UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA UNIDAD AZCAPOTZALCO

DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍADEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE INGENIERIA DE LOS MATERIALES

Practica No. 2: dureza y tamaño de grano

Objetivo:

Determinar la relación entre la dureza y tamaño de grano del material.

Introducción

Después que se forman los núcleos estables en un metal en solidificación, crecen hasta formar cristales. En cada cristal los átomos están ordenados en un modelo esencialmente regular, pero la orientación de cada cristal varía. Cuando finalmente concluye la solidificación del metal, los cristales se juntan unos con otros en diferentes orientaciones y forman límites cristalinos en los que los cambios de orientación tienen lugar en una distancia de pocos átomos. Un metal solidificado que contenga muchos cristales se llama policristalino. En el metal solidificado los cristales se llaman granos y las superficies entre ellos, límites de grano.El número de puntos de nucleación disponible para el metal en proceso de solidificación afecta a la estructura granular del metal sólido producido. Si hay relativamente pocos puntos de nucleación disponibles durante la solidificación, se producirá una estructura de grano grueso y basta. Si hay muchos puntos de nucleación disponibles durante la solidificación, se obtendrá una estructura de grano fino. La mayoría de los metales y aleaciones en ingeniería se funden con una estructura de grano fino, dado que es el tipo de estructura más deseable para conseguir resistencia y uniformidad en productos metálicos acabados.

Cuando un metal relativamente puro se moldea en un molde fijo sin utilizar afinadores de grano, se producen normalmente dos tipos de estructuras de grano principalmente:1. Granos equiaxiales2. Granos columnaresSi las condiciones de nucleación y crecimiento en el metal líquido durante la solidificación son tales que los cristales pueden crecer por igual en todas las direcciones, se obtendrán granos equiaxiales. Los granos equiaxiales se encuentran normalmente junto a la pared del molde frío. Un gran enfriamiento cerca de la pared crea una elevada concentración de núcleos durante la solidificación, una condición necesaria para producir una estructura de granos equiaxiales.Los granos columnares son alargados, delgados y burdos, y se forman cuando un metal se solidifica muy lentamente en presencia de un fuerte gradiente de temperaturas. Relativamente pocos núcleos están disponibles cuando se producen los granos columnares.

Ensayo Rockwell.Desarrollado por S. P. Rockwell en 1922, esta prueba mide la profundidad de penetración en lugar del diámetro de la indentación. El indentador se oprime sobre la superficie, primero con una carga menor y después con una carga mayor; diferencia en las profundidades de penetración es una medida de la dureza del material. Los ensayos Rockwell de la dureza superficial también se han desarrollado mediante el mismo tipo de indentadores, pero con cargas ligeras.

Materiales:

4 muestras de aluminio-zinc montadas en baquelita1 muestra de aluminio montada en baquelita1 muestra de zinc montada en baquelitaMicroscopio metalográficoDurómetro RockwellPulidoraAlúminaJuego de lijas Nital

Procedimiento experimental:

• Medir la dureza Rockwell en cada una de las probetas, al menos tres veces, normalmente se hace 10 veces, con la finalidad de obtener un promedio.

• Determinar el número del tamaño de grano. Finalmente, el tamaño de grano para cada muestra en alguno de los métodos recomendados.

• Graficar la dureza contra el tamaño de grano para cada material y reportar los resultados correspondientes encontrados, buscar una función analítica que ajuste estos puntos experimentales.

Resultados:

Estos fueron los datos resultantes de la práctica:

Al 20% Zn 80% Al 40% Zn 60% Al 60% Zn40%

55.8 66.6 70.6

59.9 76.0 74.3

60.2 74.5 76.6

117 granos 108 granos 187 granos

Cuestionario

1. Explicar a qué se debe la dureza de los materiales de grano fino

Debido a la cantidad de bordes que tiene en donde se juntan las tensiones

2. ¿Por qué no es recomendable utilizar cargas elevadas para la medición de dureza de materiales blandos?

Porque podría perforar la muestra y dar resultados erróneos

3. De acuerdo con los valores obtenidos de dureza en la práctica. ¿cómo se consideran los materiales analizados: duros o blandos? ¿por qué?

Son duros porque su tamaño de grano les da esta característica

4. ¿Con qué propósito se tratan térmicamente las muestras en esta práctica?

Para que la aleación sea uniforme y no tenga defectos

5. ¿Por qué se utilizan diferentes condiciones de temperatura y tiempo?

Por los diferentes cantidades de aluminio y zinc que tenían las aleaciones

6. ¿A qué se debe que los límites de grano se hacen visibles por el ataque de un reactivo químico?

Para hacer más notables los limites de grano

7. ¿Por qué es necesario realizar el pulido de la superficie antes de efectuar el ataque?

Para remover los residuos y hacer una superficie tipo espejo

8. ¿A qué se debe que los granos muestren distintas coloraciones al observarlos en el microscopio?

Por los defectos que tiene en su orden y puede ser también por el ataque químico

9. La relación entre la dureza y número del tamaño de grano encontrada para el cobre y latón, ¿será válida para el acero?

No, porque son materiales distintos

10. Citar 3 aplicaciones prácticas de las mediciones de dureza y la observación microscópica de la estructura metálica.

Para saber si el material se puede rayar como las micas de teléfono celular.Para hacer herramientas resistentes como los taladros con punta de tungsteno.Para construir vigas con ciertas características que se necesitan específicamente.

Conclusiones:

Por medio de esta práctica pudimos conocer como el tamaño de grano puede cambiar las características de un material, así como una aleación de distintos materiales, la dureza de estos materiales se puede comprobar por medio de la dureza de rockwell.

Bibliografía:

1.-Kalpakjian S., Schmid S. R., "Manufactura, ingeniería y tecnología", Pearson Educación, 2002.

2.-Smith W. F., "Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales", Mc Graw-Hill, 2004.