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jorgemazavilchez
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Obtención de propiedades de latón a través de ensayos
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LATÓN: ALEACIÓN DE COBRE ZINC 75/25
INTRODUCCIÓN
• Elemento tratado: Pieza de latón alfa (25% de zinc) de dimensiones 30cm de largo y 5cm de diámetro, enfriada en un molde de arena.
TIPIFICACIÓN
Latón alfa con 25% Zn. La pieza trabajada pertenece a la serie primaria UNS C25000.
LATÓN ALFA AMARILLO (20-36% de Zn)
• Muy buena ductilidad.
• Sufren corrosión bajo tensión y deszincificación.
• Latón laminado y recocido presenta una 𝜎𝑚= 1960 Kg/𝑐𝑚2, en estado de acritud 𝜎𝑚= 7000 Kg/𝑐𝑚2.
• Tratamientos térmicos de recocido
(entre 590-650°C).
INTRODUCCIÓN
Pieza de Latón 25%Zn, con unas dimensiones de 5cm de diámetro
y 30cm de longitud.
INTRODUCCIÓN
Conformada por medio de moldeo o colada usando un molde de
arena.
DEFECTOS
El moldeo en arena supuso ciertas desventajas, entre ellas: una
gran cantidad de defectos.
Los defectos más relevantes fueron:
• Porosidad
• Microporosidad
• Microsegregación
• Grietas internas
POROSIDAD
Característica común y distintiva de la pieza luego del moldeo o
colada.
POROSIDAD
Se presento tanto en la superficie…
POROSIDAD
Como en la parte interna
POROSIDAD
Se presenta debido a 2 causas principales:
Formación de gases en el metal líquido
Contracción volumétrica
MICROPOROSIDAD
• Característica de las aleaciones base cobre, ligada a la contracción del material durante su solidificación.
• Se presenta como disperso en la matriz, pero por lo general se encuentran ubicados en las juntas de grano.
• Esto genera concentraciones de esfuerzos y afecta las propiedades mecánicas de la pieza.
MICROSEGREGACIÓN
Alteración química y/o concentración de impurezas a una escala
muy pequeña y de manera localizada.
MICROSEGREGACIÓN
En general es una falta de homogeneidad en la composición de la
aleación.
GRIETAS EN EL NÚCLEO
Fue uno de los defectos más notorios y se considera común luego
de un procedimiento de colada.
GRIETAS EN EL NÚCLEO
Se produce por el enfriamiento y contracción desordenados de la
pieza.
Es un defecto que produce una falla inminente de la pieza.
PROPUESTA DE MEJORA
Para mejorar la
microsegregación, el mejor
tratamiento (y el único que
admite el Latón) fue el
recocido de
homogeneización.
FORJA
• Es un proceso de fabricación de objetos conformado por deformación plástica, puede realizarse en frio o en caliente y la deformación del material se produce por fuerza de compresión.
EFECTOS QUE PRODUCE LA FORJA EN CALIENTE:
Orientación de la fibra
Afinamiento de grano
Eliminación de cavidades, poros, etc.
• Hablando teóricamente en nuestra probeta (latón 25% zinc) la microporosidad se podía tratar con forja en caliente pero sería más un proceso para cuando se quiera mejorar sólo ese aspecto de la microporosidad sin embargo como en nuestra pieza tenemos que mejorar otros defectos además de la mircroporosidad era mejor aplicar solo un tratamiento térmico de recocido de homogeneización ya que la forja en caliente hubiera supuesto una deformación en la estructura de la pieza.
ENSAYO DE TRACCIÓN
TRACCIÓN
• OBJETIVOS
• Obtención de parámetros cuantitativos que nos permitan relacionar con el aspecto cualitativo de la estructura y el comportamiento del material.
• Hacer un análisis del material para identificar que sea el adecuado para determinadas condiciones de trabajo.
• PROCEDIMIENTO
¿POR QUÉ SE ROMPIÓ LA PROBETA?
Grandes
porosidades
El proceso de solidificación
Grietas
FRACTURA DE LA PROBETA
• A simple vista podríamos decir que la fractura es de tipo frágil ya que no se aprecia nada de deformación en la pieza. Esta simplemente se ha separado entre sí y no se ha estirado.
ENSAYO DE DUREZA
ROCKWELL
• Se trabajó con una Dureza Rockwell:
• Fácil uso.
• Pequeño tamaño de la impresión.
• Rockwell B
• Utiliza una punta de esfera de acero.
EQUIPO UTILIZADO
• Durómetro
• Dureza sin TT:
• En la sección superficial:
PROBETA PRUEBA DUREZA RADIAL
N°1 41.5 HRB
N°2 46.5 HRB
N°3 44.5 HRB
N°4 44 HRB
N°5 44 HRB
• En la superficie:
PROBETA PRUEBA
DUREZA
LONGITUDINAL
N°1 38 HRB
N°2 44 HRB
N°3 38 HRB
N°4 46 HRB
N°5 44 HRB
• Dureza después de la TT (Recocido):
• En la sección superficial:
PROBETA PRUEBA DUREZA RADIAL
N°1 41.5 HRB
N°2 46.5 HRB
N°3 44.5 HRB
N°4 44 HRB
N°5 44 HRB
N°6 42 HRB
N°4 42 HRB
• En la superficie:
PROBETA PRUEBA DUREZA LONGITUDINAL
N°1 37.5 HRB
N°2 47.5 HRB
N°3 45 HRB
N°4 47.5 HRB
ANÁLISIS DE RESULTADOS
• Después del recocido, podemos comprobar que este tratamiento térmico no buscó mejorar las propiedades mecánicas.
ANÁLISIS METALOGRÁFICO
LATÓN: ALEACIÓN DE COBRE ZINC 75/25
PROCEDIMIENTO
• El procedimiento de preparación metalográfica consta de 3 pasos principales:
• Desbaste o Lijado
• Pulido en Paño
• Ataque Químico
Desbaste
Pulido
Ataque
DESBASTE
• Es el proceso de desgaste abrasivo usando lijas de grano cada vez más fino.
• Se usaron Lijas al Agua: 80, 180, 240, 320, 400 y 600.
• Luego de cada lija, el sentido de lijado rotaba 90°, de manera perpendicular.
PULIDO
• Elimina las líneas de lijado del proceso de desbaste y se consigue una superficie espejada, apta para la observación en el microscopio.
• Se realiza usando paños de polvo de diamante de 3 micras y 1 micra, lavando la pieza en agua y espuma de detergente para eliminar la grasa y aceite que los paños impregnan en la pieza.
ATAQUE QUÍMICO
• Tiene como objetivo revelar la microestructura de la probeta, contrastando las juntas de grano, los granos, inclusiones, precipitados y fases presentes.
• Para el latón y aleaciones de cobre, se realiza sumergiendo la probeta en una solución de cloruro férrico durante 5 segundos, inmediatamente lavando la pieza en alcohol y secándola con aire caliente.
RESULTADOS: ESTADOS DE LA PROBETA
• Estado Bruto de Colada
• Sin Ataque
• Atacada con Cloruro Férrico
• Estado de Recocido:
• Sin Ataque
• Atacada con Cloruro Férrico
BRUTO DE COLADA – SIN ATAQUE
• Zona: Periferia
• Zoom: 50X
• Se observa una gran cantidad de precipitados columnares y esféricos.
BRUTO DE COLADA – SIN ATAQUE
• Zona: Cercana al núcleo
• Zoom: 200X
• Se observan micro segregaciones y precipitados
BRUTO DE COLADA – ATACADA
• Zona: Cercana al núcleo
• Zoom: 50X
• Se pueden distinguir granos de morfología equiaxial constituyendo una única fase. También se observan precipitados interdendríticos.
BRUTO DE COLADA – ATACADA
• Zona: Medio
• Zoom: 50X
• Granos equiaxiales con una gran cantidad de precipitados y microsegregaciones
BRUTO DE COLADA – ATACADA
• Zona: Periferia
• Zoom: 50X
• La periferia presenta una gran cantidad de huecos producto del proceso de fundición.
BRUTO DE COLADA – ATACADA
• Zona: Cercano a la periferia
• Zoom: 200X
• Se observa una concentración de precipitados interdendríticos, y otros que se encuentran dispersos entre los granos.
BRUTO DE COLADA – ATACADA
• Zona: Cercano al núcleo
• Zoom: 200X
• Podemos observar que en el núcleo presenta también precipitados interdendríticos, pero al mismo tiempo se aprecia una zona porosa, debido al desprendimiento gaseoso que se da al final del proceso de solidificación.
BRUTO DE COLADA – ATACADA
• Zona: Cercano al núcleo
• Zoom: 200X
• Se puede apreciar con una mayor claridad los precipitados interdendríticos. La diferencia en la tonalidad de los colores se debe al ataque químico, y la orientación cristalina de cada grano.
BRUTO DE COLADA – ATACADA
• Zona: Cercano al núcleo
• Zoom: 1000X
• La estructura granular dendrítica se observa en las aleaciones de moldeo. En el interior de los granos equiáxicos aparecen ciertos espacios interdendríticos, marcados por la segregación durante el proceso de solidificación.
RECOCIDO – SIN ATAQUE
• Zona: Periferia
• Zoom: 200X
• Si realizamos una comparación con la periferia sin atacar de la muestra antes del recocido, notamos que disminuyeron las microsegregaciones. Aún se pueden notar algunos defectos de fusión.
RECOCIDO – SIN ATAQUE
• Zona: Central
• Zoom: 200X
• Las zonas oscuras constituyen ciertas irregularidades producto de la solidificación del material, exceptuando esto, se observa una microestructura homogénea producto del recocido, con precipitados interdendríticos.
ESTADO DE RECOCIDO – SIN ATAQUE
• Zona: Cercana al núcleo
• Zoom: 200X
• Las zonas oscuras constituyen ciertas irregularidades producto de la solidificación del material, exceptuando esto, se observa una microestructura homogénea producto del recocido, con precipitados interdendríticos.
RECOCIDO – ATACADA
• Zona: Cercana a la periferia
• Zoom: 200X
• En la zona cercana a la periferia, los granos son equiaxiales y un poco gruesos.
RECOCIDO – ATACADA
• Zona: Cercana a la periferia
• Zoom: 200X
• En la zona cercana a la periferia, los granos son equiaxiales y un poco gruesos.
RECOCIDO – ATACADA
• Zona: Cercana a la periferia
• Zoom: 200X
• En la zona cercana a la periferia, los granos son equiaxiales y un poco gruesos.
RECOCIDO – ATACADA
• Zona: Central
• Zoom: 200X
• En la zona central parece darse una transición entre grano grueso y grano fino.
RECOCIDO – ATACADA
• Zona: Cercana al núcleo
• Zoom: 200X
• La zona cercana al núcleo, como era de esperarse, es la que tiene el grano más fino y es la zona en la cual apreciamos mejor la recristalización del material
RECOCIDO – ATACADA
• Zona: Cercana al núcleo
• Zoom: 200X
• La zona cercana al núcleo, como era de esperarse, es la que tiene el grano más fino y es la zona en la cual apreciamos mejor la recristalización del material
RECOCIDO – ATACADA
• Zona: Cercana al núcleo
• Zoom: 200X
• La zona cercana al núcleo, como era de esperarse, es la que tiene el grano más fino y es la zona en la cual apreciamos mejor la recristalización del material
COMENTARIO
• Como hemos podido ver, desde la periferia hasta el núcleo, existe una diferencia notoria en el tamaño de grano. La superficie de la probeta es la que se encuentra expuesta directamente al calor, y por lo tanto, la que experimentará primero el aumento de temperatura. La difusión del calor se da desde la superficie hasta el núcleo, por lo que es de esperarse que el núcleo sea la última región en calentarse.
• La recristalización implica un proceso de nucleación y crecimiento, el cual se ve afectado directamente por la temperatura y el tiempo de permanencia del material. Dado que el núcleo de la probeta es la última región en calentarse, es la que recibirá una menor cantidad de calor con respecto a la superficie, y por lo tanto, se espera que el grano recristalizado termine con un tamaño muy fino.
GRIETA
MEDICIÓN DEL POTENCIAL DE CORROSIÓN
• OBJETIVOS:
• Comparar nuestra pieza a través del potencial galvánico, que es menor en materiales corrosibles y mayor en los resistentes.
MEDICIÓN DEL POTENCIAL DE CORROSIÓN
Estado del Material Medio Potencial (Voltios)
Bruto de colada Agua 0.3
Agua con Sal 0.36
Recocida Agua 0.3
Agua con Sal 0.34
COMPORTAMIENTO ELECTROQUÍMICO
• OBJETIVOS:
• Evaluar el comportamiento anódico o catódico de cada material respecto a otro, cual se reduce y cual no, cómo es la coloración (azul por el ferrocianuro de potasio o rosa por la fenolftaleína).
Cupla Latón – Fundición Gris
Cupla Latón – Aluminio
Cupla Latón – Zinc
COMPORTAMIENTO ELECTROQUÍMICO
Cupla Ensayo Zona
Anódica
Zona
Catódica Explicación
Latón –
Fundición
Gris
Fundición Gris Latón
El intenso color
azulino que adquirió
la fundición gris y la
coloración rojiza del
latón nos indica que
el latón se está
reduciendo; mientras
que la FG se está
oxidando y se está
sacrificando por el
latón.
Cupla Ensayo Zona
Anódica
Zona
Catódica Explicación
Latón -
Aluminio Aluminio Latón
En este caso, la
coloración tomo regular
tiempo. Al final, el latón
se coloró ligeramente de
rosado y el aluminio de
un azul suave. La
fenoftaleina nos está
indicando que el latón se
está reduciendo.
Cupla Ensayo Zona
Anódica
Zona
Catódica Explicación
Latón – Zinc Zinc Latón
En la última cupla, el
latón nuevamente
adquirió un color rosado,
no tan intenso como el
primero, pero sí muy
visible como para afirmar
que en este caso, el zinc
se oxida (se colora de
azul).
USO DEL MÉTODO GRAVIMÉTRICO PARA LA OBTENCIÓN DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN
• OBJETIVOS:
• Determinar, la velocidad con la cual se corroen las dos piezas (sin tratamiento y con tratamiento); esta velocidad se determina a partir del área, densidad, pérdida de masa en cada medio y tiempo de prueba.
USO DEL MÉTODO GRAVIMÉTRICO PARA LA OBTENCIÓN DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN
• Bruto de Colada:
• Datos:
• 𝑚𝑖 : 16.99g
• 𝑚𝑓 : 16.99g
• 𝜌: 8.7 g/cm3
• A: 2.9484 cm2
• 𝑡: 20 min
• Aplicando la fórmula de velocidad de corrosión :
• 𝑉𝑒𝑙 =𝑚𝑖−𝑚𝑓
𝜌∗𝐴∗𝑡
• 𝑉𝑒𝑙 =16.99𝑔−16.99 𝑔
8.7 𝑔
𝑐𝑚3∗2.9484𝑐𝑚2∗ 20∗60 𝑠(
3600∗24∗365 𝑠
1 𝑎ñ𝑜)
10 𝑚𝑚
1 𝑐𝑚
• 𝑉𝑒𝑙 = 0 𝑚𝑚
𝑎ñ𝑜
• 1MPY = 0.0254 𝑚𝑚
𝑎ñ𝑜
• 𝑉𝑒𝑙 = 0 𝑀𝑃𝑌
USO DEL MÉTODO GRAVIMÉTRICO PARA LA OBTENCIÓN DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN
• Recocida:
• Datos
• 𝑚𝑖: 47.459g
• 𝑚𝑓:47.45g
• 𝜌: 8.7 g/cm3
• A: 4.44 cm2
• 𝑡: 20 min
• Aplicando la fórmula de velocidad de corrosión y reemplazando datos obtenemos:
• 𝑉𝑒𝑙 =𝑚𝑖−𝑚𝑓
𝜌∗𝐴∗𝑡
• 𝑉𝑒𝑙 =47.459 𝑔−47.45𝑔
8.7𝑔
𝑐𝑚3∗4.44 𝑐𝑚2∗(20∗60 )𝑠∗
3600∗24∗365 𝑠
1 𝑎ñ𝑜∗
10 𝑚𝑚
1 𝑐𝑚
• 𝑉𝑒𝑙 = 61.2301 𝑚𝑚
𝑎ñ𝑜= 2410.6376 𝑀𝑃𝑌
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tipo de Ensayo Pieza sin tratar Pieza Tratada
Potencial de Corrosión - No se modifica mucho el potencial.
- Se considera mas resistente a aquella con tratamiento
- Disminuye su resistencia a la corrosión.
- Se hace mas noble
Comportamiento Electroquímico - Se considera a las aleaciones bronce, resistentes a la corrosión y además que estas adquieren comportamiento catódico
Velocidad de Corrosión - Este tipo de latones se ve muy poco afectado a la corrosión y eso se vio ya que al pasar el tiempo indicado en esta prueba, nuestro perdida no se vio afectada
- Nuestro latón sigue siendo resistente a la corrosión, pero este realmente si se ve afectado por una perdida, la cual no es mucha con respectos a la que no se trata.