ciencia y tecnologia de materiales
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CARRERA DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
LABORATORIO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓNCARRERA DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
Practica Nº 1
TITULO: DENSIDAD DE LOS MATERIALES
OBJETIVO: Proporcionar al alumno herramientas de trabajo que sirvan en su momento como un medio para dar respuesta al análisis y comportamiento de un metal, utilizando como alternativa el principio de Arquímedes. ACTIVIDAD: Obtener el volumen de muestra metálica por diferencia de masa en gramos en seco y húmedo, aplicando formula de densidad.
EQUIPO Y MATERIAL
Balanza 1 pieza Agua corriente 4 litros Franela 1 pieza Recipiente 1 pieza. Muestras de diferente materiales sólidos 3 piezasTabla periódica de los elementos
CONSIDERACIONES TEORICAS
Densidad , es la relación entre la masa de un cuerpo por unidad de volumen . Se habla también de densidad relativa y ésta, es la relación entre la densidad de un cuerpo y la densidad del agua a 4°C, tomada como unidad. Como un centímetro cúbico de agua a 4°C tiene una masa de 1 g, la densidad relativa de la sustancia equivale numéricamente a su densidad expresada en gramos por centímetro cúbico.
La densidad puede obtenerse de varias formas. Por ejemplo, para objetos sólidos de densidad mayor que el agua, se determina primero su masa en una balanza, y después su volumen; éste se puede calcular por formulas matemáticas si el objeto muestra tiene forma geométrica. Pero si nuestra muestra no tiene forma defina, se obtendrá su volumen sumergiéndolo en un recipiente calibrado con agua, de la
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diferencia de volúmenes podremos decir que el volumen ha sido definido. De esto podemos decir:
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.
La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes y abajo se indica de manera ilustrada.
1. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del líquido.
2. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
La mayoría de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qué los objetos flotan y se hunden y por qué parecen ser más ligeros en este medio.
El concepto clave de este principio es el “empuje”, que es la fuerza que actúa hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando éste se encuentra en el agua.
El principio de Arquímedes explica la naturaleza de la flotabilidad: Un objeto flota si su densidad media es menor que la densidad del agua. Si éste se sumerge por completo, el peso del agua que desplaza y, por tanto, el empuje es mayor que su propio peso, y el objeto es impulsado hacia arriba y hacia fuera del agua hasta que el peso del agua desplazada por la parte sumergida sea exactamente igual al peso del objeto flotante. Así, un bloque de madera cuya densidad sea 1/6 de la del agua, flotará con 1/6 de su volumen sumergido dentro del líquido, ya que en este punto el peso del fluido desplazado es igual al peso del bloque.
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El volumen de agua desplazada es idéntico al volumen de la parte sumergida del cuerpo.
Por ejemplo; si tenemos cubo de 1 metro de arista totalmente sumergido, desplazará exactamente 1 m3 de agua. Si el peso de este m3 de agua fuese 1,000 Kg., entonces el cubo experimentaría una fuerza ascendente de 1,000 Kg.
Si el peso del cubo fuese 900 Kg., la fuerza ascendente sería mayor, por lo que el cubo subiría hasta que el peso del agua desplazada sea 900 Kg. El cubo estaría parcialmente sumergido (estaría flotando) y el volumen sumergido desplazaría exactamente 900 Kg de agua. El cubo tiene flotabilidad positiva .
Asimismo, si el peso del cubo fuese 1,000 Kg., la fuerza ascendente sería igual al peso del cubo, por lo que tendría una flotabilidad neutra .
Si el cubo pesara 1,100 Kg., la fuerza ascendente sería menor que su peso, por lo que se hundiría. En todo caso, dentro del agua el cuerpo está sometido a la fuerza ascendente de 1,000 Kg, por lo que tendría un peso aparente de solo 100 Kg. El cuerpo tiene flotabilidad negativa .
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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
a.- Selección de muestras (tres especímenes metálicos)b.- Calibración de balanza en cerosc.- Pesado o masado de los tres especímenes en seco (en gramos).d.- Pesado o masado de los tres especímenes sumergidos en agua, esto es en un vaso de precipitados de 600 ml. se llena de agua, se sumerge por separado
cada espécimen suspendido por soporte e hilo adaptados a balanza.e.- Por la diferencia de masas expresado en cm³ y aplicando formula de densidad
podemos comparar la densidad obtenida de cada espécimen con tabla de densidad de algunos metales.
Tabla de Densidad de metales más utilizados
Nombre Símbolo DensidadCobre Cu 8.93 g/cm³Hierro Fe 7.88 g/cm³Oro Au 19.31 g/cm³
Silicio Si 2.3 g/cm³Plomo Pb 11.35 g/cm³Platino Pt 21.46 g/cm³
Aluminio Al 2.7 g/cm³Titanio Ti 4.5 g/cm³
Magnesio Mg 1.76 g/cm³
RESULTADOS
CONCLUSIONES SOBRE LA PRÁCTICA
CUESTIONARIO1. ¿Defina usted el concepto de densidad de un metal o aleación? 2. De acuerdo al principio de Arquímedes realice una analogía en función al
experimento realizado.3. ¿Cual es su experiencia adquirida de esta práctica?4. Defina usted lo que considere a criterio personal, lo más relevante.
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PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
PRACTICA Nº 2
TITULO: METALOGRAFIA (medición de tamaño de grano)
OBJETIVOS
En una muestra metálica encapsulada en resina pulida a espejo y atacada químicamente, obtener tamaño forma y distribución de grano.
EQUIPO Y MATERIAL
A) Muestras metálicasB) Moldes cilíndricosC) Resina poliéster cristal con catalizadorD) DesmoldanteE) Papel lijaF) Tramo de cristal G) MicropolishH) Pulidora de discosI) PizetaJ) Microscopio metalográficoK) Acido nítricoL) AlcoholM) Algodón N) FranelaO) Cortadora de discoP) Arco con segueta
INTRODUCCION
La metalografía microscópica estudia las características estructurales y composición de los productos metálicos con la ayuda del microscopio metalográfico y relacionarlas con sus propiedades mecánicas. La parte más importante de la metalografía es el examen microscópico de una probeta pulida y atacada químicamente, empleando aumentos que con el microscopio óptico oscilan de 50X a 400X. Existen microscopios metalograficos con aumentos que van desde de 100X a 2000X.
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El examen microscópico proporciona información sobre los constituyentes del metal o aleación, pudiéndose determinar características como: tamaño, forma y distribución de grano. La micro estructura puede reflejar la historia completa del tratamiento térmico o proceso mecánico que ha sufrido el metal.
Una de las mediciones micro estructurales cuantitativas más comunes es la referente al tamaño de grano de metales y aleaciones. Numerosos procedimientos han sido desarrollados para estimar el tamaño de grano, estos procedimientos están sintetizados en detalle en la Norma ASTM E112.
Los métodos más usados para medir el tamaño de grano en síntesis son:
1.-MÉTODOS PLANIMÉTRICOS
Un círculo de tamaño conocido (generalmente 19.8 mm, 5000 mm2 de área) es extendido sobre una microfotografía o usado como un patrón sobre una pantalla de proyección. Se cuenta el número de granos que están completamente dentro del círculo (n1) y el número de granos que interceptan el círculo (n 2). Ahora para un conteo exacto, los granos deben ser marcados cuando son contados lo que hace lento este método. La Fig. 1 ilustra el método planimétrico.
FIGURA 1. Ejemplo de la medición del tamaño de grano por el método planimétrico Jeffries. Micrografía de un acero al manganeso austenítico recocido a 1040 ºC, envejecido a 620ºC para decorar los contornos de grano con perlita fina. El círculo tiene un diámetro de 79.8 mm para un área de 5000 mm2, se hace un conteo para determinar el número de granos completamente dentro del círculo y el número que interceptan al círculo. El multiplicador Jeffries para 100 es 2 a IX esto es (2) (44 + 25/2) = 113, el tamaño de grano ASTM es (3,322(log. 113)) - 2.95= 3.87 redondeando a 3.9 o bien a 4.0).
2.- MÉTODOS DE INTERCEPCIÓN
El método de intercepción es más rápido que el método planimétrico debido a que la microfotografía o patrón no requiere marcas para obtener un conteo exacto. La Norma ASTM E112 recomienda el uso de un patrón consistente en 3 círculos concéntricos con una longitud total de la línea de 500 mm. (Patrón disponible de la ASTM).
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FIGURA 2. Ejemplo de la medición de tamaño de grano, usando el método de intercepción de Heyn. Los 3 círculos concéntricos tienen diámetros de 79.5 x 47.8 y 31.8mm para una línea de longitud total de 500 mm. La ampliación de esta micrografía es 500 X de aquí que la real es 1 mm. Un conteo del número de intercepciones de contornos de grano (límite de grano) (algunos no son bien delineados por el reactivo vital, problema común, especialmente si se usan dispositivos automatizados) revela 60 intercepciones de contornos de grano y 7 intercepciones de uniones triples. Luego: P = 7 (1.5) + 60 = 70.5 y PL = 70.5/1 mm. Por consiguiente L-3 = 1/PL = 0.0142 mm. El número de tamaño de grano ASTM puede ser calculado usando la ecuación (17); G = (-6.6557 log 0.0142) - 3,298 = 8.98 (alrededor de 9).
A continuación tenemos un grafico de los tamaños de grano a 100 aumentos.
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Una preparación defectuosa de la probeta puede arrancar inclusiones importantes, destruir los bordes de grano, revenir un acero templado, o en general originar una estructura superficial distorsionada que no guarda ninguna relación con la superficie representativa y características del metal.
DESARROLLO DE PRÁCTICA
El análisis metalográfico comprende las siguientes etapas:
1. Selección de la muestra.
2. Corte de la muestra.
3. Montaje de muestra.
4. Pulido de muestra
5. Ataque químico de la muestra.
6. Análisis microscópico.
7. Obtención de microfotografías.
1. SELECCIÓN DE MUESTRA
La elección de la muestra o localización de la parte que va a ser estudiada debe hacerse de tal modo que sea representativa de todo el metal, o puede ser el sitio de la falla de una pieza o el límite entre una soldadura y el metal base.
El tamaño apropiado de la probeta debe ser donde pueda sostenerse con la mano durante su preparación, (25 mm. de diámetro por 25 mm. altura aproximadamente).
2. CORTE DE MUESTRA
El corte de la probeta puede realizarse con arco y segueta si el material es de baja dureza, cuando el material presenta resistencia al corte debe realizarse con disco abrasivo, teniendo la precaución de evitar el calentamiento que puede ocasionar alteraciones micro estructurales, y para evitarlo, se utiliza líquidos refrigerantes al corte, por lo tanto no está permitido realizar cortes con soplete oxiacetilénico.
Un caso extremo es el corte de probetas de plomo, que debe realizarse con sierras-cinta para evitar el empaste de los dientes de la segueta y el calentamiento excesivo.
Cuando sólo se dispone de pequeñas partes o grismas del metal tales como alambres, tornillos, hilos y chapas de secciones delgadas, es necesario montarlos
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en un material adecuado o medio de sujeción que haga posible su manejo durante la preparación.
3. MONTAJE DE MUESTRA
El montaje de estas muestras se hace en materiales plásticos sintéticos como bakelita, licité, acrílico isotérmico o resina poliéster, que después del moldeo son relativamente duros y resistentes a la corrosión y no causan empastamiento de los papeles abrasivos durante el desbaste y pulido.
El montaje consiste en vaciar la resina poliéster preparada en un molde cilíndrico cubierto en su interior por un separador (grasa) para evitar se adhiera la resina a las paredes durante el proceso de solidificación.
Polimerización de Resina Poliéster MR-250Catalizador + cobalto (solución) (Por Adición) Sin sobrante
Ejemplos que pueden realizarse previos al vaciado-encapsulado de muestra
A – 30 ml. Resina + 15 gotas de catalizador
B - 30 ml. Resina + 25 gotas de catalizador
C – 30 ml. Resina + 1 gota de cobalto + 20 gotas catalizador
D - 30 ml. Resina + 3 gotas de cobalto + 25 gotas de catalizador
El catalizador es un peróxido que aporta oxigeno
La solución de cobalto aporta metal
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Muestra A
Polimerizacion resina poliester MR-250
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
tiempo (min)
tem
pera
tura
(*C)
Serie1
Serie2
A – 30 ml. Resina + 15 gotas de catalizador
Muestra B
Polimerizacion resina poliester MR-250
0
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 4 5 6 7
tiempo (min)
tem
per
atura
(*C
)
Serie1
Serie2
B - 30 ml. Resina + 25 gotas de catalizado
Muestra C
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polimerizacion resina poliester MR-250
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6
tiempo (min)
tem
per
atura
(*C
)
Serie1
Serie2
C – 30 ml. Resina + 1 gota de cobalto + 20 gotas catalizador
Muestra D
Polimerizacion resina poliester MR-250
0
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 4 5 6
tiempo (min)
tem
per
atura
(*C
)
Serie1
Serie2
D - 30 ml. Resina + 3 gotas de cobalto + 25 gotas de catalizador
4. PULIDO DE MUESTRA
El desbaste es la operación siguiente al corte y al montaje de la probeta, y se efectúa con trozo de papel abrasivo (lija) apoyado sobre un tramo de vidrio perfectamente plano para evitar un desbaste defectuoso. Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante. Se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos:180, 220, 280, 320, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500 pues eliminar u omitir algún abrasivo, retarda la operación de pulido en vez de acelerarla.
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Una presión excesiva sobre el papel abrasivo puede causar rayas profundas y difíciles de eliminar posteriormente, además se provoca una distorsión intensa sobre la superficie de muestra metálica, alterando el aspecto de la estructura. Esta distorsión no se puede evitar completamente pero puede reducirse mediante técnicas adecuadas de desbaste y pulido.
Conviene emplear un papel nuevo para cada probeta, los papeles usados se emplean para finalidades específicas porque sus partículas abrasivas desgastadas tienden a producir distorsión superficial del metal. Además, en el desbaste de un acero templado, sobre el papel lija utilizado anteriormente, pueden quedar partículas muy finas y producir rayas profundas y anchas en un material blando como latón o aluminio.
Debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscopio.
Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partículas del abrasivo o del metal en la etapa del desbaste pase a las pulidoras lo cual los haría inservibles, además en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie.
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El pulido tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas en la última operación del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo.
El éxito del pulido y el tiempo empleado en la operación, depende en gran parte del cuidado con que se haya realizado el desbaste. Si una probeta tiene rayas profundas que no se han eliminado en las últimas operaciones de desbaste, no podrán ser eliminadas durante el pulido final implicando con ello pérdida de tiempo y trabajo.
La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre el paño embebido con una suspensión de abrasivo (alumina) y fijado a un disco que gira accionado por un motor.
Como accesorios pueden emplearse el paño de billar, raso, la seda, terciopelo, y otros que corresponden a nombres comerciales como Selvit, Gamal, Kanvas, Microcloth, etc. Como abrasivo puede usarse una suspensión acuosa de alúmina, óxido de cromo, óxido de hierro, óxido de magnesio, o para materiales muy duros una suspensión de polvo de diamante en aceite mineral. El tamaño de la partícula abrasiva en suspensión oscila entre 100 y algunas décimas de micrón.
Los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero, con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giro entre 250 y 500 rpm.
La presión a aplicar sobre la probeta, depende de la dureza de la aleación y debe disminuirse a medida que avanza el pulido, deberá ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del último papel (1500) cuidando de no excederse en la presión por el peligro de desgarramiento del paño.
Durante la operación del pulido, la probeta deberá desplazarse en la dirección del radio, desde el borde hasta el centro del disco.
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Debe lavarse la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente. Observar en el microscopio a 100 aumentos; si persisten las rayas provenientes del desbaste en el último papel, continuar con el pulido en la forma ya descrita, todo el tiempo que sea necesario para que éstas desaparezcan.
La combinación adecuada de estas variables, permitirá alcanzar un óptimo pulido, aunque difícilmente se logre evitar algo de distorsión; para eliminar esta última, no queda otro recurso que el de ataque y pulido alternados.
La observación microscópica de la probeta pulida permite reconocer la presencia de inclusiones no metálicas como sulfuros, silicatos, aluminatos, óxidos, micro porosidades. micro grietas, y grafito.
Antes de atacar la probeta debe desengrasarse con alcohol y secarse con aire frío o caliente.
5. ATAQUE QUÍMICO
Para el ataque químico, se toma la probeta con la pinza y se sumerge con la cara pulida hacia abajo en el reactivo contenido en el recipiente. Se mantiene la probeta sumergida cinco segundos, se extrae, se lava con alcohol etilico 96ºGL, se seca y se observa al microscopio, registrando el campo observado a diferentes aumentos. Si se requiere de un nuevo pulido se repite la operación descrita anteriormente sumergiendo la probeta por 10, 20, y 40 segundos, registrando el campo observado después de cada ataque.
6. ANALISIS MICROSCOPICO
Mediante el ataque químico, es posible poner de manifiesto el tamaño, forma y distribución del grano (metalurgia de fases), así como heterogeneidades en la estructura y las segregaciones.
Algunos de los reactivos que ayudan a definir con mayor claridad a los constituyentes son los siguientes:
Acido pícrico (picral)
4 g. de ácido pícrico cristalizado,100 cm³, de alcohol etílico al 95%
Utilizable con todos los aceros aleados, aceros especiales y fundición gris, así como para estructuras particularmente finas. Oscurece la martensita, el ataque se prolonga desde 10 segundos hasta unos cuantos minutos, si se desea un ataque más lento, se sustituye el alcohol etílico por el amílico.
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Acido nítrico (nital)
4 cm³ de ácido nítrico concentrado (d= 1,4)100 cm³, de alcohol etílico al 95%
Resalta los diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos de los aceros no aleados. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita se ennegrece y la cementita se mantiene blanca.
Agua regia glicerinada
10 cm³ de ácido nítrico concentrado (d = 1,4)30 cm³ de ácido clorhídrico (d = 1,19)30 cm³ de glicerina bi destilada
Pone de manifiesto las estructuras de los aceros especiales resistentes al calor y a la corrosión y de las aleaciones de Ni-Cr. Puede calentarse la probeta en agua hirviendo y también puede utilizarse el agua regia caliente.
Picrato sódico
2 g de ácido pícrico cristalizado100 cm³ de solución acuosa de hidrato sódico a 25%
Descubre la cementita y los carburos complejos en los aceros especiales.Debe usarse la solución recién preparada e hirviendo.La duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos.
Ferrocianuro potásico alcalino
10 g. de ferrocianuro potásico10 g. de hidrato sódicol00 cm³, agua destilada.
Destaca los carburos en los aceros rápidos y en los especiales resistentes al calor y la corrosión. Se utiliza recién preparada y normalmente hirviendo, la duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos.
Ácido fluorhídrico
0,5 cm³ de ácido fluorhídrico al 40%99,5 cm³, de agua destilada.
Reactivo de uso general para mostrar la micro estructura del acero. Se aplica frotando con algodón hidrófilo durante unos 15 segundos.
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Ácido sulfúrico
20 cm³, de ácido sulfúrico (d = 1,84)80 cm³, de agua destilada.
Pone de manifiesto los compuestos conteniendo hierro. Se aplica sumergiendo la probeta durante 30 segundos en el reactivo a 70ºC, y enfriando bruscamente en agua.
Reactivo tríacido
1 cm³, de ácido fluorhídrico al 40%1,5 cm³, de ácido clorhídrico (d = 1.19)2,5 cm³, de ácido nítrico (d = 1,41)95 cm³. de agua destilada.
Descubre los granos de las aleaciones conteniendo cobre y de las aleaciones Al-Zn-Mg. Es muy adecuado para aleaciones tipo duraluminio y para ver la difusión del cobre en los enchapados. Se aplica por inmersión durante 5 a 20 segundos. Después del ataque se lava con agua caliente y se seca a chorro de aire. No debe eliminarse el depósito formado sobre la superficie.
Ácido fosfórico
40 cm³, de ácido fosfórico a 75%60 cm³, de agua destilada.
Pone en evidencia la micro estructura del aluminio en las aleaciones Al-Mg y las Al-Zn-Mg elaboradas plásticamente. Se aplica por inmersión durante 3 a 10 minutos.
Para el ataque del cobre
Solución al 10% de per sulfato amónicoSolución al 3% de agua oxigenada y amoníaco concentrado.Solución al 10% de ácido nítrico.
Para bronces y latones
50 cm³, de ácido clorhídrico;5 g. de percloruro de hierrol00 cm³, de agua destilada.
Reactivo al ácido nítrico
50 cm³, de ácido nítrico25 cm³, de ácido acético glacial25 cm³, de agua destilada.Apropiado para el bronce de aluminio
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7. OBTENCION DE MICROFOTOGRAFIAS
Las partes del microscopio metalográfico son: Banco óptico, aparato para iluminación de la probeta, objetivo, ocular para la observación directa y cámara fotográfica la cual nos facilita a través de la fotografía de la muestra directa un análisis complementario de los micro constituyentes que se encuentren en el material de estudio; el principio de funcionamiento es análogo al microscopio de Le Chatelier, con un arreglo tal que permite observar la luz reflejada por la superficie opaca del metal.
El aumento total (X) del microscopio, está dado por el producto del aumento del ocular y el aumento del objetivo.
Microscopio metalúrgico con el trazado del haz luminoso a través del sistema óptico.
En el microscopio Neophot-2:
Aumento del objetivo: 8X 1OX 12.5X 16X 20XAumento del ocular: 2.5X 6.3X 12.5X 16X 25X 40X 50X 100X
Pulir y atacar probetas de:
-Acero 1020 y 1060 AISI bonificado.-Fundición de hierro gris, nodular y blanca.-Aluminio y bronce.
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Consideraciones
La naturaleza direccional de una estructura posibilita la preparación de una muestra para investigación microscópica, mediante el pulido y ataque químico del material como ya se ha mencionado. Este ataque es direccional y depende de la orientación del grano que queda expuesto por la remoción de imperfecciones tales como los límites de grano.
La luz reflejada por esta superficie tiene intensidad variable y en las micrografías aparece blanca o negra, existiendo entre estos límites toda la gama de tonalidades de grises. En la estructura, los granos y sus diferentes tipos reaccionan en forma distinta con los diversos fluidos de ataque químico.
El proceso de ataque químico es una corrosión diferencial de la superficie pulida.
RESULTADOS
CONCLUSIONES
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CUESTIONARIO
1. ¿Explique la importancia del desbaste y el pulido en el proceso de preparación de la muestra y porqué es necesario rotar la probeta 90° al pasar de un papel abrasivo a otro?
2. ¿Por qué conviene desplazar radialmente la probeta durante el pulido?
3. ¿Qué diferencias se observan entre una probeta de superficie distorsionada y otra libre de distorsión?
4. ¿Qué efecto tiene un ataque deficiente y un sobre ataque sobre la observación de la microestructura?
5. ¿Qué se entiende por figuras de corrosión?
6. Defina la importancia del ataque químico de la muestra pulida
7. ¿Cómo definiría el tamaño de grano de una muestra?
8. ¿Describa brevemente el pulido electrolítico?
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PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
PRACTICA Nº 3
TITULO: PRUEBA DE TENSION A METALES
OBJETIV0. Caracterizar el comportamiento de los materiales sólidos bajo el efecto de fuerzas externas como la tensión. Y con ello definir las propiedades mecánicas de resistencia y ductilidad de los diferentes materiales ensayados en base a la interpretación de las curvas Esfuerzo – Deformación
EQUIPO Y MATERIAL
A) Probetas de: aluminio, acero y cobre. B) Prensa universal - Marca Tínius -Olsen - Capacidad de 0 a 60 toneladas C) Micrómetro de Base Magnética D) Marcador de tinta
INTRODUCCION
Propiedades mecánicas de los materiales
En ingeniería es importante conocer el comportamiento de los materiales sólidos al aplicarles fuerzas externas tales como: tensión, compresión, torsión, flexión o cizalladura. Los materiales sólidos responden a dichas fuerzas con una deformación elástica (en la que el material vuelve a su tamaño y forma originales cuando es eliminada la fuerza externa), o bien una deformación permanente o fractura.
Se debe tener presente que ésta es una prueba destructiva con la finalidad de inspeccionar los materiales. Además, especifica la aplicación de una fuerza de tensión uniaxial que permite una velocidad de deformación constate de la muestra, de acuerdo a especificaciones de la norma ASTM E8 o ASTM A370. La ruptura del espécimen o muestra determina el final del ensayo.
La tensión es una fuerza que tira; por ejemplo, la fuerza que actúa sobre un cable que sostiene un peso bajo tensión, un material suele estirarse y recuperar su longitud original si la fuerza no supera el límite elástico del material. Bajo tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su forma original, entonces se
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dice que el material sobrepasó su límite elástico. Cuando la carga es de magnitud lo suficiente para iniciar una deformación plástica, el material no recupera su longitud original eliminando la carga aplicada. A medida que la probeta normalizada continua alargándose, el esfuerzo aumenta y esto produce un endurecimiento por trabajo o deformación, y cuando la fuerza es aún mayor, se produce la ruptura del material.
Cuando una fuerza externa actúa sobre un material causa un esfuerzo o tensión en el interior que provoca la deformación del mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales, la deformación producida es directamente proporcional a la carga aplicada. Obedece por lo tanto a la ley de Hooke, la cual indica que para un cuerpo elástico la deformación producida es proporcional al esfuerzo aplicado. Dicho de otra manera, La Ley de Hooke gobierna el comportamiento elástico lineal de un material y afirma que existe proporcionalidad entre los esfuerzos aplicados (σ) y las deformaciones (ε) producidas por los mismos: Por lo tanto, la constante de proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones es una característica propia de cada material y recibe el nombre de Módulo de Young (E), por lo que: σ = E * ε por lo tanto E = σ/ ε
Considérese una probeta de longitud original L, área transversal A, deformada elásticamente por una cantidad bajo una carga P que actúa a lo largo del eje de la probeta; entonces:
El resultado que se obtiene del ensayo, es la construcción de una curva definida por la fuerza de aplicación (F) y la elongación ∆L=Lo – L .
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Durante la primera parte de la curva, el esfuerzo es proporcional a la deformación unitaria, esta es la región elástica. Cuando se disminuye el esfuerzo, el material vuelve a su longitud inicial. La línea recta termina en un punto denominado límite elástico.
Si se sigue aumentando el esfuerzo la deformación unitaria aumenta rápidamente, pero al reducir el esfuerzo, el material no recobra su longitud inicial. La longitud que corresponde a un esfuerzo nulo es ahora mayor que la inicial L0, y se dice que el material ha adquirido una deformación permanente.
El material se deforma hasta un máximo denominado punto de ruptura. Entre el límite de la deformación elástica y el punto de ruptura tiene lugar la deformación plástica.
Dato importante en la interpretaron de la grafica es, si entre el límite de la región elástica y el punto de ruptura tiene lugar una gran deformación plástica, el material se denomina dúctil. Si la ruptura ocurre poco después del límite elástico, el material se denomina frágil.
En aceros de bajo carbono y otras aleaciones, la deformación plástica principia en el punto mínimo de cedencia, sabiendo que la fluencia o cedencia es el valor menor del esfuerzo por el cual se produce una deformación permanente o deformación plástica. Este comportamiento se debe a la deformación no homogénea que principia en un área de concentración de esfuerzos (cerca de las mordazas que sostienen la probeta) y se propaga a través de la muestra en forma de bandas visibles a simple vista llamadas bandas de L ü der .
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
1.-Se coloca la probeta normalizada en mordazas específicamente para tensión donde se fija y se verifica su posición correcta.
2.-Se coloca en parte posterior y en lugar estratégico el micrómetro que nos dará lecturas de deformación en milímetros (mm) como consecuencia de los efectos de carga de tensión. (Lecturas cada 0.50 mm)
3.-Se procede a seleccionar la escala de carga, en función del tipo de material a analizar. Los rangos de selección son:
De 0 a 1,200 Kg., se utiliza en materiales de baja resistencia como pueden ser probetas de fibra de vidrio, acrílico, bambú entre otros.
De 0 a 6,000 Kg., se utiliza para materiales como la madera de forma rectangular,(polines, duelas), varilla corrugada de 3/8˝, concreto simple, probetas de aluminio.
De 0 a 30,000 Kg. Se utiliza en vigas de concreto armado, varilla corrugada de 1/2˝ y 3/4˝, probetas de acero, probetas de bronce, probetas de latón, prueba porter (terraserías compresión aproximada 27,400 Kg.), prueba de compresión diametral en concreto.
De 0 a 60,000 Kg. Se utiliza para prueba de concreto y columnas de acero de manera casi exclusiva.
4.- Seleccionada la escala, se procede a aplicar carga y obtener:
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PROBETA
ACOTACION: mm ESCALA: SIN
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Curva tensión-deformación
Gráfica obtenida por computadora en el ensayo de tensión.
Probeta antes del ensayo de tensión probeta fracturada en el ensayo de tensión
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RESULTADOS
Los datos obtenidos representan la zona elástica y la zona plástica del material.
CARGA Kg. DEFORMACIÓN mm.
Tabla de las deformaciones obtenidas con la Prensa Universal
Zona elástica
Zona plástica
Limite elástico
Límite de cedencia
Tensión Máxima Kg.
Punto de ruptura del material
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Deformación εmm
Esfuerzo / Carga Kg/mm²
DIAGRAMA ESFUERZO- DEFORMACION
Para la obtención del Esfuerzo Máximo tomamos la carga máxima que es aquella en la cuál la pieza aún no se rompe, obteniendo lo siguiente:
Carga Máxima: Kg. esfuerzo normal=es una fuerza perpendicular por
unidad de área
Área de la pieza: mm2 donde = F / A = Kg. / mm2
F= fuerza
A= área
= Kg. / mm2
límite elástico (dato obtenido de la prueba por realizar)
ε = / Li mm / mm Li=long. inicial
Módulo de Young o Modulo de elasticidad
E = / ε
CONCLUSIONES SOBRE LA PRÁCTICA
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CUESTIONARIO
1.- Cuando un material es sometido a una prueba de tensión, que es lo que se obtiene del material?2.- En la deformación plástica de un material sometido a esfuerzo de tensión, como define usted al esfuerzo real?3.- La relación entre esfuerzo y deformación en la región elástica de cualquier material es lineal? Si es lineal explique porque. Si no es lineal también explique porque.4.- Cuando se habla de esfuerzo de cadencia convencional en un diagrama de esfuerzo deformación a que tipo de deformación se refiere y en porcentaje a cuanto equivale?5.-En una prueba de tensión, el área bajo la curva de esfuerzo y deformación, que es lo que nos muestra?, y además que característica nos define del material?6.- En que región de la probeta aparecen las bandas de Lüder?7.- En la curva tensión-deformación obtenida presenta cuatro zonas diferentes, diga cuales son.
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PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
PRACTICA Nº 4
TITULO: COMPRESIÓN A METALES
OBJETIVO: determinar el comportamiento mecánico de los materiales sólidos sometidos a esfuerzos de compresión.
EQUIPO Y MATERIAL
A) Probetas de: aluminio, acero cold rolled. B) Prensa universal - Marca Tínius -Olsen - Capacidad de 0 a 60 toneladas C) Micrómetro de Base Magnética D) Marcador de tinta para indicar lecturas criticas
INTRODUCCION
A causa de la presencia de fisuras submicroscopicas, los materiales frágiles son a menudo débiles a la tensión, ya que el esfuerzo a la tensión ayuda a la propagación de aquellas fisuras que están orientadas perpendicularmente al eje de la fuerza aplicada. Estos materiales muestran una baja resistencia a la tensión y ésta generalmente varía de una muestra a otra. Sin embargo, esos mismos materiales pueden tener alta resistencia a la compresión. Por esto, los materiales frágiles se usan generalmente en compresión, ya que así su resistencia es mucho más alta. La figura 1 y 2 nos muestran en un diagrama de esfuerzo – deformación una comparación de la resistencia a la compresión y a la tensión para fundición de hierro gris y concreto, los cuales son materiales frágiles. La figura 3 muestra un diagrama esquemático de una típica prueba de compresión.
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Deformación εPulg/pulg0-0.05
Esfuerzo / Carga Lb/pulg²0-120
Hierro fundido gris
Compresion
Tension
Deformación εPulg/pulg0-0.005
Esfuerzo / Carga Lb/pulg²
0-3
Concreto
Compresionn
Tension
440
Fig. 1
Fig. 2
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Probeta
Soporte
Esfuerzo
Fig. 3 Prueba de compresión de un material dúctil que muestra “abarrelamiento” debido a la fuerza de fricción compresión en la superficie de contacto entre la platina y probeta.
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Definiciones Teóricas
La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, en este tipo de pruebas actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla o una solera, uno de sus lados se estira y el otro se comprime.
La plastodeformación es una deformación permanente gradual causada por una fuerza continua sobre un material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformación. La pérdida de presión gradual de las tuercas, la combadura de cables tendidos sobre distancias largas o la deformación de los componentes de máquinas y motores son ejemplos visibles de plastodeformación. En muchos casos, esta deformación lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa de la propia deformación. Cuando la plastodeformación se prolonga durante mucho tiempo, el material acaba rompiéndose.
La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo una vibración. Aunque el esfuerzo máximo nunca supere el límite elástico, el material puede romperse incluso después de poco tiempo. En algunos metales, como las aleaciones de titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza cíclica por debajo de un nivel determinado. En la fatiga no se observa ninguna deformación aparente, pero se desarrollan pequeñas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo máximo de la fuerza cíclica. El conocimiento del esfuerzo de tensión, los límites elásticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformación y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
1.-Se coloca probeta normalizada en mordazas específicamente para compresión donde se fija y se verifica posición de probeta.
2.-Se coloca en parte posterior y en lugar estratégico el micrómetro que nos dará lecturas de deformación en milímetros (mm) como consecuencia de los efectos de carga de compresión.
3.-Se procede a seleccionar la escala de carga, en función del tipo de material a analizar. Los rangos de selección son: de 0 – 1,200 Kg, 0 – 6,000 Kg, 0 -30,000 Kgy de 0 – 60,000 Kg.
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4.- Seleccionada la escala, se procede a aplicar carga y obtener:
Dibujar Diagrama Esfuerzo- Deformación
Determinar en el diagrama:
Esfuerzo/carga
Limite Elástico
Punto de ruptura
Comportamiento elástico
Deformación e
RESULTADOS DE LA PRÁCTICA
CONCLUSIONES
CUESTIONARIO
1.-Se tiene dos tipos de materiales a realizarles la prueba de compresión, uno es un material muy frágil, y el otro es un material muy dúctil; de acuerdo a la prueba realizada y los datos obtenidos, ¿cual de los dos materiales es el mas adecuado para su uso en función a su resistencia?. Cite un ejemplo de cada uno.
2.- Realice un diagrama de esfuerzo y deformación y explique el comportamiento del o los material a través de las curvas generadas por la prueba de compresión.
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PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
PRACTICA Nº 5
TITULO: TRATAMIENTOS TERMICOS
OBJETIVO: es el estudio del efecto de la temperatura, composición, tamaño de grano y atmósfera del horno de calentamiento sobre la micro estructura y dureza de los aceros.
EQUIPO Y MATERIAL
A) Horno de tratamientos térmicos (mufla)
B) Careta mica transparente
C) Guantes de asbesto
D) Lentes de seguridad
E) Tenazas
F) Muestra del material
INTRODUCCION
Los tratamientos térmicos son combinaciones de calentamiento y enfriamientos a tiempos determinados, aplicados a un metal o aleación en estado sólido con el fin de modificar propiedades de acuerdo a las condiciones de uso. La finalidad de los tratamientos térmicos tienen como ya se menciono en el objetivo, es conocer el efecto de la composición, temperatura, tamaño de grano y atmósfera del horno de calentamiento- medio de enfriamiento, sobre la microestructura y dureza de los aceros.
Todos los procesos básicos de tratamientos térmicos para los aceros incluyen la transformación o descomposición de la austenita. La naturaleza y la apariencia de estos productos de transformación determinan las propiedades físicas y mecánicas de cualquier acero.
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El primer paso en el tratamiento térmico del acero es calentar el material a la temperatura de o por encima del intervalo crítico para formar austenita. En la mayoría de los casos, la rapidez de calentamiento a la temperatura deseada es menos importante que otros factores en el ciclo de tratamiento térmico
Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.
También es importante saber que el tratamiento térmico de un acero depende de su composición química y del mecanizado posterior. Por tal motivo debe conocerse antes del tratamiento el tipo de acero del que son las piezas.
La elección del tratamiento térmico y sus particularidades, son determinantes para obtener resultados favorables, de tal manera que la temperatura a utilizar y la forma de realizar el enfriamiento no pueden llevarse a cabo correctamente si no se conocen los materiales y como deben tratarse. Antes de aplicar el tratamiento térmico debe prestarse atención a la limpieza de las piezas. Por ejemplo las piezas de forja y otras piezas brutas que pasan por un recocido en un horno adecuado, no es necesario que estén limpias, no ocurre lo mismo con piezas que han de templarse después de haber sido mecanizadas.
Para conocer la temperatura que debe adquirir el metal para su tratamiento térmico, es importante saber el contenido de carbono, además es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases. En este tipo de diagrama se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los elementos diluidos.
En el diagrama de fases de la aleación hierro carbono representado mas abajo, muestra en el eje vertical la temperatura y en el eje horizontal la composición química. En el extremo izquierdo se encuentra la composición 100% Fe y 0% C y en el extremo derecho se encuentra la composición 100% C y 0% Fe. En el diagrama se muestra solamente hasta 5% C y 95% Fe por ser la zona de mayor interés, pues en ella están los aceros y fundiciones de mayor uso.
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Este mapa de ordenamientos cristalinos nos muestra cómo el metal al solidificar se dispone en varias formas. Al variar la temperatura, los cristales ganan o pierden energía y buscan una nueva ordenación tratando siempre de permanecer estables.
Hoy día, los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión.
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DESARROLLO
El proceso de templado del acero consiste en:
1.- Conectar horno de tratamientos térmicos, y graduar a la temperatura requerida para el proceso de temple.
2.- Dejar que el metal después de un tiempo y de manera uniforme adquiera la temperatura correcta en todo su volumen, (ver figura de temperaturas para endurecido de metales).
Como ejemplo podemos decir que el endurecimiento se da por la obtención de estructura martensitica o por refinamiento de grano, produce una micro estructura granular fina que aumenta su resistencia a la tracción (tensión) y disminuye su ductilidad.
Así tenemos que el acero al carbono para herramientas puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere entre los 1450 °F y 1525 °F (790 a 830 °C) esto es cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero, la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.
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Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el revenido del acero. Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver tabla), para después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla.
Tabla de temperaturas para el revenido del acero endurecido
Color Grados F Grados C Tipos de aceros
Paja claro 430 220 Herramientas como brocas, machuelos
Paja mediano 460 240 Punzones dados y fresas
Paja oscuro 490 255 Cizallas y martillos
Morado 520 270 Árboles y cinceles para madera
Azul oscuro 570 300 Cuchillos y cinceles para acero
Azul claro 600 320 Destornilladores y resortes
INVESTIGAR DEFINICIONES Y APLICACIÓN DE:
Recocido
Cementado
Carburización por empaquetado
Carburización en baño líquido
Carburización con gas
Carburado, cianurado y nitrurado
RESULTADOS
CONCLUSIONES SOBRE LA PRÁCTICA
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CUESTIONARIO:
1. ¿Cual es el propósito de someter una pieza metálica a un tratamiento térmico?
2. ¿El tratamiento térmico efectuado a un material metálico sirve para definir propiedades mecánicas y que más nos arroja dicho tratamiento?
3. En el diagrama hierro carbono existen líneas que nos ayudan a ubicar temperaturas porcentajes de aleación. Qué más podemos describir con esas líneas en el diagrama
4. ¿Qué es lo que sucede dentro de esos campos delimitados por esas líneas en los aceros?
5. ¿Habando de los aceros en el diagrama Fe-C, como se encuentran clasificados dichos aceros y fundiciones.
6. ¿Cuál sería para Usted el tipo de acero a utilizar, si deseo obtener una pieza con la parte central dúctil y la capa exterior dura completamente?
7. Una fundición gris es templable? Si/ No. Porque.
INVESTIGAR
DEFINICIÓN Y APLICACIÓN DE:
a).-Recocido
b).-Cementado
C.-Carburización por empaquetado
d).-Carburización en baño líquido
e).-Carburización con gas
f).-Carburado, cianurado y nitrurado
g).-Temple
h).-fatiga
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PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
PRACTICA Nº 6
TITULO: PIROLISIS
OBJETIVO: Identificación de polímeros, plásticos comerciales, trasparentes, traslucidos y opacos, que no contengan pigmento, minerales ni colorantes orgánicos.
ACTIVIDAD: Determinar qué tipo de polímero es, de acuerdo a las características que presenta al someterlo a la flama; como es el color del humo que desprende, si funde o si desprende algún olor. Para ello nos auxiliamos utilizando la tabla de pirolisis.
EQUIPO Y MATERIAL
A) Soporte UniversalB) Pinzas de sujeción C) Mechero bunssen con un barril de 3/8 en (9.5) de diámetro.D) Gas butano alcohol etílico (etanol)E) Espécimen de junta de 460 mm. de longitud.F) EncendedorG) VentiladorH) ExtractorI) Mascarilla
INTRODUCCION
La Pirolisis es la descomposición química de materia orgánica causada por el calentamiento en ausencia de oxígeno u otros reactivos, excepto posiblemente el vapor de agua.
La pirolisis extrema, que sólo deja carbono como residuo, se llama carbonización. La pirolisis es un caso especial de termólisis.
Un antiguo uso industrial de la pirolisis anhidra es la producción de carbón vegetal mediante la pirolisis de la madera. Más recientemente la pirolisis se ha usado a gran escala para convertir el carbón en carbón de coque para la metalurgia, especialmente en la fabricación de acero.
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La aplicación de la pirolisis al tratamiento de residuos ha ganado aceptación en la industria junto con otras tecnologías avanzadas de tratamiento de residuos pero no los elimina sino que los transforma en carbón, agua, otros residuos líquidos, partículas y metales pesados, cenizas... tóxicos en algunos casos; vertiendo al aire desde sustancias relativamente inocuas hasta muy tóxicas y reduciendo así su volumen. Esta destilación destructiva obviamente imposibilita el reciclado o la reutilización.
La pirolisis se puede utilizar también como una forma de tratamiento termal para reducir el volumen de los residuos y producir combustibles como subproductos. También ha sido utilizada para producir un combustible sintético para motores de ciclo diesel a partir de residuos plásticos.
Un ejemplo de pirolisis es la destrucción de neumáticos usados. En este contexto, la pirolisis es la degradación del caucho de la rueda mediante el calor en ausencia de oxígeno.
Como dato importante, un polímero son moléculas grandes formadas por la unión de muchas moléculas más pequeñas llamadas monómeras. En algunos casos las moléculas pueden reaccionar consigo mismas para formar homopolímeros. En otras ocasiones se requieren de dos monómeros diferentes que reaccionan uno con otro. En todos los casos, los monómeros reaccionan para formar moléculas grandes
TAMAÑO DE POLIMEROS
Para expresar el tamaño de moléculas, lo más común es usar el peso molecular. De manera, si un polímero de etileno contiene 1000 moléculas de etileno por molécula, el peso molecular de polímero se determina como sigue:
28 x 1000 = 28000
PM DEL ETILENO UNIDAD REPETITIVA PM DEL POLIMERO
El proceso de polimerización es desordenado y, por consiguiente algunas moléculas crecen a tamaños mucho mayores que otras.
Los plásticos son mezclas de moléculas de tamaños diferentes. El tamaño molecular se expresa como peso molecular promedio.La mayoría de los polímeros están constituidos por carbono, hidrógeno oxigeno y nitrógeno: sin embargo, cada vez se sintetizan más materiales que incluyen silicio, cloro, flúor, bromo fósforo y azufre .Las capas electrónicas de cada átomo determinan su valencia o capacidad de enlazamiento.
Los mecanismos de polimerización pueden clasificarse en dos categorías: Adición y condensación.
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Polimerización por adición es la combinación de monómero por reacción entre enlaces dobles del carbono (C = C). la mayor parte de las reacciones de adición son de tipo etilénico
Polimerización por Condensación se obtiene mediante una serie de reacciones químicas. Estas reacciones se basan en dos centros activos que pueden unirse para formarse un enlace químico. Muchas de estas reacciones producen desprendimientos de sustancias secundarias. Existen diversos procesos comerciales para fabricar polímeros plásticos, cada uno tiene sus propias ventajas, casi siempre dependen del tipo de polímero y de su uso final. Estos son polimerización directa, en solución, suspensión, emulsión y en fase gaseosa. Existen dos tipos de polímeros los termoplásticos y los termo fijos:
POLIMEROS TERMOPLÁSTICOS: Son polímeros que pueden fundirse o reblandecerse.
POLIMEROS TERMOFIJOS: Las resinas termo fijas se definen como aquellas que al curar producen polímeros insolubles y no funden al aplicarles calor. Muchas resinas modernas curan por acción catalítica y no requieren la adición del calor.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
a) Se introduce un trocito de plástico al borde de la flama de un mechero bunsen.
b) Observar el color de la flama que imparte el plástico.c) Si funde o no.d) Se retira de la flama y observar si continua ardiendo o no.e) Perciba con cuidado el olor que desprende el plástico al apagarlo.f) Posteriormente trate de identificar el tipo de polímero que esta
determinando través de las dos tablas anexas a la práctica.
PIROLISIS(Practica 2)
PRUEBA A LA FLAMA
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Introduzca un trocito de plástico al borde de la flama de un mechero de bunsen, observe el color que le imparte y si funde o no, sáquelo y observe si continua o no ardiendo. Si arde vea el color de la flama y perciba con cuidado el olor que se desprende al apagarlo.
1. Acetal (poli formaldehído) 53. Polisulfuros o tiokoles 2. Poli acrilatos 54. Elastómeros de poliuretano3. Acrilonotrilo butadieno estireno 55. Caseína formaldehído4. Alquidales 56. Propionato de celulosa5. Polialilos 57. Metil celulosa6. Poliamidas 58. Celofán7. Policarbonatos 59. Resinas de cumarona indeno8. Acetato de celulosa 60. resinas naturales9. Acetato butirato de celulosa 61. Copolimero isobutileno- isopreno10. Nitrato de celulosa 62. Clorhidrato de caucho11. Polieter clorado (oxietano) 63. Caucho clorado12. Epoxi 64. Hule natural13. Poliéster 65. Hule vulcanizado14. Etil Celulosa 66. Acetato de polivinilo15. Polietileno 67. Cloruro acetato de vinilo16. Polietileno 68. Alcohol polivinilico17. Copolimero de etileno y etil acrilato 69. Polivinil acetal18. Polietilen tereftalato 70. Polivinil butiral19. Copolimero de etileno 71. Polivinil isobutil éter
Y acetato de vinilo (elvax) 72. Polivinilo pirrolidona 20. Copolimero de etileno 73. Resinas ionomeras (surlyn) Y propileno fluorado 21. Monocloro-trifluoro etileno 22. Tetrafluoroetileno (teflón) 23. Poli-imidas 24. Melamina formaldehído 25. Polimetacrilato de metilo 26. Poli-4-etil penteno- 1 27. Fenol formaldehído 28. Resinas fenoxi 29. Oxido de fenileno 30. Polipropileno 31. Silicones 32. Poliestireno 33. Estireno acrilonitrilo 34. Estireno butadieno 35. Polisulfonas 36. Urea formaldehído 37. Poliuretano 38. Cloruro de polivinilo (sin plastificante) 39. Cloruro de polivinilo (con plastificante) 40. Dicloruro de polivinilo 41. Fluoruro de polivinilo 42. Cloruro de vinilideno 43. Fluoruro de vinilideno 44. Elastómero de acrilatos 45. Hule acrilo nitrilo butadieno 46. Hule butilo 47. Polietileno clorosulfonado 48. Cloropreno o neopreno 49. Hule de etileno – propileno 50. Oxido de propileno 51. Hule de silicón 52. Hule de estireno butadieno
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RESULTADOS
COLOR FUNDE ARDE OLORIDENTIFICACIÓN
DELPOLIMERO
CONCLUSIONES SOBRE LA PRÁCTICA
BIBLIOGRAFIA
RESULTADOS
CONCLUSIONES SOBRE LA PRÁCTICA
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CUESTIONARIO
1.- ¿Que significa la palabra polímero?
2.- ¿Defina los materiales poliméricos a) plásticos, b) elastómeros?
3.- ¿En cuantas clases se dividen los plásticos y cuales son?
4.- ¿Las moléculas simples que se enlazan en forma covalente para formar Cadenas largas se llaman?
5.- ¿Describa que es una polimerización?
6.- ¿A que se le llama polimerización en masa, solución y suspensión ?
7.- ¿Mencione cuales son los tres pasos de una polimerización en cadena?
8.- ¿En que consiste el método por extrusión?
9.- ¿Cuáles son las ventajas y desventajas del método de moldeo por inyección?
10.-Nombrar los procesos que se utilizan para los materiales termo fijos
11.- ¿para que sirven los estabilizadores ultravioleta en los materiales Termoplásticos?
12.- ¿En que consiste la prueba de pirolisis?
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FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN
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CARRERA DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
PRACTICA Nº 7
TITULO: MATERIALES COMPUESTOS
OBJETIVO: Obtener a través de la unión de dos o más materiales distintos, propiedades mecánicas superiores a la suma de las propiedades de los componentes.
MATERIAL REQUERIDO:
-Molde
-Vaso de precipitados
-Agitador
-Resina poliéster
-Catalizador para resina
-Cera desmoldante
-Película separador
-Fibra de vidrio
-Gel-coat
INTRODUCCION:
Los materiales compuestos nacen de la necesidad de obtener combinaciones de las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y también resistentes a la corrosión y el desgaste.
A pesar de haberse obtenido materiales con propiedades excepcionales, las aplicaciones prácticas se ven reducidas por factores que aumentan su costo, como la dificultad de fabricación o la incompatibilidad entre materiales.
La mayoría de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos, como la madera y el hueso , aparecen en la naturaleza.
Aunque existe gran variedad de materiales compuestos, en todos ellos se pueden distinguir dos fases:
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Agente reforzante: es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material.
Fase matriz: es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Ella transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión o adherencia al material.
Los materiales compuestos se pueden clasificar en tres grupos:
Materiales Compuestos reforzados con partículas.
Están compuestos por partículas de un material duro y frágil, dispersas, discreta y uniformemente rodeadas por una matriz más blanda y dúctil
Tipos: Endurecidos por dispersión formados por partículas verdaderas.
Materiales Compuestos reforzados con fibras.
Un componente es un agente reforzante como una fibra fuerte: por ejemplo tenemos la fibra de vidrio, cuarzo, o fibra de carbono entre otros, que proporciona al material su resistencia a la tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como epoxi o poliéster envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. Si la matriz elegida es especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión. Existen compuestos que utilizan un agregado en lugar de, o en adición a las fibras.
En términos de resistencia, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven para resistir la tracción, por otra parte, la matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas) sirve para resistir las deformaciones.
Un dato importantente es cuando el material compuesto esta expuesto a golpes o esfuerzos cíclicos; éstos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama delaminación.
Materiales compuestos estructurales.
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Panel sándwich con núcleo en forma de panal.
Están formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más abundantes son los laminares y los llamados paneles sándwich.
Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material isótropo, uniendo varias capas marcadamente anisótropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos.
Los paneles sándwich consisten en dos láminas exteriores de elevada dureza y resistencia,, (normalmente plásticos reforzados o titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, madera balsa o cementos inorgánicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construcción, en la industria aeronáutica y en la fabricación de condensadores eléctricos multicapas.
Algunos ejemplos de materiales compuestos
a).-Clasificados por el tipo de fibra:
-Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa)
-Plástico reforzado de fibra de carbono o CFRP o
-Plástico reforzado de fibra de vidrio o GFRP o [GRP] (informalmente, "fibra de vidrio”)
b).-Compuestos de matriz metálica o MMCs:
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-Cermet (cerámica y metal).
-Metal duro (carburo en matriz metálica)
-Laminado metal-ínter metal.
c).- Compuestos de matriz cerámica:
-Hormigón/Concreto
-Carbono-carbono reforzado (fibra de carbono en matriz de grafito).
-Adobe (barro y paja)
d).-Compuestos de matriz orgánica/agregado cerámico
-Madreperla o nácar
-Concreto asfáltico
e).-Madera mejorada
-Tableros de fibra orientada.
-Weatherbest (fibra de madera reciclada en matriz de polietileno)
-Pycrete (serrín en matriz de hielo)
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Elaborar probeta para analizar sus propiedades a través de pruebas mecánicas que pueden ser de Tensión, compresión o torsión; o bien elaborar un casco de barco a escala en fibra de vidrio con resina poliéster cera desmoldante, película separadora, gel-coat.
Para llevar a cabo la elaboración del casco de barco se procede como sigue:
1.-Molde limpio de polvo y grasa.
2.-Aplicación de cera desmoldante a molde de casco de barco por tres veces a tiempos diferentes
3.-De igual manera se aplica la película separador por tres veces a tiempos diferentes.
4.-Una vez aplicadas las capas correspondientes, se aplica el gel-coat hasta obtener una película de este material hasta quedar homogénea en toda la superficie del molde.
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5.-Acto seguido procedemos a aplicar resina epoxica preparada sobre superficie de molde.
6.-Después aplicamos pequeños trozos de fibra de vidrio hasta quedar completamente bañada de resina.
7.-Dependiendo del espesor requerido, se repite la aplicación de resina y fibra de vidrio las veces que sea necesario y listo.
RESULTADOS
CONCLUSIÓN SOBRE LA PRÁCTICA
CUESTIONARIO
1.- El uso de materiales cerámicos, plásticos y metálicos hoy en día por sus combinaciones ofrecen características muy específicas de acuerdo a necesidad. ¿Si a usted le solicitaran que materiales utilizar en un proyecto determinado, cuales serían los factores preponderantes que se tomarían para su aplicación?, y porque.
2.- Durante el desarrollo de su practica de laboratorio, ¿Cuál fue su experiencia obtenida, y como definiría el proceso realizado? ¿Mejoraría dicho procedimiento para la obtención de mayores características de los materiales utilizados?
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PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
PRACTICA Nº 8
TITULO: EVALUACIÓN Y DIAGNOSTICO DE CORROSION EN CONCRETO
OBJETIVO: Determinar el avance de carbonatación en el concreto por el método de vía húmeda con solución ácido – base.
EQUIPO Y MATERIAL
A) vernier o pie de rey 1 pza.B) brocha 1 pzaC) Solución indicador ácido – base 50 ml.D) Fenoftaleina 1 gr.E) Alcohol Etílico 1 LF) Agua Destilada 1 LG) Concreto 1 trozo
INTRODUCCION
Carbonatación, se denomina así al proceso en el que el dióxido de carbono de la atmósfera reacciona con los componentes alcalinos de la fase acuosa del concreto y da lugar a una neutralización de todo el material que muestra un cambio abrupto de pH que se produce en el interior del concreto y da lugar a la aparición de un frente carbonatado que se revela muy bien con el indicador de fenoftaleina.Cuando este frente llega hasta la armadura, éste se desapasiva de forma generalizada como consecuencia del pH. La velocidad de avance de este frente carbonatado es también de vital importancia para calcular el tiempo que tardara en llegar hasta la armadura. La velocidad de avance esta en función de:
a) El contenido de humedad del concretob) Su porosidad en relación de agua /cementoc) Su contenido en materia alcalina carbonatable.
El contenido de agua resulta crucial ya que si los poros del concreto están completamente secos, el CO2 no podrá reaccionar y si están completamente saturados de agua, su penetración de carbonatación será lentísima debido a la
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baja solubilidad del CO2 en el agua. Solo cuando los poros del concreto están parcialmente llenos de agua (entre 50% y 80%) es cuando se dan las condiciones optimas de carbonatación. Finalmente, el contenido de CaO y de alcalinos (sodio y potasio) son materiales susceptibles de carbonatarse. Cuanto mayor sea su contenido, menor será la velocidad de carbonatación, de ahí que los cementos Pórtland sin adiciones son en general más resistentes a la carbonatación. Una vez carbonatado el concreto a la altura de las armaduras, sí la humedad ambiental es más baja que el 80% la deapasivación no dará lugar a las velocidades de corrosión apreciables. Sólo si la humedad es mayor al 80% exterior con las temperaturas variables entre el día y la noche o a lo largo del año puede alcanzar contenidos de humedad que den lugar a la corrosión apreciable. En general la velocidad de corrosión será mucho menor que en el caso de los cloruros. Otra circunstancia favorable a tener en cuenta es que, al igual que en el caso de la corrosión atmosférica, la corrosión desencadenada por la carbonatación puede dar lugar a capas de herrumbre con características protectoras que atenúan la velocidad de corrosión subsiguiente. Todo ello hace de la carbonatación un fenómeno mucho menos peligroso que la corrosión por cloruros. Los métodos de protección y control de corrosión se basan en eliminar alguno de los cuatro elementos que forman la celda de corrosión (ánodo, cátodo, conductor iónico, conductor electrolítico). Diversos métodos se han utilizado para proteger el concreto de la corrosión, comenzando por la calidad de los constituyentes de la mezcla (controlando las propiedades físico-químicas). Indirectamente, se puede minimizar la corrosión con pinturas, revestimiento del acero y recubrimientos sobre el concreto. Protección catódica, agregando inhibidores de corrosión, removiendo iones cloruros y re alcalinizando el concreto estos dos últimos métodos se encuentran en periodo de investigación.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
a) Se toma una probeta testigo, se le realizara un corte transversal donde un extremo corresponderá a la superficie expuesta a la atmósfera El tiempo de
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exposición de la superficie a evaluar no podrá ser mayor de 15 minutos. (fractura fresca)
b) La determinación de la profundidad de carbonatación una vez seleccionada la probeta y estando la superficie libre de polvo, se aplicara por atomización el indicador ácido – base en forma uniforme.
c) Luego de la aplicación, antes de transcurridos 15 minutos, se efectuara la medición de la longitud (profundidad) de la zona incolora desde la superficie, determinándose con precisión los valores máximos / mínimos del frente incoloro y la media aritmética, de un mínimo de medición en función del tamaño de la probeta. El procedimiento no debe tardar más de 20 minutos.
d) Igualmente se efectuara un registro fotográfico de la probeta.e) Comparar los datos con la tabla de pH (Potencial de Hidrógeno)
RESULTADOS
PROFUNDIDADINCOLORA
PROFUNDIDADCON COLOR
RESULTADOPOTENCIAL DE HIDROGENO
TABLA POTENCIAL HIDROGENO (pH)Fenoftaleina: indicador químico, rango pH 8.3-10.0
incoloro incoloro rosa Rojo
Ácidos, H+ , CO2 ,Acido carbónico
H2CO3Acido sulfúrico H2SO4
BicarbonatosHCO3 ¯
Carbonatos CO3 ²¯
Sulfatos SO4
Hidróxidos OH ¯
0.0 – 4.0 4.0 – 8.3 8.3 – 10.0 10.0 – 14.0
CONCLUSIONES SOBRE LA PRÁCTICA
CUESTIONARIO
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1.- ¿De que material esta formado un cemento?
2.- ¿Cuantos tipos de cemento existen y para que se emplea cada uno de ellos?
3.- ¿Qué es un clincker?
4.- ¿Cuales son los compuestos que fraguan y endurecen al cemento?
5.- ¿A que se le llama álcali del cemento?
6.- ¿Defina que es el PH?
7.- ¿Porque debe controlarse el PH del agua que se utiliza para realizar Las mezclas de los cementos?.
8.- ¿A que se le llama carbonatación de un cemento?
9.- ¿Entre que rango de la escala de PH se encuentra la carbonatación de un Concreto armado?
10.- ¿Qué tipo de inhibidores se utilizan para que no exista corrosión en cemento?.
11.- ¿Cómo se le llama a la sal que degrada al cemento cuando se mezclan sulfatos y los compuestos tricalcicos?
12.- ¿Por qué debe controlarse los sulfatos y los cloruros en un cemento?
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
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FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN CARRERA DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
PRACTICAS DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES
PRACTICA Nº 9
TITULO: ANÁLISIS MACROSCOPICO DE UNA VARILLA
OBJETIVO: Determinar que la varilla corrugada de acero tengan buena apariencia, sin presentar defectos perjudiciales exteriores como grietas, traslapes, quemaduras, poros y oxidación excesiva (CORROSIÓN).
EQUIPO Y MATERIAL
A) Vasos de precipitado de 600 ml. 2 pzas.B) termómetro de 250 ° C 1 pza.C) Alcohol Etílico 500 ml.D) Parrilla Eléctrica 1 pza.E) Ácido Clorhídrico (HCL) 400 ml.F) Agua Destilada 400 ml.G) Cronometro 1 pza.H) Cepillo de cerda 1pza I) Franela 1trozoJ) Probetas de varillas de 7 cm 3 pzas.K) Pinzas 2 pzas.L).Microscopio 1 equipo
INTRODUCCION
La corrosión de la armadura en el concreto consiste en la acción destructiva del acero, por el medio que lo rodea. Así, la corrosión ocurre como resultado de la formación de una celda electroquímica, la cual consiste en cuatro elementos:
a) ANODO. Donde ocurre la oxidación.b) CATODO. Donde ocurre la reducciónc) CONDUCTOR METALICO. Donde la corriente eléctrica es el flujo de
electronesd) ELECTROLITO. En este caso el concreto, donde la corriente eléctrica es
generada por el flujo de iones en un medio acuoso.
La corrosión electroquímica del acero en el concreto resulta de la falta de uniformidad en el acero (diferentes aceros , soldaduras, sitios activos sobre la superficie del Acero) contacto con los metales menos activos, así como también, la heterogeneidad en el medio químico o físico (concreto) que rodea al acero .Ahora bien, aunque la potencialidad para la corrosión electroquímica puede existir debido a la falta de uniformidad del acero en el concreto.La corrosión normalmente se previene por la formación de esa película de óxido de hierro pasivante o bien cuando las condiciones de servicio cambian y el concreto se altera o a través de
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la penetración de sustancias agresivas, entonces se produce el rompimiento de esta película y la corrosión de la armadura se desencadena con una triple consecuencia.
El acero disminuye su sección o incluso se convierte completamente en óxido.El concreto puede fisurarse debido a las presiones que ejerce el óxido expansivo al generarse.La adherencia armadura – concreto disminuye o desaparece.
Para que la corrosión del acero pueda iniciarse y mantenerse existen dos mecanismos que en general son los más aceptados:
a) Reducción de la alcalinidad por lixiviación de las sustancias alcalinas. Con agua o neutralización parcial con dióxido de carbono.
b) Por la acción electroquímica que involucra al ion cloruro en presencia del oxigeno.
Así el acero se corroe por la acción anódica que permite que él se disuelva como ion ferroso. Debe haber una reacción catódica simultanea, como reducción de oxigeno, todo en presencia de agua.
2Fe 2Fe + 4e Anódica
O2 + 2H2O + 4e 4OH Catódica
OH= hidróxido Fe= hierro O= oxigeno e= electrón
Es importante resaltar que sin la presencia simultanea en el concreto de oxigeno y humedad no es termodinámicamente posible la corrosión y, sin una cantidad mínima critica, no es posible que se desarrolle con velocidad apreciable. Ambos factores tienen un carácter ambivalente, pues cuando las armaduras están pasivadas, cierta cantidad de oxigeno y humedad pueden servir para engrosar la capa pasivante, pero cuando las armaduras se corroen activamente, actúan acelerando notablemente el ataque. En el concreto armado, las formas que puede adoptar la corrosión de la armadura son diversas:
a) corrosión localizadab) corrosión por picadurac) Corrosión de espacios confinadosd) Corrosión bajo tensióne) Corrosión uniforme f) Corrosión galvánicag) Corrosión por interferencia
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
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1) Cortar tres probetas de varilla de 7 cm. Con arco y segueta.
2 Pulir cada extremo de la varilla hasta dejarlos a espejo en un esmeril.
3) Desengrasar las probetas de acero con el alcohol etílico.
4) Preparar la solución de ácido clorhídrico (HCL) con agua destilada al 50 % y al hacer la solución debe proceder con mucho cuidado, utilizando la mascarilla contra los vapores del ácido.
5) Después de preparar la solución, se agrega las tres probetas de acero en el vaso de precipitado y se pone sobre la parrilla conectada a la corriente eléctrica, durante un tiempo de 20 minutos a una temperatura de 70 ° C.
6) Pasando del tiempo indicado se sacan las probetas de acero con unas pinzas,
se lavan con agua y se tallan con el cepillo de cerdas para quitar la escoria.
7) Se sumergen en alcohol etílico y se secan.
8) Posteriormente se observan las caras de cada probeta en el Microscopio para ver si tienen o no defectos. Finalmente se reporta resultados.
RESULTADOS
GRIETAS LAMINARES
TRASLAPES GRIETASTANGENCIALES
POROS OXIDACIÓNEXCESIVA
CORROSION
CONCLUSIONES SOBRE LA PRÁCTICA
CUESTIONARIO
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1.- ¿Qué es corrosión?
2.- ¿Cuántos tipos de corrosión existen?
3.- ¿Cuáles son algunos de los factores que afectan a la corrosión de metales?
4.- ¿Qué parámetros deben de tomarse en cuenta para evitar la corrosión?
5.- ¿Defina que es pasivación?
6.- ¿Cuál es la diferencia entre una protección anódica y una catódica?
7.- ¿Cuántos tipos de limpieza metálica existen para evitar la corrosión?
8.- ¿En la limpieza por el método de samblasteo que utiliza arena de Ottawa Que otro tipo de material se emplea?.
9.- ¿Explique que es una fuerza electromotriz en serie?
10.- Liste cinco metales que sean catódicos y cinco anódicos
11.- ¿Qué tipo de recubrimientos debe utilizarse para evitar la corrosión en una Estructura metálica?
12.- ¿Con que tipos de aparatos debo medir los espesores en película húmeda y seca de los recubrimientos anticorrosivos que se apliquen en la superficie de Estructura metálica para evitar la corrosión?.
13.- ¿El cemento que tipo de material es?.
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Ingeniería de MaterialesW. J. EllisRepresentaciones y Servicios de Ingeniería, S.A. MéxicoVersión en ESPAÑOL:Andrés Ruiz MijaresJesús Revueltas GutiérrezTecnología de Materiales Lawrence H. van VlackUniversidad de Michigan Ann Arbor.Alfa omegaVersión en Castellano: Enrique García Carmona.
Ciencia de Materiales l y lll de los MaterialesPropiedades MecanicasWayne Hayden Williams G. MoffattJohn Wulff
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Traductor Miguel Verdusco RodríguezEditorial Limusa.
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