Lab 4 Ciencias

“Año del diálogo y la reconciliación nacional”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE ENSAYO DE METALOGRAFÍA

 Curso:

Ciencia de los materiales

 Código del curso:

MC 112

 Número de laboratorio:

N° 4

 Docente:

Sampén Luis Alberto

 Alumnos: 1.

Pérez Bustamante Jóse Angelo

20152564I

2.

Plasencia Pérez Juan Carlos

20164548C

3.

Montes Felix Rogger Andres

20152013B

4.

Quispe Torres Jimmy Pablo

19972518C

 Fecha del ensayo:

Martes 29 de mayo y 05 de junio del 2018

 Fecha de entrega:

Martes 12 de junio del 2018

2018-I P á g i n a 1 | 16

ÍNDICE

Contenido I.

RESUMEN DEL ENSAYO ....................................................................... 3

II.

OBJETIVOS ............................................................................................... 3

III. FUNDAMENTO TEÓRICO ..................................................................... 3 IV. MATERIALES..........................................................................................3 V.

ENSAYOS METALOGRÁFICOS.......... Error! Bookmark not defined.

VI. TEST DE COMPROBACIÓN..................................................................6 VII. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES ............ Error! Bookmark not defined. VIII. RECOMENDACIONES........................................................................10 IX.

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................... 15

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I. RESUMEN DEL ENSAYO

El laboratorio de ensayo de metalografía se realizó con el fin de observar la estructura microscópica de las probetas utilizando procedimientos mecánicos como el lijado y pulido, el cual este último se realiza con fieltros de pulido con polvo abrasivo y finalmente con ataque químico utilizando nital al 3 % para los aceros y con persulfato de amonio al cobre y bronce, posteriormente con la limpieza correspondiente se podrá observar con el microscopio del laboratorio la estructura microscópica de cada una de las probetas.

II. OBJETIVOS

 Conocer la importancia de realizar un examen metalográfico.  Aprender a realizar un excelente examen de metalografía.  Reconocimiento de todos los equipos utilizados en el ensayo de metalografía.  Conocer el procedimiento de realización de un correcto ensayo metalográfico  Determinar el tipo de microestructura de los materiales metálicos ensayados con ayuda de un microscopio que utiliza luz natural.  Determinar las propiedades físicas de los metales ensayados en base a la microestructura que presentan.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

METALOGRAFÍA

[1] Es la rama de la metalurgia que estudia la estructura de un metal-aleación y la relaciona con la composición química, con las propiedades mecánicas y físicas. Este estudio es llevado a cabo con la aplicación de diversas y variadas técnicas especiales. En los comienzos de la metalurgia, se utilizaron para conocer las propiedades físicas y mecánicas de los materiales, los análisis químicos y los ensayos mecánicos.

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IV.

MATERIALES

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V. ENSAYOS METALOGRÁFICO (HOJAS DE TRABAJO) Se ensayó 4 probetas de distintos materiales, los cuales fueron acero 1010, acero 1045, cobre y bronce. IV.1. ACERO 1010 A. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

La muestra del material acero 1010 fue de una probeta de forma cilíndrica con marcas circulares en ambas bases del cilindro. 1. DESBASTE GRUESO a. DESCRIPCIÓN Después de lijar en dos sentidos perpendiculares con un chorro constante de agua, al final debe quedar son las rayas del lijado en un solo sentido, sin la presencia de las marcas iniciales en una de las bases. b. LIJAS UTILIZADAS El desbaste grueso se realiza con las lijas números 280 y 360 en ese orden.

2. DESBASTE FINO a. DESCRIPCIÓN Se prosigue con el desbaste con un chorro de agua constante, pero esta vez se utilizan las lijas números 400, 600, 800, 1000 y 1200 (en ese mismo orden creciente) en los mismos sentidos que de hacían en el desbaste grueso hasta que las líneas tengan un solo sentido, y sólo queden las líneas del desbaste fino de la lija número 1200. b. LIJAS UTILIZADAS Se utilizó las lijas números 400, 600, 800, 1000 y 1200 para el caso del acero 1010. c. ESQUEMAS DE LAS MUESTRAS

FOTO: SUPERFICIE DEL ACERO 1010 antes del desbate

FOTO: SUPERFICIE DEL ACERO 1010 después del desbaste grueso

FOTO: SUPERFICIE DEL ACERO 1010 después del desbaste fino

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3. PULIDO a. DESCRIPCIÓN Después de terminar de lijar se limpió con alcohol la superficie ensayada y se llevó la probeta a la pulidora adhiriendo un polvo abrasivo y humedeciéndola. La probeta se la mueve en dirección radial hasta que la superficie ensayada quede como un espejo. b. ABRASIVO El polvo abrasivo utilizado es la alúmina, que es el óxido de aluminio (𝐴𝑙2 𝑂3 ) y tiene la particularidad de ser más duro que el aluminio. c. PAÑO DE PULIDO Se utiliza junto con el abrasivo para eliminar las capas de deformación superficial y exponer la microestructura del material para su análisis. Se encontrará pulido correctamente cuando la superficie se parezca a un espejo. 4. ATAQUE QUÍMICO a. REACTIVO UTILIZADO Para atacar químicamente a los aceros al carbono se utiliza en general el nital 3% (solución de alcohol y ácido nítrico), durante un tiempo determinado. b. TIEMPO DE ATAQUE El tiempo al que se expuso la superficie ensayada fue de 25 segundos aproximadamente. B. RESULTADOS 1. Después del pulido (dibujar círculos de 20 mm de diámetro y esquematizar).

FOTO: SUPERFICIE PULIDA DEL ACERO 1010

Se observa que la superficie brilla después del pulido, semejante a un espejo.

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2. Esquema de la muestra (dibujar círculos de 20 mm de diámetro aproximadamente), luego el ataque químico.

FOTO: SUPERFICIE DEL ACERO 1010 después del ataque químico

FOTO: Granos observados en un círculo de la superficie del acero 1010 después del ataque químico.

 Tipo de microestructura Se observa por las líneas trazadas al interior de los círculos que la microestructura es COLUMNAR.  % de C 0.08% -0.13% de C

 Aumento El aumento hecho en el microscopio fue de 200X.

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C. OBSERVACIONES  Se puede observar que, a través del microscopio óptico, claramente los granos de la aleación de acero al carbono.  Sin el ataque químico no hubiera sido posible observar los granos de la aleación.  Respetar el tiempo del ataque químico pues de lo contrario no se podrán observar los granos de la aleación D. CONCLUSIONES  A mayor número de grano, menor tamaño de grano, por lo tanto, hay mayor resistencia mecánica en el acero 1010; esto se debe principalmente a que los límites de grano anclan las dislocaciones impidiendo el movimiento.

IV.2. BRONCE E. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

La muestra del material de bronce fue de una probeta de forma cilíndrica con marcas circulares en ambas bases del cilindro. 5. DESBASTE GRUESO c. DESCRIPCIÓN No se realizó este proceso para el bronce. d. LIJAS UTILIZADAS No se usaron ninguna lija.

6. DESBASTE FINO a. DESCRIPCIÓN Se prosigue con el desbaste con un chorro de agua constante, se utilizan las lijas números 400, 600 y 800 (en ese mismo orden creciente) en los sentidos que dé 90° hasta que las líneas tengan un solo sentido, y sólo queden las líneas del desbaste fino de la lija número 800. b. LIJAS UTILIZADAS Se utilizó las lijas números 400, 600 y 800 para el caso del bronce. c. ESQUEMAS DE LAS MUESTRAS

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FOTO: SUPERFICIE DEL bronce antes del desbate

FOTO: SUPERFICIE DEL ACERO 1010 después del desbaste grueso

FOTO: SUPERFICIE DEL ACERO 1010 después del desbaste fino

7. PULIDO d. DESCRIPCIÓN Después de terminar de lijar se limpió con alcohol la superficie ensayada y se llevó la probeta a la pulidora adhiriendo un polvo abrasivo y humedeciéndola. La probeta se la mueve en dirección radial hasta que la superficie ensayada quede como un espejo. e. ABRASIVO El polvo abrasivo utilizado es la alúmina, que es el óxido de aluminio (𝐴𝑙2 𝑂3 ) y tiene la particularidad de ser más duro que el aluminio. f. PAÑO DE PULIDO Se utiliza junto con el abrasivo para eliminar las capas de deformación superficial y exponer la microestructura del material para su análisis. Se encontrará pulido correctamente cuando la superficie se parezca a un espejo. 8. ATAQUE QUÍMICO c. REACTIVO UTILIZADO

Para atacar químicamente al bronce se utilizamos el nital 3% (solución de alcohol y ácido nítrico), durante un tiempo determinado. d. TIEMPO DE ATAQUE

El tiempo al que se expuso la superficie ensayada fue de 5 segundos aproximadamente. F. RESULTADOS 3. Después del pulido (dibujar círculos de 20 mm de diámetro y esquematizar).

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FOTO: SUPERFICIE PULIDA DEL BRONCE

Se observa que la superficie brilla después del pulido, semejante a un espejo. 4. Esquema de la muestra (dibujar círculos de 20 mm de diámetro aproximadamente), luego el ataque químico.

FOTO: SUPERFICIE DEL BRONCE después del ataque químico

FOTO: Granos observados en un círculo de la superficie bronce después del ataque químico.

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 Tipo de microestructura Se observa por las líneas trazadas al interior de los círculos que la microestructura es de granos columnares.  % de C No contiene carbono

 Aumento El aumento hecho en el microscopio fue de 500X.

G. OBSERVACIONES  Se puede observar que, a través del microscopio óptico, claramente los granos del bronce.  Sin el ataque químico no hubiera sido posible observar los granos de la aleación.  Respetar el tiempo del ataque químico para poder visualizar mejor los granos de la probeta de bronce. H. CONCLUSIONES  Se puede ver la gran cantidad de granos en la muestra por lo que podemos concluir que tiene mayor resistencia mecánica.

IV.3. COBRE I. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

La muestra del material cobre fue de una probeta de cobre de forma cilíndrica con marcas circulares en ambas bases del cilindro. 9. DESBASTE FINO d. DESCRIPCIÓN Se prosigue con el desbaste con un chorro de agua constante, pero esta vez se utilizan las lijas números 400, 600, 800 e. LIJAS UTILIZADAS Se utilizó las lijas números 400, 600, 800

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f. ESQUEMAS DE LAS MUESTRAS

FOTO: SUPERFICIE DEL COBRE antes del desbaste

FOTO: SUPERFICIE DEL COBRE después del desbaste fino

10. PULIDO g. DESCRIPCIÓN Después del procedimiento de lijado en fijo, se limpió con alcohol la superficie ensayada y se llevó la probeta a la pulidora adhiriendo un polvo abrasivo y humedeciéndola usando el apoyo de alúmina. La probeta se la mueve en dirección radial hasta que la superficie ensayada quede como un espejo la cual indicara que esta lista para el ataque químico. h. ABRASIVO El polvo abrasivo utilizado es la alúmina, que es el óxido de aluminio (𝐴𝑙2 𝑂3 ) y tiene la particularidad de ser más duro que el aluminio. i. PAÑO DE PULIDO Se utiliza junto con el abrasivo para eliminar las capas de deformación superficial y exponer la microestructura del material para su análisis. Se encontrará pulido correctamente cuando la superficie se parezca a un espejo. 11. ATAQUE QUÍMICO e. REACTIVO UTILIZADO Para atacar químicamente al cobre se utiliza en general el nital 3% (solución de alcohol y ácido nítrico), durante un tiempo determinado. f. TIEMPO DE ATAQUE El tiempo al que se expuso la superficie ensayada fue de 12 segundos aproximadamente. J. RESULTADOS 5. Después del pulido (dibujar círculos de 20 mm de diámetro y esquematizar).

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FOTO: SUPERFICIE PULIDA DEL COBRE

Se observa que la superficie brilla después del pulido, semejante a un espejo. 6. Esquema de la muestra (dibujar círculos de 20 mm de diámetro aproximadamente), luego el ataque químico.

FOTO: Granos observados en un círculo de la superficie del cobre después del ataque químico.

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 Tipo de microestructura Se observa por las líneas trazadas al interior de los círculos que la microestructura es MASIVA  Aumento El aumento hecho en el microscopio fue de 200X.

K. OBSERVACIONES

 El oxígeno y el hidrógeno interfieren con la conductividad; Sin embargo, cantidades pequeñas y controladas de oxígeno son realmente beneficioso a la conductividad en que se combinan con y eliminar impurezas de la solución tales como hierro que son mucho más perjudicial. Un diagrama de fase de cobre sin oxígeno mostraría un eutéctico en el 0,4% en peso de O (o 3,4% en peso Cu; O). muestran hipereutéctico de cobre y aleaciones de oxígeno, donde las dendritas primarias (de color claro) son de cobre. son hipereutéctico, donde la estructura se compone de partículas o dendritas de Cu  El efecto del contenido de oxígeno en la microestructura de una aleación de cobreoxígeno hipoeutéctica como fundido. El contenido de oxígeno de 0,024% de resultados en las dendritas primarias de cobre (luz) más eutéctica (áreas de moteado óxido de pequeño, redondo en el cobre). Como-pulido. l00x.

L. CONCLUSIONES

 En cobre fundido, el oxígeno puede reaccionar con hidrógeno disuelto para formar vapor de agua, que evoluciona como vacíos durante la solidificación, llamados enfermedad de hidrógeno.

VI. TEST DE COMPROBACIÓN 1. ¿Qué indica el tamaño de grano del acero? Indica que a menor tamaño de grano mayor será la resistencia mecánica, porque los límites de grano anclan las dislocaciones evitando el movimiento. 2. ¿Cuál es la finalidad del reactivo utilizado? ¿Es igual para el análisis de todos los materiales? 3. ¿Cómo se demuestra el mayor contenido de carbono en una aleación ferrosa? P á g i n a 14 | 16

4. ¿Dentro de que constituyente está presente el carbón en el acero? 5. ¿Hasta qué nivel de pulido se deben preparar las probetas antes del ataque químico? Se debe preparar hasta que la superficie se asemeje a un espejo. 6. ¿Puede saberse o estimarse con un ensayo metalográfico la dureza del acero?

VII. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES Se pudo entender mejor el análisis metalográfico y todo lo que implica preparar la muestra para realizarlo, se pudo observar en las muestras de acero SAE 1010 1045 bronce y cobre, durante estos procedimientos, pudimos llegar a los resultados como el tipo de tamaño de grano tenia, impurezas como inclusiones no metálicas.

VIII. RECOMENDACIONES Se debe tener cuidado al colocar el paño en el proceso de pulido pues si este no está limpio de pelusas y otros defectos este podría dañar la probeta. El proceso de lijado en grueso y fino debe ser de manera uniforme en direcciones perpendiculares, de no ser se terminaría dañando la estructura metalográfica.

IX. BIBLIOGRAFÍA [1] Recuperado de http://www.inspt.utn.edu.ar/metalografía, el nueve de junio del 2018. [2]AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. (1995). Standar Test Method For Liquid Penetrant Examination. ASTM E 165-95. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. (1999). Standar Practice for Liquid Penetrant Examination. ASTM E 1417-99, 4.

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CANTESCO. (12 de 2016). Información técnica - Análisis Típico. TECH-SPA-REVELADOR-D101. Met-L-Chek. (11 de 2015). Product Data Sheet VP-31A Visible Penetrant. VP_31A_Product_Data_11_15. Santa Mónica, California. https://estudioyensayo.files.wordpress.com/2008/11/informe-bronces-y-latones.pdf

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