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5/10/2018 materiales-chispas - slidepdf.com

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Guía

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Facultad: Ingeniería.

Escuela: Mecánica.

Asignatura: Ciencia de losMateriales

IDENTIFICACIÓN DE MATERIALES

Objetivos específicos

Al finalizar la práctica, el estudiante será capaz de:

• Identifique por lo menos 4 diferentes tipos de materiales con base al análisis

visual, magnético y de densidad.

• Realizar el ensayo de chispa en muestras de aleaciones ferrosas y cuantificar

(aproximadamente) el contenido de carbón para cada una por medio de este

método comparativo.

Introducción teórica

La identificación de los materiales puede hacerse de diferentes formas:

a) Composición química.

b) Sus estructuras: Cristalina, micrográfica, micrográfica.c) Por las temperaturas a que tienen lugar su fusión ó solidificación y sus

Transformaciones alotrópicas, entre otras formas.

Pues bien, para poder conocer o comprobar las características de los metales y

aleaciones es necesaria la ejecución de ensayos para determinar su composición,

sus estructuras, sus temperaturas de fusión y puntos críticos, y su constitución. Al

conjunto de estos ensayos se les llama de características.

A continuación una breve descripción de cada ensayo común mente utilizados para la

identificación de materiales: Ensayos de composición

Tiene por objeto establecer la composición química de los materiales. Puesto

que los aspectos de más importancia de la química es conocer qué sustancias

componen un material y en que cantidades se encuentran; esto hace que se

constituya el doble objetivo de la química analítica, por ello este procedimiento se

divide en dos partes:



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a) Análisis químico cualitativo.

b) Análisis químico cuantitativo.

Mientras que el primero trata del reconocimiento de los compuestos o elementos

existentes en un material, el análisis cuantitativo se interesa por determinar el

porcentaje de esas sustancias.

En cualquier caso, la información necesaria se obtiene mediante una propiedad física

que esté relacionada de modo característico con el componente que se investiga

(Carbón, Fósforo, Cromo, Níquel, etc.).

Análisis cualitativo y semi cuantitativo

a) Comprobación Magnética

La comprobación magnética de diferentes aceros ferromagnéticos se puede distinguir

fácilmente de los que no los son por medio de un imán.

Aceros magnéticos son todos los aceros cuya estructura contiene perlita, ferrita,

bainita o martensita. Están comprendidos todos los aceros no aleados, los de baja y

media aleación, los aceros ala Cromo - Silicio y al Cromo, y los aceros al Manganeso

con menos de 10%. Aceros no magnéticos son los que tiene estructura austenitica

como los aceros al Cromo - Níquel, aceros al manganeso con más de 10% y los

aceros al Níquel con más de 20%.

Comprobación de la Densidad.

Si consideramos los diferentes materiales para la construcción de piezas

mecánicas o de cualquier tipo, es fácil deducir que no todos poseen el mismo peso

aún cuando todos tengan las mismas dimensiones geométricas.

Podemos definir la densidad como la razón que existe entre la masa del material y el

volumen que la contiene; matemáticamente se expresa de la manera siguiente:

ρ = m/V

Sus unidades en el Sistema Internacional son [Kg. / m3]

Todos los materiales poseen densidades distintas, en el caso de las aleaciones, es

difícil establecer un valor exacto de densidad por cada material de la aleación por lo

tanto, el valor obtenido será un equivalente.



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Ensayo de chispa.

Para identificar de una forma rápida y aproximada el tipo de acero y el

porcentaje de carbono que se posee en el acero, existe el ensayo de chispa.Con esto se puede reconocer la calidad del acero de una determinada pieza, no

obstante se requiere una relativa experiencia para la identificación y dar una

interpretación de la chispa producida.

La chispa se produce al atacar una aleación ferrosa con una muela de esmeril

girando a gran velocidad arranca partículas del material las cuales son proyectadas

tangencialmente por la periferia de la muela. Al mismo tiempo que tiene lugar este

desprendimiento de material, se produce un fuerte calentamiento local, las partículas

se desprenden a altas temperaturas que las ponen incandescentes, produciéndose

rayos luminosos, chispas, explosiones, estrellas, arborescencias luminosas, etc.

Cada tipo de acero produce una serie de chispas características, mediante la

observación de estas pueden identificarse determinados tipos de aceros.

Este ensayo no puede sustituir al análisis químico, pero permite reconocer

bastante bien los materiales y la presencia de ciertos elementos de aleación.

NOTA: Debe tenerse en cuenta que la carburación o descarburación puede ser

causante de clasificar mal un acero ¡NO SOBRECALIENTE LA MUESTRA!.

En cuando al tipo de chispas proyectadas, aquí se indican un par características

importantes:

Características de la chispa

Un haz de chispa puede dividirse en tres partes principales las cuales son

mostradas en la figura 1: la primera, a la salida de la piedra del esmeril, que se

encuentra formada por rayos rectilíneos en los que puede observarse perfectamente

el color característico.

La segunda zona es la de bifurcación, y algunas veces tiene lugar en ella algunas

explosiones.

La Tercera y última zona, es donde aparecen la mayor parte de las explosiones

adopta diversas formas, que se denominan estrellas, gotas, lenguas, flores, etc.

La observación debe de hacerse, en lo posible, en lugar oscuro. La muela debe de

girar en sentido contrario al ordinario, para que el haz de chispas se proyecte hacia

arriba y poder así observarlo mejor.

Conviene disponer de la pieza de acero ensayada, para ayudar a la identificación de

chispa.



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Figura 1 Características de las diferentes tipos de chispas y sus etapas

de desarrollo.

Influencia de los componentes

Carbono: Los aceros al carbono de 0.15 a 0.13% de C dan chispas formadas

por rayos lisos de color amarillo oscuro, en cuya punta aumenta ligeramente el

volumen y la luminosidad. A medida que aumenta el contenido de carbono, aumenta

el número de explosiones en formas de lanzas y flores, siendo más brillantes yluminosas.

Molibdeno: se identifica, en los aceros que lo contienen, por aparecer en los

extremos de los rayos amarillos una prolongación completamente separada de color

rojo anaranjado.

Wolframio: también se identifica con facilidad, por que da chispas de color rojo

oscuro, menos luminoso que el de todos los aceros, que sólo se aprecia en locales

oscuros. Si la proporción de Wolframio es alta, de más de 18%, las chispas son todas

rojas, aunque a veces se producen ligeras explosiones de color rojo.

A continuación presentamos unas fotografías de algunos aceros ensayados por

chispa. Para ver una lista más completa, el lector debe visitar la referencia [5].



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c.3) Chispas de diferentes tipos de aceros (

Acero templado y revenido (AISI-Standard 4140)

Acero AISI 1045

Acero para herramienta AISI Standard W1

Acero aleado con Mn-Si AISI Standard S4



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Acero aleado para herramienta AISI Standard O2

Analice cada una de las figuras anteriormente presentadas ya que de esto depende el

aprovechamiento de la práctica a realizar



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Materiales y equipos

A continuación se procederá a la lista de materiales y dispositivos a requerir para el

desarrollo de la práctica:

Tabla 1 lista de materiales.ITEM Cantidad Designación

1 3 Barras cilíndricas de acero AISI 1020 de ∅3/4” X 2” L





6 3 Barras cilíndricas de aluminio AISI 6061 ∅1/2” X 2” L

6 3 Barras cilíndricas de bronce fosfórico ∅1/2” X 2” L

7 3 Esmeril de banco

8 4 Tenaza de presión

9 6 Par de güantes de caraza

10 2 Balanza electrónica de precisión

11 2 Cilindro de cristal o plástico de 100 mL (graduado).

12 1 Lentes de seguridad (uno por participante)

13 2 Imán permanente

14 3 Calibrador Vernier (Pie de Rey )

Procedimiento

Parte I Medición de la densidad:

Como bien se explicó anterior mente, la densidad de un material se puede

calcular si se conoce de éste su cantidad de sustancia (masa, kg, Lb., slug, tonelada,

etc…) y su volumen ocupado (en m^3, ft^3, mL, galón, etc). Pues bien, la razón masa

por unidad de volumen dará un valor aproximado de la densidad del objeto en

análisis.

Este es un método indirecto y su efectividad depende de precisión de del equipo y los

instrumentos de medición utilizados para ello. También, dado que los materiales no se

encuentran en esto puro si no aleado, las variaciones encontrada entre el valor medido y

el encontrado en la carta del material.



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Así, con las indicaciones dadas por su instructor, proceda a medir (con la balanza)

la masa de las piezas asignada, misma a las que posteriormente se les medirá su

volumen (usando el cilindro graduado) para luego determinar su densidad.

Sigua el procedimiento indicado por su instructor para los diferentes tipos de materiales

que se le entregarán. Complete el cuadro comparativo entre los valores calculados y los

que sugieren los textos o cartas de materiales.

Procedimiento II

Utilizando muestras de aleaciones que se proporcionan y con base a las figuras de

ensayo de chispa presentadas anteriormente, realice para cada uno el ensayo de la

chista y describa el tipo de chispa generada cuando la pieza entra en contacto con la

muela abrasiva. Repita el mismo procedimiento para cada pieza.

No olvide utilizar el equipo de protección personal necesario para el desarrollo de

esta práctica, así como también, seguir todas las indicaciones dadas por su instructor a

cargo.

Haciendo un análisis comparativo, complete los datos solicitados en la tabla 2.

Tabla 2 análisis de resultados

No Densidad (Kg/m^3) Magnético Tipo de chispa Materiales

1

2

3

4

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Análisis de resultados

• Presente la tabla I con el nombre del material resultante según el resultado.

• Investigue sobre la norma AISI para identificación de metales ferrosos y no



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Investigación complementaria

• Investigue sobre los ensayos mecánico más comunes realiados a materiales de

ingeniería.

• Investigue qué es, desde el punto de vista de energía, el módulo de resiliencia y

tenacidad y cuál es su relación con el ensayo de tensión.

Bibliografía

1) Ciencia de los Materiales para Ingeniería. , Avner, Sydney,

a. Item biblioteca 669.95 A959 1995

2) Ciencia de los Materiales para Ingeniería. , Keyser, Carl A,

a. Item biblioteca 691 R44c 1982

3) La Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Askeland, Donald R

a. Item biblioteca 620.11 A834 2000

4) Materiales y Procesos de Manufactura. Neely, John E

a. Item biblioteca 672 N432 1992

5) http://tq.educ.ar/grp0128/analisis.htm

(si su máquina está conectado a Internet, haga Ctrl. + Clic en el titulo de libro para ir a ITEM biblioteca UDB)

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