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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FIM- UNI

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

CIENCIA DE LOS MATERIALES II LABORATORIO DE METALURGIA DE POLVOS PROFESOR: ING. LUIS JOSE SECCIÓN: B ALUMNOS: Alcantara infante cesar wilder Taquiri carhuancho jhoner Peña caso dante Goicochea cruzado edixion Calderón chavez robinson

2014-II LABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES II

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OBJETIVO 

El sinterizado sirve para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza



creando enlaces fuertes entre las partículas. Producir formas cerámicas de alúmina, berilia, ferrita y titanatos.



Obtención de las piezas a temperaturas relativamente bajas (ahorro energético).



Obtención de las piezas directamente con su forma definitiva (proceso rápido).



Usar totalmente el material, sin generar residuos, como pueden ser virutas o polvo (ahorro de materias primas y productos).

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EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS 12 gr de polvo con 98% de cobre, 2% de polvo de grafito, una placa de vidrio y una cucharita de plástico.

Aceites

Matriz

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Vernier

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Horno Eléctrico

Nital

Lijas para papel abrasivo

Microscopio metalográfico

Pulidora

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Balanza Electrónica

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DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO 1. Primero medimos todas las piezas de la matriz usando el vernier

2. Mezclamos la cucharita el polvo de cobre y de grafito sobre la placa de vidrio para luego agregarle tres gotas de aceite y colocarlo dentro de la matriz.

.

3. Después le hacemos una pequeña carga con nuestra mano para fijar el polvo de corte

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4. luego ponerla en la prensa hidráulica y aplicarle una carga de compresión gradual de 4100kg 5. Extrajimos las probetas y medimos las dimensiones de la probeta resultante

6. Repetimos el mismo procedimiento para las otras dos probetas.

7. Después medimos las masas de cada probeta

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8. Después de medir la masa llevamos las probetas a la misma temperatura (840ºC) y por diferentes tiempos para después hacerles un ensayo metalográfico y por ultimo medirle la temperatura.

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DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Hallando la densidad inicial y final: Con la fórmula:

ρ=

4∗M πx D2

ρi =5.344

g cm 3

ρi =5.829

g cm3

ρi =6.161

g cm3

ρf =6.068

g 3 cm

ρf =6.335

g 3 cm

ρf =6.564

g 3 cm

1

1

2

2

3

3

Hallando % de densidad inicial y final: ρCu =8.97

g cm3

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FIM- UNI Con la fórmula:

%ρ=

ρi o f x 100 ρCu k

%ρi =59.576

%ρi =64.983

1

ρ f =67.648 1

ρi =68.685

2

3

ρ f =70.624

ρ f =73.177

2

3

Entonces las gráficas son:

% densidad de la compresión 12.000 10.000 8.000

PORCENTAJE

6.000 4.000 2.000 0.000

0

2

4

6

8

PROBETA

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10

12

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% densidad del sinterizado 12.000 10.000 8.000

PORCENTAJE

6.000 4.000 2.000 0.000

0

2

4

6

8

10

12

PROBETA

CÁLCULOS Y RESULTADOS 1. ¿Qué métodos existen para obtener cobre en polvo para sus aplicaciones en pulvimetalurgia? Para obtener los polvos de los metales, existen tres métodos básicos: a) Método por atomización: Es el método más usado en la actualidad (para producir polvos metálicos) por ser aplicable a casi cualquier metal o aleación; este implica la conversión de un metal fundido en un rocío de pequeñas gotas que se solidifican formando polvos. Hay varias formas de crear este rocío de gotas de metal fundido, una de las cuales es atomizado con gas, otra es atomizada por agua, y por último, está el atomizado centrífugo. b) Método Químico: Estos procesos pueden ser por reducción química en la cual se da una serie de reacciones químicas que reducen los compuestos metálicos a polvos metálicos elementales. Y el otro proceso para producir polvos metálicos es el de precipitación en el cual los elementos metálicos se precipitan al estar en contacto con sus propias sales en agua. Por este método se puede producir polvos de berilio, cobre, hierro, plata, tantalio, titanio, etc. LABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES II

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c) Método por electrolisis: Este se da en una celda electrolítica, en la cual el metal a pulverizar será el ánodo; este se disuelve lentamente por la acción del voltaje aplicado, se mueve a través del electrolítico y se deposita en el cátodo. El depósito se retira, se lava y se seca, obteniéndose un polvo metálico de alta pureza. Por este método se puede obtener polvos de berilio, cobre, hierro, plata, tantalio y titanio.

2. ¿Qué aplicaciones tiene la metalurgia de polvos de aleaciones a base de cobre? Como hemos visto, la metalurgia de polvos tiene ventajas bastantes interesantes en cuanto a otro método de obtención de metales, esta ventaja es apreciable en la producción de piezas de maquinaria, una de ellas es por ejemplo la fabricación de engranes, rodamientos, catarinas, sujetadores, contactos eléctricos, herramientas de corte, etc. Estas piezas se adaptan a la metalurgia de polvos debido a que se tiene una forma definida principalmente en dos dimensiones, y también porosidad en el material para servir como depósito de 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 la gráfica se ve que a menor densidad, menor elongación, menor conductividad y menor resistencia. La presencia de poros afecta a la densidad ya que a mayor porosidad mayor es el volumen para una masa constante y menor será la densidad, entonces la densidad y la presencia de poros son inversamente proporcional. Por lo tanto a mayor porosidad, menor densidad, menor es la elongación y la resistencia mecánica.

4.

La siguiente figura muestra las propiedades del cobre sinterizado, entre otro, 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.

D1=0.01336 m

D2=0.01347 m

D3=0.1365 m

Calculando el área: A=

πx D2 4 −6

2

A 1=140.1854 x 10 m

−6

A 2=142.5033 x 10 m

2

A 3=146.3373 x 10−6 m2 Calculando la presión en MPa: PRES=

P A

PRES1 =160.95 MPa

PRES2 =226.97 MPa

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PRES3 =281.53 MPa

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Según la gráfica:

ρ f =73 1

ρ f =76 2

ρ f =78 3

PARA EL ESFUERZO DE 261MPa

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78.65

PARA EL ESFUERZO DE 230 MPa

PARA EL ESFUERZO DE 252 MPa LABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES II

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES  La pulvimetalurgia es un método a tener en cuenta porque las propiedades mecánicas alcanzadas en estas piezas son a veces inalcanzables por cualquier tipo de fabricación.  La pulvimetalurgia es un proceso económico y rápido.  Se requieren presiones elevadas para la obtención de piezas.  El tamaño de la pieza no debe ser muy grande.  Las piezas pueden ser tratadas térmicamente para mejorar sus propiedades.  Durante el calentamiento no se pudo evitar la oxidación de las partículas metálicas.  A mayor tiempo de sinterizado, mayor es la densidad de la probeta.  Pudimos demostrar que el sinterizado le proporciona ciertas propiedades al material, en este caso cobre, como por ejemplo cierta dureza, y cierta resistencia, aunque el material se puede deshacer fácilmente. RECOMENDACIONES

 Evitar que la pieza a obtener sea muy grande.  Evitar la oxidación de partículas metálicas mediante un control adecuado de la atmósfera del horno.  Tener los instrumentos de medición, tales como el Vernier, bien calibrados para una buena toma de datos.

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BIBLIOGRAFÍA 1. ASM Handbook Volumen 7 Tecnologías y aplicaciones de polvo de metal, Octubre 19, 2010 2. Mikell P. Groover. Fundamentos_de_Manufactura_Moderna 3. William Smith Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, cuarta edición. 2007. 4. José ApraizTratamientos térmico de los aceros. Séptima edición. 1971. 5. Donald AskelandLa ciencia e ingeniería de los materiales. Segunda edición.

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