Informes de Laboratorio - Conocimientos de Materiales

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio Cátedra: Conocimiento de Materiales Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en laboratorio. En este primer estudio se pretendió hacer diferentes aleaciones de aluminio con diferentes porcentajes de zinc. En el caso descripto a continuación será para una solución de 50% de aluminio (Al) y 50% de Zinc (Zn). En la primera parte del experimento se comenzó con calentar una muestra de 107 g de aluminio y preparar otra parte de la misma cantidad de zinc. A un tiempo determinado se retiró del horno la sustancia liquida de aluminio, se le agregó la parte de zinc y se suministró un polvo fundente para una correcta unión entre ambas sustancias y formar una solución homogénea, se continuó con mezclar y volver a colocar en el horno por unos minutos más. Terminado este proceso se retiró del horno y se le colocó un termómetro cilíndrico conectado a un monitor que mostraba su temperatura actual. Este aparato como está fabricado con acero inoxidable necesita de una pintura de cerámica para evitar una corrosión galvánica, así mismo el crisol necesita de esta pintura para facilitar la extracción luego de la solidificación de la aleación. Con el termómetro en su lugar se registró el punto máximo de temperatura que llegó la solución y se registró en intervalos de 60 segundos la temperatura en ese instante, así sucesivamente hasta que la aleación estuviese a unos 400 [ºC]. Los datos recopilados fueron los siguientes: Realizado por: Almada Pablo E. Tiempo [s] Temperatura [ºC] 0 637 60 630 120 616 180 600 240 583 300 570 360 558 420 548 480 537 540 525 600 514 Página 2 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio 660 506 720 498 780 488 840 478 900 468 960 457 1020 446 1080 422 1140 403 Con los mismos se armó una gráfica que demuestra la temperatura de enfriamiento con respecto del tiempo. Gráfica Nº 1 700 Temperatura [ºC] 600 500 400 300 200 100 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Tiempo [s] Luego de realizado esto se tomó una pequeña muestra para realizar un estudio de la estructura interna de nuestra aleación, este mismo se realizará en el plazo de una semana. Por incertidumbre sobre la homogenización de la aleación se realizó el proceso de fusión otra vez para disminuir errores y tener un resultado más satisfactorio. En el siguiente proceso de enfriamiento se obtuvieron los siguientes resultados: Realizado por: Almada Pablo E. Página 3 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Tiempo [s] Temperatura [ºC] 0 647 60 640 120 629 180 614 240 598 300 581 360 564 420 549 480 542 540 537 600 532 660 526 720 520 780 508 840 500 900 491 960 482 1020 471 1080 450 1140 429 1200 417 1260 405 Realizado por: Almada Pablo E. Página 4 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Y su respectiva gráfica nos demuestra lo siguiente: Gráfica Nº 2 700 Temperatura [ºC] 600 500 400 300 200 100 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Tiempo [s] Diagrama de fases Para determinar la temperatura de solidificación de una aleación se utilizan diagramas de fases que muestra las diferentes etapas por las que transcurre una solución según su peso o cantidad de átomos porcentual a medida que varía su temperatura. El siguiente es el diagrama de fases Aluminio y Zinc: Realizado por: Almada Pablo E. Página 5 de 74 1400 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Utilizando la escala de peso porcentual al 50 se traza una línea que interseca cada fase y esta, así mismo, lleva asignada una temperatura. Realizado por: Almada Pablo E. Página 6 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Se puede observar que la solución se encuentra en estado líquido hasta la temperatura aproximada de 560 [ºC], en este punto se da el comienzo de solidificación el cual se mantendrá hasta pasar el punto denominado “Línea de Sólidus” a unos 277 ºC, luego de este se tendrá una sustancia completamente sólida que se irá enfriando con el pasar del tiempo. En cada una de las fases sucederán transformaciones microscópicas en su estructura y se encontrarán las 2 sustancias en diferentes estados de la materia, en nuestro caso el Zinc se mantendrá por un tiempo más prolongado en estado líquido a comparación del Aluminio. Si trasladamos estas fases a las gráficas de enfriamiento, obtendremos lo siguiente: Como se puede observar la función de la temperatura con respecto al tiempo tiene pequeños puntos de inflexion cuando la temperatura disminuye por debajo de cada fase, estos son minimos debido a la composicion de la aleacion en un 50%. En el caso de este experimento no se pudo demostrar la constante de solidificacion que ya en teoría es un valor muy inferior a 400 ºC que fue un punto minimo de medicion para la temperatura. Realizado por: Almada Pablo E. Página 7 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio Nº 2 Cátedra: Conocimiento de Materiales. Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 Realizado por: Almada Pablo E. Página 8 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en laboratorio. Preparación Metalográfica: En esta segunda parte de las practicas de laboratorio se continuó con la realización de metalografía, para ello se tomó una muestra de la primera colada realizada y se volvió a fundir el material para realizar un moldeado; estando la aleación en estado líquido se le agregó un polvo gasificante que elimina la mayor parte de los gases de la fundición para obtener un producto sin poros y poder realizar una mecanización más satisfactoria, a continuación se vertió la colada en un molde y se enfrió rápidamente, logrando así un sólido cilíndrico el cual será utilizado para realizar una probeta y someterlo a pruebas de resistencia, de este cilindro también se tomó una muestra. A continuación, se realizó el proceso de inclusión con una maquina incluidora metalográfica con ambas muestras, este proceso requiere de una resina fenólica, un polímero también llamado baquelita, que sometido a temperatura y presión se solidifica formando una muestra retenida en un cilindro plástico que puede ser utilizada para mejores tratamientos y/o almacenamiento. Terminado este proceso se realiza un pulido metalográfico para un mejor estudio de la pieza, con una lijadora de discos circular y un suministro de agua se comienza un desbaste grueso con un grano superior y disminuyendo a medida el tamaño del grano, en el caso de la experiencia se utilizó el grano de lija en el siguiente orden 180, 240, 320, 400, 600, 1000. En cada etapa de lijado se pretendió lograr una superficie donde cada raya tenga un mismo sentido y luego realizar el mismo lijado, pero a noventa grados, repitiendo esto en cada una de las etapas. Terminado el proceso con la lija número 1000 se comenzó con la etapa de pulido, que consiste en un disco de paño macizo circular que con la ayuda de un abrasivo llamado Alúmina se realiza un proceso similar al del lijado, logrando así una muestra mucho mas plana y libres de ralladuras. Observación Metalográfica: Finalizado todo el anterior proceso se puede pasar a la observación con la ayuda de un microscopio y observar la estructura de la aleación, pero primero se necesita de un liquido que produzca un ataque químico en uno de los componentes del material, este se suministra con un algodón embebido y se lo seca con una pistola de calor. Esto, al aplicarse a la muestra, ayuda a que se visualice mejor (colores oscuros significa que el Realizado por: Almada Pablo E. Página 9 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio material fue más atacado, es decir que posee una composición más alta del elemento que el químico ataca) Recurriendo a las tablas de las normas ASTM E407 - 07 Standard Practice for Microetching Metals and Alloys se puede elaborar un atacante químico de acuerdo con nuestras necesidades. En nuestro caso utilizaremos un químico que ataque el aluminio (Al) y la serie de este es Aluminio 7xxx. Como se puede observar hay diferentes composiciones según la utilidad que le vamos a dar, en nuestro caso se utilizó la nº 3, que con ayuda de una segunda tabla se puede visualizar su composición y procedimiento. Realizado por: Almada Pablo E. Página 10 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Luego de todo este proceso se puede observar en un microscopio, logrando las siguientes imágenes para la muestra de la primera colada. Realizado por: Almada Pablo E. Página 11 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Se puede observar claramente los poros (Colores más oscuros), las fallas en el lijado y pulido demostrado por las líneas rectas que cruzan la imagen, el crecimiento de cada una de las islas (el color más claro) y los lagos que se forman alrededor de ellas con un tono un poco mas oscuro. Esta diferencia de colores demuestra la composición de cada fase, esto quiere decir que el químico atacó más en las zonas más oscuras lo que demuestra mayor presencia de Aluminio que de Zinc. Este caso fue una aleación al 50% de Zinc y aun así se pueden visualizar hasta tres impurezas en cuestión de composición; este material y en este estado no sería recomendado para producir un proceso ingenieril de mecanización. En la siguiente clase se espera poder visualizar en el microscopio la muestra tomada del cilindro y construir recreaciones de la formación de los cristales en el material. Diagrama de Fases Dado los puntos críticos obtenido por cada grupo a diferentes composiciones de Zinc se armó la siguiente tabla: Peso Porcentual de Zinc (Zn) 0% 10% 20% 30% 35% 40% 50% 95% Primer punto crítico Segundo punto crítico [ºC] [ºC] 660 660 650 607 627 590 608 590 580 532 550 537 549 471 420 420 Se consideró el punto crítico al 0% como el punto de fusión del Aluminio. Posteriormente se gráfica dicha tabla en función de dos series. Realizado por: Almada Pablo E. Página 12 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Diagrama de Fases Al-Zn 700 Temperatura [ºC] 600 500 400 300 200 100 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Peso Porcentual de Zinc A continuación, se visualiza el diagrama de fases estándar para la misma composición. Realizado por: Almada Pablo E. Página 13 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Superponiendo ambas gráficas obtenemos lo siguiente: Aunque ambas gráficas no están tan distantes entre sí, se puede visualizar claramente los errores de medición y de elección de puntos críticos. Además, hay otros factores que determinan su error, estos pueden ser fallas en las cantidades porcentuales de Zinc, residuos de otros elementos que pertenezcan a la aleación, un enfriamiento diferente debido al ambiente no controlado de cada uno de los experimentos, se pudieron haber utilizados elementos no muy puros o de baja calidad, posibles fallas en los instrumentos de medición, ya sea, cronómetro y termómetro. Realizado por: Almada Pablo E. Página 14 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio Nº 3 Cátedra: Conocimiento de Materiales. Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 Realizado por: Almada Pablo E. Página 15 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en Laboratorio Mecanizado de Piezas En esta tercera parte de las prácticas se realizó el proceso de mecanizado del cilindro de aleación Aluminio-Zinc al 50%. Este proceso se realizó con un torno mecánico paralelo y se comenzó con el refrentado de la superficie del cilindro, a continuación, se le realizó el cilindrado dando lugar a un material liso y con un color característico. Torno paralelo en Aleación Al-Zn sin mecanizar funcionamiento. Aleación Al-Zn mecanizado. A la izquierda al 90% Zn, a la derecha al 50% Zn. Prueba de Dureza Rockwell Con cada cilindro correctamente mecanizado se procedió a realizarle una prueba de dureza utilizando un Durómetro Rockwell. Dependiendo del tipo de metal trabajando se utiliza un perforador especifico, sea este esférico o cónico y una carga determinada, el aparato produce una fuerza inicial de 10 [kgf] para eliminar la deformación elástica y luego procede a aplicar la carga solicitada que puede variar entre 60 [kgf] a 150 [kgf]. A continuación, el instrumento desaplica la carga y mide cuanto varía al estirarse, mostrando en una pantalla el valor de Dureza Rockwell. Realizado por: Almada Pablo E. Página 16 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Tabla de escala para pruebas de Dureza Rockwell. Como en este caso la prueba fue hacia una aleación de aluminio se utilizó la escala E, con una carga de 100 [kg] y un penetrador esférico de 1/8 de pulgada. La nomenclatura utilizada es la siguiente: 𝑛HR𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 Donde: 𝑛 = valor de dureza obtenido; HR = identificador de ensayo Hardness Rockwell; 𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 = letra correspondiente a la escala utilizada en el experimento. Lo valores recolectados para las diferentes composiciones de aleaciones fueron las siguientes: Composición Prueba 1 Prueba 2 Promedio [HRE] [HRE] [HRE] 10% 22 29 25,5 20% 70 79 74,5 30% 91 89 90 35% 81 88 84,5 40% 97 90 93,5 50% 90 88 89 95% 56,5 34 45,25 71,75 Realizado por: Almada Pablo E. Página 17 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Dureza Rockwell Al-Zn 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 90% 100% Diagrama de Fases y Dureza Rockwell Al-Zn 700 600 500 400 300 200 100 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% Como se puede observar, el valor al 95% tiene una dureza mucho menor debido a que la aleación es más plástica que elástica produciendo una deformación mucho mayor que los anteriores ensayos. Redes Cristalinas Cuando se produce una aleación, los átomos de cada elemento utilizado; se ordenan de diferentes maneras de acuerdo con su composición, estos se pueden representar como modelos tridimensionales llamados celdas unitarias, que son la porción mas simple de estructura cristalina, que al repetirse mediante traslación reproduce todo un cristal. A continuación, se presentan diferentes tipos de estructuras cristalinas estudiadas: Realizado por: Almada Pablo E. Página 18 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Cúbica de cuerpo centrado: Cúbica de cara centrada: Hexagonal compacto: Modelos en esferas de Telgopor de los tres tipos de redes cristalinas. Realizado por: Almada Pablo E. Página 19 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio Nº 4 Cátedra: Conocimiento de Materiales. Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 Realizado por: Almada Pablo E. Página 20 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en Laboratorio En esta última parte del primer practico de laboratorio se observó la segunda metalografía realizada con un fragmento de la varilla Aluminio - Zinc al 50% que fue enfriada rápidamente. Los resultados fueron los siguientes: Se puede observar claramente una mejor microestructura en la aleación al contrario del enfriamiento lento, los granos son más pequeños y entre ellos se forma un patrón uniforme a lo largo del material. Esta aleación, con estas características o aún mejores, es un elemento esencial para la elaboración de productos con fines ingenieril. El tamaño de cada grano y la cantidad de poros es sumamente importante de acuerdo con los fines destinado del material. Estructura Cristalina Cada elemento existente posee una representación gráfica del ordenamiento de sus átomos, estas se denominan celda unitaria y es la porción mas simple de estructura cristalina. Entre las estudiadas en clase nos encontramos con: Realizado por: Almada Pablo E. Página 21 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Red Cúbica Centrada en el Cuerpo, BCC. (Body Centered Cube): Cuyos átomos conforman una estructura con forma de cubo, en ella cada átomo ocupa uno de los ocho vértices y uno solo átomo el centro geométrico del cubo Ejemplo: Sodio (Na) Por geometría básica se puede calcular las distancias entre átomos: Se considera la longitud de arista del cubo como a, y el radio de la partícula como r. Se puede determinar sencillamente la distancia de la diagonal del cuerpo (c) y la diagonal de cada cara (b) desde el centro de cada partícula, proyectando un triangulo rectángulo. Realizado por: Almada Pablo E. Página 22 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio La relación del triángulo rectángulo considerada en una de las caras está dada por: 𝑏 2 = 𝑎2 + 𝑎2 𝑏2 = 2𝑎2 (1) La relación del triángulo rectángulo considera en el cuerpo es: 𝑐 2 = 𝑏 2 + 𝑎2 𝑐 2 = 2𝑎2 + 𝑎2 𝑐 2 = 3𝑎2 Reemplazando (1) (2) Se sabe que los átomos de la diagonal de cuerpo (c) se tocan entré sí, por lo tanto: 𝑐 = 4𝑟 4𝑟 2 = 3𝑎2 (3) Reemplazando (3) en (2) 4𝑟 = √3𝑎2 4𝑟 = 𝑎√3 𝑟= 𝑎√3 4 𝑎= 4𝑟 √3 Red Cúbica Centrada en las Caras, FCC. (Face Centered Cube): En este caso un átomo ocupa cada uno de los vértices del cubo y un solo átomo el centro de cada una de las seis caras del cubo. Ejemplo: Aluminio (Al) Realizado por: Almada Pablo E. Página 23 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio De igual forma que la BCC, se puede considerar una arista del cubo como a y el radio de sus partículas como r. Se puede calcular la diagonal principal (b) de una de sus caras mediante una relación trigonométrica: 𝑏 2 = 𝑎2 + 𝑎2 𝑏 2 = 2𝑎2 𝑏 = √2𝑎2 𝑏 = 𝑎√2 (1) Como sus átomos están en contacto entre sí: 𝑏 = 4𝑟 4𝑟 = 𝑎√2 𝑟= (2) Reemplazando (2) en (1) 𝑎√2 4 𝑎= 4𝑟 √2 Red Hexagonal Compacta, HC. (Hexagonal Compact): Posee un átomo en cada vértice de un prisma hexagonal y uno en el centro de este, Además posee tres átomos en su interior. Realizado por: Almada Pablo E. Página 24 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Ejemplo: Zinc (Zn) Se sabe que su relación está dada por: 𝑐 = 1.633 𝑎 = 𝑎√ Red Cristalina 8 3 La sucesión de estas celdas unitarias en el espacio conforma lo que se conoce como red cristalina o cristal, esta es casi siempre ordenada y su empaquetamiento puede variar dando lugar a lo denominado fases polimórficas que le asigna distintas cualidades a un elemento, un claro ejemplo es el carbono, que se presenta en la naturaleza como dos formas muy diferentes entre sí, el diamante y el grafito. El grafito es negro y blando lo que sugiere que sus átomos deben estar distribuido de una forma distantes entre sí, en cambio el diamante es transparente y muy duro por lo que se puede esperar una estructura donde sus átomos estén fijamente unidos. Realizado por: Almada Pablo E. Página 25 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Diamante y Grafito Red Cristalina BCC Red Cristalina FCC Red Cristalina HC Se anexa al final del trabajo el diagrama de fases y dureza con las metalografías para cada grupo porcentual experimentado, en ella se presenta el diagrama de fases obtenido de la cuerva de enfriamiento y la metalografía del enfriamiento lento y rápido. Realizado por: Almada Pablo E. Página 26 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio Nº 5 Cátedra: Conocimiento de Materiales. Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 Realizado por: Almada Pablo E. Página 27 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en Laboratorio En esta quinta etapa de los trabajos de laboratorio se procedió a realizar el mecanizado y análisis completo de las piezas cilíndricas producidas anteriormente. Se comenzó realizando un torneado de las piezas y recopilando fragmentos de viruta para su posterior análisis y comparación. Una vez terminado todo este proceso de mecanizado se analizó la pieza con un instrumento llamado rugosímetro para determinar su rugosidad y mediante comparación poder determinar qué tipo de aleación es superior en el mecanizado. Mecanizado Para tener una mejor interpretación de los valores obtenidos debemos definir que es el mecanizado. Este “es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión.” En nuestro caso práctico se utilizó el mecanizado por arranque de viruta mediante la utilización de un torno paralelo. Barra de aluminio mecanizada Este proceso con la aleación y herramientas correctas tendrá lugar a un producto de calidad y con bajos costos de producción, por eso este estudio es muy importante y condicionará diversos factores del producto final, ya sea, calidad, precio, estética, durabilidad, funcionalidad, etc. Realizado por: Almada Pablo E. Página 28 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Economía en el mecanizado En toda industria se pretende reducir gastos y aumentar ganancias manteniendo o mejorando la calidad de sus productos. Para ello existen fórmulas que justifican la eficacia monetaria del mecanizado y poder evaluar su rendimiento. 𝐶 (𝑛) = 𝐶𝑓 (𝑛) + 𝐶𝑜 × 𝑛 Donde: 𝐶(𝑛) es el coste de producción de una serie de piezas; 𝐶𝑓 (𝑛) es el coste no productivo del proceso de 𝑛 piezas; 𝐶𝑜 es el coste unitario de operación; 𝑛 es el número de piezas producido. Esta fórmula también se puede analizar desde los tiempos de producción. Donde: 𝐶 = 𝐶ℎ × 𝑡𝑛𝑝 + 𝐶ℎ × 𝑡𝑜𝑝 + (𝐶𝑓 + 𝐶ℎ × 𝑡𝑟𝑓 ) × 𝑡𝑚 𝑇 𝐶ℎ es el coste horario donde se incluye mano de obra, amortización de instalaciones, mantenimiento, etc; 𝑡𝑛𝑝 es el tiempo no productivo; 𝑡𝑜𝑝 es el tiempo de operación; 𝐶𝑓 es el coste de las herramientas de corte en el caso de su intercambio; 𝑡𝑟𝑓 es el tiempo de intercambio de las herramientas de corte; 𝑡𝑚 es el tiempo de maquinado; 𝑇 es la duración o tiempo de vida de la maquinaria. Realizado por: Almada Pablo E. Página 29 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Gráfico aproximado en escalas logarítmicas del coste del mecanizado en función del número de piezas por mecanizar por lote. Máquinas tradicionales. Máquinas de control numérico. Máquinas especiales o de transferencia (transfert). El anterior grafico demuestra el coste de mecanizado por la cantidad producida según la maquinaria utilizada. Los valores que más modifican esta tendencia es el coste de la maquinaria y la cualificación de la mano de obra. Las maquinas CNC (color azul) tienen un coste horario mayor que las tradicional (verde), ya que requieren una preparación previa donde se programa su funcionamiento, pero aun así es capaz de producir más unidades una vez está en funcionamiento. Las maquinas de transferencia son las utilizadas en cadenas de montaje automatizada, por lo tanto, se reducen los tiempos muertos entre producción de cada unidad. Para lotes grandes de producción lo mas conveniente es automatizar la producción y utilizar máquinas de transferencia. Calidad Superficial Luego del mecanizado de la pieza se estudió su rugosidad mediante un rugosímetro, que mide la profundidad superficial de una sección de la pieza, realiza un promedio entre varias mediciones y arroja el resultado en un display expresado en micra. Se realizaron una o varias mediciones para poder realizar un promedio y asegurar la correcta medición. Realizado por: Almada Pablo E. Página 30 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Rugosímetro utilizado en la experiencia En el caso de nuestra experiencia (50% de Zinc) los primeros valores arrojados fluctuaron demasiado en cada medición por lo que se llegó a desconfiar de la fiabilidad del mecanizado, particularmente de la herramienta de corte utilizada. Por lo tanto, estos valores se descartaron y se produjo un nuevo torneado de la pieza y medición. Entre los diferentes grupos de aleaciones se realizó el siguiente cuadro de mediciones: Al-Zn Medición 10 % 20 % 30 % 35 % 40 % 50 % 95 % 1 [µm] 1,4 1,4 1,13 1,52 1,21 2,03 0,68 2 [µm] - 1,38 1,14 1,53 1,32 2,09 0,65 3 [µm] - 1,4 - - 1,31 2,18 0,68 1,4 1,4 1,13 1,52 1,28 2,1 0,67 Promedio [µm] Realizado por: Almada Pablo E. Página 31 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Rugosidad Al-Zn 2,5 Ra [µm] 2 1,5 1 0,5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Peso Porcentual de Zinc Dependiendo la finalidad del producto y las normativas de cada país se requerirán diferentes valores de rugosidad, en nuestro caso se consideró el valor mas bajo como el más conveniente. Se puede observar claramente que la aleación de Al-Zn al 95% fue la que arrojó el valor más pequeño y que el 50% el mas alto. Como caso particular de este último, se sabe que la herramienta de corte en el torneado de la pieza era ineficiente, el mismo al poco tiempo del comienzo de operación se inmovilizaba en la pieza y no producía una viruta normal, si no que el material se iba compactando a medida que el vástago avanzaba. Se llegó a la conclusión de que la herramienta no estaba correctamente afilada y que la misma no era la adecuada para tornear la aleación. Haciendo referencia a la Norma ISO 1302: 2002 sobre la Calidad Superficial podemos obtener detalles de como obtener correctas mediciones, catalogar los resultados, simbología y ejemplos comunes de utilización según sus valores de rugosidad. Realizado por: Almada Pablo E. Página 32 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Los valores obtenidos se pueden discriminar según su clase de grados de rugosidad, la siguiente tabla demuestra sus relaciones. Por lo tanto, de los datos experimentales obtenidos los podemos clasificar de la siguiente manera: Al-Zn Medición 10 % 20 % 30 % 35 % 40 % 50 % 95 % Promedio [µm] 1,4 1,4 1,13 1,52 1,28 2,1 0,67 Clase de rugosidad N7 N7 N7 N7 N7 N8 N6 La siguiente tabla demuestra ejemplos de utilización según la clase de rugosidad: Realizado por: Almada Pablo E. Página 33 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio La mayoría de las aleaciones arrojaron valores clase N7, por lo que esas aleaciones se podrían utilizar para “Caras de engranajes. Árboles y orificios de engranajes. Cara de émbolo.” Existe otra tabla que demuestra ejemplos de aplicación sin discriminar la clase de rugosidad. En la Norma también viene anexado un promedio gráfico de los valores de rugosidad obtenido dependiendo de diferentes procesos de fabricación. Se puede visualizar que en el caso del torneado los valores varían en gran medida entre 25 [µm] a 0,05 [µm] y que sus valores típicos de utilización fluctúan entre 6,3 [µm] y 0,8 [µm]. Realizado por: Almada Pablo E. Página 34 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Realizado por: Almada Pablo E. Página 35 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio Nº 6 Cátedra: Conocimiento de Materiales. Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 Realizado por: Almada Pablo E. Página 36 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en Laboratorio En el transcurso del mes de mayo se realizaron múltiples experiencias y estudios, el principal fue la medición de la dureza de una aleación, previamente mecanizada, antes y después de realizarle el tratamiento térmico. Por otro lado, se realizó la clasificación de una muestra general por su cantidad de granos en una cierta porción de área, esto mediante la ayuda de un programa llamado VideoPoint. Además, en otra muestra se contabilizó la cantidad de inclusiones metálicas para poder clasificarlas. Tratamiento térmico Luego del correcto mecanizado de la pieza cilíndrica se procedió a realizarle la prueba de dureza Rockwell E, los resultados para las distintas aleaciones fueron las siguientes. Medida 10% 20% 30% 35% 40% 50% 95% 1 22 77 91 81 97,5 89 42 2 29 69 89 88 95,5 92 38,5 95,5 90,5 38 96,17 90,50 39,50 3 78,5 Promedio 25,5 74,83 90 84,5 Dureza RWE - Sin tratamiento térmico 120 100 Rockwell E 80 60 40 20 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Al-Zn Realizado por: Almada Pablo E. Página 37 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio A continuación, se realizó el tratamiento térmico de cada pieza, este consistió en colocar todas las piezas, excepto el de 95%, en un horno a una temperatura constante de unos 480°C por unas 22 hs, una vez extraídas del horno se enfrió rápidamente en agua fría. Posteriormente se medió nuevamente la dureza Rockwell E. Medida 10% 20% 30% 35% 40% 50% 95% 1 23,5 61 85 84 81,7 98 66 2 26,5 54 87 85 79 99 50 97,5 52 3 65 4 36 Promedio 25,00 60,00 86,00 84,50 80,35 98,17 51,00 Dureza RWE - Con tratamiento térmico 120 100 Rockwell E 80 60 40 20 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Al-Zn Realizado por: Almada Pablo E. Página 38 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Dureza RWE 120 Rockwell E 100 80 60 40 20 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Al-Zn Antes de temple Después de temple Como se puede observar en la gráfica anterior existe un punto de intersección que demuestra los cambios notables de dureza antes o después del mismo. Este está ubicado aproximadamente al 45% y a simple vista se puede concluir que el tratamiento térmico para las aleaciones menores al 45% dieron como resultado una dureza menor que las que tenían antes del temple, en cambio las mayores a este punto de intersección tiene una calidad superior en dureza luego del tratamiento térmico. Realizado por: Almada Pablo E. Página 39 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Aun así, no se puede concluir que exactamente todas las aleaciones superiores al 45% tendrán una mayor durabilidad ya que la prueba se realizó con solo 2 mezclas. Pero si se puede encontrar una posible explicación del caso al 50%, como se visualiza en el diagrama de fases Al-Zn anterior, la línea horizontal de color rojo es la temperatura constante que se utilizó en el tratamiento térmico (aproximadamente 480 °C), y se puede ver que a partir de un poco mas del 45% tenemos un cambio de región, pasando a una solución solida-liquida, donde nos encontramos con pequeños granos de aluminio solido en un “mar” de zinc en estado semilíquido. Al enfriar rápidamente desde esta posición tenemos una formación de granos muchos mas pequeños que la que poseía la pieza original en enfriamiento lento. Como conclusión, al poseer granos más pequeños o mayores números de granos en cierta área; posee una mayor resistencia a objetos penetrantes, es por eso que el estudio de la dureza Rockwell E arrojó resultados muchos más altos y casi por fuera de escala de medida para la prueba E. Está teoría se podría comprobar si se realizan el temple a aleaciones al 60% y al 70%. En el caso al 95% como se observa en el diagrama de fases, a la temperatura de 480°C se encontraría en estado líquido, por lo tanto, se le realizó el temple a una temperatura mucha más baja. Para obtener mejores resultados en el tratamiento térmico para las restantes aleaciones se debió utilizar una temperatura mucho mayor, utilizando como referencia las que figuran en el diagrama de fases. Clasificación de muestras Dada la muestra de una metalografía se procedió a utilizar el método Jeffries Planimetric Test que consiste en seleccionar un área circular y contabilizar la cantidad de granos en dicha área, para los casos de los granos que intersecan con la frontera del circulo se los considera por la mitad. Realizado por: Almada Pablo E. Página 40 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Dado la siguiente circunferencia cuyos datos son: - Área: 0,018 𝑚𝑚2 Radio: 0,076 𝑚𝑚 Perímetro: 0,480 𝑚𝑚 Se contabilizó con ayuda del software VideoPoint: Realizado por: Almada Pablo E. Página 41 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio - Enteros: 22 - Medios: 16 Aplicando la siguiente formula determinamos la cantidad de granos por unidad de área. 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑜𝑠 𝐺𝑟𝑎𝑛𝑜𝑠 𝐸𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜𝑠 + 2 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝐴𝑟𝑒𝑎 16 22 + 2 𝐺𝑟𝑎𝑛𝑜𝑠 = 1666,67 2 0,018 𝑚𝑚 𝑚𝑚2 Ahora bien, existe una tabla que clasifica este último valor, en un único número denominado “Número de tamaño de grano A.S.T.M.” En la ultima columna aparece la relación del número según la cantidad de granos por milímetros cuadrados. Realizado por: Almada Pablo E. Página 42 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Nuestro valor, 1666,67 𝐺𝑟𝑎𝑛𝑜𝑠⁄𝑚𝑚2 , por redondeo está más cerca del valor 1980 𝐺𝑟𝑎𝑛𝑜𝑠⁄𝑚𝑚2 por lo tanto nuestra muestra adopta el grupo de grano N°8. El mismo procedimiento se realizó para una metalografía que contenía inclusiones metálicas o impurezas en forma de poros. Realizado por: Almada Pablo E. Página 43 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Dada la circunferencia de: - Área: 0,20 𝑚𝑚2 Radio: 0,25 𝑚𝑚 Perímetro: 1,58 𝑚𝑚 Se contabilizó una cantidad de 70 poros, por lo tanto, la cantidad de inclusiones por área es igual a: 𝐼𝑛𝑐𝑙𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 70 = = 350 𝐼𝑛𝑐𝑙𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠⁄𝑚𝑚2 𝐴𝑟𝑒𝑎 0,20 𝑚𝑚2 Dentro de la norma A.S.T.M existe una clasificación de los tipos de inclusiones de acuerdo con su morfología y a su vez estos mismo se subclasifican dependiendo de su tamaño. Realizado por: Almada Pablo E. Página 44 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio En nuestro caso se clasificó mediante el D-Globular Oxide Type de la serie Heavy, porque las inclusiones tienen forma de globo o esfera. La clase 5 es el valor máximo de inclusiones para esta tabla, la imagen a continuación representa un ejemplo de este mismo. Contiene un total de 69 inclusiones en un área de 0,5 mm 2, lo que equivaldría a: 69 = 138 𝐼𝑛𝑐𝑙𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠⁄𝑚𝑚2 0,5 𝑚𝑚2 En nuestra muestra se obtuvo 350 inclusiones/mm2 por lo tanto se clasificaría de toda forma como una clase 5, es decir, que posee demasiados poros por sector de área y dependiendo de la finalidad del metal este será mas adecuado o no para su tarea. A modo de ejemplo, para prótesis humanas se requiere un valor muy bajo para ser aprobado por los organismos controladores de la materia, este debe pertenecer a la clase 1 y convenientemente a las series Thin que son poros de menor tamaño, de aproximadamente 8 µm o menos. Realizado por: Almada Pablo E. Página 45 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio Nº 6 - Anexo Cátedra: Conocimiento de Materiales. Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 Realizado por: Almada Pablo E. Página 46 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en Laboratorio En este último trabajo del cuatrimestre se terminaron de realizar las pruebas de dureza para las probetas de aleación aluminio-zinc luego de realizado un proceso de envejecimiento de estas. Además, se realizaron pruebas de corte a un árbol de levas y se analizó una pieza con fallas en su producción. Por ultimo se estudiaron y analizaron diferentes estructuras metalográficas provenientes de diferentes muestras. Análisis árbol de levas Se visualizó un árbol de levas con defectos en el interior del eje y con levas en perfectas condiciones. Arriba árbol de levas defectuoso, abajo uno bien moldeado Desde una primera inspección se puede suponer que hubo un problema en el molde, en la colada o incluso un rechupe antes del enfriamiento, aun así, el acabado que tiene la sección interna y cada una de las levas es algo muy llamativo de evaluar. El causante original de esta malformación fue una burbuja de aire que se formó en la parte final del molde mientras se realizaba la colada; lo que provocó que toda la aleación que aún se estaba solidificando en el centro del eje fueran expulsadas del molde, formando así el árbol de levas defectuoso de la imagen. Aun así, esto no es todo el problema, se realizaron pruebas de dureza manual en un árbol de levas bien moldeado, que consistió en intentar hacer un corte con una sierra en dos secciones. Una de ellas se realizó en el eje que tenía características más blandas, la hoja de la sierra entró con mas facilidad; en cambio, en cualquiera de las levas este era casi imposible de cortar y provocaba que la hoja de la sierra patinara. Esto ultimo nos da la idea que un principal problema es el tiempo de enfriamiento de cada una de las partes del árbol de levas, donde la sección externa tuvo un tiempo de solidificación mucho más rápido que la interna provocando así un material más frágil en el centro. Realizado por: Almada Pablo E. Página 47 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Ahora bien, para solucionar esto lo recomendable es colocar nuevos canales de enfriamiento que recorran las secciones internas del molde, para así lograr una temperatura igual en todo el molde, también se puede evaluar el agregado de una mazarota para lograr un gradiente de temperatura en una sola dirección y lugar, para así evitar rechupes o fallas internas del material. Sobre la burbuja de aire se puede considerar el agregado de salidas de aire donde exista la posibilidad de una formación. A continuación, se realizaron pruebas de roturas en los arboles de levas bien moldeados, se procedió a colocar el árbol entre dos apoyos y el pistón en una parte de la sección cilíndrica del eje, también se colocó un lápiz que dibujaba en una hoja el desplazamiento del pistón hasta la rotura de la pieza. Entre los diferentes grupos se obtuvieron como resultado un promedio de: - Distancia de apoyos = 40 cm - Presión: 7 t = 1550 kg - Diámetro del eje: 28,7 mm - Desplazamiento del pistón: 6 mm Con estos datos se puede determinar el módulo de rotura o la resistencia de contracción de nuestra pieza utilizando la siguiente formula: 𝑀𝑟 = 𝑀𝑟 = 8. 𝑝. 𝑙 𝜋. 𝑑 3 8 × 1550 𝑘𝑔 × 40 𝑐𝑚 𝜋 × (2,87 𝑐𝑚)3 𝑀𝑟 ≅ 6678,61 𝑘𝑔 𝑐𝑚2 Para una mejor noción del valor obtenido la siguiente es una tabla que muestra los valores de la resistencia a la compresión del hierro fundido. Cabe considerar la relación: 1 𝑀𝑝𝑎 ≅ 10,19 𝑘𝑔⁄𝑐𝑚2 para una mejor compresión. Realizado por: Almada Pablo E. Página 48 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Prueba de rotura de árbol de levas con pistón. Tratamiento térmico Como se explicó en el trabajo anterior, el tratamiento térmico realizado para algunas aleaciones arrojó valores de dureza menor a lo esperado, es por eso por lo que se procedió a hacerle un tratamiento de envejecimiento térmico a una temperatura constante de 200 °C por 5 horas. Luego se realizó la prueba de dureza Rockwell E para cada porcentaje de aleación: Realizado por: Almada Pablo E. Página 49 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Medida 10% 20% 30% 35% 40% 50% 95% 1 20 82 90 82 69,5 63 25 2 21 80 89 87 72,5 63 25 3 22 86 86 88 74 51,5 39,5 4 19 82 89 20,5 83,3 88,5 Promedio 25 85,5 72 59,2 28,62 Dureza RWE - Envejecimiento 100 90 80 Rockwell E 70 60 50 40 30 20 10 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 70% 80% 90% 100% Al-Zn Dureza RWE 120 100 Rockwell E 80 60 40 20 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 90% 100% Al-Zn Sin Tratamiento termico Realizado por: Almada Pablo E. Temple Envejecimiento Página 50 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Como se puede visualizar, para algunas aleaciones el proceso de envejecimiento dio lugar a mejores valores de dureza que del temple o de la pieza sin ningún tratamiento térmico. En cambio, a su mayoría arrojó resultados muchos peores, esto sucedió para aleaciones mayores al 35% y para la del 10%. Se debe prestar mucha atención lo sucedido con la aleación al 35%, este no vario prácticamente nada entre tratamientos térmicos. Una teoría de estos cambios, en general en desventaja, en el proceso de envejecimiento pudo ser debido a la temperatura que se utilizó y el tiempo del proceso. Ya que en un tratamiento de envejecimiento lo que se realiza con la temperatura es movilizar las moléculas y variar su tamaño, esto en un periodo de tiempo muy prolongado puede llegar a arruinar el tratamiento térmico. Análisis de muestras metalográficas Dada la muestra de una metalografía de hierro nodular se contabiliza la cantidad de ferrita nodular por unidad de área utilizando el método Jeffries Planimetric Test. Dado la siguiente circunferencia los datos obtenidos son: - Área: 0,07 𝑚𝑚2 Nódulos: 50 Aplicando la siguiente formula determinamos la cantidad de granos nodulares por unidad de área. Realizado por: Almada Pablo E. Página 51 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio 𝑁ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 50 𝑁ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 = = 714,28 2 𝐴𝑟𝑒𝑎 0,07 𝑚𝑚 𝑚𝑚2 A continuación, se visualiza una muestra nodular de perlita donde se calculará los diámetros de los nódulos. Se utilizó la relación: 784,1 pixel = 0,51 mm Distancia 1 Distancia 2 Distancia 3 Distancia 4 Distancia 5 P. S1 - P. S2 P. S3 - P. S4 P. S5 - P. S6 P. S7 - P. S8 P. S9 - P. S10 pixel 173,4 165,2 111,0 86,28 117,1 mm 0,11 0,10 0,07 0,05 0,07 Distancia 6 Distancia 7 Distancia 8 Distancia 9 P. S11 - P. S12 P. S13 - P. S14 P. S15 - P. S16 P. S17 - P. S18 Realizado por: Almada Pablo E. Página 52 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio pixel 134,3 104,2 89,69 64,63 mm 0,08 0,06 0,05 0,04 La siguiente es una muestra metalográfica cuya estructura adopta el nombre de roseta. Esta es una fundición de mala calidad ya que su ordenamiento es tan “enredado” que una pequeña fuerza es capaz de fracturarlo. Para este caso se midieron los diámetros de las rosetas, que cada una esta constituido por el contorno mas claro y que abarca lo más oscuro. Se utilizó la relación: 784,1 pixel = 0,51 mm Distancia 1 Distancia 2 Distancia 3 Distancia 4 Distancia 5 P. S1 - P. S2 P. S1 - P. S3 P. S4 - P. S5 P. S6 - P. S7 P. S2 - P. S8 pixel 461,1 406,3 585,4 664,4 572,1 mm 0,3 0,26 0,38 0,43 0,37 Realizado por: Almada Pablo E. Página 53 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio En esta muestra laminar de una fundición gris se determinó las longitudes de las láminas. Relación: 784,1 pixel = 0,51 mm Distancia 1 Distancia 2 Distancia 3 Distancia 4 Distancia 5 pixel 352,51 99,32 40,05 142,18 265,3 mm 0,22 0,06 0,02 0,09 0,17 Realizado por: Almada Pablo E. Página 54 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Por ultimo se analizó la distancia dendrítica de una fundición blanca. Relación: 784,1 pixel = 0,51 mm Distancia 1 Distancia 2 Distancia 3 Distancia 4 Distancia 5 pixel 42,11 66,19 82,02 99,02 55,00 mm 0,027 0,043 0,053 0,064 0,035 Realizado por: Almada Pablo E. Página 55 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio N.º 7 Cátedra: Conocimiento de Materiales. Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 Realizado por: Almada Pablo E. Página 56 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en Laboratorio En esta etapa se realizó el mecanizado de los cilindros de las aleaciones Aluminio – Zinc con la forma de una probeta normalizada y se procedió a hacerle el ensayo de tracción. Mecanizado Mediante un torno paralelo se realizó el mecanizado de la varilla de la aleación aluminio zinc con las siguientes dimensiones. El resultado final fue el siguiente: Por diversos inconvenientes a la hora del mecanizado, ya sea, por falta de filo en la cuchilla, revoluciones muy altas de corte y fragilidad en la sección más pequeña de la pieza las dimensiones finales de nuestra pieza fueron las siguientes: Realizado por: Almada Pablo E. Página 57 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio En el acabado final de la sección más pequeña de la probeta la viruta era discontinua a trozos, por lo tanto, su acabado superficial no era muy bueno. Por esto se procedió a lijar ese sector con un papel esmeril hasta obtener una superficie más lisa y así evitar la propagación de grietas en ese lugar. Acabado superficial de la sección más pequeña de la probeta antes de lijar Ensayo de tracción Lo siguiente que se realizó es el ensayo a tracción de todas las probetas torneadas, para ello se utilizó una maquina presente en el laboratorio que producía esfuerzo axil en una sola dirección y mediante una cámara, un reloj comparador, que mide la deformación producida en la probeta; y un sistema que registra los datos de esfuerzos y desplazamiento en el cable tensor que luego eran graficados mediante un software automatizado en la computadora. Equipo donde se realizó el ensayo de tracción Realizado por: Almada Pablo E. Página 58 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Una vez finalizada la prueba con la probeta al 50 % de Al – Zn se obtuvo un video de 40 segundos donde se visualizada la medición del reloj comparador, el esfuerzo sometido en cada instante y una gráfica que muestra la relación tensión/deformación producida en la probeta hasta su rotura. A la izquierda el reloj comparador, a la derecha en el recuadro rojo el esfuerzo producido en un instante y en la cuadricula de color verde y negro se visualiza la gráfica esfuerzo/deformación. Con estos datos se pretende llenar una tabla para luego obtener la gráfica esfuerzo/deformación similar a la obtenida en el video. Para completar la siguiente tabla se necesitaron de los siguientes datos: - Un intervalo de tiempo para transcribir en cada instante los datos visualizados en el comparador y el esfuerzo. Para ello se cargó el video en Tracker y se extrajeron los datos registrado en cada frame (cuadro) del video; esto solo fue posible ya que la grabación de la pantalla del programa lo realiza a 3,8 cuadros por segundo (no constantes) por lo que en el video de 40 segundos tenemos solo unos 155 cuadros con lo que se traduce a 155 datos registrados. - Longitud inicial de la sección más pequeña de la probeta, que como se presentó antes, lo = 9.52 [mm]. - Diámetro inicial de la sección más pequeña de la probeta, d = 3,1 [mm]. - El área de la sección evaluada: Realizado por: Almada Pablo E. Página 59 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Á𝑟𝑒𝑎 = 𝜋 × 𝑑2 4 𝐴 = 7,54767635 Siendo d el diámetro de la sección más pequeña. - Alfa (α) que es la deformación registrada en el reloj comparador en cada instante. - “p” que es el esfuerzo visualizado en el video en cada instante, que, por el mecanismo de polea este valor se considera el doble: P = 2p. - - - La deformación longitudinal (ε) que proviene del cálculo: El esfuerzo longitudinal (σ): Y el módulo de Young (E): 𝜀= 𝜎= 𝑃 𝐴 𝐸= 𝜎 𝜀 𝛼 𝑙𝑜 Con estos datos ya podemos completar la tabla, pero cabe aclarar que se dieron casos particulares que se evaluarán con sus hipótesis. Realizado por: Almada Pablo E. Página 60 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Tabla 1 Cuadro lo [mm] d [mm] A [mm2] α [mm] p [kg] P = 2p [kg] ε = α / lo [mm] σ = P/A [kg/mm2] E=σ/ε [kg/mm3] 19 9,52 3,1 7,54767635 0,000 0,00 0,00 0,00000 0,00 - 20 9,52 3,1 7,54767635 0,002 0,53 1,05 0,00021 0,14 662,19 21 9,52 3,1 7,54767635 0,005 0,75 1,51 0,00053 0,20 379,91 22 9,52 3,1 7,54767635 0,008 0,95 1,89 0,00084 0,25 298,30 23 9,52 3,1 7,54767635 0,009 1,26 2,52 0,00095 0,33 353,17 24 9,52 3,1 7,54767635 0,009 1,84 3,68 0,00095 0,49 515,74 25 9,52 3,1 7,54767635 0,010 2,49 4,98 0,00105 0,66 628,14 26 9,52 3,1 7,54767635 0,009 2,88 5,76 0,00095 0,76 807,24 27 9,52 3,1 7,54767635 0,009 3,36 6,72 0,00095 0,89 941,78 28 9,52 3,1 7,54767635 0,010 4,45 8,90 0,00105 1,18 1122,57 29 9,52 3,1 7,54767635 0,015 5,08 10,16 0,00158 1,35 854,33 30 9,52 3,1 7,54767635 0,020 5,55 11,10 0,00210 1,47 700,03 31 9,52 3,1 7,54767635 0,030 6,06 12,12 0,00315 1,61 509,57 32 9,52 3,1 7,54767635 0,035 7,13 14,26 0,00368 1,89 513,90 33 9,52 3,1 7,54767635 0,040 7,59 15,18 0,00420 2,01 478,67 34 9,52 3,1 7,54767635 0,050 8,05 16,10 0,00525 2,13 406,14 35 9,52 3,1 7,54767635 0,065 8,78 17,56 0,00683 2,33 340,75 36 9,52 3,1 7,54767635 0,080 9,78 19,56 0,00840 2,59 308,39 37 9,52 3,1 7,54767635 0,100 10,70 21,40 0,01050 2,84 269,92 38 9,52 3,1 7,54767635 0,110 11,30 22,60 0,01155 2,99 259,14 39 9,52 3,1 7,54767635 0,120 11,80 23,60 0,01261 3,13 248,06 40 9,52 3,1 7,54767635 0,140 12,20 24,40 0,01471 3,23 219,83 41 9,52 3,1 7,54767635 0,149 12,60 25,20 0,01565 3,34 213,32 42 9,52 3,1 7,54767635 0,151 12,90 25,80 0,01586 3,42 215,51 43 9,52 3,1 7,54767635 0,170 13,60 27,20 0,01786 3,60 201,81 44 9,52 3,1 7,54767635 0,190 14,10 28,20 0,01996 3,74 187,21 45 9,52 3,1 7,54767635 0,210 14,80 29,60 0,02206 3,92 177,79 46 9,52 3,1 7,54767635 0,240 16,10 32,20 0,02521 4,27 169,23 47 9,52 3,1 7,54767635 0,251 16,80 33,60 0,02637 4,45 168,85 48 9,52 3,1 7,54767635 0,280 17,60 35,20 0,02941 4,66 158,57 49 9,52 3,1 7,54767635 0,300 18,20 36,40 0,03151 4,82 153,04 50 9,52 3,1 7,54767635 0,320 19,30 38,60 0,03361 5,11 152,15 51 9,52 3,1 7,54767635 0,350 20,80 41,60 0,03676 5,51 149,92 52 9,52 3,1 7,54767635 0,380 21,60 43,20 0,03992 5,72 143,39 53 9,52 3,1 7,54767635 0,390 22,00 44,00 0,04097 5,83 142,30 54 9,52 3,1 7,54767635 0,405 22,40 44,80 0,04254 5,94 139,52 55 9,52 3,1 7,54767635 0,420 23,20 46,40 0,04412 6,15 139,35 56 9,52 3,1 7,54767635 0,430 23,60 47,20 0,04517 6,25 138,45 57 9,52 3,1 7,54767635 0,460 24,10 48,20 0,04832 6,39 132,16 58 9,52 3,1 7,54767635 0,485 24,80 49,60 0,05095 6,57 128,99 59 9,52 3,1 7,54767635 0,510 25,90 51,80 0,05357 6,86 128,11 Realizado por: Almada Pablo E. Página 61 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio 60 9,52 3,1 7,54767635 0,525 26,50 53,00 0,05515 7,02 127,33 61 9,52 3,1 7,54767635 0,530 27,00 54,00 0,05567 7,15 128,51 62 9,52 3,1 7,54767635 0,540 27,90 55,80 0,05672 7,39 130,34 63 9,52 3,1 7,54767635 0,544 28,30 56,60 0,05714 7,50 131,23 64 9,52 3,1 7,54767635 0,550 29,10 58,20 0,05777 7,71 133,47 65 9,52 3,1 7,54767635 0,551 29,70 59,40 0,05788 7,87 135,97 66 9,52 3,1 7,54767635 0,560 31,40 62,80 0,05882 8,32 141,45 67 9,52 3,1 7,54767635 0,569 32,50 65,00 0,05977 8,61 144,09 68 9,52 3,1 7,54767635 0,570 33,20 66,40 0,05987 8,80 146,93 69 9,52 3,1 7,54767635 0,575 34,40 68,80 0,06040 9,12 150,92 70 9,52 3,1 7,54767635 0,578 35,30 70,60 0,06071 9,35 154,06 71 9,52 3,1 7,54767635 0,580 36,30 72,60 0,06092 9,62 157,88 72 9,52 3,1 7,54767635 0,580 36,60 73,20 0,06092 9,70 159,19 73 9,52 3,1 7,54767635 0,580 37,20 74,40 0,06092 9,86 161,80 74 9,52 3,1 7,54767635 0,580 38,00 76,00 0,06092 10,07 165,28 75 9,52 3,1 7,54767635 0,580 39,20 78,40 0,06092 10,39 170,50 76 9,52 3,1 7,54767635 0,580 39,80 79,60 0,06092 10,55 173,10 77 9,52 3,1 7,54767635 0,580 40,40 80,80 0,06092 10,71 175,71 78 9,52 3,1 7,54767635 0,580 41,30 82,60 0,06092 10,94 179,63 79 9,52 3,1 7,54767635 0,579 42,10 84,20 0,06082 11,16 183,42 80 9,52 3,1 7,54767635 0,578 42,60 85,20 0,06071 11,29 185,92 81 9,52 3,1 7,54767635 0,578 43,20 86,40 0,06071 11,45 188,54 82 9,52 3,1 7,54767635 0,578 44,10 88,20 0,06071 11,69 192,47 83 9,52 3,1 7,54767635 0,580 45,30 90,60 0,06092 12,00 197,03 84 9,52 3,1 7,54767635 0,585 45,60 91,20 0,06145 12,08 196,64 85 9,52 3,1 7,54767635 0,591 45,60 91,20 0,06208 12,08 194,64 86 9,52 3,1 7,54767635 0,600 45,50 91,00 0,06303 12,06 191,30 87 9,52 3,1 7,54767635 0,601 45,40 90,80 0,06313 12,03 190,56 88 9,52 3,1 7,54767635 0,606 45,40 90,80 0,06366 12,03 188,99 89 9,52 3,1 7,54767635 0,620 45,10 90,20 0,06513 11,95 183,50 90 9,52 3,1 7,54767635 0,630 44,20 88,40 0,06618 11,71 176,98 91 9,52 3,1 7,54767635 0,620 43,10 86,20 0,06513 11,42 175,36 92 9,52 3,1 7,54767635 0,610 44,60 89,20 0,06408 11,82 184,44 93 9,52 3,1 7,54767635 0,605 46,30 92,60 0,06355 12,27 193,05 94 9,52 3,1 7,54767635 0,610 48,10 96,20 0,06408 12,75 198,92 95 9,52 3,1 7,54767635 0,610 49,50 99,00 0,06408 13,12 204,71 96 9,52 3,1 7,54767635 0,604 51,00 102,00 0,06345 13,51 213,00 97 9,52 3,1 7,54767635 0,590 52,80 105,60 0,06197 13,99 225,75 98 9,52 3,1 7,54767635 0,575 54,60 109,20 0,06040 14,47 239,54 99 9,52 3,1 7,54767635 0,560 55,80 111,60 0,05882 14,79 251,36 100 9,52 3,1 7,54767635 0,540 57,50 115,00 0,05672 15,24 268,61 101 9,52 3,1 7,54767635 0,530 58,80 117,60 0,05567 15,58 279,87 102 9,52 3,1 7,54767635 0,520 59,70 119,40 0,05462 15,82 289,62 103 9,52 3,1 7,54767635 0,510 60,60 121,20 0,05357 16,06 299,75 104 9,52 3,1 7,54767635 0,505 60,90 121,80 0,05305 16,14 304,21 Realizado por: Almada Pablo E. Página 62 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio 105 9,52 3,1 7,54767635 0,490 61,80 123,60 0,05147 16,38 318,16 106 9,52 3,1 7,54767635 0,485 62,20 124,40 0,05095 16,48 323,52 107 9,52 3,1 7,54767635 0,475 62,90 125,80 0,04989 16,67 334,05 108 9,52 3,1 7,54767635 0,460 63,80 127,60 0,04832 16,91 349,88 109 9,52 3,1 7,54767635 0,450 64,30 128,60 0,04727 17,04 360,46 110 9,52 3,1 7,54767635 0,440 65,10 130,20 0,04622 17,25 373,23 111 9,52 3,1 7,54767635 0,435 65,80 131,60 0,04569 17,44 381,58 112 9,52 3,1 7,54767635 0,410 66,40 132,80 0,04307 17,59 408,54 113 9,52 3,1 7,54767635 0,400 67,20 134,40 0,04202 17,81 423,80 114 9,52 3,1 7,54767635 0,395 67,50 135,00 0,04149 17,89 431,08 115 9,52 3,1 7,54767635 0,380 68,20 136,40 0,03992 18,07 452,75 116 9,52 3,1 7,54767635 0,130 46,50 93,00 0,01366 12,32 902,33 117 9,52 3,1 7,54767635 0,130 5,12 10,24 0,01366 1,36 99,35 118 9,52 3,1 7,54767635 0,130 0,28 0,56 0,01366 0,07 5,47 119 9,52 3,1 7,54767635 0,000 0,00 0,00 0,00000 0,00 - Como se puede visualizar se obviaron los cuadros iniciales, ya que solo muestra el acomodamiento del aparato y los finales ya que muestran datos luego de la rotura y son absurdos para la prueba. En segundo lugar, las filas remarcadas en amarillo son momentos donde la deformación alfa registrada por el comparador es menor que la anterior registrada mientras que el esfuerzo sigue en aumento, por lo tanto, se puede suponer dos cosas; que hubo una contracción de la probeta o que hubo un error en el aparato de medición y en la disposición de este en el escenario, siendo este último el más aceptable. No se puede suponer que hubo una liberación de carga ya como se mencionó antes, el esfuerzo seguía en aumento. Un dato útil es el del cuadro 95, remarcado en verde, que es el estiramiento máximo registrado y producido en la probeta. Seguido de esto se presentan 21 datos más donde aún no se ha roto la probeta, pero el estiramiento disminuye, aunque el esfuerzo siga en aumento. Hecho que no corresponde con lo teórico esperado y se considera una falla de la herramienta de medición. Ya en el cuadro 116, subrayado en rojo, es el momento donde se visualiza la rotura de la probeta, el estiramiento en un infinitesimal menos de segundo es prácticamente máximo, pero observando un cuadro antes se puede visualizar el estiramiento (aun erróneo) del mismo y su esfuerzo máximo. De esto solo se puede concluir que el esfuerzo máximo al que fue sometido fue de 136,40 [kg]. Realizado por: Almada Pablo E. Página 63 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Si se pretende graficar el diagrama deformación/esfuerzo con estos datos obtendríamos una gráfica sin sentido debido a los datos de deformación que disminuyen luego de la deformación máxima registrada (verde) por el aparato. 20,00 Esfuerzo longitudinal σ [kg/mm2] 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Deformación longitudinal Ɛ [mm] Realizado por: Almada Pablo E. Página 64 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Tabla 2 Cuadro lo [mm] d [mm] A [mm2] α [mm] p [kg] P = 2p [kg] ε = α / lo [mm] σ = P/A [kg/mm2] E=σ/ε [kg/mm3] 19 9,52 3,1 7,54767635 0,000 0,00 0,00 0,00000 0,00 - 20 9,52 3,1 7,54767635 0,002 0,53 1,05 0,00021 0,14 69,56 21 9,52 3,1 7,54767635 0,005 0,75 1,51 0,00053 0,20 39,91 22 9,52 3,1 7,54767635 0,008 0,95 1,89 0,00084 0,25 31,33 23 9,52 3,1 7,54767635 0,009 1,26 2,52 0,00095 0,33 37,10 24 9,52 3,1 7,54767635 0,009 1,84 3,68 0,00095 0,49 54,17 25 9,52 3,1 7,54767635 0,010 2,49 4,98 0,00105 0,66 65,98 28 9,52 3,1 7,54767635 0,010 4,45 8,90 0,00105 1,18 117,92 29 9,52 3,1 7,54767635 0,015 5,08 10,16 0,00158 1,35 89,74 30 9,52 3,1 7,54767635 0,020 5,55 11,10 0,00210 1,47 73,53 31 9,52 3,1 7,54767635 0,030 6,06 12,12 0,00315 1,61 53,53 32 9,52 3,1 7,54767635 0,035 7,13 14,26 0,00368 1,89 53,98 33 9,52 3,1 7,54767635 0,040 7,59 15,18 0,00420 2,01 50,28 34 9,52 3,1 7,54767635 0,050 8,05 16,10 0,00525 2,13 42,66 35 9,52 3,1 7,54767635 0,065 8,78 17,56 0,00683 2,33 35,79 36 9,52 3,1 7,54767635 0,080 9,78 19,56 0,00840 2,59 32,39 37 9,52 3,1 7,54767635 0,100 10,70 21,40 0,01050 2,84 28,35 38 9,52 3,1 7,54767635 0,110 11,30 22,60 0,01155 2,99 27,22 39 9,52 3,1 7,54767635 0,120 11,80 23,60 0,01261 3,13 26,06 40 9,52 3,1 7,54767635 0,140 12,20 24,40 0,01471 3,23 23,09 41 9,52 3,1 7,54767635 0,149 12,60 25,20 0,01565 3,34 22,41 42 9,52 3,1 7,54767635 0,151 12,90 25,80 0,01586 3,42 22,64 43 9,52 3,1 7,54767635 0,170 13,60 27,20 0,01786 3,60 21,20 44 9,52 3,1 7,54767635 0,190 14,10 28,20 0,01996 3,74 19,66 45 9,52 3,1 7,54767635 0,210 14,80 29,60 0,02206 3,92 18,67 46 9,52 3,1 7,54767635 0,240 16,10 32,20 0,02521 4,27 17,78 47 9,52 3,1 7,54767635 0,251 16,80 33,60 0,02637 4,45 17,74 48 9,52 3,1 7,54767635 0,280 17,60 35,20 0,02941 4,66 16,66 49 9,52 3,1 7,54767635 0,300 18,20 36,40 0,03151 4,82 16,08 50 9,52 3,1 7,54767635 0,320 19,30 38,60 0,03361 5,11 15,98 51 9,52 3,1 7,54767635 0,350 20,80 41,60 0,03676 5,51 15,75 52 9,52 3,1 7,54767635 0,380 21,60 43,20 0,03992 5,72 15,06 53 9,52 3,1 7,54767635 0,390 22,00 44,00 0,04097 5,83 14,95 54 9,52 3,1 7,54767635 0,405 22,40 44,80 0,04254 5,94 14,66 55 9,52 3,1 7,54767635 0,420 23,20 46,40 0,04412 6,15 14,64 56 9,52 3,1 7,54767635 0,430 23,60 47,20 0,04517 6,25 14,54 57 9,52 3,1 7,54767635 0,460 24,10 48,20 0,04832 6,39 13,88 58 9,52 3,1 7,54767635 0,485 24,80 49,60 0,05095 6,57 13,55 59 9,52 3,1 7,54767635 0,510 25,90 51,80 0,05357 6,86 13,46 60 9,52 3,1 7,54767635 0,525 26,50 53,00 0,05515 7,02 13,38 61 9,52 3,1 7,54767635 0,530 27,00 54,00 0,05567 7,15 13,50 Realizado por: Almada Pablo E. Página 65 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio 62 9,52 3,1 7,54767635 0,540 27,90 55,80 0,05672 7,39 13,69 63 9,52 3,1 7,54767635 0,544 28,30 56,60 0,05714 7,50 13,78 64 9,52 3,1 7,54767635 0,550 29,10 58,20 0,05777 7,71 14,02 65 9,52 3,1 7,54767635 0,551 29,70 59,40 0,05788 7,87 14,28 66 9,52 3,1 7,54767635 0,560 31,40 62,80 0,05882 8,32 14,86 67 9,52 3,1 7,54767635 0,569 32,50 65,00 0,05977 8,61 15,14 68 9,52 3,1 7,54767635 0,570 33,20 66,40 0,05987 8,80 15,43 69 9,52 3,1 7,54767635 0,575 34,40 68,80 0,06040 9,12 15,85 70 9,52 3,1 7,54767635 0,578 35,30 70,60 0,06071 9,35 16,18 71 9,52 3,1 7,54767635 0,580 36,30 72,60 0,06092 9,62 16,58 72 9,52 3,1 7,54767635 0,580 36,60 73,20 0,06092 9,70 16,72 73 9,52 3,1 7,54767635 0,580 37,20 74,40 0,06092 9,86 17,00 74 9,52 3,1 7,54767635 0,580 38,00 76,00 0,06092 10,07 17,36 75 9,52 3,1 7,54767635 0,580 39,20 78,40 0,06092 10,39 17,91 76 9,52 3,1 7,54767635 0,580 39,80 79,60 0,06092 10,55 18,18 77 9,52 3,1 7,54767635 0,580 40,40 80,80 0,06092 10,71 18,46 78 9,52 3,1 7,54767635 0,580 41,30 82,60 0,06092 10,94 18,87 83 9,52 3,1 7,54767635 0,580 45,30 90,60 0,06092 12,00 20,70 84 9,52 3,1 7,54767635 0,585 45,60 91,20 0,06145 12,08 20,66 85 9,52 3,1 7,54767635 0,591 45,60 91,20 0,06208 12,08 20,45 86 9,52 3,1 7,54767635 0,600 45,50 91,00 0,06303 12,06 20,09 87 9,52 3,1 7,54767635 0,601 45,40 90,80 0,06313 12,03 20,02 88 9,52 3,1 7,54767635 0,606 45,40 90,80 0,06366 12,03 19,85 89 9,52 3,1 7,54767635 0,620 45,10 90,20 0,06513 11,95 19,28 90 9,52 3,1 7,54767635 0,630 44,20 88,40 0,06618 11,71 18,59 91 9,52 3,1 7,54767635 0,630 43,10 86,20 0,06618 11,42 18,13 En esta tabla se eliminaron los datos que anteriormente estaban remarcados en amarillo, es decir los valores donde el estiramiento se hacía menor que su predecesor; y se tomó como resultado parcial y final del experimento el valor 91 donde tenemos un fiel valor de estiramiento y esfuerzo. El gráfico de este ensayo es el siguiente: Realizado por: Almada Pablo E. Página 66 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Esfuerzo longitudinal σ [kg/mm2] 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Deformación logitudinal Ɛ [mm] Si trasladamos este gráfico al obtenido en el video podemos determinar que nos encontramos en la sección anterior a la línea roja. Los siguientes datos a partir de este valor de cuadro 91 no pueden ser utilizado para la prueba ya que son erróneos para la deformación. Si analizamos esta ultima imagen se visualiza claramente el diagrama de tracción real y sus partes. Realizado por: Almada Pablo E. Página 67 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Conclusión Cerrando este informe y esta etapa de proyecto, fue grato poder observar y obrar en todo el proceso que conlleva la fabricación de un material, desde la fundición, mecanizado, hasta su prueba de rotura; sacando conclusiones con los demás grupos y aprendiendo de la práctica, de los errores y éxitos. Además, el hecho de haber experimentado e investigado logra un mejor asentamiento de los saberes por cuenta propia y una mejor lógica de selección y trabajo de materiales para un futuro ingenieril. Con respecto al presente trabajo, el error en la medición del estiramiento hizo imposible concluir con lo deseado, pero los valores arrojados en esfuerzo para cada grupo ya logran una idea de como se comporta el material dependiendo de sus cualidades. Realizado por: Almada Pablo E. Página 68 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná Trabajo de Laboratorio N.º 8 Cátedra: Conocimiento de Materiales. Profesores: - Ing. Angelini José. Mail: joseangelini@gmail.com - Ing. Arcusin Ivan. Mail: ivanarcusin@frp.utn.edu.ar - Ing. Spector Mario. Mail: spectormario@gmail.com Alumno: - Almada, Pablo Emanuel. Mail: almada.pablo.em@gmail.com Año 2018 Realizado por: Almada Pablo E. Página 69 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Experiencia en Laboratorio En este experimento se realizaron pruebas de dureza para distintos tipos de aceros, se tomaron 4 tipos de los cuales se poseía dos muestras de cada uno, uno de ellos va a ser sometido a un tratamiento térmico para presenciar un cambio en la dureza a comparación del otro que no tendrá tratamiento alguno. Los aceros utilizados fueron los siguientes: Acero SAE % de Carbono 1010 0,1 Aditivos 0,4 a 0,6 % Ni; 8610 0,1 0,4 a 0,7 % Cr; 0,15 a 0,3 % Mo. 4140 0,4 1045 0,45 1 % Cr; 0,15 – 0,3 % Mo. - Estos aditivos generaran diferentes propiedades extras en nuestra aleación de acero, de las utilizadas podemos saber que: • Cromo: aumenta la dureza y la resistencia a la tracción, mejora la templabilidad, aumenta la resistencia al desgaste y la inoxidabilidad. • Molibdeno: aumenta la profundidad de endurecimiento y su tenacidad, mejorando su resistencia a la corrosión. • Níquel: produce gran tenacidad, gran mejora en la resistencia a la corrosión. Además, se puede prever el resultado de las pruebas de dureza debido al porcentaje de carbono del acero, por consiguiente, mientras mayor es este porcentaje (valores que en general no superan el 1 %) se presencia un aumento en la resistencia a la tracción, un incremento en el índice de fragilidad en frio y una disminución de la tenacidad y la ductilidad. Si recurrimos a la clasificación del acero de las normas SAE, podemos clasificar nuestras muestras a las siguientes: Realizado por: Almada Pablo E. Página 70 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Acero al carbono 10XX, donde XX es el contenido de C • Aceros de muy bajo % de carbono (desde SAE 1005 a 1015): Utilizados en piezas cuyo requisito primario es el conformado en frio. Adecuados para soldadura y para brazing. Su maquinabilidad se mejora mediante el estiramiento en frío. Son susceptibles al crecimiento del grano, y a fragilidad y rugosidad superficial si después del formado en frío se los calienta por encima de los 600 °C. • Aceros de medio % de carbono (desde SAE 1035 a 1053): Utilizados donde se necesitan propiedades mecánicas mas elevadas y frecuentemente llevan tratamiento térmico de endurecimiento. Se utiliza en amplia variedad de piezas sometidas a cargas dinámicas. Se pueden aplicar para fabricar piezas forjadas y su selección depende del tamaño y del tratamiento térmico. Aceros aleados para aplicaciones en construcciones comunes • Al Cr-Mo (41XX) Se utilizan para nitrurados, tornillos de alta resistencia, etc. • Al Cr-Ni-Mo (86XX) Son las aleaciones mas usadas por su buena templabilidad. Existen muchas más clasificaciones, pero solo se hizo mención a las trabajadas en el laboratorio. Tratamiento térmico Se colocó cada unas de las muestras en un recipiente metálico recubierto con viruta de hierro para evitar la carbonización en la superficie y se la introdujo en el horno. Observando el diagrama de fases Fe – C podemos determinar a qué temperatura debemos realizar el temple para obtener una estructura austenítica para cada una de las composiciones de carbono. Realizado por: Almada Pablo E. Página 71 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Nuestras aleaciones rondan entre 0,1 a 0,45 % en peso de carbono, por lo debemos utilizar una temperatura mayor a 912 [°C] para asegurar el temple correcto para la composición más pequeña. Se programó el horno a 950 [°C] y se dejó las muestras por 15 minutos para luego ser enfriadas rápidamente en agua y producir el temple. Prueba de dureza Utilizando un durómetro Rockwell, se lo configuró en la escala C con un penetrador cónico y una carga máxima de 150 [kg]. Las primeras pruebas se realizaron con una punta didáctica que no se encuentra en buen estado, pero posteriormente el profesor a cargo del laboratorio hizo las mismas pruebas con un penetrador profesional. Se mostrarán ambos resultados. Realizado por: Almada Pablo E. Página 72 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio Penetrador didáctico SAE 1010 4140 8610 1045 Dureza [HRC] sin temple Dureza [HRC] con temple Medidas Medidas 17 Promedio 57 18,25 19,5 62 64 36 75 38 66 66 66 48 39 40 72,5 70 38 40 60,5 64 63 Promedio 71,5 95 El valor del 1045 con temple puede estar sujeto a error por su gran diferencia en valor entre medidas. Penetrador profesional Dureza [HRC] sin SAE temple Dureza [HRC] con temple Variación Variación [HRC] 1010 9 33 + 24 266,6 % 4140 40 55 + 15 37,5 % 8610 27 48 + 21 77,7 % 1045 23 50 + 27 117,4 % Variacion de la dureza para aceros 60 50 [HRC] 40 30 20 10 0 1010 4140 8610 1045 SAE Sin Temple Realizado por: Almada Pablo E. Con tempe Página 73 de 74 UTN FRP - Conocimientos de Materiales - Informes de Laboratorio En todas las muestras hubo un aumento de la dureza, pero aún más significativo para los aceros al carbono y en particular para el SAE 1010 con un aumento del 266 % que lo coloca a un nivel superior que del SAE 8610 y 1045 antes del temple. El SAE 4140 fue quien logró el mayor nivel de dureza, este acero puede ser utilizado para elementos de máquinas, herramientas o donde se necesite piezas lo suficientemente resistentes. En cambio, el SAE 1010, que es un acero comercial muy común y barato, se utilizaría como elementos de maquinas donde se requiere gran tenacidad, o como acero estructural con gran soldabilidad y ductilidad. Realizado por: Almada Pablo E. Página 74 de 74