar en uso continuado sobre el fuego.Sus cualidades fsicas varan, pudiendo ser ms plsticas, as como spera o granular. Generalmente contienen una proporcin de hierro y se asocian al carbn.Arcilla fuego es resistente a las altas temperaturas, que tienen puntos de fusin ms alto que 1600 C, por lo que es apto para hornos de revestimiento, como ladrillo de fuego, y la fabricacin de los utensilios empleados en las industrias metalrgicas, como crisoles, Recipientes, retortas y cristalera. Debido a su estabilidad durante la coccin en el horno, que se puede utilizar para hacer que los elementos complejos de cermica, tales como tuberas y artculos sanitarios.

Composicin qumica:La composicin qumica tpica de arcillas de fuego son 23-34% de Al2O3, SiO2 50-60% y 6-27% prdida en la ignicin, junto con diversas cantidades de Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O y TiO2. Los anlisis qumicos de dos fuentes del siglo 19, que se muestran en la siguiente tabla, son algo ms bajos en almina aunque unas citas de origen ms contemporneos anlisis que estn ms cerca.

LaArena Slica o Arena de Slice:

Esun compuesto resultante de la combinacin del Slice con el Oxgeno. Su composicin qumica est formada por un tomo de slice y dos tomos de Oxigeno, formando una molcula muy estable: SiO.

Los usos industriales de la slice derivan de sus importantes propiedades fsicas y qumicas, destacndose especialmente su dureza, resistencia qumica, alto punto de fusin, piezoelectricidad, piroelectricidad y transparencia.

Cmo se hizo el sellado?Se coloc la arcilla refractaria a 2.5cm de la parte superior del envase hasta el ras, luego se coloc la barbotina en una proporcin que al momento de colocar la tapa del envase rebalse la barbotina para que selle tambin todo el contorno de la tapa.Luego se sell con una capa gruesa de arcilla refractaria al contorno de toda la tapa para que no haya ninguna fuga de la mezcla. 2.5cmArcilla refractariaBarbotina

Terminado el sellaje se espera a que se seque la arcilla refractaria, aproximadamente 1 da y nuestro contenedor estar listo para ingresar al horno.Preparamos la muestra para realizarles el temple, inmediatamente las ingresamos a la mufla (Se denomina mufla a la parte refractaria de un horno en la cual se disponen los productos que deben tratarse, para protegerlos de la accin directa del fuego o de la accin oxidante del aire.), la cual consta de unas resistencias de cermica y de ladrillos refractarios.TIEMPO PARA LA CEMENTACION

1:50 Iniciamos a elevar la temperatura5:50 Alcanza una temperatura de 950 C (constante por 4 horas)

Al alcanzar la temperatura deseada para la cementacin (950 C)Al transcurrir el tiempo requerido, 4 horas, se sacan las muestras de la mufla y esperamos que enfri.

..

4.3.6: TRATAMIENTO TERMICO AL ACERO SAE 1020 TEMPLEComo tratamiento complementario a la cementacin, se realiz un temple a la probeta charpy, las cual fue cortadas por la mitad con referencia a su dimetro. Luego el rea expuesta despus del corte fue nivelada con el esmeril y acto seguido lijado.Las probetas fueron introducidas al horno durante un tiempo aproximadamente de 20 minutos a una temperatura de 850 C, luego fueron retiradas e inmediatamente enfriadas rpidamente en agua.

EfectosAntes de endurecer el material, la microestructura del material es una estructura de grano de perlita que es uniforme y laminar. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita formada cuando el acero o hierro fundido se fabrican y se enfra a una velocidad lenta. Despus de enfriamiento rpido endurecimiento, la microestructura de la forma material en martensita como una estructura fina, grano de aguja.4.4: ENSAYOS DE LAS PROBETASA) Ensayo de impactoLa probeta Charpy despus de ser sometido al tratamiento termoqumico respectivo, cementacin, que fue a una temperatura de 950C y por un tiempo de 4 horas.- ahora es sometida al ensayo de impacto.La muestra se coloca horizontalmente en un patrn especial que garantiza estrictamente la posicin de la incisin (ranura, entalla) en la parte media del vano entre los apoyos. El impacto es aplicado desde el lado opuesto a la incisin, en el plano perpendicular al eje longitudinal de la muestra. El pndulo se fija en la posicin superior inicial a la altura h de 1.6m, lo que corresponde a una velocidad del cuchillo del pndulo, en el momento del impacto de 5.6 m/s. Luego la ua de fijacin se retira, el pndulo cae libremente por efecto de su propia gravedad aplicado un impacto a la muestra, que se encorva y destruye elevndose en relacin a su eje vertical del pndulo Charpy en un angulo . Este angulo es tanto menor, cuanto mayor es la energa aplicada en el proceso por el pndulo para la deformacin y destruccin de la muestra

Una vez realizada el ensayo, se prosigue al siguiente paso; que consta en la toma de datos y la comparacin de la probeta Charpy sometida al tratamiento trmico con una probeta sin tratamiento.Esto se realiza con la finalidad de saber cunto de dureza (Rockwell) se a incremento en la probeta Charpy que fue sometida al tratamiento trmico (en kilopondios).

B) Ensayo de durezaDesde el punto de vista fsico se define la dureza como la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otros con los que se compara.- Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes: Dureza Brinnell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de wolframio. Para materiales duros, es poco exacta pero fcil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a traccin. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la ms extendida, ya que la dureza se obtiene por medicin directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeo tamao de la huella. ResultadosRealizando el ensayo de dureza (Rockwell) de las probetas se obtuvieron los siguientes resultados:Con 150 Kg de carga y con punta de diamante para la escala rockwell C

SAE 1020 Charpy cementaday templada (COSTADO) : HRC = 64.56 62.4 HRC (BORDE)65.2 HRC (CENTRO) 66.1 HRC (BORDE)

SAE 1020 Charpy cementada y templada (CENTRO): HRC = 48.248.2 HRC (centro)

C) ENSAYO METALOGRFICO Para efectuar un estudio metalogrfico a una pieza, se requiere de una cuidadosa seleccin y preparacin de la misma. La probeta deber ser caracterstica fiel del metal estudiado y servir para el fin a que se dirige tal estudio. La tcnica de preparacin de muestras es sencilla, pero requiere mucho cuidado en cada una de las etapas y sobre todo mucha limpieza. Las etapas para un ensayo metalogrfico son: Toma de muestra: La muestra debe ser caracterstica y representativa de las piezas a estudiar, debe escogerse la muestra del lugar que nos pueda dar mayor informacin o hacer Interesante el estudio. Se llev una fraccin de la probeta Charpy al microscopio donde se vio una sola estructura de grano es decir su microestructura era similar en toda la pieza es por ello que para ver a mejor detalle y para tener resultados adecuados y precisos se le aplica la metalografa.Corte de la muestra: Ya seleccionadas las muestras, se deber tener precaucin para seccionar la pieza a fin de no alterar sus propiedades y microestructura. Por ningn motivo se deber sobrecalentar la muestra ya que el calentamiento puede alterar la estructura. Se debe tener en cuenta cmo se realizara el corte, ya sea longitudinal o transversamente, segn el caso del estudio. Montaje de la muestra: El propsito del montaje es facilitar el manejo durante el pulido de la muestra y preservar los bordes, estandarizar tamaos y en algunas ocasiones identificar bien las muestras. El montaje consiste en incrustar una pequea muestra dentro de un soporte que puede ser metlico, resina, plstico. Desbaste de probetas: Durante el corte de la muestra y dependiendo del mtodo usado, se produce una deformacin plstica en la superficie, la cual deber eliminarse. El desbaste consiste en eliminar la capa deformada en la superficie de la muestra mediante la accin abrasiva de materiales con gran dureza y bordes agudos. La tcnica de desbaste se describe a continuacin: La superficie a pulir se presiona y se desliza sobre la superficie abrasiva. Deber ser refrigerada todo el tiempo con chorro de agua, que servir para arrastrar las partculas desprendidas del metal y abrasivo, adems de enfriar la muestra para no sobrecalentarla. La muestra deber moverse en una sola direccin, de manera que las partculas dejen rayas paralelas y de la misma profundidad. Se debern eliminar las partculas en el chorro de agua para no contaminar el abrasivo ms fino. La siguiente etapa es un abrasivo ms fino, desbastando ahora a 45 90 respecto a la direccin de las rayas paralelas, el nuevo rayado eliminar las anteriores. Se repiten todos los pasos anteriores hasta la ltima etapa del desbaste. Pulido de muestras: El objetivo del pulido es el de obtener una superficie plana y brillante (pulida a espejo), capaz de reflejar una cantidad de luz suficiente para poder observarla en el microscopio sin dificultad. El pulido se realiza en un material de superficie muy fina, para este caso se utiliza el pao. La finalidad de este paso es de seguir quitando material mediante el uso de polvos abrasivos de partculas muy finas. Estos se agregan sobre el pao y su importancia es tal, que su calidad depende de que al observar la muestra se obtenga una estructura real y sin ralladuras. Ataque de muestras metalogrficas: En general se revela la estructura de las aleaciones con un ataque diferencial o manchado de las diversas fases debido a su diferente composicin qumica, con lo cual se tienen variadas velocidades de disolucin. En aleaciones o metales monofsicos, la diferencia en velocidad de disolucin no se atribuye a su composicin qumica, sino a su orientacin cristalogrfica; unos granos son atacados con mayor o menor velocidad. Antes del ataque, en la mayora de las probetas es conveniente observarlas en el microscopio, en ocasiones los detalles son enmascarados por el ataque, as como los poros, grietas, defectos superficiales, etc. Para las inclusiones no metlicas, su evaluacin se realiza sin ataque. El ataque normalmente se efecta de dos maneras: Inmersin o por frotacin. En cualquier caso se recomienda seguir las indicaciones que se dan respecto a la temperatura y la concentracin. El tiempo de ataque vara para cada muestra dependiendo de la magnificacin a la que se va a observar, se debe recordar que la probeta deber estar completamente libre de grasa y seca antes de atacar, con el fin de lograr un ataque bueno y uniforme. En caso de sobre atacar la muestra, se deber pulir de nuevo, ya sea en el ltimo e inclusive hasta el desbaste fino, dependiendo del dao provocado. Los reactivos para llevar acabo el ataque qumico en la muestra metlica pueden ser de diferentes caractersticas lo cual depende del tipo de material, el reactivo utilizado fue Nital al 2%.REACTIVO DE ATAQUECOMPOSICIONUSOS

cido ntricocido blanco 1-5 ml

Acido metlico o etlico100 ml

Aceros al carbn a)para oscurecer la perlita y dar contraste entre colonias de perlitas b)`para revelar las fronteras de las perlitas ,c)para diferenciar la ferrita de las martensitas

Luego al ver que con el nital no se observaba bien la microestructura, se procedio a atacar con un siguiente reactivo de ataque que es el vilella al 2%:REACTIVO DE ATAQUECOMPOSICIONUSOS

Vilellacido Clorhidrico 5 ml

Acido pcrico 1 g100 ml de etanol o metanol

Revela el tamao de grano de laaustenitaen acerostempladosyrevenidos.En los aceros inoxidables ataca lamartensitay delinea las fases secundarias (carburos,fase sigmayferrita delta).

RESULTADOS Y DISCUSIN SELLAJEEn nuestra primera experiencia utilizamos un sellado de espesor de 2.5 cm el cual funcion, con ayuda del Ing. Pepe (Ing. Metalrgico) ; recopilando informacin y por experiencias anteriores que tuvo el Ing. Pepe obtamos en utilizar una capa de arcilla refractaria de aprox. 4-5cm de espesor, siendo un xito nuestro segundo sellaje. CAPA CEMENTADAHemos podido observar mediante nuestros clculos que la muestra de nuestra capa cementada es de 0.768 mm, este clculo realizado mediante medida de nuestra capa cementada de nuestra probeta usando una regla de tres simple, en el clculo del programa a esta distancia usando la capa cementada como variable independiente y el tiempo como dependiente pudimos tener con estos clculos que el tiempo para:

Una concentracin superficial de 1 tenemos:

Podemos ver que tenemos un error del 0.24 % un valor que es inferior al 5% , entonces quiere decir que nuestro error es casi nulo y por lo tanto nuestro trabajo salio deacuerdo a lo deseado.

ANLISIS DE LAS MICROESTRUCTURAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFALCULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MATERIALES

LABORATORIO DE TRASFORMACION DE FASESPRACTICA N 1CONSTRUCCION DEL DIAGRAMA DE FASES Pb-Sn Y ESTUDIO DE LA MICROESTRUCTURAS

DOCENTE:ING. MARCELO RODRIGEZ VALDIVIAINTEGRANTES: QUICAA HERRERA, CHRISTIAN CUI: 20095881 QUISPE PERALTA, DANTE CUI: 20081614 KATHERINE CYNTHIA HUARACHA CANAZA CUI: 20123124 OSCAR VILLANUEVA ROQUE CUI: 20120815

GRUPO : LUNES 11 1 PMAREQUIPA PERU2015

CONCLUSIONES

1. OSCAR MANUEL VILLANUEVA ROQUEEl tratamiento temo-qumico (cementacin) nos permiti endurecer superficialmente un acero de bajo carbono (1020), esto mediante proceso de difusin, haciendo que el carbono y los hueso de vaca molidos penetren la superficie del acero aumentando su porcentaje en composicin de carbono y calcio , esto nos permiti realizar un temple que nos permiti convertir la perlita calentndola hasta la temperatura de austenizacin sobre la lnea A3 y luego mediante un enfriamiento rpido usando como medio de enfriamiento al agua (TEMPLE), convertir la austenita en martensita.En la zona superficial se observa grano fino y una estructura martenstica con agujas dispersas , dentro del grano austenitico se denota agujas de austenita el cual presenta austenita retenida, esto indica que no logro su transformacin completa en martensita. En la zona central o del ncleo se observa granos poligonales con lmites de vainita y martensita adems de lminas largas o islas de perlita que contiene una mayor cantidad de perlita, y en el borde de grano fibroso la ferrita se transforma en la martensita y vainita en menor cantidad que en el borde ya que la difusin se realizo superficialmente.Al mismo tiempo hemos verificado que las variables independientes del proceso son el tiempo y la temperatura .En el ensayo de dureza la muestra con cementacin nos vot un valor de 66.2 en la escala HRC donde si podemos apreciar , en los lmites de esta escala el lmite es de 68 HRC , por lo tanto , la carburizacin queda demostrada y el procedimiento aceptable, as para el endurecimiento superficial de piezas y el mejoramiento de sus propiedades tanto dureza como tenacidad la cementacin es adecuada.2. CYNTHIA HUARACHA CANAZALuego del tratamiento de cementacin se observ que la probeta , la cual fue calentada inicialmente a 950C por 4 horas enfriada al aire y luego calentada a 850C Por 20 minutos y templada enfriada al agua, mostraba en la superficie hacia el centro un cambio de estructura, siendo la estructura de la superficie ms dura con HRC= 64.56. Es decir, para esta probeta se vio en la superficie una estructura martensitica, que es caracterstico despus a un tratamiento de temple, donde se aprecia agujas de martensita en una matriz perlitica.3. QUISPE PERALTA JUAN DANTESE comprueba que una de las soluciones de la segunda ley de Fick, gobierna el proceso de carburizacion y se puede afirmar que a mayor tiempo de carburizacion, para una misma temperatura de proceso; mayor ser el espesor de capa carburada. A mayor temperatura el espesor de la capa carburizada ser mayor segn los clculos en Excel, con el mismo tiempo en el horno4. CHRISTIAN QUICAA HERRERAConcluimos que la cementacin tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificar su ncleo, originando una pieza formada por dos materiales: la del ncleo de acero (con bajo ndice de carbono) tenaz y resistencia a la fatiga, y la parte de la superficie(de acero con mayor concentracin del carbono) 0,2% de C. consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante y someter la pieza durante varias horas a altas temperaturas. En estas condiciones el carbono penetra en la superficie que recubre a razn de 0.1 a 0.2 mm por hora de tratamiento. A la pieza cementada se le da el tratamiento trmico correspondiente al temple y revenido, y cada una de las zonas de la pieza adquirir las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono.