caracterizacion de un acero 4140.docx

5/19/2018 Caracterizacion de un acero 4140.docx

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2012

Danilo Quishpe

Mario Bustamante

18/04/2012

TECNOLOGA DE MATERIALEReconocimiento de las propiedades del ACERO AISI 414


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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA YMECANICA

CARRERA DE ING MECANICA

TECNOLOGA DE MATERIALES

RECONOCIMIENTO DE LAS PROPIEDADES DE UNACERO AISI 4140

INTEGRANTES:

DOCENTE:ING.PATRICIOQUEZADA

CURSO: 5TOA

FECHA:18/04/2012

BUSTAMANTE MARIO

QUISHPE DANILO


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1.- Tema: Reconocimiento de las Propiedades del Acero AISI 4140

2.-Objetivos

Por medio de los conocimientos adquiridos identificar si la muestra de acero

AISI 4140 posee las caractersticas necesarias para su debido comercio. Comparar los resultados obtenidos con la tabla que presenta la empresa Ivan

Bohman para de esta forma certificar la autenticidad de la probeta AISI 4140

3.-Marco Terico.

La tecnologa de materiales es el estudio y puesta en prctica de tcnicas de anlisis,

estudiosfsicos y desarrollo demateriales.

Propiedades fsicas: Estas propiedades se ponen de manifiesto ante estmulos comola electricidad, la luz, el calor o la aplicacin de fuerzas.

Propiedades mecnicas: Las propiedades mecnicas de los materiales se refieren ala capacidad de los mismos de resistir acciones de cargas o fuerzas.

Propiedades qumicas: Acero de aleacin que responde muy bien al templado en aceite.Su contenido de cromo le permite una buena penetracin de la dureza y el molibdeno le dahomogeneidad en la dureza y resistencia. Con este acero se obtiene propiedades como buena

resistencia al desgaste, tenacidad y ductilidad.COMPOSICION QUIMICA

AISI 4140C 0.38/0.43% Cr 0.80/1.10%

Mn 0.75/1.00% Mo 0.15/0.25%

Si 0.20/0.35%

Propiedades pticas: Los materiales pueden ser: Opacos, Transparentes,Traslcidos.

Propiedades acsticas: Materiales transmisores o aislantes del sonido.

Propiedades elctricas: Materiales conductores o dielctricos

Propiedades trmicas: Materiales conductores o aislantes trmicos. Las propiedadestrmicas determinan el comportamiento de los materiales frente al calor.

Propiedades magnticas: Materiales magnticos. En fsica se denominapermeabilidad magntica a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer

pasar a travs de s los campos magnticos, la cual est dada por la relacin entre la

intensidad de campo magntico existente y la induccin magntica que aparece en el

interior de dicho material.
http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Materialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Opacidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Opacidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Materialhttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_qu%C3%ADmico


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Dureza

Una de las propiedades mecnicas que son sumamente importantes de considerar el

la dureza, la cual es una medida de la resistencia de un material a la deformacin

plstica localizada. Un mtodo cualitativo de ordenar de forma arbitraria la dureza es

ampliamente conocido y se denomina escala de Mohs, la cual va desde 1 en el extremoblando para el talco hasta 10 para el diamante. Los ensayos de dureza se basan en un

pequeo penetrador que es forzado sobre una superficie de metal a ensayar en

condiciones de carga controlada y velocidad de aplicacin de esta. En estos ensayos se

mide la profundidad de o tamao de la huella resultante, lo cual se relaciona con el

nmero de dureza; cuanto ms blando es el material, mayor y ms profunda es la

huella, y menor es el numero de dureza.

Medicin de Dureza por el Mtodo Rockwell

La medicin se realiza haciendo penetrar en el metal que se vaya a ensayar una bola

de acero de de dimetro o un penetrador de diamantecnico que tiene un ngulo de vrtice de 120. A diferencia de otro mtodo llamado

Brinell, la dureza Rockwell se determina no por el dimetro de la huella, sino por la

profundidad de penetracin de la bola o el cono.

Imagen No. 1Tomada de CALLISTER, WILLIAM Introduccin a la Ciencia e Ingenierade los Materiales.

La penetracin se realiza por la accin de dos cargas aplicadas sucesivamente: la

preliminar, igual a 100N y la definitiva (general) igual a 1000, 600 y 1500 N. La dureza

se determina por la diferencia entre las profundidades de penetracin de las huellas

ACERO AISI 4140 / ASME 709Es un acero aleado para construccin de maquinaria, que posee una alta resistencia

especialmente en medidas pequeas y medianas. Como norma, el 4140 es

suministrado, templado y revenido (temple tenaz bonificado), por lo que no se

requerira un tratamiento trmico posterior, a no ser que as lo exija la aplicacin y en

ese caso, se templara en aceite para obtener propiedades mecnicas ms elevadas.

El acero AISI 4140 es apropiado para templarse por flama e induccin y susceptible de

nitrurar.


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APLICACIONES

1. Industria automotriz:ejes, bielas, cigeales, rboles de transmisin, etc.

2. Maquinaria: Engranajes de temple por llama, induccin o nitruracin, rboles de

turbinas avapor, tornillera de alta resistencia, ejes de reductores.

3. Industria petrolera:Taladros, brocas, barreras, cuerpos de escariadores, vstagosde pistn

4.-Equipos y Materiales

Abrasivos (Lija y Lima).

Muestra de Acero AISI 4140.

Esmeril.

Martillo. Yunque de hierro fundido.

Cmara de Fotos.

Microscopio.

Nital al 3%.

Almina.

Guantes.

Sierra.

Durmetro.

Entenalla.

5.- Procedimiento

Micrografa:


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Se preparan los equipos y materiales para realizar los diversos procesos que

nos llevaran a determinar el metal utilizado.

El primer paso es desbastar la muestra.

Segundo paso es utilizar los diferentes abrasivos para realiza el pulidomecnico de la muestra

Empiece por el abrasivo 180 hasta que las ralladuras vayan en un mismosentido.

Repetimos el proceso con distintos abrasivos hasta llegar a una de las lijas ms

finas que puede ser la 1500.

Buscar el reactivo qumico correcto para el ataque, en este caso ser Nital al3%.

Colocamos el reactivo en un plato Petri.

Y segn las instrucciones encontradas para este material procedemos asumergir la muestra en el reactivo por periodos distintos de tiempo.

Al completar el tiempo se procede a retirar la probeta del reactivo y la lavamos

con abundante agua.

Secamos la probeta y verificamos los cambios en el microscopio.

Si es que el resultado no es el deseado realizar el mismo proceso con el mismoreactivo variando un poco el tiempo.

Ensayo de dureza:


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Con la muestra que tenemos de un acero especfico procedemos a preparar losequipos necesarios para realizar el ensayo.

Realizamos un Desbaste tosco de la muestra con ayuda de una lima hasta tenerlas dos caras de la probeta paralelas y as realizar las pruebas.

Coloque la pieza en el durmetro.

Ubique la carga necesaria de acuerdo a la escala.

Realice una precarga, encerar y aplicar la carga.

Mida las durezas en las diferentes escalas de acuerdo a los materiales, realiceeste paso 3 veces para cada muestra y utilizando la carga de 100 kg para

muestras ms blandas y 150 kg para muestras ms duras, intercambiar la

puntas del durmetro dependiendo de la muestra.

6.-Resultados:

Propiedades Caractersticas en el acero 4140

Fsicas

Densidad 7.85 g/cm3

(0.284 lb/in3)

El Acero AISI 4140, tiene una DENSIDADterica de 7,85 g/cm3, otorgado por sus

aleantes, en este caso no tiene mucha

distincin con el manejo terico del acero

comn, es decir sin tomar en cuenta la clase

de acero.

Este tipo de acero si posee CONDUCTIVIDADTRMICA, ya que al ser sometido al calor enun extremo, lo transfiere a travs de su

longitud en un tiempo muy corto, as mismo

al ser sometido a una corriente elctrica,

fcilmente la transmite a travs de s.

Mecnicas

Dureza 275 - 320 HB (29 34 HRc)

Esfuerzo a la fluencia: 690 MPa (100 KSI)

Esfuerzo mximo: 900 - 1050 MPa (130

- 152 KSI)

Elongacin mnima 12%

Reduccin de rea mnima 50%

Conserva dureza y alta resistencia debido al

contenido de cromo, manganeso y molibdeno

que presenta la probeta. Ya que al ejercer un

golpe fuerte sobre la probeta mediante el

martillo esta no se deform.Tiene una tenacidad grande ya que es difcil

de doblar y al realizar la micrografa losgranos son muy pequeos lo que nos dice

que el material es duro y por lo tanto posee

una tenacidad grande.

Tiene una resistencia alta aunque comparado

con otros aceros este acero resulta ms fcilde cortarlo transversalmente.


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ENSAYO DE DUREZAPropiedad Instrumento Material Resultados

Dureza Durmetr

o

Acero AISI

4140

Carga: 150 kg

Punta de Diamante

N De medidas : 334 Rockwell C

34 Rockwell C33 Rockwell C

Margen de dureza:

275 320 HB

Comparacin

Para el Acero AISI 4340 se tomo varias medidas de dureza, de las cuales se obtuvoun promedio.

Acero AISI 4140 Equivalencia (HB)

34 Rockwell C 319 Hard Brinell



Promedio 34 Rockwell C 319 Hard Brinell

Lo que nos muestra que el Acero AISI 4140 est dentro del margen permitido en cuanto a

dureza


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MICROGRAFAS DEL ACERO AISI 4140

Solucin para el ataque qumico del acero: Nital al 3%.

Micrografa obtenida en el laboratorio Micrografa Bibliogrfica

Microestructura del acero 4140, matriz

(martensita revenida, 100X, 3% nital)





(100x)

(200x)

(400x)


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ENSAYO DE TRACCIN

Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectan ensayos para medir

su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo ms importante es elensayo de traccin, en donde se coloca una probeta en una mquina de ensayo consistente de

dos mordazas, una fija y otra mvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el

desplazamiento de la mordaza mvil. Un esquema de la mquina de ensayo de traccin se

muestra en la figura.

Equipos y materiales:1. Calibrador pie de rey2. Micrmetro3. Flexmetro4. Maquina de ensayos universales

Procedimiento:1. Medir las dimensiones de la seccion transversal(ancho,dimetro)2. Medir la longitud entre marcas3. Aplicar carga con la maquina de ensayos universales hasta que se rompa la

prbeta.

4. Determinar la longitud final entre marcasen la rotura


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Resultados:

d1(mm)

d2(mm)

So inc(mm2)

So fin(mm2)

Lo(mm)

Lu(mm)

Fe(Kg)

Fm(Kg)

Re(Kg/cm2)

Re(PSI)

12,70 9,52 126,68 71,18 50,0 60,80 8108,1 9375,0 6400,6 91080,6

Rm(Kg/cm2)

Rm(PSI)

A(%)

So(%)

Identificacin Fe mm Fe V Fmmm

Fm V

7400,7 105312,0 21,6 43,8 Probeta N 1 48 3,24 55,5 3,75

Donde:d1= dimetro inicialLo= Longitud inicialRe= esfuerzo en la fluenciad2= dimetro finalLu= Longitud finalRm = esfuerzo ltimoSo inc =rea inicial

Fe= Carga en la fluenciaA= Alargamiento %So fin =rea finalFm= carga ltimaSo= Reduccin de rea %

Comparacin:Los parmetros estn dentro de los datos bibliogrficos de los ensayos de traccin

para en acero AISI 4140, por lo que si cumple con las normas.

Propiedades mecnicas mnimas estimadas:

TIPO DEPROCESO

Y ACABADO

RESISTENCIA A LA

TRACCIN LMITE DE FLUENCIA ALARGA-MIENTOEN 2" %

REDUCCINDE REA

%DUREZABRINELL

RELACIN

DEMAQUINA-BILIDAD

1212 EF =100%

MPa(kgf/mm2)Ksi MPa (kgf/mm2) Ksi

CALIENTE YMAQUINADO 614 63 89 427 44 62 26 57 187

70ESTIRADO EN

FRO 703 72 102 620 63 90 18 50 223TEMPLADO YREVENIDO* 1172 120 170 1096 112 159 16 50 341


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ENSAYO DE IMPACTO CHARPY

Consiste en la rotura de una probeta entallada colocada entre dos (Mtodo Charpy),

mediante un solo golpe.

Se RESILIENCIA (KC ) a la energa absorbida en la rotura por unidad de rea de la

seccin posterior de la entalla.

La resiliencia es un ndice de la tenacidad.

PROCEDIMIENTO:1. Se pesan las probetas2. Sin instalar probeta alguna se eleva el pndulo y se engatilla, para ser liberado luego.

Se deja que el pndulo realice unos cuantos vaivenes (3) y se detiene. La energa

gastada en este proceso se anota.3. Se instala la probeta en los apoyos, se engatilla y se suelta el pndulo, producindose la

ruptura de la probeta. Luego de detenido se anota la energa aplicada en el proceso.

4. Se calcula la energa cintica, aplicada a las fracciones de probeta. Se realiza el graficode la energa invertida en la rotura de la probeta.

RESULTADOS:

a[mm]

b[mm]

Area[mm2]

E[kg*m]

E(J)

KCU[Kg/mm]

IDENTIFICACIN Lectura(Kg*m)

10,01 8,14 81,48 2,20 21,6 27,0 1 2,2

Donde:a,b: dimensionesE: Energa absorbidaKCU: Resistencia al impacto

La probeta normalizada deba tener 56 mm de longitud y los lados de la seccin

cuadrada deben tener 10 mm, en el centro de la longitud debe haber una entalla en v

de 45 incluido el Angulo, 2 mm de profundidad y 0.25 mm de radio de la raz.


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El plano de simetra de la entalla debe ser perpendicular al eje longitudinal de la

probeta.

El acero de la probeta es 1020 Las tolerancias en las dimensiones especficas de las

probetas deben ser los indicados en las tablas de la norma.

La preparacin se debe realizar de tal forma, que se minimice cualquier alteracin de

la probeta, por ejemplo una alteracin debida a maquinado en fro o en caliente. Laentalla se debe preparar cuidadosamente para que no aparezcas en su base.

La probeta se debe marca en cualquier superficie que no este en contacto con los

soportes o yunques y en una posicin alejada de la entalla, para evitar los efectos del

endurecimiento inducido por el troquelado.


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ENSAYO DE CHISPA

Si se acerca una probeta de acero a una muela de esmeril en movimiento, los granos de

la muela arrancan pequeas partculas de acero, calentndolas hasta la temperatura de

fusin, cuando esto ocurre se producen varias explosiones, en estas se va a descomponer

carbono en combinacin con el oxigeno del aire del medio ambiente, pero debemosnotar que esto solo sucede con los materiales ferrosos.

Esta prctica sirve para clasificar los tipos de aceros en base a su composicin,

verificamos las chispas que se producen al poner en contacto el material en una muela

de esmeril que gira a gran velocidad (3,500 r.p.m.)-

De ella se desprenden determinadas estelas, con longitudes colores y explosiones de

acuerdo a la cantidad de carbono que contiene el acero.

De los metales se desprenden chispas con punta de lanza, estelas interrumpidas, adems

las explosiones tienen diferentes formas: floreadas, ranaje, gotas, etc. As podemos

determinar coloraciones y detalles de las chispas que producen los aceros.

Los aceros de bajo contenido de carbono forman pocos destellos, de una a dos

explosiones con estelas delgadas y dbiles.

Los aceros de contenido medio de carbono producen estelas muy ramificadas y

explosiones un poco ms frecuentes en forma de ranaje.

Los aceros de alto carbono producen estelas abundantes, lisas e interrumpidas ademsexplosiones desde el inicio.

FORMA DE LAS CHISPAS IMGENES DE CHISPAS TIPO DE ACEROComposicin

en %

Ramillete con espinas, y

puntas de lanza color rojo

Acero templado

y revenido

0,42 C

1,1 Cr

0,2 Mo

Lneas continuas, algunas

espinas, formado por

estallidos de Carbono

Acero endurecido

0,21 C

1,3 Mn

1,2 Cr


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Lneas continuas, ms

espinas se formaron por

estallidos de Carbono

Acero al carbono

para

herramientas

0,45 C

0,3 Si

0,7 Mn

Muchos estallidos de

Carbono que empiezan al

pie del haz, muchos ramos

Acero al carbono

para

herramientas

1,05 C

0,2 Si

0,2 Mn

Antes de los estallidos de

Carbono se incrementa la

luz en el flujo primario.

Muchos ramos pequeos

Acero aleado con

Mn-Si

0,60 C

1,0 Si

1,1 Mn

0,3 Cr

Flujo de lneas amarilla,

aclarando en el centro,

formando espinas en los

extremos

Acero para

herramientas

aleado Mn

0,90 C

2,0 Mn

0,4 Cr

0,1 V

Pocos estallidos finos de

Carbono seguidos por clubliso luminoso

Acero para

herramientasaleado W

0,60 C

0,6 Si

1,1 Cr

0,2 V

2,0 W

Un flujo delgado y lineal, el

cuadro de la chispa vivo,

lneas discontinuas en las

cabezas

Acero para

herramientas

aleado Cr-W

1,05 C

1,0 Mn

1,0 Cr

1,2 W

Haz corto

Templado: con pocos

Endurecido: con muchos

ramos luminosos

Acero para

herramientas

aleado con Cr

carbono alto,

ledeburita alta

1,55 C

12,0 Cr

0,7 Mo

1,0 V

El flujo de lneas continuas,

alguno los estallidos de

carbono, lnea coloreada de

naranja en la cabeza

Acero para

trabajo en

caliente, alta

aleacin

0,40 C

1,0 Si

5,3 Cr

1,4 Mo

1,0 V

El flujo de lneas rojo oscuro

con brillo en la punta de la

lanza, pocas espinas

Acero de alta

velocidad

0,90 C

4,1 Cr

5,0 Mo

1,9 V

6,4 W

Lneas del flujo rojas,

punteadas oscuras con

brillos en las cabezas de la

lnea

Acero de alta

velocidad

1.23 C4,1 Cr

3,8 Mo

3,3 V

10,0 W

10,5 Co


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Haz corto con espina como

los estallidos de carbonoAcero inoxidable

0,40 C

13,0 Cr

Flujo continuo, lnea sin los

estallidos de carbonoAcero inoxidable


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Resultados:

MaterialTipo de Chispa

Deduccin

Material N1

Termina en estallido, se incrementa la

luz en el flujo primario. Muchos ramos

pequeos y color rojizo

Aceropara herramientas aleado M

Comparacin:Los resultados estn de acuerdo a la norma de chispa ya que el acero AISI 4140 consta

de un gran porcentaje de Mn en sus propiedades qumicas.

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