TALLER DE CARACTERIZACIN DE MATERIALES

LISETH NATALIA LVAREZ CAICEDOMAGDA JIMENA ALFONSO AVILALEINA ROSA WILCHES ATENCIO

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERA INGENIERA METALRGICATUNJA2013TALLER DE CARACTERIZACIN DE MATERIALES

LISETH NATALIA LVAREZ CAICEDOMAGDA JIMENA ALFONSO AVILALEINA ROSA WILCHES ATENCIO

Presentado a:Ing. Dr. Carlos Mauricio Moreno Tllez

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERA INGENIERA METALRGICATUNJA20131. Defina el efecto Hall Petch el cual relaciona la dureza y el tamao de grano de un material.

El efecto Hall-Petch es una relacin que se da entre el esfuerzo de fluencia y el tamao de grano, que trata bsicamente del endurecimiento por reduccin del tamao de grano; este se basa en que cada grano tiene un lmite de grano y sus orientaciones son diferentes, cuando llega al lmite de grano la dislocacin se detiene y as se genera otra dislocacin, esto hace que sea necesario aplicar una mayor fuerza. El tamao de grano tiene un significativo efecto en las propiedades mecnicas de los materiales cristalinos; la reduccin del tamao de grano incrementa la resistencia del material, favoreciendo el desempeo en aplicaciones de alta exigencia mecnica. Cuando se habla de propiedades mecnicas en materiales con tamao de grano inferior al micrmetro, denominados ultra finos y materiales con tamao de grano inferior a 100 nm denominados nano cristalinos, necesariamente se debe referir a los trabajos hechos a mediados del siglo anterior por Hall (1951) y Petch (1953), quienes de manera separada establecieron una relacin entre lmite elstico, y el tamao de grano. Definiendo la siguiente ecuacin: y = 0 + Donde y es la tensin de fluencia, o es una constante del material relacionada con la tensin necesaria para iniciar el movimiento de las dislocaciones (o resistencia de la red cristalina al movimiento), k es el coeficiente de endurecimiento (constante para cada material), y d es el dimetro promedio de los granos.

Se relaciona la tensin de fluencia respecto al tamao de grano teniendo en cuenta el lmite de endurecimiento Hall-Petch, la tensin aplicada induce al deslizamiento de los bordes, resultando en una disminucin de la resistencia del material como se observa en la figura:

2. Qu tipos de materiales por su dureza requieren utilizar disco de diamante durante el corte? Haga un cuadro comparativo donde se relacione los materiales, sus respectivas durezas y el tipo de corte que requieren. Los materiales que requieren corte diamante son: azulejos, cermicas, pavimentos esmaltados, mrmol, piedra caliza, granito, piedra natural, prefabricados de hormign, hormign duro, hormign fresco, asfalto, teja de arcilla, teja de cemento.

FALTA

3. Qu tipo de compuestos se utilizan para el pulido final de muestras metlicas? Haga un cuadro comparativo a partir del compuesto y el tipo de materiales en los cuales se utiliza.

Compuestos abrasivos:ABRASIVO DESCRIPCIN DEL ABRASIVOTIPOS DE MATERIALES EN LOS CUALES SE USA

Carburo de silicio (SiC)Obtenido a partir de la fusin a temperatura de 2.300 C de arena de slice ms coke de petrleo. A continuacin se procede a seleccionar, triturar, lavar, secar, desmagnetizar, limpiar, tamizar y ensacar el carburo de silicio. Cuenta con una pureza de entre el 92 y 98%, una dureza de 9 Mohs, aspecto de grano, forma angular y sus colores son verde o negro.

- Metales no ferrosos blandos

- Metales muy dctiles (Ti)

Oxido de aluminio(Al2O3)AlminaLa almina (xido de aluminio) es, probablemente, el abrasivo ms satisfactorio y universal desde el punto de vista metalogrfico. El comercio lo proporciona en forma de pastas o suspensiones acuosas. La almina existe en tres formas cristalogrficas distintas: alfa, beta y gamma. De ellas, la alfa y la gamma son las ms empleadas como abrasivos. Algunos tipos de polvo seco de almina, aunque se adquieren como legivados, es preciso volver a legivarlos para obtener la debida finura y uniformidad de las partculas.

- Metales blandos ferrosos

- Dureza media metales ferrosos

- Metales ferrosos muy duros

Borazon(CBN)Borazon CBN es reconocido como uno de los mayores avances tecnolgicos para la molienda de materiales ferrosos endurecidos y superaleaciones. Es segundo en dureza slo a diamante con el doble de la dureza y cuatro veces la resistencia a la abrasin de abrasivos convencionales. Borazon CBN tiene una conductividad trmica excepcional y proporciona una mejor integridad de superficie en la molienda de endurecido para herramientas, matrices y aceros de aleacin, nquel y superaleaciones a base de cobalto.

- Metales ferrosos extremadamente duros

Polvo o pasta de diamante

El abrasivo que ms se aproxima al ideal es el polvo de diamante no adulterado y bien clasificado. Se ha empleado mucho en el pasado para preparar probetas de aleaciones muy duras, tales como carburos sinterizados de wolframio o boro y recientemente se ha extendido su uso, con gran xito, para el pulido de las aleaciones y metales ms comunes.-Carburos sinterizados

- Cermicas duras

-Minerales y cermica

-Plsticos y resinas, materiales montados

Otros abrasivosAdems de los abrasivos citados anteriormente, tambin el xido de cromo y el xido de hierro (rojo de joyeros) se han empleado con xito en el pulido metalogrfico. El rojo de joyeros, sinembargo, tiene propensin a hacer fluir el metal superficial, y aunque proporciona una superficie extraordinariamente pulimentada, tal superficie no es la necesaria y caracterstica del pulido metalogrfico.

4. Qu es una solucin de ataque y para qu sirve durante la preparacin metalogrfica? Haga un cuadro comparativo a partir de los diferentes tipos de reactivos de ataque qumico y relacinelos con los materiales en los que acta, adems del tiempo de exposicin.

Una solucin de ataque es aquel que se realiza sumergiendo la muestra metlica pulida en una solucin bsica o acida dbil que ataca a la superficie del metal, luego del ataque las interacciones existentes entre los lmites de grano atacados en la superficie, as se forman una red de desniveles, estas superficies no reflejan la luz en los lentes y as se observara la posicin de los lmites de los cristales ; para determinar que reactivo se debe tener en cuenta la consideracin del material y el objetivo principal buscado por el ataque.FALTA

5. En qu consiste la Norma ASTM E 45?La norma E 45 sirve para determinar la cantidad de inclusiones en el acero y procedimientos para resultados, mediante ensayos macro y microscpicos. Las inclusiones se caracterizan por su tamao, forma y distribucin antes que por su composicin qumica, en los mtodos macroscpicos las inclusiones se relacionan con la composicin (sulfuros, xidos y silicatos) adems este mtodo evala superficies mayores. En cuanto a los mtodos microscpicos se utilizan para caracterizar inclusiones que se forman debido a la desoxidacin, en si este mtodo trata inclusiones endgenas y el mtodo macroscpico inclusiones exgenas. Los materiales que tienen bajo contenido de inclusiones se pueden clasificar de maneras ms exactas mediante un anlisis alternativo. En el mtodo macroscpico se permiten diversos ensayos, por ejemplo: Ensayo de macroataque: Determina la cantidad de inclusiones y su distribucin, en cuanto a los sulfuros se revelan como picaduras y xidos. Ensayo de fractura: Se usa para determinar la presencia y ubicacin de inclusiones, este tipo se utiliza para aceros de dureza aproximada de 60HRC. Mtodo de reduccin: Se utiliza para determinar las inclusiones sobre superficies maquinadas. Mtodo de partcula magntica: Es una variacin del mtodo de reduccin para materiales ferromagnticas.Las ventajas de este mtodo es que en el ensayo se pueden utilizar probetas con reas superficiales grandes debido a que los espacios entre ellos son grandes; adems que su pulido es rpido. Una de las desventajas del mtodo macroscpico es que no muestra una diferencia entre las diversas formas de inclusiones. Los mtodos microscpicos se usan para caracterizar el tamao, distribucin, nmero y tipo de inclusiones sobre la superficie de una probeta pulida.Los cuadros comparativos utilizados en el mtodo microscpico se basan en la norma SAE J422, pero estos cuadros no pueden representar las diversas formas y tipos de inclusiones. Una de sus ventajas es que las inclusiones se pueden caracterizar en cuanto a su tipo, tamao y nmero, en cuanto a su desventaja es que los campos de clasificacin individuales son muy pequeos. Para realizar un buen muestreo se debe examinar al menos seis lugares distintos. En conclusin esta norma ASTM E45 se utiliza en estructuras metlicas conformadas, pero no son adecuados para uso en estructuras fundidas.

6. Describa el principio ptico para la resolucin de imgenes en el Microscopio ptico y el Microscopio Electrnico de Barrido.

Microscopio pticoMicroscopio electrnico de barrido

El microscopio electrnico de barrido tiene una resolucin de 10 nm y con una profundidad de 10 m, la ventaja que proporciona este microscopio es que proporciona imgenes tridimensionales, ya que este examina la superficie de las estructuras.El microscopio ptico es til para observar objetos que se hallen fuera del lmite de resolucin del ojo humano (tamao inferior a 100 nm), tiene una resolucin de 200 nm.Factores que determinan el poder de resolucinAl observar pequeos objetos al microscopio, la luz incidente proveniente de ellos es desviada de su trayectoria inicial y mientras ms pequeos sean, mayor ser la desviacin. Las lentes del objetivo deben recolectar como sea posible la mayor cantidad de rayos desviados para formar una imagen ntida; a ms rayos capturados, mayor resolucin.

Esquema que muestra un objeto (1) que es atravesado por un haz de rayos luminosos (2) los cuales son captados por el objetivo (3). Al formarse el cono de luz proveniente del objeto se determina un ngulo, tambin llamado de apertura, donde a representa la mitad del mismo.Otra manera de incrementar la resolucin es creando, del lado de la fuente luminosa, un cono amplio con un ngulo mayor. Para ello se emplea otro juego de lentes denominado condensador el cual posee la misma apertura numrica que el objetivo.

-El objeto (1) es iluminado con un rayo de luz (2) que formar un cono luminoso frente al objetivo. Se coloc otra lente (4) que recoge y condensa la luz antes que ilumine al objeto.Para aumentar an ms la resolucin, adems de agregar un condensador, otra posibilidad es colocar algn lquido entre la lmina cubre objeto y el objetivo. Se ha obtenido buenos resultados con ciertos aceites (aceite de cedro) cuyo ndice de refraccin es igual al del vidrio cubre objeto, eliminando toda reflexin de los rayos luminosos.

-A la izquierda el espacio entre el cubreobjetos (5) y el objetivo (3) es ocupado por el aire; a la derecha el espacio es ocupado por un lquido de inmersin (6). Aprciese que el cono de luz y el ngulo a son mayores con inmersin.

7. Qu tipos de escala de dureza existe y para que materiales aplica? Haga una tabla comparativa relacionando las variables ms importantes: Carga, dureza mxima, tipo de material, tipo de identador, tiempo del ensayo, etc.

8. Describa de manera detallada el ensayo de Tensin.

9. Describa de manera detallada el ensayo de impacto Charpy.

Ensayo de impacto Charpy

Probeta para el ensayo de impacto Charpy

10. Describa en que consiste los fenmenos de Fatiga y Termofluencia de materiales.FATIGA: Es la falla por fractura del material que se da cuando se aplican esfuerzos que cambian con el tiempo. Bajo condiciones estticas, esfuerzos aplicados menores la Resistencia a la tensin no haran que el material falle. Pero s los esfuerzos varan en el tiempo, puede causar falla por fatiga.La falla por fatiga se da en tres etapas: -Se genera grietas pequeas en el material. Estas tambin pueden ser un defecto originado en la fabricacin del mismo.-Las grietas crecen a unas longitudes pequeas cada vez que se aplica un ciclo del esfuerzo.-Cuando las pequeas grietas han crecido demasiado, la pieza se debilita y se fractura.Para determinar las propiedades de fatiga, se hace por medio de un ensayo, el cual consiste en someter al material a un esfuerzo cclico y contar el nmero de veces que se aplica el esfuerzo hasta que el material se rompa. El ensayo ms comn es hacer girar un eje con una fuerza en flexin en unos de sus extremos.La vida de fatiga es el nmero de ciclos o tiempo que un material puede resistir al esfuerzo aplicado antes de romperse.

TERMOFLUENCIA: Es la deformacin plstica que puede sufrir un material a temperatura elevada y durante perodos largos de tiempo aun cuando e esfuerzo aplicado sea menor que su Resistencia a la Fluencia.Esta es causada por el movimiento de dislocaciones, ya que ascienden en la estructura cristalina a causa de la difusin. La dislocacin no se mueve sobre su plano de deslizamiento como sera el caso de la deformacin plstica causada por una fuerza mayor, sino que se mueve perpendicular a su plano de deslizamiento. El que la dislocacin se mueva, se traduce en que el material se deforma plsticamente. La termofluencia es un fenmeno que depende significativamente de la difusin.

REFERENCIAS:- Recomendacin COPANT R 6. Ensayo de impacto sobre probeta simplemente apoyada con entalle en U para acero. Comit Panamericano de Normas Tcnicas. Buenos Aires, 1962.-