Guías de Prácticas CM Aplicada 2024-A
Guías de Prácticas CM Aplicada 2024-A
Guías de Prácticas CM Aplicada 2024-A
Guía de
Prácticas
Ciencia de
Materiales
Aplicada
Laboratorio de Ciencia de Materiales Aplicada
metalografia@epn.edu.ec
Guía de Prácticas
Escuela Politécnica Nacional
Facultad de Ingeniería Mecánica
Laboratorio de Metalografía Desgaste y Falla
022976300 / 3010
Planta Baja del Ex ICB-Ed. 14
Varios Autores
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABOARTORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
CONTENIDO
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABOARTORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABORATORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Prólogo
En general los materiales han acompañado al desarrollo de los seres humanos, desde
la edad de piedra hasta la actualidad y están presentes en nuestro diario vivir. De
acuerdo con las propiedades mecánicas, químicas y físicas, así como de las
necesidades de la sociedad, estos han ido evolucionando periódicamente.
El desarrollo de materiales ha tenido y tiene una relación muy cercana con aspectos
sociales. Así, por ejemplo, muchos nuevos materiales se han generado, para cubrir una
necesidad específica, y lamentablemente se ha incrementado su desarrollo en
situaciones de conflicto armado entre países. En otro sentido, la fabricación y el
procesamiento de materiales son actividades que provocan preocupación social en
términos de las necesidades de ahorro y uso de energías renovables o en el ámbito de
la protección ambiental.
El proceso de enseñanza-aprendizaje de Materiales, en este contexto, también ha
evolucionado e incorpora nuevas herramientas y recursos para la docencia en la
conciencia de que el ingeniero del Siglo XXI tiene ante sí el reto de poseer un
conocimiento adecuado y actualizado de los principios que regulan y explican los
fenómenos y reacciones en que participan materiales, las formas de evaluar y medir sus
propiedades y las tecnologías disponibles para modificarlas y lograr mejorar así su
respuesta y desempeño, al menor costo, de forma cada vez más amigable con el medio
ambiente y con la búsqueda constante de incrementar su vida útil.
La presente guía reúne una serie de ensayos a través de los cuales se podrán conocer
y comprender fenómenos, así como familiarizarse con varios equipos, materiales e
insumos, por medio de los cuales se pueden evaluar y caracterizar materiales y
representan un punto de partida para que los estudiantes puedan profundizar en los
conceptos y en la interpretación de los resultados que arrojen dichos ensayos y pruebas.
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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
LABORATORIO DE METALOGRAFÍA, DESGASTE Y
FALLA
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABOARTORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
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Corte
CORTADORA
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABORATORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Desbaste
DESBASTADORA
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABOARTORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Pulidoras
INICIO
Colocar la lija o el paño en el plato que le corresponda,
para ser utilizado de acuerdo al requerimiento de la
probeta.
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABORATORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Microscopio Metalográfico
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABOARTORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Durómetro
Durómetro HR-150
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABORATORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABOARTORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
1 Art 61 Reglamento del Sistema de Estudios de las Carreras de Formación Profesional y de Postgrado de la
Escuela Politécnica Nacional.
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LABORATORIO DE METALOGRAFÍA, DESGASTE Y
FALLA
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABORATORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Con tal antecedente, el presente Código de Ética define la norma de conducta de los
miembros de la Escuela Politécnica Nacional:
REVISIÓN N˚07
DATOS GENERALES DEL LABOARTORIO
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Honestidad
Verdad
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 1: Análisis metalográfico en aleaciones ferrosas
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 24/02/2024
1. OBJETIVOS
• Comprender y aplicar métodos de preparación de las muestras metalográficas.
• Realizar la observación microestructural en base a las normas de la ASTM E-
112 y ASTM A-247 de una probeta de material ferroso extraída de un elemento
de aplicación específica,
• Relacionar la microestructura de la probeta con sus propiedades mecánicas.
2. REVISIÓN TEÓRICA
Las probetas pueden ser extraídas aplicando métodos de corte en frío lo que permite
garantizar que no existe cambio de microestructura. En términos generales los cortes
que se apliquen al elemento mecánico pueden ser transversales o longitudinales, la
información que se puede llegar a obtener puede ser:
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LABORATORIO DE METALOGRAFÍA, DESGASTE Y
FALLA
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 1: Análisis metalográfico en aleaciones ferrosas
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
Fotografía 1.1. Corte transversal. Aumento Fotografía 1.2. Corte longitudinal. Aumento
de 100X, acero con bajo contenido de carbono, de 100X, acero con bajo contenido de carbono
sometida a tratamiento térmico con una con una microestructura de tipo ferrítico-
microestructura que consiste principalmente perlítica alineada en la dirección del laminado
de ferrita con colonias de perlita (trabajo de la (trabajo de la industria).
industria).
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 1: Análisis metalográfico en aleaciones ferrosas
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
4. DESARROLLO DE LA PRACTICA
Para realizar el examen metalográfico, es necesario aplicar el siguiente método.
•Montaje
•Ataque químico.
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 1: Análisis metalográfico en aleaciones ferrosas
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
6. RESULTADOS
Primera etapa del análisis: Muestra pulida sin ataque.
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 1: Análisis metalográfico en aleaciones ferrosas
ÚLTIMA REVISIÓN
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5. Análisis de resultados:
- Comparar lo observado en cada metalografía de la práctica con las imágenes
consultadas en el Metals Handbook Vol. 9.
- Para el caso del análisis metalográfico de fundiciones, en el caso que corresponda;
analizar la forma, clase y distribución de grafito, de acuerdo con la norma ASTM
A247.
- En base a la metalografía obtenida relacionar las propiedades de la microestructura
observada con las propiedades del elemento mecánico del cual se extrajo la probeta
en análisis.
6. Conclusiones y Recomendaciones
Elaborar las conclusiones y comentarios de acuerdo con el estudio que se realizó
colocar el nombre del estudiante en el caso de que la práctica se realice en
grupo.
7. Bibliografía consultada
8. REFERENCIAS
[1] Rescatado de http://farm5.static.flickr.com
[2] ASM, Metals Handbook. Vol. 9: “Metallography & Microstructures”
[3] AVNER, Sydney; “Introducción a la Metalurgia Física”
[4] ASKELAND, Donald R., La Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Editorial
Iberoamericana, México, 1987.
[5] DÌAZ, Campoverde C, Aleaciones de Hierro Carbono, Editorial EPN, Quito-Ecuador,
2019.
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LABORATORIO DE METALOGRAFÍA, DESGASTE Y
FALLA
REVISIÓN N˚05
PRÁCTICA 2: Ensayo Jominy (Templabilidad de los aceros)
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
1. OBJETIVOS
• Comprender el concepto de templabilidad, mediante la aplicación del ensayo
Jominy en diferentes aceros, para obtener sus curvas de templabilidad.
• Realizar el ensayo Jominy en un acero por medio del uso del equipo disponible
en el laboratorio con el fin de verificar la variación de sus propiedades mecánicas
y su microestructura.
• Analizar la transformación martensítica de los aceros.
2. REVISIÓN TEÓRICA
El temple se refiere al enfriamiento desde un rango de temperaturas de la solución sólida
a una velocidad que evite tanto la transformación de las fases primarias como la
formación de bainita para obtener 100% martensita. En este estado, los aceros se
caracterizan por una gran dureza. Debe hacerse una distinción entre temple normal, el
cual es usado principalmente para tratar aceros de medio y alto contenido de carbono,
y temple superficial, el cual es aplicado después de realizar un tratamiento termoquímico
(carburizado, cianurado a altas temperaturas), usado en aceros de bajo carbono [1].
Muchos aceros aleados, los cuales se caracterizan por una alta estabilidad de la
austenita, están sujetos a varios pasos para el temple. Con el temple normal, la caída
de temperatura es mucho menor que lo que sucede con el enfriamiento directo hasta
temperatura ambiente y consecuentemente los esfuerzos por temple son menores. Al
igual que en los casos de tratamiento térmico anteriores, la pieza se calienta hasta la
temperatura de austenización, se mantiene allí por un periodo de tiempo y luego se
enfría de manera muy rápida (Figura 2.1).
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 2: Ensayo Jominy (Templabilidad de los aceros)
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 2: Ensayo Jominy (Templabilidad de los aceros)
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
Figura 2.3. Etapas en el enfriamiento de una pieza de acero en contacto con medio
refrigerante. [2]
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 2: Ensayo Jominy (Templabilidad de los aceros)
ÚLTIMA REVISIÓN
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 2: Ensayo Jominy (Templabilidad de los aceros)
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
4. DESARROLLO DE LA PRÀCTICA
Para realizar el ensayo, es necesario aplicar el siguiente método.
•Abrir la llave de agua para que se enfrié la parte baja de la probeta sin que
el agua moje los lados, dejar correr el agua durante 10 min
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 2: Ensayo Jominy (Templabilidad de los aceros)
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
6. RESULTADOS
Realizar una tabla con la siguiente información, con los intervalos marcados y la dureza
obtenida en cada uno de los puntos, posteriormente realizar la gráfica de dureza vs.
distancia desde el extremo templado a lo largo de la probeta.
5. Datos calculados
5.1 Curva: Dureza vs. Distancia del extremo templado (mm)
6. Análisis de resultados
6.1 Explique qué factores influyeron en la dureza obtenida después del ensayo
realizado y como los controlaría.
6.2 Relacione la microestructura obtenida con las durezas medidas en el material
templado.
6.3 Análisis de durezas obtenidas en la probeta
7. Conclusiones y Recomendaciones
Elaborar las conclusiones y comentarios de acuerdo con el estudio que se realizó
colocar el nombre del estudiante en el caso de que la práctica se realice en grupo.
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 2: Ensayo Jominy (Templabilidad de los aceros)
ÚLTIMA REVISIÓN
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8. Bibliografía consultada
8. PRECAUCIONES
• Retirar y movilizar con precaución las probetas de la mufla hacia el dispositivo.
• Ubicar de manera adecuada la probeta asegurando que solo la cara inferior sea
rociada con el chorro de agua.
9. REFERENCIAS
[1] DÌAZ, Campoverde C, Aleaciones de Hierro Carbono, Editorial EPN, Quito-Ecuador,
2019.
[2] Pere Molera Solá, Tratamientos térmicos de los metales, Ed. Marcombo, España,
1991
[3] SMITH, William; “Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales”
[4] SCHAFFER, James; “Ciencia y diseño de ingeniería de los materiales”
[5] ASTM, Norma ASTM A 255, para ensayo Jominy de templabilidad
[6] http://www.youtube.com/watch?v=qW0aUbTWtVM
[7] CURVAS TTT PARA TRATAMIENTOS ISOTÉRMICOS Y DE ENFRIAMIENTO
CONTINUO.
[8] GONZALES, Oswaldo; “Templabilidad, Ensayo Jominy”
[9] ASTM 255 (2010) Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel.
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REVISIÓN N˚05
PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 16/05/2023
1. OBJETIVO
• Determinar el comportamiento del acero A-36 a diferentes temperaturas bajo
carga de impacto.
• Determinar la temperatura de transición dúctil-frágil para el acero A-36
• Relacionar el tipo de fractura (dúctil-frágil) con la temperatura de ensayo bajo
carga de impacto.
2. REVISIÓN TEÓRICA
2.1 Ensayo de Impacto
El ensayo de impacto evalúa el grado de fragilidad que tiene un material midiendo la
energía que absorbe el material luego de un impacto (gran fuerza aplicada en un tiempo
corto) y observando la superficie de fractura. Existen dos tipos de ensayo de Impacto:
Charpy e Izod. El martillo o péndulo Charpy tiene formade "C" y se utiliza para ensayos
de impacto sobre probetas apoyadas en ambos extremos horizontalmente (análogo a
una viga simplemente apoyada), y el martillo o péndulo Izod se utiliza para ensayar
probetas empotradas verticalmente.
Para poder seleccionar un material que resista un choque o golpe intenso y repentino,
debe medirse su resistencia a la ruptura mediante una prueba de impacto. En el ensayo
de impacto, las cargas máximas actúan instantáneamente.
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Para efectuar esta prueba de impacto, se deben maquinar probetas de forma y tamaño
normalizados, según la norma ASTM E23, que serán fracturadas por un solo golpedel
péndulo, ya sea del tipo Charpy o del tipo Izod, para después medir la energía absorbida
por la muestra durante la ruptura.El péndulo, con un peso P, se deja caer de una altura
h produciendo un trabajo P x h.
Por lo general, la máquina de impacto tiene un péndulo oscilante de peso fijo, que es
elevado a una altura estándar. A esa altura, elpéndulo tiene una cantidad definida de
energía potencial. Cuando el péndulo se libera, esta energía se convierte en energía
cinética hasta que golpea la muestra (Ver Figura 3.2). La norma ASTM E23 indica que
el extremo de la masa pendular debe presentar un ancho de aproximadamente 4mm,
redondeada con un radio de 8mm y debe pesar 29,7 kg. En el caso del ensayo de
impacto Izod se usará la misma máquina y la diferencia se encuentra en la forma de
apoyar la probeta en el yunque, que, en el caso del ensayo Izod, será en cantiléver.
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
El péndulo es elevado hasta su posición más alta y sostenido por un tope ajustado para
dar una altura de caída constante para todos los ensayos. Se suelta el péndulo para
conseguir fracturar la probeta al momento de impactar la masa que está colocada en el
extremo del brazo contra la probeta. La energía absorbida por la probeta, Ea, se
determina a través de la diferencia entre la energía potencial del péndulo antes y
después del impacto.
Se deberá determinar la posición inicial de la masa, dada por el ángulo α y la posición
final a la que llega el martillo después de impactar la probeta de igual forma definida por
un ángulo (β), a continuación, se considerará la ecuación siguiente para el cálculo de la
energía absorbida durante la prueba:
Ea=MgL [cos(β)-cos(α)]
Donde, M es la masa del péndulo, g es la gravedad y L es la longitud del brazo del
péndulo.
En cualquier caso, Charpy o Izod, una parte de la energía del péndulo se utiliza para
romper la muestra, provocando que el péndulo se eleve en el lado opuesto de la
máquina a una altura menor que aquella con que inició su movimiento.
La probeta utilizada en el ensayo Charpy tiene una muesca en forma de U o V, tal como
indica la Figura 3.3. La muesca de la probeta es un concentrador de esfuerzos
geométrico.
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
ÚLTIMA REVISIÓN
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La temperatura es una variable muy importante del ensayo Charpy. Existen aceros que
pueden ser muy sensibles a la variación de la temperatura inclusive en el rango
ambiental. Este comportamiento es muy importante debido a que la resistencia en
general del material puede disminuir considerablemente llegando a fallar cuando el
material está a una temperatura determinada. Por esa razón se utiliza el ensayo Charpy
para realizar varias mediciones de la energía absorbida en un material, variando la
temperatura. De esta forma se puede estudiar el comportamiento del acero y determinar
una zona de transición donde el comportamiento a la fractura del material pasa de dúctil
a frágil.
Cuando el péndulo golpea a la probeta, ésta absorbe la energía potencial que tenía éste
en su posición inicial. Dicha energía se puede determinar directamente de la máquina
de impacto. Después de realizar este tipo de ensayo, los parámetros que se pueden
asociar son (figura 3.4):
Ductilidad. Capacidad de un material para deformarse permanentemente, sin
romperse cuando se le aplica una fuerza.
Fragilidad. Capacidad de un material de presentar poca evidencia, o ninguna, de
una deformación plástica antes de que ocurra la falla.
Temperatura de transición de dúctil a frágil. Temperatura debajo de la cual un
material se comporta de forma frágil en un ensayo de impacto. El cambio de
dúctil a frágil también depende de la velocidad de deformación.
Tenacidad. Medida cuantitativa de la energía necesaria para causar la ruptura
de un material. Una forma de medir la tenacidad es la energía que absorbe un
material durante el ensayo impacto.
Tenacidad relativa al impacto. Es la energía absorbida por un material, por lo
general con una muesca, durante la fractura y bajo las condiciones del ensayo
de impacto. La tenacidad obtenida es relativa, debido a la existencia de la
muesca en la probeta, la cual trabaja como un concentrador de esfuerzos y
provoca que la fractura se presente en esa área.
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PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
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PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
ÚLTIMA REVISIÓN
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Fotografía 3.1. Diferencia entre una fractura dúctil y una frágil en el ensayo Charpy.
4. DESARROLLO DE LA PRÀCTICA
Para realizar el ensayo, es necesario aplicar el siguiente método.
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PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
ÚLTIMA REVISIÓN
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•Hacer una medida de energía remanente, sin carga, en la máquina de ensayo de impacto
3
•Colocar en un recipiente el alcohol industrial con el hielo seco. En otro recipiente colocar agua con
4 hielo.
•Colocar 3 probetas dentro del recipiente con el alcohol y el hielo seco y 1 probeta dentro del
5 recipiente con hielo y agua,
•Con las pinzas auto-centrantes colocar una probeta en la máquina de ensayo de impacto.
6
•Repetir los pasos 6, 7, 8 y 9 para las probetas N2, N3, N4, N5,
10
6. RESULTADOS
✓ Captar imágenes de las probetas después de las pruebas para su posterior
análisis (se sugiere contar con cámara para esta actividad).
✓ Realice una tabla de información generada en la práctica, considere los
siguientes parámetros.
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PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 3: Ensayo Charpy (Ensayo de resilencia)
ÚLTIMA REVISIÓN
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(dúctil o frágil). Explicar las posibles razones de por qué se obtienen esos
resultados (basándose en bibliografía, apuntes, etc).
6.3
7. Aplicaciones industriales
8. Conclusiones y Recomendaciones
Elaborar las conclusiones y comentarios de acuerdo con el estudio que se realizó
colocar el nombre del estudiante en el caso de que la práctica se realice en grupo.
9. Bibliografía consultada
8. PRECAUCIONES
• No interponerse (antes, durante y después de realizar la práctica) con la
trayectoria del péndulo.
• Dejar un espacio libre alrededor del equipo durante su operación.
• Manipular con cuidado los materiales utilizados en la práctica.
• Tener cuidado con la probeta caliente, para así evitar posibles quemaduras.
• Después del ensayo en frío y caliente, utilizar pinzas para colocar la probeta
ensayada en un lugar seguro hasta que alcancen la temperatura ambiente.
9. REFERENCIAS
[1] ASTM, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials
E23-12c, num 25, pp 2.
[2]http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/sub-paginas/Materiales/ensayos.html
[3]http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturas-
mecanicas2.shtml
[4] SMITH, William; “Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales”
[5] CALLISTER, William, " Materials Science and Engineering: An Introduction"
[6] DÌAZ, Campoverde C, Aleaciones de Hierro Carbono, EPN Editorial, Quito-Ecuador,
2019
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 4: Tratamiento térmico del bronce al aluminio
ÚLTIMA REVISIÓN
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1. OBJETIVOS
• Conocer los tratamientos térmicos más comunes para el bronce al aluminio,
entendiendo su fundamento básico y sus efectos sobre los materiales y sus
propiedades.
• Realizar un tratamiento térmico para bronce al aluminio y verificar la variación de
las propiedades mecánicas y su microestructura.
• Analizar la transformación martensítica en la aleación cobre-aluminio.
2. REVISIÓN TEÓRICA
Los bronces al aluminio, o cuproaluminios, son aleaciones de base cobre con contenidos
de aluminio del 5 al 12 %. Estas aleaciones presentan unas propiedades que destacan
dentro de las aleaciones no férreas, y conllevan un progresivo aumento de su aplicación,
sustituyendo a otras más costosas como el bronce naval, con una composición típica
CuSn1. El diagrama de fases Cu-Al, muestra numerosas fases intermetálicas, por lo que
presenta una gran complejidad asociada al sistema de tratamiento térmico,
especialmente para concentraciones de cobre elevadas.
Los bronces al aluminio son muy valorados por sus buenas propiedades mecánicas y
resistencia a la corrosión en comparación con otras aleaciones de bronce. Estas
aleaciones presentan bajas tasas de corrosión en exposiciones a la intemperie, además
de bajos índices de oxidación a altas temperaturas, y una muy destacable baja
reactividad a los compuestos sulfurosos de los gases de escape y otros productos de la
combustión. También son resistentes a la corrosión en ambientes salinos incluso, en
exposición directa al agua de mar.
La buena resistencia a la corrosión de los bronces al aluminio recae en el componente
de aluminio de las aleaciones, que reacciona con el oxígeno atmosférico para formar
una capa superficial de alúmina delgada y dura superficial (óxido de aluminio), que actúa
como una barrera a la corrosión.
Otra notable propiedad de los bronces de aluminio son sus efectos biostáticos. El
componente de cobre de la aleación impide la colonización de organismos marinos,
incluyendo algas, líquenes, percebes y mejillones, y, por tanto, puede ser preferible al
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 4: Tratamiento térmico del bronce al aluminio
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
CuAl8Fe3 6.5% - 8.5% 1.5% - 3.5% 1.0% máx. 0.8% máx. 0.5% máx.
CuAl9Mn2 8.0% - 10.0% 1.5% máx. 0.8% máx. 1.5% - 3.0% 0.5% máx.
CuAl10Fe3 8.5% - 11.0% 2.0% - 4.0% 1.0% máx. 2.0% máx. 0.5% máx.
CuAl10Fe5Ni15 8.5% - 11.5% 2.0% - 6.0% 4.0% - 6.0% 2.0% máx. 0.5% máx.
Tabla 4.1. Denominaciones ISO 428 para aleaciones Bronce Aluminio.[5]
REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 4: Tratamiento térmico del bronce al aluminio
ÚLTIMA REVISIÓN
LMDF-DM-FIM-EPN 23/02/2024
Figura 4.0. Diagrama de fases Aluminio Cobre, para altos contenidos de aluminio .
Los bronces al aluminio que contienen hasta un 9,5% de Al, representan una solución
sólida α y son monofásicos, siendo α una solución sólida de aluminio en cobre. Las
aleaciones cobre-aluminio con un gran contenido de aluminio están compuestos de una
mezcla de fases α + γ2 (γ2 es una combinación electrónica Cu32Al19). Para
composiciones por debajo del 8% de aluminio la estructura permanece esencialmente
la misma del cobre y está formada por una solución sólida α, estas aleaciones son
notables por alta ductilidad y su relativa plasticidad en estado recocido.
Para el caso de los contenidos de aluminio de entre el 8% al 13%, aproximadamente,
se puede realizar un tratamiento térmico de templado, con el fin de conseguir una
microestructura martensítica (Figura 4.2). Por extensión se denominan estructuras
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 4: Tratamiento térmico del bronce al aluminio
ÚLTIMA REVISIÓN
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martensíticas a todas las fases que se producen a raíz de una transformación sin
difusión en materiales metálicos.
El criterio de la transformación martensítica se extiende a varias aleaciones bimetálicas
en las cuales de forma similar que en los aceros el tratamiento implicará un aumento de
temperatura del material de tal forma que suceda la transformación alotrópica.
Para los bronces al aluminio se elevará la temperatura para conseguir una solución
sólida monofásica β o una solución sólida bifásica α + β, dependiendo del contenido de
aluminio de la aleación. La solución monofásica importante en este proceso es β, debido
a su aumento de la solubilidad del aluminio en el cobre, de tal forma que β se puede
definir como una solución sólida sobresaturada.
Figura 4.2. Microestructura de la probeta enfriada desde 965°C, mostrando Martensita (fase β)
y parte de la fase α en los bordes de grano. [6]
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 4: Tratamiento térmico del bronce al aluminio
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El siguiente paso del proceso será el enfriamiento rápido del material con el fin de evitar
la transformación alotrópica en el enfriamiento, no permitiendo el proceso de difusión,
entonces, los átomos de aluminio quedarán retenidos en sus posiciones de “alta
temperatura” generando en el enfriamiento una distorsión de la red cristalina, que dará
como resultado en la aleación tratada térmicamente una mejora en ciertas propiedades
mecánicas como el aumento de la dureza.
Como se había analizado, depende de la composición de aluminio la formación de la
solución sólida β que será la que genere la formación martensítica. El resultado después
del tratamiento térmico también variará conforme a este contenido de aluminio y se
puede observar en el diagrama de equilibrio de la Figura 4.3.
Por ejemplo, se podría tomar una composición de aluminio 9,5% al calentar a 950ºC el
material debería llegar de α a α + β al templar el material deberíamos obtener una
solución sólida bifásica α + martensíta β; para el caso de tratar una aleación con
composición de aluminio de 12% y calentarla a 950ºC obtendremos una solución sólida
β en su totalidad y en el templado posterior obtendremos una estructura totalmente
martensítica β, que será la que mejore las propiedades del material, dependerán
únicamente de la cantidad de aluminio que contenga la aleación, pero la cantidad de
distorsión que se pueda crear en la red será dependiente de la velocidad de enfriamiento
y este factor también variará las propiedades del material tratado.
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σr MN/m2
Bronce Estado del material δ, % Destinación
(kgf/mm2)
Función en coquilla 280(28) 55
Br. A5 Laminado y recocido 380(38) 65 Cintas, tiras, fundición
Deformación en frío 800(80) 4,0
Fundición en tierra 400(40) 10
Redondos, piezas forjadas,
Br. AZh9-4 Fundición en coquilla 500(50) 12
piezas fundidas perfiladas
Redondos prensados 550(55) 15
Fundición en coquilla 600(60) 6 Redondos, tubos, piezas
Br. AZhN10-4-
Redondos prensados 650(65) 5 forjadas, piezas fundidas
4
perfiladas
Tabla 4.2. Propiedades mecánicas y destinación de los bronces al aluminio. [1]
•Al término del tiempo de tratamiento térmico sacar las probetas y enfriar en los
dos envases las probetas de tal forma que se pueda obtener velocidades de
enfriamiento distintas en función de la cantidad del medio de enfriamiento.
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[1] LATJIN, Yu; “Metalografía y tratamiento térmico de los metales”, MIR, 1977
[2] MORRAL; “Metalurgía general”, Tomo 2; 1985
[3] MORELA, Pere; “Tratamiento térmico de los metales”, 1991
[4] AVNER; “Introducción a la metalurgia física”; 1980
[5]http://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_bronze
[6] IQBAL, J., AHMED, F., HASAN, F. (2008). Development of Microstructure in Silicon-
Aluminum-Bronze. Disponible en: http://www.uet.edu.pk. File: pdf.
[7] GLAESER, W., (1996). Material of Tribology. En ELSEVIER. pp 55.
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PRÁCTICA 5: Templado de vidrio
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1. OBJETIVOS
• Determinar las temperaturas de transición vítrea, de trabajo y temple del vidrio.
• Determinar el aumento de las propiedades mecánicas del vidrio templado frente
al vidrio sin templar.
2. REVISIÓN TEÓRICA
Los vidrios se definen como materiales cerámicos obtenidos a partir de compuestos
inorgánicos calentados hasta su fusión y enfriados hasta una condición rígida sin
cristalización, los más comunes son silicatos en forma de tetraedros fusionados que
comparten los vértices en una disposición regular, Figura 5.1.
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PRÁCTICA 5: Templado de vidrio
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•Colocar 4 probetas dentro de la mufla, entre los bloques de forma que queden simplemente apoyados.
•Cuando la mufla marque aproximadamente 500⁰C, abrir la y verificar si las probetas han llegado al
punto de reblandecimiento, se podrá observar el pandeo en las probetas. Si no se presenta el pandeo
se debe cerrar el horno y esperar a que la temperatura suba y volver a verificar a una temperatura
mayor (anotar temperatura).
•Encender el soplador.
•Cuando el horno este a los 620⁰C, sacar la primera probeta con las pinzas.
•Introducir la probeta en el flujo de aire, acercar la probeta lentamente hacia el soplador, moviendo la
probeta de tal forma que el flujo de aire llegue a toda la superficie.
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PRÁCTICA 5: Templado de vidrio
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8. REFERENCIAS
[1] SHACKELFORD, James; “Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros”
[2] ASKELAND, Donald; “Ciencia e ingeniería de los materiales”
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PRÁCTICA 7: Materiales Compuestos
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1. OBJETIVOS
• Obtener los espectros de polímeros mediante la técnica de espectrometría
infrarroja FTIR.
• Relacionar los espectros obtenidos con espectros estándar.
• Identificar los grupos funcionales de cada polímero de acuerdo con su longitud
de onda.
2. REVISIÓN TEÓRICA
Los polímeros son materiales que consisten en moléculas gigantes o macromoléculas
en cadena con pesos moleculares promedio de 10 000 a más de 1 000 000 g/mol y que
están compuestas en general de moléculas más pequeñas llamadas monómeros que
se unen entre sí en un proceso que se conoce como polimerización [1][2]. Dependiendo
su origen los polímeros pueden ser naturales o sintéticos. Los sintéticos contienen
normalmente entre uno y tres tipos diferentes de unidades que se repiten, mientras que
los naturales o biopolímeros como la celulosa, el ADN o las proteínas presentan
estructuras mucho más complejas. Los polímeros sintéticos tienen, mayor interés desde
el punto de vista comercial, por lo que en general nos referiremos casi exclusivamente
a ellos.
Las moléculas que se combinan para formar los polímeros se denominan monómeros y
las reacciones a través de las cuales se obtienen se denominan reacciones de
polimerización. Cuando se parte de un solo tipo de molécula se habla de
homopolimerización y de homopolímero. Cuando son dos o más moléculas diferentes
las que se repiten en la cadena se habla de copolimerización y copolímero. La reacción
de polimerización se suele dividir en dos grandes grupos: reacciones de adición y de
condensación, y los polímeros obtenidos por cada una de estas vías se conocen como
polímeros de adición y polímeros de condensación. En los polímeros de adición la
unidad estructural de repetición tiene la misma composición que la del monómero de
partida. El grupo más importante de polímeros de adición corresponde a los formados a
partir de monómeros que contienen un doble enlace carbono-carbono, como es el caso,
por ejemplo, de la polimerización del policloruro de vinilo (PVC).
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REVISIÓN N˚07
PRÁCTICA 7: Materiales Compuestos
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PRÁCTICA 7: Materiales Compuestos
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Los elastómeros son materiales que tienen un comportamiento elástico. Entre los
elastómeros se encuentran el poliisopreno o caucho natural, el polibutadieno, el
poliisobutileno, y los poliuretanos. Lo particular de los elastómeros es que pueden ser
estirados hasta muchas veces sus propias longitudes, para luego recuperar su forma
original sin una deformación permanente.
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PRÁCTICA 7: Materiales Compuestos
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PRÁCTICA 7: Materiales Compuestos
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5. PREPARATORIO
1. ¿Qué es la caracterización de materiales?
2. ¿Qué técnicas de caracterización de polímeros existen?
ii. Identificar los enlaces de cada pico del espectro. Tabular los resultados.
6. Análisis de resultados
i. Identificar al polímero basándose en los enlaces identificados en el espectro
(Por ejemplo, si en el espectro se identificaron enlaces C-H, C-Cl y C-C [Ver
Figura 6.1, es probable que el espectro corresponda al Policloruro de Vinilo
PVC).
ii. Identificar al polímero comparándolo con el espectro infrarrojo bibliográfico
similar.
iii. ¿Mediante los dos métodos de identificación del polímero se llegó a la
misma conclusión? ¿Qué método de identificación de polímeros a través de
espectros es más sencilla (mediante identificación de enlaces o mediante
comparación con espectros de bases de datos)?
7. Conclusiones y Recomendaciones
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PRÁCTICA 7: Materiales Compuestos
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1. OBJETIVOS
• Fabricar un material compuesto de matriz polimérica reforzado con fibras.
• Determinar las propiedades mecánicas de un material compuesto reforzado con
fibras (PRF).
• Determinar la variación de las propiedades mecánicas de un PRF con respecto
a la geometría de las fibras de refuerzo dentro de la matriz polimérica.
• Observar la variación de la reacción exotérmica de polimerización en función de
la cantidad de utilizado en la composición de la resina poliéster.
2. REVISIÓN TEÓRICA
Un material compuesto es un material formado por dos o más fases químicamente
distintas e insolubles entre sí, cuya combinación, en algún punto, proporciona
propiedades diferentes y superiores a las de sus constituyentes cuando actúan
independientemente. Los componentes de un material compuesto son i) la matriz, ii) el
refuerzo y iii) la interfaz. La fase continua, de mayor proporción, se denomina matriz,
mientras que la fase dispersa, de menor proporción, se conoce como refuerzo. La fase
continua rodea a la fase dispersa y la superficie de conexión entre ambas se denomina
interfaz. Las propiedades de un material compuesto dependen de las propiedades de
las fases, y de la proporción de las fases en el material compuesto. La proporción de
refuerzo en el material compuesto se denomina fracción en volumen o peso. Las
propiedades del material compuesto también dependen de la geometría y distribución
del refuerzo dentro de la matriz.
Los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras (PRF), son
materiales formados por dos fases: la matriz y las fibras. En los PRF la matriz
usualmente es una resina, cuya función es distribuir los esfuerzos desde el polímero a
la fibra. La resina también protege a las fibras de los daños mecánicos y ambientales.
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PRÁCTICA 7: Materiales Compuestos
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4. DESARROLLO DE LA PRACTICA
Para realizar el ensayo, es necesario elaborar probetas de material compuesto por
resina poliéster y fibras. Las probetas serán cargadas a flexión mediante un dispositivo
hidráulico.
Para elaborar las muestras de ensayo es necesario aplicar el siguiente método:
•Añadir las fibras reforzantes con la disposición previamente establecida por el tutor.
•Repetir los pasos por cada fibras que se vaya a disponer, en las diferentes posiciones de
refuerzos previamente establecidas.
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6. RESULTADOS
Captar imágenes de las fibras utilizas y observar su geometría
Realizar una tabla con toda la información generada en la práctica
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5. Datos calculados
5.1 Gráfica: Tiempo Vs. Temperatura (Graficar datos del Numeral 4.1)
6. Análisis de resultados
6.1 Para gráficas: Analizar puntos máximos de temperatura, tiempos de
polimerización y comparar los resultados obtenidos para los diferentes
porcentajes de catalizador utilizados.
6.2 Para materiales compuestos: analizar los resultados de carga para el
material con refuerzo y sin refuerzo, además de la zona de fractura. Discutir
si los resultados eran los esperados teóricamente. Si no lo son, conjeturar
posibles razones que justifiquen esos resultados.
7. Conclusiones y Recomendaciones
Elaborar las conclusiones y comentarios de acuerdo con el estudio que se realizó
colocar el nombre del estudiante en el caso de que la práctica se realice en
grupo.
8. Bibliografía consultada
8. REFERENCIAS
[1] BILLMEYER, Fred; “Ciencia de los polímeros”
[2] CALLISTER, William; “Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales”
[3] HULL, Derek; “Materiales compuestos”
[4] SMITH, William; “Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales”
[5] SCHAFFER, James; “Ciencia y diseño de ingeniería de los materiales”
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ANEXO
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Anexos
El estudiante para cada práctica debe traer una hoja de resultados que debe contener
la siguiente información y anexar al informe:
Encabezado
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
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Grupo Nº : ………
Fecha de Realización: ……………………………………….
Participantes:
Estudiante 1: ……………………………………………………
Estudiante 2: ……………………………………………………
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