Lab1 Deformacion en Frio 2013 -2

7/27/2019 Lab1 Deformacion en Frio 2013 -2

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA

INFORME DE LABORATORIO

DEFORMACION EN FRIO

CIENCIA DE LOS MATERIALES II (MC-115)

PROFESOR: Ing. zamora

INTEGRANTES: ARGUELLES SAENZ, LUIS ALBERTO 20137017k

FECHA DE PRESENTACIN : 02/10/2013

Lima Per

2013


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PROLOGO

NDICE

PROLOGO ............................................................................................................. 02

1. OBJETIVO ............................................................................................................. 04

2. DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS ............................................ 05

3. DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO............................................................ 12

4. DATOS RECOGIDOS EN EL LABORATORIO ................................................. 15

5. CALCULOS Y RESULTADOS ............................................................................ 16

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................... 22

7. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 24

8. CUESTIONARIO ................................................................................................... 25

2.OBJETIVOS


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Entender y conocer el procedimiento de produccin de un metal sometido a

deformacin plstica en frio.

Reconocer que despus del Enfriamiento en fro muchas propiedades se han

mejorado como la dureza, pero el mismo tiempo de han aumentado otros

defectos.

Establecer una relacin entre las durezas obtenidas y las deformaciones por

deformacin en frio, justificando con un anlisis metalogrfico los cambios en su

estructura interna.

Identificar mediante una observacin microscpica, la microestructura de los

metales estudiados, notando como se reordena esta estructura cuando la

deformacin se hace ms intensa.

Conocer aspectos generales sobre los procesos de deformacin en frio y sus

posibles aplicaciones en diversos campos de la ingeniera.

3.FUNDAMENTO TERICO


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3.EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILZADOS

Vernier

El nonio o vernier es una segunda escala auxiliar que tienen algunos

instrumentos de medicin, que permite apreciar una medicin con mayor

precisin al complementar las divisiones de la regla o escala principal del

instrumento de medida.

Sierra

La sierra es una herramienta que sirve para cortar madera u otros materiales.

Consiste en una hoja con el filo dentado y se maneja a mano o por otras fuentes

de energa, como vapor, agua o electricidad. Segn el material a cortar se utilizan

diferentes tipos de hojas de sierra. De acuerdo con la mitologa griega, fue

inventada por Perdix, el nieto de Ddalo.
http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentos_de_medici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Medici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Herramientahttp://es.wikipedia.org/wiki/Maderahttp://es.wikipedia.org/wiki/Filohttp://es.wikipedia.org/wiki/Manohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mitolog%C3%ADa_griegahttp://es.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9dalohttp://es.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9dalohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mitolog%C3%ADa_griegahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Manohttp://es.wikipedia.org/wiki/Filohttp://es.wikipedia.org/wiki/Maderahttp://es.wikipedia.org/wiki/Herramientahttp://es.wikipedia.org/wiki/Medici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentos_de_medici%C3%B3n


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Tornillo de banco

El tornillo de banco es una herramienta que sirve para sujetar firmemente piezas

o componentes a los que se les quiere aplicar alguna operacin mecnica. Es un

conjunto metlico muy slido y resistente que tiene dos mordazas; una de ellas

es fija y la otra es mvil, es decir, se abre y se cierra cuando se gira con una

palanca un tornillo de rosca cuadrada.

Es una herramienta que se atornilla a una mesa de trabajo y es muy comn en

los talleres de mecnica.

Cuando las piezas a sujetar son delicadas o frgiles se deben proteger las

mordazas con fundas de material ms blando llamadas galteras y que pueden ser

de plomo, corcho, cuero, nailon, etc.

La presin de apriete tiene que estar de acuerdo con las caractersticas de

fragilidad que tenga la pieza que se sujeta.
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Limas

La lima como fuente de herramienta manual de corte/desgaste consistente en

una barra de acero al carbono templado con ranuras llamadas dientes, y con una

empuadura llamada mango, que se usa para desbastar y afinar todo tipo de

piezas metlicas, de plstico o de madera. Es una herramienta bsica en los

trabajos de ajuste.

Lijas de diversas medidas

Se utiliz agua normal de cao con un chorro sin mucha intensidad, cuyo

propsito era impedir el calentamiento de la probeta ya que si no se aplicaba

este, se podra alterar la estructura de la superficie, modificando as los

resultados.

Las lijas usadas en la experiencia fueron de 180, 360, 600, 800, 1000 y 1200.

El tamao de las lijas estaba hecha por la divisin de una pulgada entre sus

respectivos nmeros sea mientras mayor era el nmero de la lija ms fina era

esta.
http://es.wikipedia.org/wiki/Herramienta_manualhttp://es.wikipedia.org/wiki/Herramienta_manual


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Pulidor mecnico:

El pulidor se encuentra conformado de una plataforma giratoria en forma circular

sobre el cual est colocado un determinado pao de tela, la probeta se colocaba

por encima de esta superficie de manera que lo roce con la intencin que esta

sea pulida, se us como polvo abrasivo la almina que es en realidad el que le da

el pulido final. Tambin se le agrega un poco de agua, con el objeto de mantener

frio el pulidor y evitar de esta manera que se caliente la probeta, lo cual alterara

su estructura interna.


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Microscopio Metalogrfico:

El microscopio utilizado era de la marca Carl Zeiss Jena, este nos permiti

observar las diversas probetas. Su operatividad era bastante sencilla, ya que solo

se giraba un eje para acercarse o alejarse. Este microscopio tambin nos permite

observar la microestructura del material que estamos observando.

Reactivos de ataque, alcohol, algodn y secadora

En la experiencia usamos el HNO3 para todas las probetas atacadas aunque su

uso es principalmente para la gran mayora de plomo y aleaciones. El tiempo de

aplicacin fue de 3 a 5 segundos. Despus se limpiaba con algodn con alcohol

para luego secar completamente el material con secadora.


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Materiales

Probetas

Las probetas que fueron preparadas eran una de forma cilndrica y de una

longitud aproximada de . Todas fueron sometidas a una deformacin de

distintos porcentajes y experimentaron el mismo procedimiento para medir su

dureza y realizar el ensayo metalogrfico. El material empleado para la

fabricacin de las probetas es cobre.


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5. PROCEDIMIENTO

a. Obtencin de las probetas, toma de medidas con el vernier, etiquetarlas con 10,

30, 45, 55, 80% de deformacin. Una probeta a su vez ser mantenida sin

deformar.

b. Deformacin de la probeta al porcentaje asignado, usando para ello de la comba,

yunque y alambre.

c. Colocar la probeta en el tornillo de banco y realizar cortes paralelos (A, B) con la

sierra.

d. Se aplicar primero una lima para eliminar las rebabas de las caras paralelas A y

B.


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e. Medicin de dureza Rockwell, usando la escala B en las superficies planas de

las probetas

f. Lijado de las superficies planas A y B de las probetas usando progresivamente

lijas N 180, 360, 600, 800, 1000 y 1200.

g. Pulido mecnico con almina de las probetas, acabado al espejo.


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h. Limpieza con alcohol y algodn, con posterior secado.

i. Atacar las superficies planas con reactivo qumico.

j. Secado final y observacin de la textura bajo el microscopio.

6. CALCULOS REALIZADOS

6.1. DATOS RECOGIDOS EN EL LABORATORIO


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6.2. CALCULOS Y RESULTADOS


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6.2.3.Porcentaje de Deformacin

PROBETA 1 Cu-10 %(Deformacin).

Probeta 2 Cu-30 %(Deformacin).



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7. CUESTIONARIO

1. Cules son los mecanismos de deformacin plstica

nmbrelas, explique detalladamente y grafquenlas.-MECANISMO DE DESLIZAMIENTO

La deformacin plstica se debe al movimiento de un gran nmero de

dislocaciones. Una dislocacin de borde se mueve a respuesta a un esfuerzo de

corte aplicado en direccin perpendicular a su lnea de dislocacin. A este

movimiento de dislocaciones se le llama deslizamiento. El movimiento de una

dislocacin de borde se asemeja al mecanismo que utlizan algunas orugas para

avanzar.

-MECANISMO DE MACLADO

En algunos materiales metlicos la deformacin plstica puede ocurrir por

maclado:

En el maclado, una fuerza de corte produce desplazamientos atmicos de

forma tal que en un lado de un plano (el plano de maclado), los tomos estn

situados como si fueran imgenes especulares de las posiciones de los tomos del

otro lado.

El maclado ocurre en planos y direcciones cristalogrficas bien definidas,

dependiendo de la estructura cristalina.


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(Planos de maclado en una estructura cristalina)

2. Explique el factor o mecanismo que los metales en

deformacin en frio aumente su dureza y esfuerzo

La deformacin en fro es un tratamiento de deformacin permanente que serealiza por debajo de la temperatura de recristalizacin, consiguiendo aumentar ladureza y la resistencia a la traccin de la pieza y disminuyen su plasticidad ytenacidad.

La deformacin del material es debida a la deformacin individual de sus granos,cualquier esfuerzo que acte sobre la pieza se transmite por su interior a travs dedichos granos.

La deformacin de los granos y las tensiones que esto origina, provoca unestado de acritud en el metal, es decir, se produce un aumento de la fragilidad, de ladureza, esfuerzo y de la resistencia mecnica de la pieza.

La deformacin en fro proporciona el endurecimiento del metal. La densidadde dislocaciones aumenta con la deformacin en fro. El mecanismo exacto por el

que se producen este tipo de deformaciones no se conoce con exactitud perodurante la deformacin se crean nuevas dislocaciones que interactan con lasexistentes. La densidad de dislocaciones aumenta con la deformacin, hace que seams difcil el movimiento de stas a travs de las dislocaciones ya existentes y elmaterial se endurece.


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3. Explique porque los metales HC (hexagonal compacta) sontpicamente ms frgiles que los metales FCC(cubo de caracentrada) y BCC(cubo centrada en el cuerpo), adems diga usteden cual de los casos el esfuerzo de corte es mayor. Expliquedetalladamente.

Para saber la ductilidad de los metales tenemos que saber la cantidad de

Sistemas de Deslizamiento y que Las dislocaciones (de cualquier tipo) no se

mueven con el mismo grado de facilidad en todos los planos y direcciones

cristalogrficas, sino que existen planos preferenciales (planos de deslizamiento)

y direcciones preferenciales (direcciones de deslizamiento).

Los planos de deslizamiento poseen elevada densidad planar de tomos. Lasdirecciones de deslizamiento poseen elevada densidad lineal de tomos.

Se llama sistema de deslizamiento al conjunto de planos y direcciones dedeslizamiento en donde las dislocaciones podrn moverse.

En el caso de la hexagonal compacta el deslizamiento en estos metales esmucho ms limitado que en las estructuras BCC y FCC. Esto ocurre porqueexisten poqusimos sistemas de deslizamiento activos en estas estructuras. Laconsecuencia de esto es que el metal es generalmente frgil y quebradizo.

La ductilidad de un material tambin depende del grado de compactacin de losplanos de deslizamiento y del nmero de sistemas de deslizamiento. En general,los metales con estructura FCC son ms dctiles que los cbicos de BCC portener planos ms compactos (a pesar de tener menor cantidad de sistemas dedeslizamiento).

Podemos observar que las estructuras cristalinas FCC y HC muestran menoresfuerzo cortante crtico que la BCC. Esto obedece, segn se sabe que enunidades anteriores, que tanto la estructura FCC como la HCP son compactas,planos (111) y (0001), y direcciones densas y que no permiten

intersticios. No sucede lo mismo con la BCC donde no existe ningn plano densocon el acoplamiento de las estructuras anteriores.Por ello se concluye que las estructuras FCC y HCP muestran unos cortantescrticos inferiores 1/100, a los de la estructura BCC.

Por otra parte, puede hipotetizarse la aptitud a la fluencia por deslizamiento tantodesde la observacin de su esfuerzo cortante crtico como desde el anlisis delnmero de sistemas de deslizamiento con t crtico que alberga cada sistemacristalino.


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1. CONCLUSIONES

De acuerdo a lo observado en el laboratorio concluimos que la dureza y el porcentaje

de deformacin son proporcionales, es decir a mayor compresin mayor dureza.

Las distorsiones en las curvas se pueden deber ala forma como salieron las probetas

al ser aplastadas que tu vieron forma de paralelogramo

Los metales deformados son policristalinos y sus granos estn orientados al azar, al

aplicarles una fuerza en una determinada orientacin, estos granos tratan de

orientarse en la direccin de la fuerza. Esto lo podemos verificar en las

microfotografas realizadas.

La cantidad de imperfecciones cristalinas aumenta debido a las tensiones producidas

por la deformacin.

La facilidad de un metal para deformarse plsticamente es probablemente la

caracterstica ms importante en comparacin con otros materiales que no sufren

deformacin plstica que no son metales como por ejemplo los cermicos.

El grado de dispersin incrementa la dureza y fragilidad del material.


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RECOMENDACIONES

Medir con precisin las longitudes iniciales de las probetas de cobre con el pie de

rey.

Tratar de la longitud final de las probetas se aproxime lo ms posible a las medidas

calculadas con el porcentaje de deformacin.

Al momento de la compresin, los soportes y las superficies de las probetas debenser lo ms paralelas posibles.

Recomendamos observar continuamente el avance realizado cada 30 o 40 lijadas,

con el fin de corregir algn error que se pueda presentar.

Tambin recomendamos no adelantarse o saltearse una lija, ya que esto producira

que ciertas rayas no se borrasen correctamente.

Si despus del pulido, la probeta an presentase lneas que no se borrasen, se debe

regresar a una lija media tal como la 600 o 800 para eliminarla, en caso que la lnea

sea muy profunda se debe retornar a la 360.

El lijado se debe realizar de un solo sentido y de preferencia se debe realizar en

direccin de la cada del agua para ayudar a que los residuos del lijado se desplacen

fcilmente.

Cuando se realiza las primeras lijadas, se debe asegurar que se desprenda todo el

material corrodo o daado, para asegurar que la muestra se vea correctamente en

el microscopio.


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2. BIBLIOGRAFA

Courtney, T.H., Mechanical Behavior of Materials, 2da. Ed., 2000.

Jos M. Lacheras. Tecnologa de los materiales industriales.

James F. Shackelford. Ciencia de Materiales para Ingenieros.

William F. Smith. Fundamentos de ciencia e ingeniera de materiales, Editorial

McGrawHill, 1998.

Donald Askeland, Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Editorial THOMPSON

EDITORES, 3ra Edicin, 1998.

Wikipedia. Metalografa. Disponible en:http://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADa

Wikipedia. Alumina. Disponible en:http://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAmina

Procedimeinto de obtencin de alumina para pulido de investigaciones metalogrficas.

Disponible en: http://www.espatentes.com/pdf/0338019_A1.pdf

Microscopio Metalogrfico. Disponible en: http://www.uam.es/docencia/labvfmat//labvfmat/

Anexo/microscopio_metalografico.htm

"Metals Handbook", 1948, American Society for Metals, Metals Park, Ohio.
http://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAminahttp://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAminahttp://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAminahttp://www.espatentes.com/pdf/0338019_A1.pdfhttp://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/%20Anexo/microscopio_metalografico.htmhttp://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/%20Anexo/microscopio_metalografico.htmhttp://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/%20Anexo/microscopio_metalografico.htmhttp://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/%20Anexo/microscopio_metalografico.htmhttp://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/%20Anexo/microscopio_metalografico.htmhttp://www.espatentes.com/pdf/0338019_A1.pdfhttp://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAminahttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADa


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3. CUESTIONARIO:

1.- Cul es la diferencia entre deformacin en fro y deformacin en caliente?

Esencialmente la diferencia ms importante es la temperatura a la cual se

trabaja el material. Al deformar en frio se obtienen unas propiedades

mecnicas superiores y un mejor acabado de la pieza, adems se ahorra la

energa de calentar el material y las herramientas a emplear no tienen que

estar preparadas para soportar altas temperaturas pero las maquinas a usar

tienen que tener una mayor potencia.

Se deformara en caliente cuando se quiera producir recuperacin y

recristalizacion simultneamente con la deformacin, asimismo para

materiales que no puedan soportar la recepcin las fuerzas de trabajo o

cargas de impacto.

2.- Qu porcentaje de la energa que se gasta en un proceso de deformacin en

fro se desprende en forma de energa calorfica?

En todo proceso de deformacin en frio se gasta energa con el propsito de

alterar sus propiedades y asimismo dar forma a un producto.

Sin embargo parte de esta energa se convierte en calor, aproximadamente el

, y solo una fraccin pequea de esta energa gastada se conserva o se

almacena en el material como energa interna, aproximadamente el

3.- En qu se diferencian el mecanismo de deformacin plstica por deslizamiento

y el mecanismo de deformacin plstica por maclaje?

Mecanismo d e deformacin por desl izamiento:

Los clculos realizados a partir de este modelo indican que la resistencia de los

cristales metlicos debera ser entre veces mayor que la resistencia

cizalladura. Por tanto, no puede aplicarse este modelo de deslizamiento atmico en

grandes cristales metlicos reales.


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Para que se produzca la deformacin de cristales metlicos grandes a la baja

temperatura de cizalladura, es necesaria una alta densidad de imperfecciones

cristalinas conocidas como dislocaciones.

Las dislocaciones producen los desplazamientos atmicos sobre planos cristalinos

de deslizamiento especficos y en direcciones cristalinas de deslizamiento

especificas. Usualmente los planos de deslizamiento son los de mxima

compactibilidad, y tambin los ms separados entre s.

Mecanismo de deformacin por maclaje

Otro importante mecanismo por el que se puede producir la deformacin plstica

de los metales es el maclado. En este proceso. Una parte de la red atmica se

deforma de tal modo que genera una imagen especular de la red no deformada

cercana. El plano cristalogrfico de simetra entre la parte deformada y la no

deformada se denomina plano de maclado. El maclado, igual que el

deslizamiento, tiene lugar en una direccin especfica denominado direccin de

maclado. Sin embargo, en el deslizamiento todos los tomos situados en uno de

los planos de deslizamiento se desplazan igual distancia, mientras que en el

maclado los tomos se mueven a distancias proporcionales a su distancia al plano

de maclado.

4.- Describir el comportamiento de la dureza en funcin del porcentaje de

deformacin plstica en fro. Esquematizar el caso del cobre.


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5.- Una probeta cilndrica de cobre ha sufrido una deformacin en fro por

aplastamiento. La deformacin sufrida ha sido de 16% en longitud. Si su radio

despus de la deformacin en fro es de 16,4 mm Cul era su radio antes de la

deformacin?

Resolviendo la siguiente relacin:

()

6.- Explique brevemente por que los metales HC (Hexagonal compacto) son

tpicamente ms frgiles que los metales FCC (Cubo centrado en las caras) y BCC

(.Cubo centrado en el cuerpo)

Es debido a q la estructura cristalina HC presenta mayor nmero de planos de

deslizamiento q los FCC y BCC. Este valor fue estudiado en ciencia de los

materiales 1.


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7.-Cmo cambia la conductividad elctrica de un metal cuando se deforma en fro?

En la deformacin en frio de un metal la conductividad y propiedades

elctricas no se ven tan afectadas. Esto se debe a que, existen regiones en

las cuales el recorrido medio de los electrones es grande, por lo que la

conductividad es nicamente perjudicada en secciones en las cuales los

granos se hayan comprimidos y tensionados. En trminos generales diramos

que la conductividad disminuye cuando existe una deformacin plstica en

frio, este hecho se hara ms notorio en piezas laminadas, donde la

deformacin se da a lo largo de toda su superficie.

8.- A que se denomina acritud?

La acritud significa deformacin mecnica de un material a temperaturas

relativamente bajas (en este caso por deformacin en frio). El rea de acritud

se define en relacin a la reduccin relativa del rea de la seccin transversal

del material. Mientras ms aumente el grado de acritud, la dureza y

resistencia del material aumentan.

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