informe : deformacion en frio

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Mecánica

Informe de laboratorio N° 1

INTRODUCION

Las propiedades y características de los metales determinan la función que

desempeñaran. Estas propiedades y características pueden alterarse mediante

la aplicación de diferentes procesos como. Uno de estos procesos es la

deformación en frio.

La deformación en frio es un proceso que aparte de causar cambios en sus

propiedades y características también causa cambios en la forma de las piezas,

con la peculiaridad que se realiza a una temperatura menor a la temperatura de

recristalización. Este proceso tiene mucha aplicación en la producción de piezas

en serie debido al acabado superficial y a las tolerancias que estas alcanzan.

En el presente informe se abordara el tema de la deformación en frio y los

ensayos que se realizan a las piezas deformadas para determinar la variación de

sus propiedades y características y la relación que existen entre estas.

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OBJETIVOS

Objetivo General:

Aplicar y verificar los conocimientos obtenidos en los cursos Ciencias de los

Materiales I y Ciencias de los Materiales II.

Objetivo Particular:

Determinar la variación de las propiedades y características de las probetas y su

relación entre estas.

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FUNDAMENTO TEÓRICO

GENERALIDADES:

La deformación de los metales mediante el cual se altera la forma inicial de estos

mediante procesos que alteran sus propiedades para conformar piezas que tendrán la

forma y las propiedades adecuadas para cumplir con determinada función. Esta

deformación se refiere a la deformación plástica de los metales.

Dependiendo de los efectos que cause la temperatura surge la siguiente clasificación:

Deformación en caliente:

La deformación se realiza a una temperatura por encima de la temperatura de

recristalización, es decir, creación de nuevos granos libre de tensiones internas a

partir de los granos deformados.

Deformación en tibio:

La deformación se realiza a una temperatura por debajo de la temperatura de

recristalización, pero cercana a esta.

Deformación en frio:

La deformación se realiza por debajo de la temperatura de recristalización.

Los conceptos de alta o baja temperatura son relativos puesto que son fijados por la

temperatura de recristalización del metal.

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DEFORMACIÓN EN FRIO

Es un proceso de deformación permanente aplicada a piezas metálicas para cambiar su

forma inicial y sus propiedades, que se realiza a temperaturas por debajo de la

temperatura de recristalización.

Esta deformación es debida a la deformación individual de sus granos que ocurre

cuando es sometido a esfuerzos de compresión o tracción.

La deformación de los granos origina un estado de acritud de la pieza. A nivel

microscópico se percibe el incremento de la densidad de dislocaciones, es decir se

crean nuevas dislocaciones en el interior de la estructura del metal. Este incremento de

dislocaciones hace que sea más difícil la propagación de estas a través de las

dislocaciones ya existentes en el material, que a nivel macroscópico se traduce como el

aumento de la fragilidad, de la dureza y de la resistencia mecánica, y la disminución de

la ductilidad. Todas estas propiedades están interrelacionadas entre sí.

Para comprobar estos cambios se recurre a ensayos tracción, de dureza,

metalográficos, etc.

Ensayos de Tracción:

Es el esfuerzo interno al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos

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fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a someterlo.

Sean estos los valores de del ensayo de tracción para una pieza sin deformar

(línea gris) y los valores luego de la deformación (línea azul):

Donde

Para un mismo valor de

deformación el esfuerzo será

mayor en la línea azul.

Ensayos de Dureza:

Es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la

penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, deformaciones

permanentes, etc.

El ensayo Rockwell: El durómetro Rockwell utiliza como penetrador un

cono de diamante o una bola de acero, y mide la dureza por la profundidad

de penetración. Es el más extendido debido a que se puede aplicar a todos

los materiales y porque la dureza se obtiene por medición directa.

Sean estos los resultados de la dureza Rockwell:

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Probeta sin

deformar.

Dureza en la probeta

deformada es mayor.Probeta

deformada.

Examen Metalográfico:

Determinan las características micro estructurales de un metal

relacionándolas con sus propiedades física, químicas y mecánicas. Para

realizar este ensayo es necesario preparar muestras representativas, es

decir que no presenten alteraciones.

Estas serán las vistas en el microscopio metalográfico:

La cantidad de grano

en la dirección vertical

se incrementa.

Probeta sin deformar Probeta deformada

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MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

Probetas de cobre

Lijas de diversas medidas

Equipo para realizar desbastado de material al agua.

Ácido nítrico

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Un microscopio metalográfico

Un microscopio metalográfico

Máquina de medición de dureza

marca: WILSON INSTRUMENTS

DIVISION

Máquina pulidora y polvo

abrasivo (alúmina)

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PROCEDIMIENTOS

El procedimiento consta de tres partes definidas:

1. Deformación de las probetas.

2. Ensayo de dureza.

3. Examen metalográfico.

1. Deformación de probetas

a. Inicialmente se tienen siete probetas de cobre sin deformar enumeradas

del uno al siete. A cada una de ellas se le tomará las medidas de su

diámetro y de su altura.

A cada una de ellas se les deformara aplicando presiones crecientes de la

siguiente forma

b. Se volverá a tomar las medidas a todas las probetas ya deformadas.

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2. Ensayo de dureza

a. Cada probeta deformada será cortada de la siguiente forma:

b. Este corte se realizará inmovilizando la probeta en el torno de banco y

cortar los flancos con la sierra.

Las dos caras paralelas generadas por el corte deberán limarse para que

quede una superficie más plana.

c. Todas las superficies plana de las probetas se lijaran para proceder a

continuación con los ensayos de dureza Rockwell.

d. El ensayo de dureza se realizara en los siguientes puntos:

Vale aclarar que se dejara una cara intacta pues a esta se le realizara el

examen metalográfico.

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e. Con los datos obtenidos se trazara una gráfica dureza versus

deformación.

3. Examen metalográfico:

a. La cara que no fue sometida al ensayo de dureza será preparada para

realizar su examen metalográfico, Es decir, se lijara, se pulirá, se le

realizara el ataque químico y finalmente se llevara al microscopio.

b. Ya en el microscopio metalográfico se observara la microestructura de

cada probeta y se tomara una fotografía a la vista obtenida.

c. A las fotografías tomadas se les realizara la determinación de las

densidades lineales tanto en la dirección de la deformación como en la

dirección normal a esta. Con los datos obtenidos se hallara la densidad

promedio para cada probeta.

d. Finalmente se compara y analizara los datos obtenido y se determinara la

relación que existe entre ellas.

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CALCULOS Y RESULTADOS

Resultados de las mediciones de las probetas:

Datos de la Deformación.

l inicial mm l final mm% Deformación Presión Punto A Punto B Punto C

1 17.6 17.6 0 0 45 39 382 15.7 14.4 8.3 65 76 73 583 17.3 14.1 18.5 130 87 81 644 17.8 14.2 20.2 150 89 86 615 15.8 10.8 31.6 207 90 86 706 16.75 9.8 41.5 260 97 93 757 16.85 8.2 51.3 340 98.5 93 818 15.4 6.4 58.4 530 96 91 84

Gráfica de la Dureza.

Cálculo del grado de Distorsión.

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Probeta 1:

Longitud vertical N°Granos Longitud horizontal N°GranosLinea 1 1820 11 1900 14Linea 2 1790 12 1940 13Linea 3 1760 12 2050 15Linea 4 1750 13 2030 14Suma 7120 48 7920 56

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Probeta 2


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Probeta 3


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Probeta 4


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Probeta 5


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Probeta 6


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Probeta 7


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Gráfica de grado de distorsión de las probetas

N° Probeta %deformación Grado de Distorsión

1 0 1.0492 8.3 0.9383 18.5 0.7214 20.2 0.6965 31.6 0.5896 41.5 0.5597 58.4 0.48

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Gráfica de % deformación vs presión

% Deformación Presión

0 08.3 65

18.5 13020.2 15031.6 20741.5 26051.3 34058.4 530

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Gráfica de % deformación vs dureza en los puntos A, B, C

%DEFPUN.

APUN.

BPUN.

C0 45 39 38

8.3 76 73 5818.5 87 81 6420.2 89 86 6131.6 90 86 7041.5 97 93 7551.3 98.5 93 8158.4 96 91 84

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CUESTIONARIO

1.- ¿Cuál es la diferencia entre deformación en frío y deformación en caliente?

La deformación para que sea en frio o en caliente va a depender de la temperatura a la

que se realiza la deformación plástica, si esta se da por debajo de la temperatura de

recristalización o por encima de ella. La temperatura de recristalización no está definida

y depende de la temperatura de fusión de cada metal.

2.- ¿Qué porcentaje de la energía que se gasta en un proceso de deformación en

frío se desprende en forma de energía calorífica?

En un proceso de deformación en frio tan solo es 10% de la energía aplicada por la

fuerza externa. Eso quiere decir que el restante 90% de la energía se desprende en

forma de energía calorífica y el resto es usado para vencer la fricción que se produce

dentro del material.

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, hay un movimiento de átomos respecto a un plano

de deslizamiento. Este plano debe estar alineado con la estructura reticular.

En la deformación plástica por maclaje, los átomos en un lado de un plano.

Denominado plano de maclaje, forman una imagen simétrica respecto a los átomos al

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otro lado del plano. Si la velocidad de deformación es alta, os metales se deforman más

por maclaje que por deslizamiento.

4.- Describir el comportamiento de la dureza en función del porcentaje de

deformación plástica en frío. Esquematizar el caso del cobre.

Gráfica de % deformación vs dureza en los puntos A, B, 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?

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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 con estructuras cristalinas FCC y BCC tienen varios sistemas de

deslizamientos (por lo menos 12), estos metales son bastante dúctiles debido a la

extensa deformación plástica que pueden seguir en los sistemas. Por lo contrario los

metales HC disponen de menor número de sistemas de deslizamiento por lo que son

frágiles.

7.-¿Cómo cambia la conductividad eléctrica de un metal cuando se deforma en

frío?

La conductividad disminuye en cierta dirección por que los granos tienen un patrón de

alineación debido a la deformación, es por ello que si se trata de medir la conductividad

eléctrica desde distintas direcciones obtendremos valores diferentes.

8.- ¿A que se denomina acritud?

Es el incremento de la dureza ganada por el proceso de deformación

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OBSERVACIONES

El tiempo de deformación para cada probeta es proporcional a la presión ejercida

sobre cada una de ellas.

El aumento de dureza es más notorio en la parte media de la probeta, no se nota

mucho en la superficie

La dureza a ¼ y a ½ de la base son bastantes similares, lo que indicia un n°

similar de dislocaciones en esta zona.

El grado de distorsión decrece rápidamente al inicio y luego decrece lentamente.

Esto debido a que a medida de que el n° de dislocaciones aumenta, es más

difícil que haya formación de nuevas dislocaciones.

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RECOMENDACIONES

Se debería delegar la responsabilidad de la toma de datos a un estudiante y que

este pase a los grupos los datos y las fotografías tomadas, de esta manera la

información sería más ordenada y fidedigna.

Realizar una correcta preparación de la probeta para que se pueda realizar de

manera adecuada el ensayo metalográfico y los resultados sean correctos

Se debe preparar la superficie donde se realizará la medición de dureza

Rockwell.

Usar el ácido nítrico con cuidado.

Durante el cálculo del grado de distorsión trazar un n° de líneas adecuado que

puedan servir de muestra para los cálculos

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CONCLUSIONES:

La dureza tiende a incrementarse conforme aumenta la deformación debido al

incremento de las dislocaciones, llegando un momento en las que estas ya no

pueden difundirse por el material.

El incremento de la dureza influye en otras propiedades y características

o Resistencia mecánica: aumenta con el incremento la dureza.

o Fragilidad: Disminuye con el aumento de la dureza.

o Ductilidad: Disminuye con el aumento de la dureza.

Al deformarse la probeta observamos que los granos se deforman en dirección

del esfuerzo aplicado, generando un incremento del diámetro aparente en

dirección perpendicular

El grado de distorsión disminuye a medida que la probeta ha sufrido una mayor

deformación.

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BIBLIOGRAFÍA

William F. Smith. “Fundamentos de ciencia e ingeniería de materiales”, Editorial

McGraw-Hill, 1998.

http://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

http://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADa

informe : deformacion en frio

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