guias laboratorio solidificación 2-15.docx

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE METALURGIASOLIDIFICACIN Y TRANSFORMACIONES DE FASE

GUIA DE LABORATORIO 1: PREPARACION METALOGRAFICA Y DETERMINACION DE FASES, COBRE Y SUS ALEACIONESOBJETIVOS: Familiarizarse con las caractersticas microscpicas de los materiales no ferrosos y su preparacin mecnica por medio de normas aplicables. Aprender a utilizar los diagramas de fases del cobre y sus aleaciones para identificacin y clasificacin de estas. Identificar por medio del microscopio metalogrfico las fases presentes en el cobre puro y sus aleaciones. Determinar y analizar las diferencias y similitudes de las propiedades fsicas entre el cobre puro y aleaciones.

INTRODUCCION

El cobre es un metal que ha estado ntimamente ligado al desarrollo de la humanidad. Se tiene conocimiento de su uso, durante la mayor parte de la historia, esto debido a sus caractersticas como son: alta conductividad, tanto trmica como elctrica, alta maleabilidad, alta resistencia a agentes corrosivos. Adems, aleado con otros metales como zinc y plomo, adquiere otras ventajas que han permitido ampliar el universo de sus aplicaciones.

La metalografa es la parte de la metalurgia que estudia las caractersticas estructurales o de constitucin de los metales y aleaciones, para relacionarlas con las Propiedades fsicas, mecnicas y qumicas de los mismos.

A travs de este estudio se pueden determinar caractersticas como el tamao de grano, distribucin de las fases que componen la aleacin, inclusiones no metlicas como sopladuras, micro cavidades de contraccin, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecnicas del metal.

Bsicamente, el procedimiento que se realiza en un ensayo metalogrfico incluye la extraccin, preparacin y ataque qumico de la muestra, para terminar en la observacin microscpica. Si bien la fase ms importante de la metalografa es la observacin microscpica, la experiencia demuestra que poco se puede hacer si alguna de las operaciones previas se realiza deficientemente.

Si la etapa de preparacin no se realiza cuidadosamente es posible que se obtenga una superficie poco representativa del metal y sus caractersticas. Una preparacin incorrecta puede modificar la distribucin de fases si la muestra ha sufrido un sobrecalentamiento excesivo.

En esta gua desarrollaremos los procesos y las tcnicas de cmo se debe tener la obtencin de la probeta metalogrfica y observacin de la superficie durante el desbaste, el procedimiento de un pulido mecnico, pulido qumico, ataque qumico de una probeta y como se debe observar en el microscopio ptico.MATERIALES Y REACTIVOS Barra de cobre puro. Barra de aleacin de cobre. Segueta metlica. Pulidora de banco Juego de papel abrasivo Pao de pelaje fino Microscopio metalogrfico Jabn lquido Reactivo de ataque (segn investigado por el estudiante)

SEGURIDAD PERSONAL.

Utilice siempre bata protectora. Debe ser cmoda y fcil de usar, que no impidan el libre movimiento y se deben emplear siempre abotonada o completamente cerrada para el trabajo de laboratorio.

Utilice gafas protectoras transparentes. Los ojos son la parte externa ms sensible del cuerpo al contacto con los reactivos. No se deben usar lentes de contacto; las salpicaduras de los qumicos pueden ser atrapadas debajo de ellos y ocasionar daos muy severos. Si es necesario cambie sus lentes por gafas durante el perodo de laboratorio.

SEGURIDAD EN EL LABORATORIOEs fundamental para el buen desarrollo de las prcticas, la seguridad de todos los usuarios de los laboratorios, para los cual deben tomarse en cuenta las siguientes recomendaciones:2. 3. 4. 5. Cualquier accidente por leve que sea debe ser notificado de inmediato al docente o al auxiliar del laboratorio. Haga uso adecuado y permanente de los elementos de proteccin.

Para prevenir accidentes tenga en cuenta las siguientes normas: Evite comer, beber o fumar en el laboratorio. Evite llevarse las manos al rostro o a la piel expuesta (pueden estar contaminadas). Lave cuidadosamente sus manos al terminar su trabajo.

Preprese para su trabajo experimental, leyendo las guas de las prcticas antes de ir al laboratorio. No pruebe ningn compuesto qumico o disolucin. Deje pasar un tiempo para tomar con las manos el vidrio o cualquier material caliente, manjelo con pinzas y no lo coloque caliente sobre mesones mojados. Mantenga una adecuada disciplina durante la estancia en el laboratorio: No corra, juegue o haga bromas, no reciba visitas de otras personas ajenas al laboratorio, mientras est realizando su prctica. Registre todos los datos y observaciones en una libreta a medida que desarrolla el laboratorio. Deposite los papeles o slidos de desechos en los recipientes adecuados para tal fin. No botar slidos poco solubles, ni papeles de filtro en los vertederos.

PRCTICA EXPERIMENTAL

Cortar una probeta de por 20 mm de longitud, de una muestra de cobre puro y corte una probeta de dimensiones semejantes de una aleacin de cobre. Hacer corte transversal y longitudinal a cada una de las probetas. Hacer preparacin mecnica por ambas caras con desbaste y pulido a la probeta segn la norma aplicable. Atacar la probeta con el reactivo investigado. Tomar dos micrografas a 100X y 500X en seccin transversal y longitudinal respectivamente. Realizar ensayo de dureza segn norma aplicable.

ELABORACIN DE INFORME

El informe debe contener:

Micrografas tomadas. Tamao de grano. Fases presentes. Promedio de durezas. Anlisis de resultados. Conclusiones. Bibliografa consultada.

BIBLIOGRAFIA E INFOGRAFA

Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales/ Smith, William F; Hashemi, Javad; Nagore Czares, Gabriel; Gonzlez Caver, Pedro Alejandro; Carrillo Avils, Leonarda; Bellido Velasco, Jos A.; Bosque Alayn, Ricardo Alejandro del. - 4a ed.. - Madrid [Espaa] : McGraw-Hill, 2006. - xxi, 1032.

Cantidad de estudiantes por grupo: 2

Cantidad de estudiantes por informe: 1

Docente,Ing. Msc. Mnica Isabel Melgarejo Rincn.


GUIA DE LABORATORIO 2: ALUMINIO Y SUS ALEACIONESOBJETIVOS: Familiarizarse con las caractersticas microscpicas del aluminio y sus aleaciones. Utilizar los diagramas de fases de aleaciones del aluminio y sus aleaciones para, identificacin y clasificacin de estas. Identificar utilizando el microscopio metalogrfico, las fases presentes de las aleaciones de aluminio.

INTRODUCCION

Se denominan aleaciones ligeras a aquellas aleaciones que tienen como elemento base o principal el aluminio. La caracterstica principal de las aleaciones ligeras, essu bajo peso especfico, que en algunas de ellas llega aser hasta de 1/3 del peso especfico del acero. Y an resulta msinteresante la relacin de resistencia mecnica a peso especfico,que algunos tipos de aleaciones ligeras es la ms alta entre todoslos metales y aleaciones conocidos. Esto las hace indispensables para determinadas aplicaciones, como, por ejemplo, para las construcciones aeronuticas en las que interesan materiales muy ligeros con una resistencia mecnica mnima.

Respecto a los metales de adicin, los ms empleados son el cobre, silicio, cinc, nquel, hierro, titanio, cromo ycobalto. Estos materiales pueden figurar en las aleaciones juntos o aislados. En general, la proporcin total en que forman parte de las aleaciones ligeras, no pasa del 15%

En esta gua desarrollaremos los procesos y las tcnicas de cmo se debe tener la obtencin de la probeta metalogrfica y observacin de la superficie durante el desbaste, el procedimiento de un pulido mecnico, pulido qumico, ataque qumico de una probeta y como se debe observar en el microscopio ptico.MATERIALES Y REACTIVOS Barra de aluminio puro. Barra de aleacin de aluminio. Segueta metlica. Pulidora de banco Juego de papel abrasivo Pao de pelaje fino Microscopio metalogrfico Jabn lquido Reactivo de ataque (segn investigado por el estudiante)

SEGURIDAD PERSONAL.







Cortar una probeta de por 20 mm de longitud, de una muestra de aluminio puro y corte una probeta de dimensiones semejantes de una aleacin de aluminio. Hacer corte transversal y longitudinal a cada una de las probetas. Hacer preparacin mecnica por ambas caras con desbaste y pulido a la probeta segn la norma aplicable. Atacar la probeta con el reactivo investigado. Tomar dos micrografas a 100X y 500X en seccin transversal y longitudinal respectivamente. Realizar ensayo de dureza segn norma aplicable.


El informe debe contener un cuadro comparativo para el aluminio puro y para la aleacin de aluminio con la siguiente informacin:



Introduccin a la Metalurgia fsica. AVNER, Ed. MacGraw Hill, 1988 Metalurgia General. Tomos I y II. F.R. Morral, E. Jimeno y P. Molera. Editorial Revert, 1985 Principios de la Metalurgia fsica. R.E. Reed-Hill. Mexico, Ed. Cecsa.


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


Cantidad de estudiantes por informe: 1



GUIA DE LABORATORIO 3: DETERMINACION DE VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO Y SOBRECALENTAMIENTO EN SOLIDIFICACION DE METALES PURO.OBJETIVOS: Conocer y analizar cmo afecta la velocidad de enfriamiento el proceso de solidificacin en una pieza puro de aluminio. Determinar el efecto de sobrecalentamiento en el proceso de solidificacin de un metal puro. Aprender a construir y analizar la curva de enfriamiento de un metal puro.

INTRODUCCION

El caso ms sencillo y el anlisis ms simple de una cristalizacin primaria consiste en construir una curva de enfriamiento de un metal puro, con el objetivo de determinar su punto de fusin.

Si un metal puro se calienta regular y uniformemente desde la temperatura ambiente hasta que pasa al estado lquido (suponiendo que en el estado slido no sufre cambios alotrpicos) y se anota, a intervalos iguales de tiempo, la temperatura determinada mediante un termopar u otro instrumento de medida, se percibe una irregularidad en la velocidad de calentamiento que indica la temperatura a la que se produce la fusin (figura 1).

Figura 1. Curvas idealizadas de enfriamiento y calentamiento de un metal puro.

El punto de transformacin puede observarse grficamente si se representa la temperatura en funcin del tiempo. En forma anloga se obtiene una curva de enfriamiento desde la temperatura a la que se encontraba el lquido, hasta la temperatura ambiente. En el caso ideal, la temperatura del metal habra de permanecer constante durante los procesos de fusin y solidificacin, por lo que las porciones AB y AB de las curvas de calentamiento y enfriamiento deberan ser perfectamente rectilneas y paralelas al eje de tiempos. En las curvas ideales, adems, el cambio de pendiente sera discontinuo en lugar de gradual.

Durante el enfriamiento del metal fundido, se establece un gradiente de temperatura entre el crisol y las paredes del horno. En consecuencia, la capa que primero solidifica es la que est en contacto con las paredes del crisol y esta capa isoterma disminuye el gradiente de temperatura entre el centro y la capa externa de la carga. Por esta causa, decrece la velocidad a que se enfra el centro de la masa del metal y se redondea la curva de enfriamiento. Cuando solidifica el centro de la carga, la temperatura de la capa externa de metal cae rpidamente, aumentando su gradiente con respecto al centro, acelerndose la solidificacin de las ltimas porciones de metal lquido y volviendo a redondearse la curva de enfriamiento.

De la anterior discusin se obtiene la consecuencia de que la ltima porcin de la meseta de la curva de calentamiento y la primera de la de enfriamiento corresponde, en efecto, a los puntos de fusin y solidificacin, respectivamente. Cuando la pendiente es muy grande, la verdadera temperatura de solidificacin se puede obtener extrapolando la porcin ms rectilnea y horizontal de la curva de enfriamiento mediante una lnea recta y observando cundo esta lnea se separa de la curva original. De manera anloga se puede obtener el punto de fusin en la curva de calentamiento.

En general, las curvas de enfriamiento resultan mejor definidas que las de calentamiento, si adems ponderamos la mejor manipulacin de los equipos y la accesibilidad del alumno a la observacin directa del crisol, que contiene el metal fundido, hace que la representacin de la curva de enfriamiento sea la ms prctica para determinar los cambios de estado, entre ellos el punto de fusin. MATERIALES Y REACTIVOS Barra de aluminio puro. Segueta metlica. Pulidora de banco Juego de papel abrasivo Pao de pelaje fino Microscopio metalogrfico Jabn lquido Reactivo de ataque (segn investigado por el estudiante)

SEGURIDAD PERSONAL.



En el momento de fusin utilice overol y proteccin en cuero o carnaza (guantes, delantal protector de hombros y brazos, viceras...etc.)





Prepare moldes de colado. Introducir 1000 g. de aluminio puro slido en dos crisoles cermicos o de carburo de silicio (500 g. por cada crisol) Meter los crisoles en una mufla y programarla a 750C. Tomar tiempo que tarda en alcanzar la temperatura deseada. Al llegar a la temperatura de los 750C, retire uno de los crisoles y vierta el metal fundido en tres moldes diferentes: uno en un molde de arena, otro en una coquilla a temperatura ambiente y otro en una coquilla precalentada. Deje solidificar. Corte cada una de las piezas en la cantidad de grupos. Reprograme la mufla con el crisol restante hasta 850C. Cuele el metal en estado lquido en los mismos tres moldes: arena, coquilla precalentada y coquilla a temperatura ambiente. Corte las piezas en la cantidad de grupos. Prepare todas las muestras metalogrficamente. (no olvide marcar cada muestra). Atacar la probeta con el reactivo investigado. Tomar dos micrografas a 100X y 500X en seccin transversal y longitudinal respectivamente. Realizar ensayo de dureza segn norma aplicable.



Cuadro comparativo de las tres temperaturas de solidificacin y las dos temperaturas de sobrecalentamiento en cuanto a: Micrografas tomadas. Tamao de grano. Fases presentes. Promedio de durezas. Anlisis de resultados. Conclusiones. Bibliografa consultada.








GUIA DE LABORATORIO 4: DETERMINACIN DE LA INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE CARBONO EN LAS FASES DE LOS ACEROS.OBJETIVOS: Familiarizarse con las caractersticas microscpicas de los aceros comerciales de bajo, medio y alto contenido de carbono. Utilizar el diagrama hierro-carbono para identificacin y clasificacin de fases. Identificar por medio metalogrfico las fases presentes en un acero de bajo carbono, medio carbono y alto carbono sin tratamiento trmico.

PRELABORATORIO: Lea cuidadosamente la totalidad de la gua, y ample la lectura mediante consulta bibliogrfica. Investigue las propiedades y caractersticas de los aceros de bajo, medio y alto carbono. Consulte cuales son los reactivos utilizados para ataque qumico metalogrfico de los aceros.

INTRODUCCION

Esencialmente, el acero es una aleacin de hierro y carbono. Se puede obtener en grandes cantidades ya sea colado o forjado. El contenido de carbono en los tipos de acero corrientes se halla comprendido entre, aproximadamente, entre 0.08 y 1.4%. El porcentaje de carbono del acero es el factor ms importante que gobierna sus propiedades y aplicaciones.

La metalografa es la parte de la metalurgia que estudia las caractersticas estructurales o de constitucin de los metales y aleaciones, para relacionarlas con las propiedades fsicas, mecnicas y qumicas de los mismos.

A travs de este estudio se pueden determinar caractersticas como el tamao de grano, distribucin de las fases que componen la aleacin, inclusiones no metlicas como sopladuras, micro cavidades de contraccin, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecnicas del metal.

Bsicamente, el procedimiento que se realiza en un ensayo metalogrfico incluye la extraccin, preparacin y ataque qumico de la muestra, para terminar en la observacin microscpica. Si bien la fase ms importante de la metalografa es la observacin microscpica, la experiencia demuestra que poco se puede hacer si alguna de las operaciones previas se realiza deficientemente.

Si la etapa de preparacin no se realiza cuidadosamente es posible que se obtenga una superficie poco representativa del metal y sus caractersticas. Una preparacin incorrecta puede modificar la distribucin de fases si la muestra ha sufrido un sobrecalentamiento excesivo.

MATERIALES Y REACTIVOS Barra de acero 1010 1020. Barra de acero 1045 1050. Barra de acero O1. Pulidora de banco. Juego de papel abrasivo. Pao de pelaje fino. Microscopio metalogrfico. Almina diluida en agua. Reactivo de ataque investigado.

SEGURIDAD PERSONAL.







Cortar tres probetas de por 20 mm de longitud, de una muestra de acero 1020, 1045 y O1. Hacer corte transversal y longitudinal a cada una de las probetas. Hacer preparacin mecnica por ambas caras con desbaste y pulido a la probeta segn la norma aplicable. Atacar la probeta con el reactivo investigado. Tomar dos micrografas a 100X y 500X en seccin transversal y longitudinal respectivamente. Realizar ensayo de dureza segn norma aplicable.


El informe debe contener un cuadro comparativo entre los tres aceros investigados (bajo, medio y alto carbono).









GUIA DE LABORATORIO 5: DETERMINACIN DE LAS CARACTERSTICAS DE SOLIDIFICACIN DE UNA FUNDICIN GRIS.OBJETIVOS: Familiarizarse con las caractersticas microscpicas de las fundiciones. Utilizar el diagrama solidificacin para identificacin y clasificacin de fases de las fundiciones. Identificar por medio metalogrfico la influencia del contenido de carbono y slice en la microestructura de una fundicin gris.

PRELABORATORIO: Lea cuidadosamente la totalidad de la gua, y ample la lectura mediante consulta bibliogrfica. Investigue la clasificacin de las fundiciones y determine las caractersticas fsicas de cada una de ellas. Investigue las propiedades de cada tipo de fundicin. Consulte cuales son los reactivos utilizados para ataque qumico metalogrfico de las fundiciones.

INTRODUCCIONLas fundiciones de hierro son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fsforo. Se caracterizan por que se pueden vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamao y complejidad pero no pueden ser sometidas a deformacin plstica, no son dctiles ni maleables y poco soldables pero s maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosin y al desgaste.Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas ms importantes son:- Son ms fciles de maquinar que los aceros.- Se pueden fabricar piezas de diferente tamao y complejidad.- En su fabricacin no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.- Absorben las vibraciones mecnicas y actan como autolubricantes.- Son resistentes al choque trmico, a la corrosin y de buena resistencia al desgaste.De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser grises, blancas, atruchadas, aunque tambin existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.

MATERIALES Y REACTIVOS Barra de fundicin gris. Pulidora de banco. Juego de papel abrasivo. Pao de pelaje grueso. Microscopio metalogrfico. Almina diluida en agua. Reactivo de ataque investigado.

SEGURIDAD PERSONAL.







Cortar una probeta de por 20 mm de longitud, de una muestra de fundicin gris. Hacer corte transversal y longitudinal a cada una de las probetas. Hacer preparacin mecnica por ambas caras con desbaste y pulido a la probeta segn la norma aplicable. Atacar la probeta con el reactivo investigado. Tomar dos micrografas a 100X y 500X en seccin transversal y longitudinal respectivamente. Realizar ensayo de dureza segn norma aplicable.










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