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• Pablo Alexsander Osorio Enriotti

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• Fundición
• Espectrometría de masas
• Elementos químicos

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA DEPARTAMENTO DE MECÁNICA Y MÍNERIA Y METALURGIA

Laboratorio de ciencias de los Materiales Ensayo de Chispa y Lima Profesor Rodolfo Mancilla Integrantes Esteban Jure Gutiérrez Estefany Hernández Correa Pablo Mardones Alvear Matías Maturana Valencia Francisco Muñoz Bahamondes Patricia Núñez Henríquez

Índice Introducción...............................................................................................................3 Objetivos....................................................................................................................4 Objetivos Generales....................................................................................................................4 Objetivos Específicos..................................................................................................................4 Materiales, equipos y Herramientas utilizados..........................................................5 Materiales.......................................................................................................................................5 Equipos Industriales.....................................................................................................................5 Equipo de Protección..................................................................................................................5 Herramientas.................................................................................................................................5 Descripción del Ensayo.............................................................................................8 Ensayo de Chispa........................................................................................................................8 Ensayo de Lima............................................................................................................................9 Plan de desarrollo de Actividades...........................................................................10 Valores Obtenidos y Valores calculados..................................................................11 Análisis de los Valores Obtenidos y Calculados.....................................................13 Observaciones, conclusiones y comentarios personales.......................................14 Observaciones.............................................................................................................................14 Anexos.....................................................................................................................15 Bibliografía utilizada.................................................................................................17

2

Introducción

En el siguiente informe serán presentados dos tipos de ensayos cualitativos, los cuales son el ensayo de chispa y el ensayo de lima. El ensayo de chispa, es un ensayo muy conocido, que consiste en distinguir tipos de materiales de acuerdo al tipo de chispa que produzcan, estos depende de la concentración de carbono que posean u otro elemento que lo compongan. Estas pruebas hacen distinguir materiales ferroso de no, en pocas palabra los no ferroso son los que no producen chispa y se pueden distinguir a simple vista, y los ferroso producen chispa. El ensayo de chispa es probablemente uno de los métodos más usados

para

identificar

los

metales

ferroso.

El ensayo de lima, es un ensayo que servirán para determinar un orden de dureza en cuanto a aceros templado y no templados y a la viruta que generen los materiales.

3

Objetivos Objetivos Generales Analizar y determinar mediante Ensayos de Chispa y Lima características que pueden presentar algunos materiales ferrosos al someterlos a diversas pruebas, culminando con la

confirmación de lo señalado por el profesor al inicio del

laboratorio.

Objetivos Específicos



En el Ensayo de Chispa Identificar o determinar Materiales Ferrosos por motivos de dificultad al apreciarlos a simple vista, ya que posee el mismo color y peso. En comparación con los Materiales no Ferroso los cuales se pueden distinguir fácilmente por sus tonalidades que cambian bruscamente y por sus pesos variables. Mediante las características que entrega el Haz

  

al entrar en contacto los materiales con la Piedra de Esmeril. Ensayo de Lima Identificar o diferenciar Materiales templados. Determinar materiales de acuerdo al desgaste producido por la Lima. Conocer los materiales, equipos de protección y herramientas adecuadas para llevar acabo de mejor manera estos ensayos. Teniendo en cuenta o en consideración la motivación adecuada y el buen trabajo en equipo.

4

Materiales, equipos y Herramientas utilizados Materiales 1. Aceros al Carbono 2. Aceros de Aleación 3. Fundición Gris  Acero SAE 1045  Acero SAE 1020  Acero especial SW11  Acero Rápido HSS Templado 1.

2.

3.

Equipos Industriales 

Piedra Esmeril o Maquina Esmeriladora

Equipo de Protección  



Delantal

5

Zapatos de Seguridad

Herramientas   

Lima de Acero 1045 Templado Lápiz Cuaderno Descripción del Equipo utilizado

Piedra de Esmeril: Es una roca usada para pulir, cortar o afilar otro material Esta piedra de esmeril puede ser incluso una máquina esmeriladora angular

o

“galletera”

doméstica

utilizando un disco de desbaste.

Lima: Herramienta manual de corte o desgaste utilizada en

quitar las

partes más duras o ásperas de un material sea este metal, plástico o madera.

Equipo de Protección

Delantal

de Tela o Mezclilla:

Prenda de vestir que suele ponerse sobre la ropa de uso diario para protegerla y proteger al trabajador de

fibra,

liquidas,

polvo, etc.

salpicaduras

Su

uso

es

recomendado en actividades de esmerilado, limado o lijado, entre otras actividades. Gafas de seguridad:

Son

protectores para los ojos. Tienen el objetivo de proteger los ojos de materiales volátiles o ambientales como las virutas o astillas de madera,

o

raspado

metálico,

liquido o reacciones químicas liberadas al aire. Zapatos de Seguridad: Tipo de calzado destinado a proporcionar protección

contra

accidentes

al

eventuales

realizar

alguna

actividad laboral. Protege dedos y/o plantas de los pies contra posibles golpes, pinchazos.

caída

de

objetos,

aplastamiento

y

Descripción del Ensayo Ensayo de Chispa Es uno de los ensayos posiblemente más realizados a nivel mundial, por ser fácil de realizar y económico. Este ensayo es utilizado para identificar materiales ferrosos, por la sencilla razón de que los materiales no ferroso son distinguidos fácilmente a simple vista, a diferencia de los ferroso los cuales poseen el mismo color y peso. Esta manera de identificar los materiales es sin duda utilizando la cualidades, es decir, es un ensayo cualitativo. Lo que significa la no utilización de valores numéricos, lo que hace referencias a ensayos cuantitativos. Dejando de manifiesto que solo utilizará el análisis y comparaciones de colores y forma. Se someterán a este ensayo 3 materiales ferrosos los cuales serán observados con mucha atención:  Aceros al Carbono (Acero de alto y bajo Carbono)  Aceros de Aleación (Aceros de herramientas)  Fundición Gris (Hierro Fundido) Método de Aplicación El material ferroso sea este Acero al Carbono, Acero Aleados y Fundido Gris se someterá a contacto con la piedra esmeril, siendo también está un maquina esmeriladora o galleta en uso domestico. Generando una haz de chispa la cual será necesaria y de gran ayuda para lograr identificar los materiales de acuerdo a las características físicas que manifiesten.

Ensayo de Lima Este ensayo hace referencia a la identificación de Aceros endurecidos o no endurecidos, es decir, materiales templados y no templados. A la vez sirve para diferenciar una fundición gris centrifuga de otros Aceros. Se utiliza un patrón en este caso la Lima de Acero 1045 Templada para poder realizar la comparación. Si los dientes de la Lima muerden el material esto significa no está endurecido, pero si el material se desliza es señal de que está endurecido. Cabe recalcar que mientras más desgaste, es decir, mayor cantidad de virutas producidas por la Lima el Acero es más blando (Acero Dulce) o de bajo contenido de Carbono, por el contrario menor desgaste el Acero es más duro es el 1045 Templado por producir menor cantidad de virutas.

Lugares de Realización de los ensayos Talleres Mecánicos y a la vez es utilizado en faenas de construcción. Principalmente en lugares que no dispongan con el instrumento de medición el Espectrógrafo de masa.



Plan de desarrollo de Actividades



Primero que todo se eligen los materiales que se utilizaran para realizar el ensayo de chispa y lima. En el caso del ensayo de chispa se utilizaran materiales ferrosos y no ferrosos y en caso del ensayo de lima se utilizaran



aceros templados y no templados. Para el ensayo de chispa se procederá con acercar al esmeril materiales no ferrosos que al hacer contacto con éste generara chispas que a través de las características físicas que manifiesten, servirán para identificar a que material corresponde. Ferroso o no ferrosos, estos serán distinguidos



fácilmente a simple vista. Para el ensayo de lima, se utilizara un patrón en este caso la Lima de Acero 1045 Templada que se deslizara sobre los aceros templados y los no templados, si la lima muerde el acero significa que el acero no está endurecido, si la lima se desliza sin provocar nada significa que el acero



esta endurecido. Finalmente se sacaran conclusiones acerca de ambos ensayos y se presentaran los datos obtenidos Nota: Ambos ensayos son cualitativos y no cuantitativos por ende no poseen valores numéricos, solo interpretación visual

Valores Obtenidos y Valores calculados

El haz de Chispa liberado por el contacto del material con la piedra esmeril es una acción fundamental de este ensayo, ya que, por su longitud ,color y forma de explosivo que presenta en su final y parte media nos condicionan los siguientes resultados:

 Acero al Carbono ( Acero de alto y bajo Carbono) Longitud del Haz Presencia

Gran longitud. de Muchas explosiones.

Explosivos Tipo de Acero

Acero de alto contenido

Ejemplo Características

de carbono. Acero SAE 1045. Posee una

gran

resistencia a la tracción y mayor dureza. Longitud del Haz Presencia

Un poco menor. de Menos explosivos.

Explosivos Tipo de Acero

Acero de bajo contenido

Ejemplo

de Carbono. Acero SAE 1020, SAE

Características

1010. Posee ductilidad,

una

mayor

incapacidad

de templanza .

 Aceros de Aleación (Acero de Herramienta)

Longitud del Haz Presencia de Explosivos

Pequeña y Corta. Escasez de Explosivos presencia

de

puntas

de

Tipo de Acero Ejemplo

lanza. Aceros Inoxidables. Sw111, Herramientas

de

Característica

corte HSS de Acero Rápido. Aceros de gran Dureza y Alta Resistencia Temperaturas

a y

las a

la

Corrosión.

 Fundición Gris (Hierro Fundido) Longitud del Haz Presencia de Explosivos

Corto y Abundante. Explosiones en forma de Árbol

pequeñas

Tipos de Aceros

ramificaciones. --------------------------------------

Ejemplo Características

-------------------------------------Alta Resistencia a la Corrosión y al Desgaste.

Análisis de los Valores Obtenidos y Calculados

A través de conocimientos previos, se pueden distinguir los diversos tipos de materiales ferrosos, como el ensayo es cualitativo, los materiales se distinguirán durante el contacto visual que se tendrá con las chispas que

arroje cada material, para esto se necesita saber las siguientes características de los materiales a usar. La chispa acrecentara dependiendo de la cantidad de carbono que posea el material. La chispa en un material tiene características definidas como lo son; el color, la longitud, la cantidad y de su forma. Al pasar los diferentes tipos de materiales se distinguieron ejemplares con alto contenido de carbono, a la vez materiales que poseen chispas de diferentes tonalidades y finalmente se pudo apreciar notoriamente la presencia de materiales de Fundición Gris; con un Haz de chispa muy particular donde se veía extensa y caía en forma de gota o curva, por consiguiente también se apreciaron materiales no ferrosos, los cuales no tuvieron chispa alguna por el hecho de no poseer carbono entre su composición química. El material más fácil de distinguir fue el material de aleación, ya que al poseer carbono en baja cantidad y otros elementos en su composición química (Ni, Cr, Mo, Mn, N, o V) sus explosiones fueron notoriamente más escasas y con un color rojizo-anaranjado, lo que también corresponde y depende a los elementos que participen en su composición química de la aleación. Se trabajó también en el laboratorio con la presencia del Acero al carbono, el cual tiene como particularidad la presencia de explosiones en medio y final del Haz de Chispa y su color Amarillo-Blanco, la variación de carbono en este último material se encuentra entre 0,1% y el 0,7% de carbono en su composición, lo cual influye en la longitud de la chispa.

Observaciones, conclusiones y comentarios personales Observaciones 

Estos ensayos en lo posible deben realizarse, en lugar oscuro.



La rueda de esmeril debe de girar en sentido contrario al ordinario, para que el haz de chispas se proyecte hacia arriba y poder así observarlo mejor.

 Acero al Carbono 

A mayor presencia de Carbono en el Acero al Carbón el Haz de Chispa será más grande y de mayor longitud y presenta mayor cantidad de



explosivos en su parte media y final. Haz de color Amarillo-Blanco

 Acero Aleado  

El Acero Inoxidable es un Acero de Aleación por tener presencia de Cromo. Haz de color Anaranjado y Rojizo con pequeñas variaciones dependiendo del elemento aleante.

 Fundición Gris  

En la Antigüedad este material era utilizado en cañerías de agua. Se pueden encontrar dos tipos de Fundición Gris: La Coladas en Molde de



Arena y Las Centrifugadas. Las puntas de las Haz se presentan en forma de gata o curva.

En conclusiones para identificar de una forma rápida y aproximada el tipo de acero y el porcentaje de carbono que se posee en el acero, existe el ensayo de chispa. Con esto se puede reconocer la calidad del acero de una determinada

pieza,

no

obstante

se

requiere

experiencia

para

la

identificación y dar una interpretación correcta a la chispa producida. Al mismo tiempo que tiene lugar este desprendimiento de material, se produce un fuerte calentamiento local, las partículas se desprenden a altas temperaturas que las ponen

incandescentes, produciéndose rayos

luminosos, chispas, explosiones, estrellas, arborescencias luminosas, etc.

Este ensayo no puede sustituir al análisis químico, pero alguien con un ojo bien entrenado, reconoce bastante bien los materiales y la presencia de ciertos elementos de aleación. Cada tipo de acero produce una serie de chispas características, mediante la observación de éstas y la comparación con fotografías pueden identificarse determinados tipos de aceros. En cuando al tipo de chispas proyectadas, aquí se indican algunas características importantes: Un haz de chispa puede dividirse en tres partes principales las cuales son: 1.- A la salida de la piedra del esmeril, que se encuentra formada por rayos rectilíneos

en

los

que

puede

observarse

perfectamente

el

color

característico. 2.- Es la de bifurcación, y algunas veces tiene lugar en ella algunas explosiones. 3.- La última zona, es donde aparecen la mayor parte de las explosiones, adopta diversas formas, que se denominan estrellas, gotas, lenguas, flores, etc.

Anexos

Acero al Carbono ( Acero de alto y bajo Carbono) Material Ferroso de Bajo y Alto Carbono. Se diferencia del Acero Gris por tener 0,1 a 0,7 % de Carbono. Es una mezcla homogénea. Su resistencia varía entre los 48-55kg/mm2.Su dureza Brinell varía entre los 135-160 HB. Es utilizado en Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frio, plegado, herrajes, entre otros.. Acero de Aleación (Aceros de herramientas) Material Ferroso de Corte Rápido y Especiales correspondiente a Aceros Inoxidables . Mezcla de Fe + C pequeños % de elementos de Aleación como Cr, Ni, V, W, entre otros los cuales le dan Dureza al Acero. Pero a la vez estos elementos hacen que la chispa se apague y cambie de color. Cabe señalar que el Haz que se produce es pequeño y menos apreciable a simple vista. Es utilizado en herramientas tales como: Taladros, escariadores, terrajas y machos de roscas. A la vez se utiliza en 4 tipos de mercado: Electrodomésticos, Automoción, Construcción e Industrias. Fundición Gris (Hierro Fundido) Material queda fuera de la categoría de los Aceros por no poseer las propiedades de los Aceros es un material altamente quebradizo, su % de carbono contenido es de un 2 a un 5 .

Una de sus dificultades es la mezcla Heterogénea conformada de Fe-C, esto hace que no se puedan mezclar de una mejor manera, quedando por consiguiente separado en granos como grafito.

Ventaja es un material altamente Maquinable, es decir, mecanizable. Puede variar de forma y tamaño. Posee una Alta Resistencia a la Corrosión y al desgaste .Es utilizado en carcasas, cárter de motor, cajas mecánica, entre otros.

Espectrógrafo de masa

El espectrógrafo de masas es un dispositivo experimental que permite separar iones de átomos y/o moléculas en función de su masa. Se compone de una cámara donde se producen los iones, un pequeño acelerador lineal donde un campo eléctrico les aplica una diferencia de potencial, y la zona de detección donde un campo magnético los separa, antes de que incidan sobre una placa de detección (normalmente una placa fotográfica). Lo inventó Aston (1877-1945) en 1919 y lo utilizó para identificar, separándolos en base a la diferencia de sus masas, un gran número de isótopos (hasta entonces desconocidos) de elementos no radiactivos. Así descubrió hasta 212 de los 287 isótopos naturales y aportó la regla que lleva su nombre, que afirma que los elementos atómicos de número impar no pueden tener más de dos isótopos estables. En 1922 recibió el premio Nobel de Química.

Bibliografía utilizada http://es.wikipedia.org/wiki/Espectr%C3%B3metro_de_masas http://es.slideshare.net/sabinitanaranjo/laboratorio-materiales http://books.google.cl/books? id=hjvnaD7RBSIC&pg=PA149&lpg=PA149&dq=prueba+de+la+chispa+en+aceros &source=bl&ots=UUN_p46xmz&sig=19RtRXMypKVH6IO_XcCHi2QTDw&hl=es&sa=X&ei=FsGRUYSeMcaBywH7tYGIBQ&ved=0CEwQ 6AEwBQ#v=onepage&q=prueba%20de%20la%20chispa%20en %20aceros&f=false http://www.bsmex.com.mx/utp-welding/pdf/guia_iden_metales.pdf