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LABORATORIO DE MATERIALES PRACITCA No. 01 Beatriz E. Pérez Peñafiel

6259

Octubre 21, 2014 1. RESUMEN El presente informe se presenta los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio al someter a ataque químico una probeta de acero al carbono (acero de construcción), utilizando el procedimiento para la preparación metalografía tomando en cuenta las especificaciones descritas en la norma ASTM E3. En las fotomicrografías para la determinación del porcentaje de carbono se obtuvieron en el corte transversal de la probeta, tras el ataque químico que facilitó evidenciar las fases presentes de perlita y ferrita en la muestra para identificar el tipo de acero al carbono. 

2. OBJETIVO GENERAL Determinar los porcentajes de carbono en el acero de la probeta tras la aplicación del ataque químico mediante análisis morfológico de las fases presentes de los microconstituyentes.

3. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Preparar la probeta siguiendo el procedimiento desarrollado en base de la norma ASTM E3  Manejar de manera correcta los equipos, instrumentos y materiales del laboratorio. 4. MARCO TEORICO Acero al Carbono La composición química de los aceros al carbono es compleja, además del hierro y el carbono que generalmente no supera el 1%, hay en la aleación otros elementos necesarios para su producción, tales como silicio y manganeso, y otros que se consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente – azufre, fósforo, oxígeno, hidrógeno en cantidades menores al 0.05%. El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. Son los más usados en la actualidad. Clasificación de los Aceros según el contenido de Carbono Bajo carbono %C = 0.06 a 0.30%. Se utiliza para productos industriales comunes como pernos, tuercas, hojas, placas y tubos y para componentes de máquinas que no requieren alta resistencia, su resistencia mecánica de 48-55 kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB. Se puede soldar con una técnica adecuada.

Medio carbono %C = 0.30 a 0.60%. Se utiliza en aplicaciones que requieren una mayor resistencia como en maquinaria, partes de equipos automotores y agrícolas, engranes, ejes, bielas, cigüeñales, equipo ferroviario y partes de maquinaria para el trabajo de los metales. %C = 0.30 a 0.45%. Tiene una resistencia mecánica de 55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170 HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 80 kg/mm2 y una dureza de 215-245 HB. %C = 0.45 a 0.60%. Tiene una resistencia mecánica de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 180 HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 90 kg/mm2, aunque hay que tener en cuenta las deformaciones. Alto carbono %C = superior al 0.60%. Se utiliza en partes que requieren resistencia, dureza y resistencia al desgaste, como herramientas de corte, cables, alambre musical, resortes y cuchillería. Tiene una resistencia mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Templa bien en agua y en aceite, alcanzando una resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300 HB. Diagrama Hierro Carbono En el diagrama de equilibrio o de fases, Fe-C se representa las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión(homogeneización) tienen tiempo para completarse. La temperatura a la que tienen lugar los cambios alotrópicos en el hierro está influida por elementos de aleación de los cuales el más importante es el carbono.

Las fases y microconstituyentes más importantes que aparecen en el diagrama Fe-C son:

Ilustración 1 Autor: Smith

Ferrita: solución sólida intersticial de hierro alfa con C (es hierro alfa casi puro). Es el más blando y dúctil de los constituyentes de los aceros. Cementita: es un compuesto intermetálico de fórmula Fe3C (equivalente a 6,67%C). Es el constituyente másduro y frágil.

Perlita: solución eutectoide formada por cristales de ferrita y cementita. La estructura laminar confiere elevada dureza y resistencia mecánica. Austenita: solución sólida de hierro gamma con C. Sólo es estable a temperturas superiores a 723ºC, y en su enfriamiento se descompone en ferrita y cementita. Se trata de un constituyente blando, no magnético, dúctil, tenaz y de elevada resistencia al desgaste. Ledeburita: es el constituyente eutéctico que se forma en el enfriamiento de las fundiciones a 1130ºC. No existe a temperatura ambiente, y en el enfriamiento se transforma en cementita y perlita. Las transformaciones más relevantes del diagrama Fe-Fe3C son:

Ilustración 2 Autor: AME Aula de Tecnologías

Las fases y microconstituyentes del diagrama Fe-Fe3C van a conferir características mecánicas distintas a las aleaciones. METALOGRAFIA Es el estudio microscópico de las características estructurales de un metal o aleación con el que se puede determinar el tamaño de grano, el tamaño forma y distribución de varias fases presentes en la muestra. Consiste en: -

Corte Desbaste y pulido Ataque químico

5. EXPERIMENTACION En la presente práctica se utilizará el corte transversal de la probeta. Procedimiento para preparación de basado en la norma ASTM E3 (Anexo 1) 5.1 MATERIALES Y EQUIPOS: 5.1.1 Materiales

Acero

AISI

1018

(acero

de

Lijas (240, 320, 400, 600, 1200, 1500 granos 2 /in )

construcción). Ilustración 3 Fuente: Autor

Ilustración 3 Fuente: Autor

5.1.2 Equipos Cortadora de disco abrasivo

Portalijas

Ilustración 4 Fuente: Autor

Nital 4 y 2 para ataque químico. Alcohol. Solución de óxido de aluminio (alúmina)

Ilustración 5 Fuente: Autor

Microscopio metalográfico con cámara

Ilustración 6 Fuente: Autor

Ilustración 7 Fuente: Autor

5.2 Procedimiento Anexo 1 5.2.1 Caracterización En este punto se realiza la observación de la muestra en el microscopio metalográfico para la determinación de sus características estructurales metalográficas de las mismas.

Ilustración 8 Muestra para caracterización. Fuente: Autor

5.2.1.1 Imagen de identificación de la Estructura Metalográfica (Corte Transversal)

Ilustración 9 Fuente: Autor Microestructura resultante, ampliada a 200x

6. ANALISIS DE RESULTADOS Microestructura (Corte Transversal)

306

102 µm

Ilustración 10 Muestra Metalográfica 200 x

408

6.1 Análisis en SCOPE PHOTO

Ilustración 11 Muestra metalográfica 255= 100% Perlita, fuente: Autor

Ilustración 12 Muestra Metalográfica 111= x% de perlita, fuente: Autor

255 100 perlit a

Ilustración 13MIcroestructura de un acero 1025 Fuente:Metal Handbook Vol.

111 x perlit a

x Perlita=

111∗100 255

x Perlita=¿

43.53%

Pe=

C−0.022 0.71−0.022

Pe=

0.25−0.022 0.71−0.022 Pe=33.14

7. CONCLUSIONES

-

-

Para el éxito de la práctica se debe seguir el procedimiento detallado en la norma ASTM E3 La superficie de la muestra debe asemejarse a la de un espejo para el éxito de esta práctica. Después de realizar la comparación mediante el software y la aplicación de la regla de la palanca se determina que la muestra analiza corresponde a un acero 1020 con un porcentaje de perlita dentro de un rango de 33.14 a 43.53%. La utilización del software SCOPEPHOTO facilita la identificación de algunos parámetros del análisis metalográfico

8. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS NORMAS ASTM E-3 95, ASTM E 45-97. ASM HANDBOOK COMMITTEE, Atlas of Microestrutures of Industrial Alloys, Vol 7, 8th Edition. W. F. SMITH, “Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales”, Tercera Edición, Editorial Concepción Fernández, Madrid España http://auladetecnologias.blogspot.com/2009/10/diagrama-fe-c.html