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• Manuel Eduardo Noriega Quijano

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Descripción de los equipos y materiales utilizados



Polvo de cobre en una placa de vidrio





Matriz



Prensa

Lija al agua (400, 600, 800, 1000, 1200)

Ensayo de metalurgia de polvos

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



Máquina pulidora

Horno eléctrico: Se utiliza para el sinterizado.



Balanza electrónica



Vernier

Ensayo de metalurgia de polvos

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

Microscopio metalográfico



Durómetro Vickers

Ensayo de metalurgia de polvos

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Descripción del procedimiento

En la experiencia de laboratorio solo se utilizaron partículas de cobre. En primer lugar, se coloca el polvo en el molde cilíndrico (matriz) hasta el borde. Sobre este se coloca una pieza que embona en el molde, el sistema es llevado a la prensa que ejerce presión sobre este y una parte de la pieza queda dentro del molde mientras que el resto es ocupado por el polvo de cobre compactado.

Colocando la matriz en la prensa Luego se retira la pieza y el polvo de cobre compactado convertido en un sólido único que tiene la textura de una tiza (desprende pequeñas partículas de polvo al deslizar la mano sobre este). El proceso se realiza 2 veces más con diferentes presiones.

Probetas de cobre

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La segunda fase consiste en calentar las probetas en el horno a 800°C (en este caso) durante 30 minutos para que las partículas que están en contacto entre si se suelden y se reduzca la cantidad de poros.

Antes del calentamiento

Durante el calentamiento

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Después del calentamiento

La tercera fase es medir las propiedades del material sinterizado, se midió la dureza con el método de Vickers y además se hizo una micrografía de las 3 probetas.

Ensayo de metalurgia de polvos

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Datos obtenidos en el laboratorio Carga de

D

L

V

m

𝛿

(mm)

(mm)

(mm3)

(g)

(g/cm3)

Sin compactar

13.44

37.52

5326.9

19.4

3.641

1400

13.5

13.62

1949.5

10.673

5.4757

2000

13.54

6.15

885.5

4.69

5.29

2600

13.53

10.64

1529.773

8.941

5.8446

compresión (Kgf)

Las probetas se colocaron en el horno a 800°C durante 25 min. La razón por la que la probeta sometida a 2000kgf no posee mayor densidad que la de 1400kgf fue porque la presión no fue uniformé a lo largo de su longitud de tal manera que la presión es menor a medida que se acerca a la parte central y como solo se tomó una porción de cada una siendo que en la probeta de 2000kgf solo se tomó la parte central (porque el resto se despedazo al momento de sacarlo del molde); por esta razón la probeta de 2000kgf es menos densa que las demás. A continuación, unas imágenes que muestran las porciones que se tomaron de cada probeta:

Probeta de1400Kgf

Probeta de 2000Kgf

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Probeta de 2600Kgf

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Y los resultados que se obtuvieron luego del sinterizado fueron de: Carga de

D

L

V

m

𝛿

(mm)

(mm)

(mm3)

(g)

(g/cm3)

1400

13.2

12.67

1733.86

9.7653

5.6324

2000

13.335

5.925

827.5

4.5489

5.4971

2600

13.305

10.24

1423.7

8.5652

6.0162

compresión (Kgf)

Luego de hacerle la prueba de dureza Vickers a los 3 materiales se obtuvieron los siguientes resultados: Carga de compresión (Kgf)

D1

D2

(µm)

(µm)

Diámetro promedio (µm)

Carga del ensayo de

𝐷𝑉

vickers

(kg/mm2)

(gf)

1400

104

115

109.5

100

15.4625

2000

67

60.5

63.75

50

22.81

2600

44

44

44

50

47.856

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Cálculos y resultados

2600 1

2 11

3

4

1

14 28 15

6

7

8

2

3

4

5

9

10

11

12

13

16

17

18

12 13

5

22

19

6

33

20

21

34

16 17 18 19

37 20

7 8

14 15 29

23 24 25 26 30 31 32

29

9 10

28

27 36

27

35

21

26

22

25 24

23

Granos cortados por el borde = 29/2 =14.5=15 Granos enteros: 37 Numero de granos: 42 Área micrográfica: 6 cm x 4 cm = 24 cm2. Aumento: x600 Tamaño de grano= (600/100)2 x (42/24) =63granos/cm2

1400 1

2

8

1

9

7 12

3

4

2

3

8 13

9 14

21

12 27

28

13 14

29

7 5

10 15

22

6 4

10 11

5

23 30

6

11

21

16

17

18

19 20

24

25

31 32 33 16

Ensayo de metalurgia de polvos

17

20 26

34

19 35 18

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Granos cortados por el borde = 21/2 =10.5=11 Granos enteros: 35 Numero de granos: 46 Área micrográfica: 6 cm x 4 cm = 24 cm2. Aumento: x600 Tamaño de grano= (600/100)2 x (46/24) =69granos/cm2

2000 1

2

11

1

3 2

4

5

3

6

4

7

5

6

8

9

7

8

10 27

12 9 13

10

14 15 16

26 11

14

19

12

15

20

13

16

21

17

22

18

23

24

25 17 18

19

20

27 25

24 26

21

22

23

Granos cortados por el borde = 27/2 =13.5=14 Granos enteros:27 Numero de granos:41 Area micrográfica:6 cm x 4 cm = 24 cm2 . Aumento:x600 Tamaño de grano= (600/100)2 x(41/24) =61.5granos/cm2

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Cuestionario

1.- ¿Qué métodos existen para obtener cobre en polvo para sus aplicaciones en pulvimetalurgia? Existen 3 métodos para producir polvos metálicos: Atomización; el proceso consiste básicamente en fundir el metal y formar una nube con las gotas de este metal fundido para que luego precipite solidificándose al ser enfriado por un agente externo.

Por reducción química; serie de reacciones químicas que reducen los compuestos metálicos a polvos elementales. Por electrolisis; el metal que será pulverizado será el ánodo en este proceso, de tal manera que este se disuelva lentamente por acción del voltaje aplicado, se mueva a través del electrolito y se deposite en el cátodo en su forma pulverizada.

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2.- ¿Qué aplicaciones tiene la metalurgia de polvos de aleaciones a base de cobre?

→

Silenciador neumático fabricado a partir de bronce en polvo

Casquillos de bronce auto lubricados: Se sinterizan con una porosidad controlada y posteriormente se impregnan con lubricante.

3.- La siguiente figura muestra las propiedades del cobre puro sinterizado. ¿Cómo afecta a la elongación y a la resistencia mecánica la presencia de los poros?

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En el grafico se puede observar que conforme aumenta la densidad del cobre sinterizado sus propiedades mejoran (incluyendo a la elongación y resistencia mecánica), la densidad es una propiedad que relaciona lamas de un material el volumen que esta ocupa por lo que si un material posee poca densidad mientras que otro con su misma composición posee mayor densidad entonces el primero tiene mayor cantidad de poros que es lo que finalmente aumenta su volumen. Por lo que se concluye que mientras mayor sea la presencia de poros en un material, sus propiedades serán más pobres.

4.- La siguiente figura muestra las propiedades del cobre sinterizado, entre otros, para una compresión uniaxial. Para los valores de las cargas de compresión aplicadas (fuerzas) en la experiencia de laboratorio, que porcentaje de la densidad se esperaba obtener en caso de haber tenido polvos de composición 100 % de cobre.

Considerando que la carga afecta al área interna del molde de la matriz la presión será:

Carga de compresión

Fuerza

D

Presión

(Kgf)

(N)

(mm)

(MPa)

1400

13734

13.44

96.8

2000

19620

13.44

138.3

2600

25506

13.44

179.8

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A partir del grafico se determina que: Presión (MPa)

% Densidad

96.8

70.4

138.3

72.7

179.8

75.4

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