UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACION

LABORATORIO DE MATERIALES

Practica No.: 05

Titulo de la práctica: Análisis Macroscópicos

INTRODUCCION

El examen macroscópicos de los metales tiene por objeto el detectar los defectos que puedan presentarse en una sección o parte de una pieza metálica detectable a simple vista o utilizando elementos de observación con aumentos máximos de 10X

La distribución general de las inclusiones de una sección de una pieza, a uniformidad de la estructura, la localización y magnitud de segregaciones, los defectos de fabricación como las grietas superficiales o de forja, los defectos residuales procedentes de los lingotes, tales como rechupes, son aspectos que influyen decisivamente sobre las propiedades y por lo tanto en sobre las condiciones de utilización de la pieza.

En el caco de un proceso de etapas sucesivas en la elaboración de probetas metálicas, por medio del examen macroscópico es posible detectar la aparición de defectos en alguna de las operaciones, controlando de este modo la producción y evitando el gasto que representaría la continuación del proceso que solo proporcionaría artículos de mala calidad.

Estructuras manifestada por macroataque en el acero:

Estructura Columnar: Al vaciar el acero fundido en la lingotera, se solidifica primero el acero fundido que está en contacto con las paredes del molde formando una capa solida de algún espesor, Esta capa está compuesta de granos que tienen aproximadamente las mismas dimensiones en todas las direcciones. La caído de temperatura se hace más lenta en la parte más interior del material favoreciendo así el crecimiento del grano hacia el centro de la lingotera y perpendicular a las cares del molde, esto es debido a que los grano en dirección paralela al molde están delimitados entre si y no hay posibilidad que ellos crezcan en esa dirección, por lo tanto la única dirección en los que ellos pueden crecer es perpendicular a las paredes, de esta forma los granos llegan al centro de la lingotera en forma de columna. La detención del crecimiento de los granos columnares se detendrá cuando los provenientes de una cara se encuentren con los de la cara opuesta, quedando definidos planos diagonales delimitados por los granos procedentes de las caras adyacentes de la lingotera. Estos planos presentan zonas de debilidad y en el tratamiento mecánico (laminación). Estas regiones originan defectos tales como fracturas. Para eliminar esos planos se construyes lingoteras con aristas y vértices redondeados. [1]

Estructura Dendrítica: Se forma en el primer proceso de solidificación cuando la temperatura del líquido es muy cercana a la de solidificación la que permite que se formen núcleos que comiencen a crecer en todas partes y en diferentes direcciones y cuando se consiguen en su interior queda líquido atrapado. Los núcleos se observan de un color brillante porque es el metal más puro, y menos brillante porque es la impureza del metal. [3]

Segregaciones: Es posible por los diferentes tratamientos que sufre el metal en la elaboración de una pieza, que las dendritas desaparezcan, pero eso no significa que el material sea homogéneo químicamente. La difusión lenta de elementos como azufre y fosforo en el acero mantienen latente las segregaciones dendríticas y por lo tanto aun cuando en el examen macroscópicos no aparezcan dendritas, las segregaciones continúan en el material y es necesario detectarlas macro y microscópicamente. Esto puede afectar la calidad de la pieza. [1]

Rechupes: Surge durante la solidificación. Se forma a causa de las contracciones por la disminución de volumen cuando el metal pasa de líquido a sólido. También influye en su formación el escape de los gases. La disminución de volumen origina una cavidad en el centro de la pieza. Esta cavidad es la última en solidificarse y como está en contacto con el aire presenta oxidación. [3]

Porosidades: Debido a defectos en el canal de alimentación del metal fundido y al desprendimiento de gases, también a veces por la presencia de humedad en el ambiente, se presentan porosidades en la pieza, que al igual que los rechupes, representas discontinuidad del material.

Líneas de fluencia: Muchas veces es necesario conocer si la pieza ha sido obtenida por forja, corte o moldeo. La aparición de líneas de fluencia, indican el tipo de trabajo mecánico aplicado debido que el material fluye por el esfuerzo, especialmente en el caso de forja y laminación. Si se forja, lamina o estampa una pieza las líneas de fluencia aparecen siguiendo el contorno de ella. La causa de la formación de las líneas de fluencia es que la estructura dendrítica que se encuentra desordenada en la fundición, se orienta por los esfuerzos mecánicos y la segregación facilita el ataque que hace visible esta estructura. La aparición de líneas de fluencia no es un defecto, es una consecuencia del trabajo mecánico.

Soldaduras: Es muy frecuente conocer si las uniones de soldaduras están sanas o no. Con ataque adecuado es posible revelar si la soldadura y determinar si ha sido bien realizada o tiene defectos ocasionados, mala fluidez, etc. [1]

Impresión de Baumann: Prueba que se utiliza para determinar el azufre en el acero. La superficie cuya impresión interesa debe estas razonablemente desbastada y limpia de materias extrañas suciedad y grasas. Pasos:

El papel fotográfico (Ag. Br.) Se pone en contacto con una solución acuosa de ácido sulfúrico (H2S) al 2% durante 3 ó 4 min.

Se extrae el papel del baño de ácido y se deja escurrir el exceso de líquido.

Se pone el papel en contacto con la superficie preparada y se expulsan las burbujas que pueden haber quedado con un rodillo de goma, manteniéndolo a presión moderada por intervalo de 1 a 2 min.

El ácido sulfúrico reacciona con las sulfuros del acero (el azufre se encuentra en el acero como FeS y MmS) desprendiéndose un gas sulfhídrico el cual reacciona con el bromuro de plata (Ag. Br.) de la emulsión para formar sulfuro de plata (Ag2S) de color entre pardo y gris negruzco.

Después del tiempo recomendado se separa el papel fotográfico, se lava con agua y se fija con un baño fijador fotográfico, en el que se mantiene unos 15min. Luego se lava la impresión en agua corriente durante unos minutos y luego se secan en forma usual. La presencia de azufre se observa por una serie de puntillos amarillos en la pieza. [3]

Objetivo General

Conocer y definir la técnica de análisis macroscópico como proceso experimental para la detección de características y defectos superficiales debido a la solidificación de materiales.

Objetivo Específicos

Observar con detalles las piezas suministradas. Dibujar las piezas suministradas indicando los defectos presentados por estas. Preparación de muestras y ataque con yodo en ioduro de potasio y observar la superficie

observada. Dibujar la muestra indicando lo que se observa en ella. Realizar la impresión de Azufre o impresión de Baumann Observar los resultados obtenidos y determinar cualitativamente la distribución de azufre de

la muestra

Lista de Materiales

Lupa de máximo 10X de aumento. Piezas metálicas con características y defectos de solidificación. Papel fotográfico. Papel abrasivo (lija) de diferentes numeraciones (600, 400, 320, 240). Iodo al 10% en Ioduro de Potasio al 20% Material de laboratorio (pinzas, guantes aislantes, soporte universal, etc) Algodón.

Lista de Equipos

Secadora Supersonic, marca Renington. Soporte universal marca LeyBold.

PRCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Evaluación de la pieza: Consiste en evaluar diferentes piezas metálicas presentadas por el profesor (o técnico de laboratorio), a fin de determinar los defectos o características de solidificación o deformación.

1) Observe las piezas que le serán suministradas.2) Analice el aspecto, determine la naturaleza del metal.3) Discuta con sus compañeros las observaciones y deduzca las posibles causas de lo

observado.4) Discuta cual sería el método de preparación de la muestra para poder observar el detalle.5) Dibuje y anote en su hoja de datos lo observado y discutido.

Preparación de muestras con ataque con Yodo en Ioduro de Potasio: Consiste en preparar y analizar los defectos que aparecen en muestras de acero.

1) Identifique la muestra.2) Observe las características iniciales de la muestra.3) Proceda a la preparación superficial: desbaste grueso y desbaste fino.

Desbaste grueso: Pase la muestra por el papel de abrasivo de numeración correspondiente, asegúrese que la superficie de la pieza quede plana.

Desbaste fino: Rotando la muestra 90º con respecto a la líneas dejada por el desbaste grueso, lije las muestras con papel abrasivo de menor numeración que el papel usado en el desbaste grueso. Asegúrese de ir girando la muestra 90º cada vez que cambie de papel. Nota: el cambio de papel debe ser realizado cuando las líneas dejadas por el papel anterior desaparezcan.

4) Cuando la superficie ya esté lista, realice el ataque con Yodo en Ioduro de Potasio al 10%: humedezca el algodón con solución y aplíquelo sobre la superficie preparada de la muestra. Nota: Evite el contacto con la solución, especialmente si es alérgico al Yodo.

5) Observen los cambios que suceden6) Compare las diferencias con la muestra originalmente7) Dibuje la pieza y anote las observaciones.8) Discuta con sus compañeros el origen de las características que aparece en las pizas.

RESULTADOS OBTENIDOS

Evaluación de las piezas suministradas

Pieza 4: En la figura 1 se observa un socavamiento o un cavidad en la parte superior de la pieza de aluminio. Indica que en el momento que el materia fundido de vació en el molde ocurrió el el fenómeno de rechupe creando ese defecto superficial sobre la pieza.

Figura 1 Pieza de Aluminio

Pieza 7: en la Figura 2 se puede observar los cordones de soldadora y también podemos apreciar que hubo un mal acople de las piezas debido a la discontinuidad del material que está en medio de los cordones de soldadura.

Figura 2 Pieza de Acero

Figura 1: en la Figura 3 se observa la estructura Dendrítica en la superficie donde fue rebanada la pieza. Se aprecie las ramificaciones que tiene el material.

Figura 3 Pieza con Estructura Dendrítica

Pieza 6: Se aprecia en la Figura 4 una fractura aproximadamente a 45º respecto a la horizontal. El material no presenta deformación en los bordes de la fractura lo que indica que no es un material

dúctil, además que no hay superficies lisas en la fractura, es decir, la fractura fue espontanea y no ocurrió sucesivamente.

Figura 4 Pieza Fracturada

Pieza 8: En la figura 5 se observa las líneas de fluencia del material, el cual permite conocer por cual proceso mecánico fue sometido la pieza.

Figura 5 Pieza con líneas de fluencia.

Pieza 9: En la figura 6 se aprecia una cavidad en la parte superior. Quiere decir que cuando el metal fundido fue vaciado en el molde y en el momento de la solidificación el material tuvo una reducción de volumen y para compensar esto ocurre esa cavidad.

Figura 6 Pieza con Rechupe

Pieza 5: En la figura 7 se observar que material tiene porosidad debido a defectos en el canal de alimentación o por gases que quedaron atrapado durante el proceso de solidificación.

Figura 7 Pieza con Porosidad

Pieza 3: En la figura 8 se aprecia los granos columnares y como se hizo en un molde con arista y vértices redondeados para eliminar los planos diagonales que ocasionan la fractura.

Figura 8

Pieza 9: En la figura 9 también se observa las líneas de fluencia.

Figura 9

Pieza 2: En la figura 10 también se observa el fenómeno de rechupe.

Figura 10

Evaluación de las piezas con tratamiento de Yodo en Ioduro de Potasio.

Pieza 1: En la figura 11 apreciamos claramente como esta delimitados los cordones de soldadura debido a la impresión de Baumann.

Figura 11

Pieza 2: Vemos en la figura 12 la segregación de la pieza en la parte oscura de la misma.

Figura 12

Observaciones del la impresión Baumann

En la figura 13 tenemos el papel fotográfico con la impresión de la distribución de azufre en un par de tuercas a la cuales se les realizo la impresión de azufre o conocida como la impresión de Baumann. La distribución de azufre de ambas piezas muestra uniformidad en la distribución del azufre en las piezas.

Figura 13 Papel fotográfico con la impresión de la distribución de azufre.

CONCLUSIONES

Los análisis macroscópicos son muy importantes porque permiten evaluar la condición de una pieza sin desacoplarla de la máquina interrumpiendo su funcionamiento y hacer los ensayos suficientes para determinar si está o no en buenas condiciones sin generar gastos adicionales a la empresa.

Gracias a los análisis macroscópicos podemos determinar por cual tratamiento ha sido sometido la pieza y tomar buenas decisiones a la hora de seleccionar una pieza para su buen funcionamiento.

Gracias a la impresión de Baumann podemos determinar la distribución de azufre en una pieza mecánica, recordando que el azufre en una meta hace que este sea más maleable. Si la distribución de azufre no es uniforme la pieza será más dura en un lado que en otro y eso afecta considerablemente las propiedades mecánicas de la pieza.

BIBLIOGRAFIA

[1] Pro. Militza J. Iriza Castro (2011): “Manual de Prácticas del Laboratorio de Materiales” Pág. 1 – 5

[2] http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/inf-mono.html

[3] http://www.systemcover.com/descarga/12.doc