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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
CIENCIA DE LOS MATERIALES II (MC-115)
Laboratorio de ciencia de los materiales II
INFORME N°1: “Ensayo de Deformación en Frio”
PROFESOR: ING. LUIS SOSSA, JOSE.
INTEGRANTES: COD:
- Quispe Montalvo Roberto Carlos 20120267I
-Víctor wilmes Palomino
2015-II
ÍNDICE
ÍNDICE................................................................................................................2
1. OBJETIVOS....................................................................................................3
2. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y HERRAMIENTAS UTILIZADAS.................4
3. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO.....................................................8
4. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO............................................10
5. CALCULOS Y RESULTADOS.....................................................................14
-CUESTIONARIO ........................................................................................17
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................15
7. BIBLIOGRAFIA............................................................................................17
7. ANEXO..........................................................................................................17
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OBJETIVOS
Conocer los cambios en las propiedades mecánicas de los metales que se
producen a consecuencia de la deformación en frío.
Conocer el mecanismo de la deformación en frío en los metales.
Realizar los respectivos ensayos de dureza y metalografía a los materiales escogidos (Bronce y Cu) para el trabajo en frío a distintos valores de deformación longitudinal.
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DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y HERRAMIENTAS UTILIZADAS
Prensa Hidráulica Manual:
De marca TRAMELSA y de 100Tn, no tiene modelo ya que se hizo según
especificaciones del laboratorio. La presión se logra mediante placas o mandíbulas
accionadas por un sistema hidráulico. En este caso se usó para deformar la probeta
al porcentaje de deformación deseado. El porcentaje de error de esta máquina varía
ya que no es automática, sino que es operada manualmente.
Durómetro Rockwell:
El durómetro usado en este laboratorio es de la marca Wilson, específicamente el
modelo 1JR de procedencia americana, se usó la la billa de 1/16’ y la escala F. Con
60 kg de carga mayor y 10 kg de carga menor.
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Microscopio:
Pie de Rey:
Instrumento con el cual medimos el diámetro y longitud de la probeta antes y
después de deformarlo. En este caso se utilizó un vernier Vogel-Germany, el cual
contaba con 2 escalas, una de pulgadas y la otra milimétrica. Tiene una precisión de
0.05mm.
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Sierra Manual:
Es una herramienta de corte formada por una hoja de sierra montada sobre un arco
o soporte mediante tornillos tensores.
Lima:
Herramienta manual de corte/desgaste. Se usa para desbastar y afinar todo tipo de
piezas metálicas, de plástico o de madera. Es una herramienta básica en los
trabajos de ajuste y desbaste.
Lijas:
Para el desbaste de las probetas se debe elegir un patrón de lijas. No se pueden
utilizar las lijas corrientes pues dañaría la probeta y no se podría ver la muestra en el
microscopio. Las usadas fueron lijas de agua. Las cuales son enumeradas según la
separación entre las partículas de pulimiento adheridas a ellas. Se pulió de manera
tal que las ralladuras dejadas por la lija fueran perpendiculares entre sí para
minimizar la visibilidad de las mismas.
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Pulidora:
La pulidora eléctrica utilizada en el laboratorio minimizaba aún más la visibilidad de
las ralladuras. También es parte del pulido. Se le denomina desbaste fino ya que el
desbaste grueso lo conforman las lijas. Consiste en un motor eléctrico, el cual lleva
adherido una faja de caucho al eje. Al girar el eje, la faja comienza a hacer girar a la
meza pulidora. Para maximizar el objetivo se le puede rociar algún polvo que
minimice la fricción.
Reactivos de ataque:
Sirven para hacer visible las características estructurales de los materiales. Se usó
alcohol para limpiar la superficie antes y después del ataque. Para atacarlo se usó
nital (HNO3).
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DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO
1. Se realizó la deformación plástica en frio con una prensa a cada una de las
probetas de bronce (fueron 8 probetas), lo que nos dio como resultado un
porcentaje de deformación longitudinal, debido a una presión aplicada,
distinta para cada probeta con excepción de una (probeta base), para que nos
sirva de referencia al hacer la comparación de durezas y otras propiedades.
2. Luego se procede a repartir las probetas a diferentes grupos para poder
trabajar los distintos porcentajes de deformación.
3. Utilizando una sierra, se dispone a cortar un segmento de la probeta, para la
posterior observación de su metalografía en el microscopio.
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4. Una vez cortada se procede a primero limar seguidamente lijar ambas caras,
para que se encuentren paralelas.
5. Después de lijar se procede a un pulido final de esta forma obtener una
superficie preparada para el ataque químico con nital (HNO3), en una de las
caras.
6. Finalmente con ayuda del microscopio fotografiamos la
parte atacada para poder observar su respectiva
metalografía.
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DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
PROBETA Lo Lf PRESION (PSI)
DEFORMACIÓN
HRF (A) HRF(B) HRF (C)
020.22 20.22 0 0% 45 39 38
120.57 18.10 103 12.007%
221.23 16.98 160 20.447% 87.5 87 58
320.98 14.55 207 30.648% 90 85 60
420.35 12.13 262 40.245% 92 95 61
520.58 10.55 379 48.736% 88 93 68
621.66 9.42 400 56.509% 93 96 76
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Probetas
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CUESTIONARIO1.- ¿Cuál es la diferencia entre deformación en frío y deformación en caliente?
La deformación en frío es un proceso por el cual se endurece un metal dúctil a
través de la deformación plástica. Se denomina “en frío” porque se lleva a cabo a
una temperatura por debajo de la temperatura de recristalización, y por el contrario
la deformación en caliente se da a temperatura mayores a la recristalizacion
2.- ¿Qué porcentaje de la energía que se gasta en un proceso de deformación en frío se desprende en forma de energía calorífica?
En todo proceso de deformación en frio, se gasta energía para producir la
deformación plástica, donde se alteran las propiedades de los metales y aleaciones.
Sin embargo una parte del calor del trabajo en frio se usa para vencer el efecto de la
fricción entre átomos, otra parte de la energía gastada se almacena como energía
interna en la frontera de los límites de grano, durante esta deformación, se pierde
alrededor del 90% de la energía total invertida en realizar dicho proceso.
3.- ¿En qué se diferencian el mecanismo de deformación plástica por deslizamiento y el mecanismo de deformación plástica por maclaje?
En la deformación por deslizamiento el conjunto de plano de átomos paralelos al ser
sometidos a una carga, se desplaza cierta cantidad de distancia hasta que se
detiene. Si la carga es lo suficientemente grande se seguirá formando un conjunto
de planos paralelos que seguirán desplazándose. Como resultado se conseguirá un
conjunto de escalones paralelos y al ser observados microscópicamente se
presentan líneas paralelas
En cambio en la deformación de maclaje los que se mueven son un conjunto de
átomos que son paralelos a un plano que se llamará plano de maclaje Es una
deformación que ocurre al moverse un conjunto de átomos que se encuentran
paralelos a un plano que llamaremos plano de maclaje, así la secuencia de átomos
se rompe, separándose en dos partes que quedan orientadas de forma distinta. La
componente del esfuerzo axial, normal al plano de maclaje, no tiene importancia en
la formación de la macla. Al contrario que el deslizamiento, el esfuerzo cortante
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requerido para poder formarse una macla no es invariante respecto al plano de
maclado, sino que pueden requerirse distintos valores en un campo bastante amplio
4.- Graficar como es el comportamiento de dureza con el porcentaje de deformación en frio. Esquematizar el caso del cobre.
Punto A
Punto B
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PUNTO C
5.- Una probeta cilíndrica de cobre ha sufrido una deformación en frío por aplastamiento. La deformación sufrida ha sido de 16% en longitud. Si su radio después de la deformación en frío es de 16,4 mm ¿Cuál era su radio antes de la deformación?
6.- Explique brevemente por que los metales HC (Hexagonal compacto) son típicamente más frágiles que los metales FCC (Cubo centrado en las caras) y BCC (.Cubo centrado en el cuerpo)
Los metales HC son más frágiles debido a los siguientes factores:
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La estructura cristalina FCC posee 12 sistemas geométricos de
deslizamiento.
La estructura cristalina BCC también posee 12 sistemas geométricos de
deslizamiento. Sin embargo experimentalmente se ha comprobado que posee
otros sistemas de deslizamiento que se activan al modificar la temperatura
llegando a tener alrededor de 48 sistemas de deslizamiento.
La estructura cristalina HC posee 3 sistemas de deslizamiento. También
posee otros sistemas que dependen del de la temperatura del material.
La facilidad para hacer que la dislocaciones se muevan dentro del material depende
de muchos factores entre ellos se encuentra el número de sistemas de
deslizamiento, a mayor número de sistemas de deslizamiento mayor será la
deformación plástica, eso quiere decir que si un material posee pocos sistemas de
deslizamiento entonces no tendrá una gran deformación plástica esto nos lleva a la
idea que el material no es tan dúctil sino frágil.
7.- ¿Cómo cambia la conductividad eléctrica de un metal cuando se deforma en frío?
Disminuye la conductividad eléctrica, este efecto es leve en metales puros, pero
apreciable en aleaciones, cuando se somete a deformación plástica el aumento de
las dislocaciones y la deformación de los granos de la estructura cristalina causan
cambios en las propiedades eléctricas y la resistencia a la corrosión del metal.
Todos los cambios asociados a la deformación plástica en frio pueden ser revertidos
utilizando el tratamiento térmico apropiado. Estos se logran a partir de procesos
diferentes que ocurren a elevadas temperaturas.
8.- ¿A que se denomina acritud?
Se denomina acritud es la propiedad de los metales que se traduce en el aumento
de la dureza, fragilidad y resistencia a la tracción, por efecto de las transformaciones
plásticas (deformaciones en frío) que se efectúa por desplazamiento de las
dislocaciones.
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Debido a las dislocaciones se genera un aumento en la densidad de las
dislocaciones lo que ocasiona un endurecimiento (aumento de la atención de rotura)
.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En este experimento se pudo observar que al deformar la probeta se comprueba que los granos también se deforman generando cambios en sus propiedades mecánicas, por ejemplo aumenta la dureza, disminuye la conductividad eléctrica, disminuye la ductilidad; todo esto sin haber realizado un tratamiento térmico.
Se observa que la dureza producida por la deformación no es igual en toda la superficie tratada, por ejemplo en la probeta de cobre tratada, la mayor dureza se dio en el centro de la cara lateral de esta, ya que en este lugar fue donde se deformó más a comparación de los otros puntos.
Mediante el cálculo del grado de deformación se puede observar que existe una relación entre los granos verticales y los horizontales, este resultado nos daría una proporción de cuanto ha sido la deformación.
Si la deformación ha sido pequeña prácticamente las variaciones de la superficie de mantiene constante, pero en el caso de una deformación grande se observaría una variación en el tamaño del grano.
Luego de medir dureza en las condiciones iniciales comparando con las condiciones finales se concluye que después de la deformación aumentan propiedades de Dureza, la resistencia a la Tensión; y, por el contrario, disminuyo la ductilidad.
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BIBLIOGRAFÍA
-SMITH WILLIAM. “Fundamentos de ciencias e ingeniería de materiales.”Ed. Mc Graw – Hill. Edición 2003.N0 de pags.1003.
-Shackelford J. (1995) “Ciencia de Materiales para Ingenieros” 3era.Ed. ,Edit.Pretice Hall. México .México
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ANEXO 1
Aplicación de la precarga del durómetro Rockwell analógico en el laboratorio 4 de la Facultad de Ingeniería Mecánica, UNI.
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ANEXO 2
Se observa un esquema comparativo de las diferentes escalas de dureza
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ANEXO 3
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