DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN. LABORATORIO DE MATERIALES

UNIVERSIDAD DE CARABOBO.

FACULTAD DE INGENIERÍA.

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA.

DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN.

LABORATORIO DE MATERIALES.

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Práctica No.:                ________________________________________[pic 2]

Título de la práctica:   ________________________________________[pic 3]

Nombre y apellidos:    ________________________________________[pic 4]

Grupo:                          ________________________________________[pic 5]

Profesor:                      ________________________________________[pic 6]

Preparador:                 ________________________________________[pic 7]

Observaciones:            ________________________________________

18/06/2015

1. INTRODUCCIÓN

Son los metales uno de los materiales más empleados en la industria y uno de los que más aplicaciones tienen en general gracias a sus características y propiedades (en autos, barcos, aviones y demás medios de transporte, en electrodomésticos, en ingeniería de estructuras, en robótica y electrónica, en una gran cantidad de dispositivos de uso cotidiano, etc.). Dentro de los materiales metálicos se encuentran 3 grupos que son los que más predominan, las aleaciones férreas o aleaciones base hierro (donde se hallan los aceros al carbono, los aceros de baja aleación, los aceros de alta aleación y las fundiciones); las aleaciones no férreas, cuyo constituyente mayoritario no es el hierro; y las aleaciones ligeras, que se destacan por sus elevadas propiedades específicas.

Por su parte, las aleaciones férreas son las que constituyen más del 90% en peso de los materiales metálicos empleados por el hombre. En la práctica, dichas aleaciones se dividen en dos grandes categorías dependiendo de la cantidad de carbono presente en la composición de la aleación: los aceros y las fundiciones. La práctica de laboratorio que inspira este informe se enfoca en los aceros, los cuales se caracterizan por poseer un contenido en carbono comprendido entre el 0.05 por ciento y el 2.0 por ciento en peso. Dentro de los aceros debe distinguirse el empleo o no de una cantidad significativa de elementos de aleación diferentes del carbono. De forma arbitraria, se emplea una concentración de un 5 por ciento en peso del total de elementos aleantes distintos del carbono como límite entre los aceros de baja aleación y los aceros de alta aleación. Los elementos de aleación deben seleccionarse cuidadosamente porque suponen un importante aumento del coste del material. Su uso queda justificado solamente por mejoras esenciales en ciertas propiedades, tales como una mayor resistencia o un mejor comportamiento frente a la corrosión. [1]

Algo sumamente importante de los aceros y que siempre debe ser tomado en cuenta son sus diferentes fases, las cuales varían de acuerdo al porcentaje de carbono en peso del acero y la temperatura en la que se encuentre, como ya se ha estudiado anteriormente, en un diagrama de fase hierro-carbono puede apreciarse esta relación. Estas fases son la ferrita (α), esta fase es una solución sólida intersticial de carbono en una estructura cristalina BCC, el carbono es sólo ligeramente soluble en ferrita α y alcanza una solubilidad de sólidos máxima de 0.02 por ciento a 723°C, lo cual la convierte en la fase más blanda de los aceros; la ferrita (δ), es una solución sólida intersticial de carbono en hierro δ, tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) igual que la ferrita α, pero con una constante de red más alta; la austenita (γ), esta fase es una solución sólida intersticial del carbono en hierro γ, la austenita tiene una estructura cristalina FCC y una solubilidad sólida mucho más alta para el carbono que la ferrita α; y la cementita (Fe3C), es un compuesto intermetálico, esta fase tiene límites de solubilidad insignificantes y una composición de 6.67% C y 93.3% Fe y es la fase más dura y frágil de los aceros. [2]

Es muy importante para el estudio la reacción eutectoide, esta reacción es característica de los aceros, en ella la austenita (γ) se transforma en ferrita (α) y cementita (Fe3C). Esta reacción ocurre a los 727 ºC en los aceros con un 0.77% de C. De esta forma, si calentamos una aleación que contenga la composición eutectoide de 0.77% de C por encima de los 727 ºC, producimos una estructura que sólo contendrá granos de austenita. Cuando la austenita se enfría a 727 ºC, empieza a producirse la reacción eutectoide. La mayor parte del carbono en la austenita se difunde al Fe3C, y la mayoría de los átomos de hierro se difunden hacia α. Esta redistribución de los átomos resulta más fácil si las distancias de difusión son cortas, que es el caso cuando α y Fe3C crecen en forma de laminillas o placas delgadas. La estructura laminar de α y de Fe3C que se desarrolla en el sistema hierro carbono se conoce como perlita, que es un microconstituyente en el acero. Fue llamada así porque una perlita pulida y atacada químicamente muestra el colorido de la madreperla. [3]

Por último resulta importante mencionar algo acerca del tamaño de grano en una pieza colada. El tamaño de los granos está determinado por la relación entre la rapidez de crecimiento y la rapidez de nucleación. Si el número de núcleos formados es alto se producirá un material de grano fino, y si sólo se forman unos pocos núcleos se producirá un material de grano grueso. El enfriamiento rápido (colada fría) dará como resultado que se forme un gran número de núcleos, en tanto que en el enfriamiento lento (fundición en arena o molde caliente) sólo se forman algunos núcleos y tendrán la oportunidad de crecer, consumiendo el líquido antes que se puedan formar más núcleos. Uno de los principales métodos para calcular el tamaño de grano recomendados por la ASTM es método de comparación. En este método la muestra se prepara y ataca de acuerdo con el procedimiento metalográfico correspondiente, luego la imagen de la microestructura proyectada a una amplificación de 100x se compara contra una serie de patrones estándar clasificados, que cubren los diversos tamaños de grano (ASTM E112-63). Mediante ensayo y error se encuentra un patrón que coincide con la muestra en estudio y entonces se designa el tamaño de grano del metal por el número correspondiente al número índice del patrón coincidente. [4]

1. OBJETIVOS

1.  Objetivo principal

• Estudiar el tamaño de grano y la composición interna de varias muestras de acero al carbono enfriado lentamente.

2.2. Objetivos específicos

• Identificar las fases y microconstituyentes de cada muestra.
• Calcular las cantidades relativas de cada fase y microconstituyente mediante observación y mediante el uso de la regla de la palanca.
• Comparar los resultados obtenidos mediante observación con los resultados obtenidos mediante la regla de la palanca.
• Determinar el tamaño de grano de una de las muestras según lo establecido por la norma ASTM.

1. LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS

3.1. Materiales

• 8 muestras de acero enfriadas lentamente con un porcentaje de carbono de 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,4%, 0,5%, 0,6%, 0,9% y 1,3%.
• Patrón ASTM para determinar tamaño de granos.

3.2. Equipos

• Microscopio.
• Televisor.
• Computadora.

4.   PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1. Actividad No 1: Muestras de acero al carbono preparadas.

• Conectar el televisor al microscopio mediante un software de computadora que permita observar los detalles captados por el microscopio en la pantalla del televisor.
• Establecer en el microscopio un zoom de 400x.
• Tomar las 8 muestras de acero, una por una, y colocarlas en el microscopio para observarlas detalladamente en la pantalla del televisor.
• Separar mentalmente, en las imágenes obtenidas en el microscopio, toda la perlita observada imaginándola en una de las esquinas de la pantalla del televisor y anotar el porcentaje de perlita calculado mediante observación.
• Determinar las fases y microconstituyentes de cada muestra según su porcentaje real de contenido de carbono.
• Determinar las cantidades relativas de cada fase y microconstituyente usando la regla de la palanca y partiendo del porcentaje real de carbono.
• Comparar el porcentaje de Carbono observado con el porcentaje de carbono calculado en las muestras de acero hipoeutectoide.
• Comparar el porcentaje de perlita observado con el porcentaje de perlita calculado en las muestras de acero hipereutectoide.

4.2. Actividad No 2: Tamaño de grano.

• Suspender la conexión entre el televisor y el microscopio.
• Establecer en el microscopio un zoom de 100x.
• Tomar una de las muestras antes observadas y llevarla a observación en el microscopio (Muestra con 0,6% de C).
• Comparar la muestra con los 8 patrones estándares establecidos por la norma ASTM para determinar el tamaño de grano.
• Mediante ensayo y error se encuentra el patrón coincidente con la muestra.
• Establecer el tamaño de grano de la muestra según el índice del patrón coincidente.

5.   RESULTADOS OBTENIDOS

5.1. Actividad No 1: Muestras de acero al carbono preparadas.

Luego de observar cada una de las 8 muestras de acero en el microscopio con un zoom de 400x, calcular el porcentaje de perlita observable y de establecer cada una de sus fases y microconstituyentes partiendo de su porcentaje real de carbono se construye la siguiente tabla:

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