LABORATORIO DE TRATAMIENTOS TERMICOS

BRONCE AL SILICIO

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DEI INGENIERIA METALURGICA TUNJA

2015

LABORATORIO DE TRATAMIENTOS TERMICOS

BRONCE AL SILICIO

INFORME PRACTICA PROYECTO DE TRATAMIENTOS TERMICOS

Presentado a: ING. FABIO RAUL VILLAMILprofesor de teoría en tratamientos térmicos

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA TUNJA

20151. INTRODUCCIÓN

Las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro las aleaciones de aluminio son las más importantes de las no ferrosas principalmente por su ligereza, endurecimiento por deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo. El cobre no aleado se usa en abundancia por su conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, buen procesado y costo relativamente bajo, el cobre se alea con el cinc para formar unas serie de latones que tienen mayor resistencia que el cobre sin alear.

Aceros inoxidables son aleaciones no ferrosas

Los metales no ferrosos son aquellos que incluyen elementos metálicos y aleaciones que no se basan en el hierro, algunos ejemplos son el aluminio, el cobre, el magnesio, el níquel, el zinc entre otros.

Aunque algunos metales no ferroso no pueden igualar la resistencia de los aceros, algunas aleaciones no ferrosas tienen otras características, como resistencia a la corrosión y relaciones resistencia-peso.

2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

3. MARCO TERICO

EL BRONCE

Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre , caracterizada por ser los mejores conductores de electricidad. El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

ESTAÑO

Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente con el aire y es resistente a la corrosión

El estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño (IV))en donde se presenta como óxido . y también en el cobre. Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta .la casiterita aparece incrustada en rocas duras tales como cuarzos o pegmatitas. Los electrones en los metales se encuentran en una disposición cuántica en la que los niveles de baja energía disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados. Todo átomo de metal tiene únicamente un número limitado de electrones de valencia con los que unirse a los átomos vecinos. Por ello se requiere un amplio reparto de electrones entre los átomos individuales.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS BRONCES

Datos para una aleación promedio 89 % cobre y 11 % estaño:

Densidad: 8,90 g / cm3.

Punto de fusión: 830 a 1020 ºC

Resistividad eléctrica: 14 a 16 µ Ohm /cm

PROPIEDADES MECÁNICAS

Elongación: < 65%

Dureza Brinell: 70 a 200

Módulo de elasticidad: 80 a 115 GPa

Resistencia a la cizalla: 230 a 490 MPa

Resistencia a la tracción: 300 a 900 MPa

APLICACIONES DEL BRONCE EN EL ÁREA AUTOMOTRIZ

Se emplea para la fabricación de bujes que conforman partes mecánicas.

SILICIO COMO ALEANTE

Al cobre se le añaden aleantes que mejoran sus propiedades mecánicas, su resistencia al desgaste y su apariencia estética, entre otras, aunque se ve afectada su conductividad. Entre las familias más importantes de aleaciones de cobre se encuentran los bronces al silicio.

* CLASIFICACIÓN

La designación UNS para los bronces al silicio es C64700-C66100 estos contienen entre 1 y 4% de Si, donde C6 identifica a los bronces al silicio, al aluminio y diversas aleaciones cobre cinc para forjado. También está el C87200 que contiene 89 % de Cu y 4% de Si pero este es para fundición.

Por el porcentaje de silicio que contienen, también se encuentran dentro de la clasificación de aleaciones de alto contenido de cobre. En estas aleaciones el silicio se encuentra acompañado de níquel, de manganeso o de aluminio.

* CARACTERÍSTICAS

Los bronces al silicio (Cu-Sn-Si) exhiben la característica de buena resistencia a la corrosión, aunque su resistencia a la corrosión bajo tracción es menor que la de los bronces al aluminio. El silicio mejora la resistencia mecánica, facilita la soldadura, mejora las características de endurecimiento por el trabajo en frío y engeneral están presentes en los procesos

industriales que se desarrollan en ambientes corrosivos combinados con altas resistencias mecánicas.

En promedio una barra de bronce al silicio puede costar entre 16 y 18 dólares/ kilogramo.

La siguiente tabla es tomada de un catalogo comercial de la empresa de fundición y maquinados Araiza, donde se observan los porcentaje de aleantes que emplean y las principales propiedades mecánicas y químicas del material.

En general las aleaciones con alto contenido de cobre se utilizan cuando no es indispensable una conductividad eléctrica muy elevada pero que requiere otras propiedades como resistencia a la tracción, dureza, resistencia a la corrosión y a la oxidación.

* APLICACIONES

Los bronces al silicio son producidos en pequeños volúmenes para productos como líneas de fluidos hidráulicos, cierres de alta resistencia, planchas de desgaste, accesorios marinos y líneas de astas.

Las aplicaciones típicas para el bronce C87200 son en cojinetes, cintas transportadoras, propulsores, componentes de válvulas y bombas, accesorios de montaje marítimo, piezas fundidas resistentes a la corrosión. Tiene una resistencia a la tracción de 379 MPa, unaresistencia a la fluencia de 172 MPa y un porcentaje de elongación de 30% en 2 pulgadas.

Cobre con silicio y níquel: Se emplean principalmente en piezas para tracción eléctrica y en piezas varias de contactos eléctricos, como el que se observa en la figura que es un contacto de apertura y cierre.

Cobre con silicio y manganeso: Se utilizan en diversas cajas y accesorios para la industria eléctrica, además en artículos que deben permanecer en contacto con el agua de mar, aguas ácidas o atmosferas corrosivas.

Comercialmente también se encuentra una aleación de cobre-silicio-aluminio (ASTM B-150 C64200) que poseen buena estampación en caliente, con un índice de forjabilidad del 80% y un índice de mecanizado del 60%, la cual se emplea en asientos y vástagos de válvulas,

herramientas marinas y para la pesca industrial, cojinetes y rodamientos, levas, tornillos y tuercas, cuerpos de válvulas y similares.

4. DESARROLLO Y RESULTADOS DE LA PRACTICA

Para desarrollar el fin de la práctica utilizamos como material un bronce al silicio, el cual, se le realizo preparación mecanica.

Para poder revelar la microestructura de nuestro acero utilizamos nital al 3% dejándolo 5 segundos.

Por consiguiente obtuvimos los siguientes resultados:

3.1 TAMAÑO DE GRANO

MICROGRAFIAS TRANSVERSALES

Imagen 1. Micrografía 100X bronce al silicio

Imagen 3. Micrografía 500X bronce al silicio

NUMERO DE TRAMAÑO DE GRANO

Imagen 5. Micrografía 100X acero 1045 para determinación de tamaño de grano

CALCULOS

Factor de corrección (100 X) = 0G= 7+0= 7entonces nuestra aleación corresponde a tamañoG = 7

ANALISIS DE RESULTADOS

En nuestro acero 1045 en condiciones normales, tenemos un tamaño de grano de 7 en nuestra plantilla.

ANTES DEL TRATAMIENTOMICROGRAFIA

Imagen 7. Micrografía 100X acero 1045

Imagen 9. Micrografía 500X acero 1045

NUMERO DE TRAMAÑO DE GRANO

Imagen 11. Micrografía 100X acero 1045 para determinación de tamaño de grano

CALCULOS

Factor de corrección (100 X) = 0G= 7+0= 7entonces nuestra aleación corresponde a tamañoG = 7

ANALISIS DE RESULTADOS Como las micrografías son longitudinales se puede ver sencillamente que nuestro acero presenta un tamaño de grano de 7

3.2 FASES PRESENTES

ANTES DEL TRATAMIENTO DESPUES DEL TRATAMIENTO

MICROGRAFIAImagen 13. Micrografía 500X acero

1045

FERRITA PERLITA

MICROGRAFIAImagen 14. Micrografía 500X acero

1045 con recocido

FERRITA PERLITACALCULOS

% Ferrita= (0.8 – 0.45)/(0.8 -0) = 44%% Perlita = 56%

CALCULOS

ANALISIS DE RESULTADOSPodemos observar que la ferrita se presenta en menor proporción que la perlita, estos cálculos los desarrollamos partiendo del diagrama hierro carbono que nos facilita analizar las fases presentes en los aceros. A continuación anexamos el diagrama hierro carbono y la ubicación de nuestro acero en él.

ANALISIS DE RESULTADOSPodemos observar en las micrografías como la ferrita aumenta de tamaño en el acero debido al tratamiento que aplicamos, cambiando así las propiedades mecánicas de nuestro acero 1045.Para este tratamiento fue du utilidad el siguiente diagrama:

El cual nos indica en el punto rojo la austenización de nuestro metal que es aproximadamente a una temperatura de 774 ˚C, realizando así el recocido a una temperatura de 850 ˚C, a pesar de que lo correcto sería a 814 ˚C.

3.3 DUREZAS

TRANSVERSALANTES DEL TRATAMIENTO DESPUES DEL TRATAMIENTOCLASIFICACION DUREZAS

Tomamos las siguientes durezas por medio del tipo de dureza Rocwell

CLASIFICACION DUREZAS

CALCULOS17 HRC17HRC18HRC

DUREZA : 17.3 HRC

CALCULOS76 HRB77HRB77HRB

DUREZA: 76.6 HRBANALISIS DE RESULTADOS

Tenemos que nuestro acero se tiene una dureza de 17,3 Rocwell C

ANALISIS DE RESULTADOS

Tenemos que nuestra dureza luego del tratamiento es de 76,6 Rocwell B

3.4.1 ANALISIS DE RESULTADOS:

Durante el desarrollo de la práctica logramos observar cómo debido al tratamiento de recocido por austenización completa, nuestro acero 1045 consigue modificar sus propiedades mecánicas, haciendo énfasis en la dureza, debido a que claramente se observa una disminución en ella.

En las micrografías podemos ver como aumenta el tamaño de grano, confirmando así el ablandamiento de la pieza de acero que trabajamos; también relacionamos este cambio con el aumento de la ferrita que se observa en las micrografías.

5. CONCLUSIONES

5.1 En el desarrollo de la práctica observamos como nuestro material debido al tratamiento de recocido con austenización completa incrementa el tamaño de grano de ferrita.

5.2 Los granos de este acero tuvieron un cambio de tamaño luego de hacer el recosido.

5.3 Logramos demostrar los cambios de propiedades mecánicas, especialmente con la dureza y así también confirmamos el objetivo principal del tratamiento que aplicamos.

5.4 Es importante mantener la temperatura de recocido de acuerdo al acero que usamos, ya que si de alguna manera no es la adecuada puede que nuestro material sufra cambios no deseados.

Con los datos obtenidos de dureza podemos determinar que el acero después del recosido disminuyo su dureza considerablemente.

5.5 Al comparar el acero antes y después del tratamiento térmico obtenemos un acero libre de tensiones internas.

5.6 Al comparar las micrografías podemos observar que al ver una disminución del tamaño de grano en el acero después del tratamiento podemos determinar que la dureza disminuyó con respecto al tamaño de grano.

7. BIBLIOGRAFIA E INFOGRAFIA

7.1 materias.fi.uba.ar/7201/TRATAMIENTOS%20TERMICOS.pdf

7.2 www.dimf.upct.es/personal/MM_I/Practicas%20Materiales.pdf

7.3 http://zeus.dci.ubiobio.cl/caaici/Apuntes/Materiales/apunte06estructurapolifasicadelosmetalesydiagramadefases.pdf

7.4 http://www.desin.com/pdf/TT-Sondas.pd

http://www.buenastareas.com/ensayos/Ciencia-De-Los-Materiales/136431.html

http://www.utp.edu.co/%7Epublio17/ac_aleados.htm#clasificacion

http://www.aesa.es/

http://www.aleastur.com/global/index.php?estilo=co&lenguaje=en&main=principal&right=news,knowmore,env&top=menutop&left=mstatic

http://www.monografias.com/trabajos60/propiedades-materiales-aleaciones/propiedades-materiales-aleaciones2.shtml

* REFERENCIAS

Smith, William. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Tercera Edición.

Shackelford, James. Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros. Sexta Edición.

www.cobrebactericida.org/taxonomy/term/8/all

Ficha técnica AMPO 624 (Bronce al silicio-aluminio)