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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