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Ciencia de materiales II - 2º GIM
Memorias de las
prácticas de
laboratorio.
Buigues Mahiques, Estanislau
Mayans Ferrer, Antonio
Muñoz Castelló, Borja
2
ÍNDICE DE CONTENIDOS
Práctica Nº1: PULVIMETALURGIA..................................................................................... 3
Práctica Nº2: Líquidos penetrantes y partículas magnéticas. ........................................ 11
Líquidos penetrantes .................................................................................................. 11
Partículas magnéticas ................................................................................................. 14
Práctica Nº3: Ensayo por ultrasonidos de haz normal. .................................................. 20
Práctica Nº4: FUNDICIÓN A LA CERA PERDIDA. ............................................................. 23
Práctica Nº5: Tratamientos térmicos ............................................................................. 26
Práctica Nº6: Radiografía industrial ............................................................................... 28
3
Práctica Nº1: PULVIMETALURGIA.
Experiencia 1. Caracterización de los polvos
Realizar una tabla con la descripción de cada una de las muestras, indicando el factor de forma
(Fg) que se le asocia según lo observado en el microscopio.
Material Identificaci
ón Método fabricación Formas típicas
Factor
de
forma
Alumina
8 Proceso Bayer
1
Bronce
Al=10%
Cu=90%
4 Atomizado por
aire
3
Zn
6 Hidrometalurgia
4
Cu
atomizad
o
2 Atomizado por
agua
6
4
Conclusiones:
A primera vista observamos que los métodos de fabricación influyen en el factor de
forma de las partículas. El orden del factor de forma según lo observado en la práctica es el
siguiente: Proceso Bayer, Atomizado por aire, Hidrometalurgia y Atomizado por agua.
Además podemos indicar que el material de peor fluidez sería el Cu atomizado puesto
que tiene un factor de forma mayor.
5
Experiencia 2. Fluidez
Realizar una tabla comparativa de los tiempos medidos para cada muestra, y un gráfico que
relacione el factor de forma y el tiempo de empleado en vaciarse el flujómetro. Analizar los
posibles resultados o tendencias observables entre ambos parámetros.
Material Factor de forma (Fg) (exp.
1) Tiempo (segundos)
Bronce al Al 1 17.67’’
Alúmina 1 14.66’’
Cu electrolítico 4 27.18’’
Fe atomizado 5 23.52’’
Conclusiones:
Aunque en los datos obtenidos no lo reflejen con claridad, a medida que aumenta el
factor de forma aumenta el tiempo de vaciado del fluxómetro.
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25 30
f forma
f forma
Tiempo
6
Experiencia 3. Determinación de la densidad geométrica
Partiendo de probetas de un mismo material, con diámetro 25.2 mm, compactadas a distintas
presiones y sinterizadas posteriormente, medir la altura de las probetas y obtener la densidad
geométrica (m/vol) para cada presión de compactación.
Graficar y analizar tratando de observar tendencias o correlaciones entre ambos parámetros.
Tabla para el aluminio:
uerza de compresión (T) Altura de la pieza
(mm) Masa (g) Volumen (cm
3) Densidad (g/cm
3)
4 4.65 5.016 2,32 2,16
6 4.31 5.001 2,15 2,33
8 4.12 4.995 2,05 2,43
12 4.3 4.982 2,08 2,53
14 3.91 4.982 1,95 2,55
16 3.87 4.993 1,93 2,59
18 3.86 4984 1,93 2,59
7
Tabla para el titanio:
Fuerza de compresión (T) Altura de la pieza
(mm) Masa (g) Volumen (cm
3) Densidad (g/cm
3)
4 6.48 7.8 3,23 2,41
6 6.04 7.797 3,01 2,59
8 5.8 7.694 2,89 2,66
10 4.49 7.733 2,74 2,82
12 5.35 7.792 2,67 2,92
14 5.18 7.875 2,58 3,05
18 4.99 7.939 2,49 3,19
2,10
2,15
2,20
2,25
2,30
2,35
2,40
2,45
2,50
2,55
2,60
2,65
0 5 10 15 20
de
nsi
dad
Presión(T)
8
Conclusiones:
Podemos observar que a medida que aumenta la presión de compactación,
también aumenta la densidad del material en verde, esto ocurre por igual en las dos
gráficas.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0 5 10 15 20
De
nsi
dad
(g/
cm3 )
Presión (T)
9
Experiencia 4. Elaboración de probetas en verde.
Realizar varias probetas con un mismo material, en un molde de diámetro 25mm, utilizando
una masa fija (por ejemplo 10 g). Se utilizarán distintas presiones de compactación.
Medir la altura, determinando la densidad de la probeta en verde para cada presión, y analizar
cómo influye la presión de compactación en la densidad.
Presión compactación (T) Volumen de la probeta
(cm3)
Masa (g) Densidad (g/cm3)
4 3.49040 8.0 2.292
6 3.254494 8.0 2.455
8 3.2388664 8.0 2.47
10 3.2 8.0 2.5
14 3.0651341 8.0 2.61
Ø=25mm=2.5cm
h=6.63mm=0.663cm
Para calcular la Densidad:
Conclusiones:
A medida que aumenta la presión de compactación disminuye el volumen, y puesto
que en todos los casos la masa permanece constante, por consiguiente la densidad aumenta.
10
Experiencia 5. Propiedades del material sinterizado.
Medir la dureza Brinell de cada una de las probetas de bronce calentadas a diferente
temperatura durante el mismo periodo de tiempo (1 hora).
T (ºC) Dureza (HB)
750 13,7
800 26,9
850 31,2
Conclusiones:
Se observa a partir de la gráfica que a medida que aumenta la temperatura del horno
(permaneciendo el tiempo constante de una hora) también lo hace la dureza de la pieza
sinterizada.
0
5
10
15
20
25
30
35
740 760 780 800 820 840 860
Du
reza
(H
B)
Temperatura (ºC)
11
Práctica Nº2: Líquidos penetrantes y partículas magnéticas.
Líquidos penetrantes
Objetivo:
Es un ensayo muy empleado para la detección de defectos superficiales que se
presentan en cualquier tipo de superficie.
El procedimiento se basa en la utilización de un líquido coloreado o
fluorescente al que llamaremos penetrante que se aplica sobre la superficie a
inspeccionar, se deja actuar un tiempo suficiente y a continuación procederemos a la
limpieza del sobrante con un líquido denominado eliminador, y aplicar nuevamente
una tercera sustancia blanca (polvos de talco en nuestro caso) llamado revelador, que
revelará los defectos sobre la superficie tratada.
El problema de este procedimiento es que está limitado a defectos abiertos y
superficiales: porosidades, grietas de mecanizado y grietas de fatiga.
Por último, este método es el más utilizado en materiales no ferro magnéticos
(aluminio, aleaciones ligeras, aceros inoxidables y plásticos…), puesto que para estos
materiales existe otro procedimiento (partículas magnéticas.
Procedimiento del ensayo:
Se resume en los siguientes pasos a seguir:
1. Preparación y limpieza previa.
2. Aplicación del líquido penetrante.
3. Eliminación del exceso de penetrante.
4. Revelado.
5. Inspección.
6. Limpieza final.
Preparación y limpieza previa.
1.Limpieza: Antes de aplicar el líquido penetrante, hay que eliminar todo tipo de
contaminación sobre la superficie de la pieza, evitándose la presencia de falsos
defectos.
2.Desengrasado: Se emplearán generalmente detergentes alcalinos en una
concentración adecuada. Se aplican por inmersión o bien con una brocha. Una vez
obtenida la emulsión de detergente, se procederá a un lavado con agua.
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3.Desoxidación y descarbonillación: Se atacará la superficie de la pieza con
disolventes ácidos o alcalinos, neutralizándolos después para evitar el deterioro de las
piezas. También se podría eliminar mediante chorreado con arena, o mediante un
cepillo metálico.
Otros métodos muy efectivos son las limpiezas ultrasónicas y electrolíticas.
4.Elimincaión de las pinturas: Se realizará con decapantes alcalinos o ácidos, aplicados
por inmersión o por medio de una brocha.
5.Secado de la superficie: Deben secarse con aire impulsado caliente, con aire natural,
o bien por medio de trapos limpios que no dejen pelusa.
6.Eliminación de productos ácidos alcalinos: Se realiza con agua, neutralizando,
volviendo a lavar y secando finalmente la pieza.
7.Eliminación de rugosidades: Mediante pulido, o ataque ácido (pueden dañar el
material).
Aunque lo más recomendable, es un electropulido, que deja las superficies en
condiciones de aplicar los líquidos penetrantes.
Aplicación de los líquidos penetrantes.
Se puede aplicar por inmersión para piezas pequeñas de tamaño medio, por
pulverización con aerosoles para zonas determinadas de grandes superficies o por
brocha, principalmente para la aplicación de penetrantes tixotrópicos.
El tiempo de penetración oscila entre 5 y 60 minutos.
Eliminación de líquidos penetrantes.
Puedes ser por lavado con chorro de agua a baja presión, aplicando un emulsificador
por inmersión o con brocha, con un paño o papel seco.
Revelado.
Pueden escogerse de varios tipos.
- Reveladores húmedos compuestos de polvo blanco en suspensión de
disolvente.
- Reveladores húmedos compuestos de polvo blanco en suspensión con agua.
- Reveladores secos a base de polvos blancos.
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Inspección.
Dependiendo del liquido revelador utilizado, se inspeccionara bajo luz natural
(coloreado) o bajo luz ultravioleta (fluorescente).
Limpieza final.
Después de la inspección se realizara una limpieza final de la pieza para devolverla al
estado original. Utilizando, en general, los mismos sistemas de limpieza utilizados en la
etapa de preparación.
Propiedades de los penetrantes.
El liquido penetrante es una sustancia capaz de penetrar en cualquier grieta o defecto
abierto a la superficie que debe de cumplir las siguientes condiciones:
- Poder penetrar en grietas muy finas.
- Permanecer en grietas muy gruesas.
- No evaporarse.
- Ser fácilmente eliminables de la superficie.
- Permanecer en estado fluido para reaparecer y salir rápidamente.
- Poder extenderse en capas de películas muy finas.
- No ser corrosivo.
- No ser inflamable.
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- No tener olor desagradable.
- Ser estable al almacenamiento.
- No ser de componentes tóxicos.
- No tener coste elevado.
Partículas magnéticas
El método de ensayo por partículas magnéticas es un procedimiento utilizado
fundamentalmente en la detección de defectos superficiales o subsuperficiales. Se
basa en la acumulación de partículas de material ferromagnético, debido a los campos
de fuga que los defectos producen en los materiales, a los que se les a aplicado un
campo magnético. Estos materiales deben ser de alta permeabilidad magnética,
ferromagnéticos o aceros en general.
No se puede aplicar a materiales como:
Aluminio
Cobre
Zinc
Magnesio
Aceros inoxidables austeníticos
Se puede aplicar tanto para defectos superficiales como internos, hasta espesores de
15 mm aproximadamente, en numerosos procesos industriales como:
Inspección de recepción de materias primas
Inspección de piezas terminadas
Inspección de mantenimiento
1. Procedimiento operativo:
El ensayo por el método de partículas magnéticas se puede aplicar bajo formas
y técnicas diferentes, según el tipo de pieza y discontinuidad que se busca. Sin
embargo, todas tienen en común los siguientes pasos:
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a. Magnetizar la pieza
b. Aplicación de las partículas magnéticas
c. Observación, interpretación y registro de indicaciones
d. Desmagnetización
Sobre todo importante en materiales de alto contenido de
carbono.
2. Principios fundamentales para realizar el ensayo:
Si cerramos los polos de un imán con un material ferromagnético las líneas de
campo se canalizarán a través de él, atrayendo con menor fuerza las partículas
de hierro que haya a su alrededor.
Si colocamos un imán sobre una cartulina sobre la que depositamos partículas
de hierro al azar, veremos como estas partículas se orientan según las líneas de
campo, líneas que salen del polo norte y entran por el polo sur.
SI en la barra del material de alta permeabilidad que cierra el imán apareciese
una grieta, se formarían en ella dos nuevos polos que darían lugar a un campo
de fugas, atrayendo a las partículas del material ferromagnético que hubiesen
alrededor, lo que daría lugar a una indicación alrededor de esta grieta.
Las líneas de campo son siempre perpendiculares a la dirección de la corriente.
La dirección de las líneas de fuerza se determina por la regla de la mano
derecha.
Magnetización circular:
Por un conductor a través del cual circula una corriente eléctrica, crea a
su alrededor un campo magnético circular cuyas líneas de fuerza son
perpendiculares a la dirección de la corriente.
Si el conductor es ferromagnético, el campo en su interior es muy
intenso y se dice que la pieza está magnetizada circularmente. Puesto
que las líneas de fuerza no salen al exterior una barra magnetizada
circularmente no presentará signos de magnetización. Esta
magnetización se emplea para detectar discontinuidades longitudinales
que sean perpendiculares a las líneas de campo.
Magnetización longitudinal:
Si introducimos un material ferromagnético en el interior de una bobina
o solenoide, haciendo pasar por ella una corriente eléctrica, las líneas
de fuerza del campo creado son perpendiculares al plano formado por
las espiras de la bobina, dando lugar a una magnetización longitudinal.
Si en la pieza que magnetizamos hay grietas, las líneas de campo
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tratarán de contornear las grietas creando en su exterior un campo de
fuga. Si ponemos finas partículas de material ferromagnético, se
situarán donde existes los campos de fuga para minimizar las
distorsiones, haciendo visible las grietas por acumulación de partículas,
se verificará que estas grietas son perpendiculares a las líneas de
campo.
Magnetización residual:
El método de magnetización residual, consiste en la aplicación de un
campo magnético en materiales de alta retentividad, magnetizando
primero las piezas con la aplicación posterior de las partículas
magnéticas, en general es muy empleada en la detección de
discontinuidades superficiales.
Los aceros duros suelen tener alta retentividad, lo que hace posible
aplicarles el método residual, si bien por su menor permeabilidad obliga
a utilizar grandes intensidades, para poder conseguir campos de fuga lo
suficiente energéticos para producir discontinuidades.
El método residual con aplicación de partículas fluorescentes da buenos
resultados en el examen de matrices y estampas de geometría
complicada.
3. Corriente aplicada a la magnetización :
Corriente alterna:
Es la corriente habitualmente suministrada por la red, suele ser
de frecuencia 50-60 Hercios sinusoidal. De escaso poder de
penetración, por lo que frecuentemente se utiliza para defectos
superficiales o de pequeña profundidad, por ejemplo para
grietas debidas a rectificados de piezas, soldaduras.
Corriente continua:
Corriente suministrada por baterías, es una corriente rectilínea,
de mayor poder de penetración, que puede emplearse para
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detectar grietas o defectos a mayor profundidad que la corriente
alterna, se utiliza para profundidades de 6 a 12 mm.
Corriente rectificada:
Se obtiene rectificando la corriente alterna. Se comporta como
continua aunque en realidad es débilmente sinusoidal, no
perdiendo las características de la corriente alterna. Se emplea
generalmente para la detección de grietas internas.
4. Equipos magnéticos en el laboratorio:
Yugos magnéticos permanentes:
Se basan en dos imanes permanentes de potencia adecuada y
situados cada uno de ellos en un brazo articulado, empleándose
para la detección de defectos superficiales, siendo muy prácticos
en la inspección de zonas localizadas de grandes componentes,
soldaduras, etc. Aunque su uso está muy restringido encuentra
aplicación por razones de seguridad. Tiene sin embargo muchos
inconvenientes, entre los que destaca el hecho de que la
intensidad de campo es baja y además constante, las partículas
magnéticas tienden a acumularse en los polos, y su aplicación es
incómoda por lo difícil que resulta su separación de las piezas.
Electroimanes:
Se basan en el campo magnético creado por un electroimán que
se transmite a través de sus brazos fijos o articulados. Se
emplean para la inspección de zonas localizadas de grandes
componentes, soldaduras, etc. Tienen la posibilidad de
introducir corriente alterna y continua rectificada.
Equipos magnéticos portátiles por electrodo:
Son más pesados que los anteriores descritos. La corriente
eléctrica alterna o continua crea un campo circular alrededor de
cada electrodo cuando estos se aplican sobre una suerficie. Son
muy útiles para la inspección de zonas localizadas de grandes
componentes tales como soldaduras. No pueden funcionar en
periodos de tempo continuo y deben de hacer un contacto muy
bueno sobre las superficies. La técnica de aplicación es con
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partículas de vía seca, la gama alta la constituyen equipos de
6000 a 8000 Amperios, la corriente utilizada es semirectificada o
alterna y también continua, procede de la alterna trifásica
totalmente rectificada, actualmente los equipos controlan
mediante triacs la corriente de alimentación del transformador.
5. Técnicas de desmagnetización:
Consisten en someter la pieza a un campo alterno, que a la vez va
disminuyendo de intensidad hasta 0, con el fin de conseguir eliminar el
campo magnético de la pieza, esto se puede conseguir de dos formas:
Desmagnetización por corriente alterna:
Es el método más rápido y fácil, se obtiene colocando la pieza
por el interior de una bobina por la que circula corriente alterna
y luego se aleja lentamente hasta una distancia de 1.5 a 2
metros, donde se puede considerar el campo nulo.
Cuando se dispone de un yugo magnético, se puede aplicar a la
desmagnetización de grandes áreas aplicándolo a la superficie, y
sin dejar de pasar corriente se aleja despacio y girando.
Desmagnetización por corriente continua reversible:
La pieza se somete a un campo continuo que se va reduciendo
en amplitud, en cada escalón se invierte su sentido.
Es el método más eficaz de desmagnetización para piezas
grandes en las que la corriente alterna no puede eliminar el
campo interno.
6. Tipos de indicaciones:
Si las indicaciones de partículas presentan sus bordes con una definición
muy nítida indicarán grietas superficiales, si son indicaciones con
definiciones difusas en los bordes las discontinuidades serán
subsuperficiales, las heterogeneidades de morfología esférica como poros,
microinclusiones globulares, etc, son muy poco detectables con partículas
magnéticas dando indicaciones muy poco definidas.
Se pueden citar como discontinuidades subsuperficiales:
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Grietas de temple, localizadas fundamentalmente en los
cambios de sección.
Grietas de fatiga, localizadas en zonas de máximo momento
flector, o en zonas donde aparecen entallas
Grietas de rectificado, forman una típica red de grietas poco
profundas
Se pueden citar como discontinuidades subsuperficiales:
Cavidades o inclusiones no metálicas que no llegan a aflorar a la
superficie
Discontinuidades en soldaduras o piezas moldeadas.
Se pueden considerar como falsas indicaciones:
Efecto de la sobremagnetización, dando indicaciones por
acumulación de partículas en cambios de sección o en los
extremos de piezas magnetizadas longitudinalmente, como
solución es la dismunición de la intensidad del campo magnético
hasta la desaparición de esas indicaciones.
Escritura magnética, debido a contactos entre dos piezas
magnetizadas a distinto nivel, su configuración es peculiar y se
elimina desmagnetizando y volviendo a magnetizar.
Deformación en frío, debido al cambio de permeabilidad en
piezas muy deformadas, la solución es la misma que la anterior.
Tamaño de grano, cuando el tamaño es muy basto, las
indicaciones aparecen formando redes con los límites del grano.
Conclusiones:
Queda entredicho que estos dos métodos de ensayo no destructivo son ideales
para examinar piezas con defectos superficiales de todo tipo de materiales y de no
superficiales en el caso de ferromagnéticas.
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Práctica Nº3: ENSAY POR ULTRASONIDOS CON PALPADOR
EMISOR DE HAZ NORMAL.
Objetivos:
Determinación de las variables necesarias que permitan la detección de heterogeneidades en piezas, que puedan presentarse en los distintos procesos de fabricación de acabado, o de servicio, mediante emisión de ondas ultrasónicas (Véase libro de Tecnología de Materiales).
Las aplicaciones dentro del ámbito de control de calidad de los materiales y de los procesos industriales pueden clasificarse en: -Procesos para afinado de grano, aceleración en la solubilización. - Tratamientos térmicos tales como aceleración en la difusión. - Tratamientos superficiales. - Procesos de limpieza. - Procesos de soldadura en sustitución del fundente. - Mecanizado l abrasión). - Aceleración de los ensayos de fatiga - Detección de heterogeneidades en materiales. Determinación de sus propiedades, medidas de espesores, ele.
Pero donde verdaderamente tiene un campo de aplicación muy extendido es para comprobaciones de defectos en soldaduras (falta de penetración, poros, grietas etc.).
Procedimiento de calibración en distancia con palpadores normales:
Para localizar defectos en profundidades es preciso calibrar (barrido o escala de tiempos) la pantalla en distancias del material, utilizando para ello los mandos adecuados del aparato. Veamos en el ejemplo de la figura como realizar este ajuste o calibración.
Suponemos que queremos calibrar la pantalla de forma que la longitud de la misma sea equivalente a 100 mm en acero para las ondas longitudinales y según la técnica de reflexión. Para ello se conmutará el mando de distancia a la posición adecuada. Con el bloque de la figura
en posición horizontal de espesor 25 mm, se colocará un palpador sobre su
21
superficie. En la pantalla aparecerán una serie de ecos múltiples.
Para que se encuentre el aparato calibrado en !a distancia de 100 mm se han de conseguir cuatro ecos múltiples en las posiciones ¼, ½, ¾ y 1 de la longitud de la pantalla, tal como indica la figura, para conseguir esta posición se opera con el mando fino de distancia y con el de retardo de impulso De la misma forma puede hacerse una calibración para otra distancia Si en lugar de haber calibrado con el calibre V-I se hubiese calibrado con el V-2 puesto en posición horizontal de espesor 12.5 mm colocando sobre su superficie el palpador en la pantalla aparecerán ocho ecos múltiples en las posiciones 1/8, 1/4, 3/8, 1/2. 5/8, 2/3. 7/8. 1 de la longitud de la pantalla, para obtener estas posiciones se recurre a operar con el mando fino de distancias y con el de retardo de impulso.
Medio de acoplamiento
Para pode: inspeccionar por contacto es necesario, por unto eliminar al máximo la capa de aire entre el palpador y la pieza y esto se hace por medio de acoplante. Los acoplantes son líquidos o semilíquidos tales como: -Agua -Aceite mineral (en nuestro caso usamos este ) -Glicerina -Grasa consistente -Silicona -Pasta de empapelar PROCEDIMIENTO PARA DETECCIÓN SITUACIÓN Y MORFOLOGÍA DE DEFECTOS. Para verificar por medios ultrasónicos si un material contiene defectos en su interior se procederá de la forma siguiente: Partiendo por ejemplo de un material de acero de forma prismática cuyas dimensiones se reflejan en la figura, se va a proceder a determinar su defectología a través de un
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palpador de haz normal, aplicado a la superficie de noventa mm de espesor. Para ello primero se procederá a la calibración que se realizará para un espesor igual o mayor que el de la pieza a examinar, en este caso que se ha detallado ya anteriormente. A continuación se colocará el palpador sobre la superficie habiendo depositado previamente el acoplante para evitar falsas reflexiones, se deslizará el palpador por toda la superficie y donde aparezca una señal de indicación con pico máximo en la pantalla señalará una heterogeneidad, cuya distancia a la arista se determina midiendo desde el centro del palpador hasta ella. La profundidad a la que está se leerá en la pantalla calibrada en distancias. Para saber su morfología una vez localizada la heterogeneidad, si al desplazará el palpador se mantiene es porque indica un defecto plano paralelo a la superficie, si al desplazar el palpador se pierde es que el defecto es circular o esférico, en cuyo caso no se perderá la indicación si desplazamos el palpado, en sentido circular. Así procediendo a desplazamientos radiales, longitudinales y circulares se podrá predecir qué forma tendrá dicha heterogeneidad.
Conclusiones:
Este tipo de ensayos complementa el impedimento del ensayo con partículas
magnéticas (no se pueden examinar piezas de material no ferroso), en cambio este
tipo de ensayos puede detectar defectos a bastante profundidad y en cualquier
material, siempre que tenga una superficie lisa.
23
Práctica Nº4: FUNDICIÓN A LA CERA PERDIDA.
Proceso básico:
El proceso básico para la producción de pizas de joyería consiste como punto de partida, en el diseño y confección en un modelo maestro de la pieza, normalmente hecho de metal y con el máximo grado de detalle y acabado. A partir de ese modelo maestro se fabrica un molde en coquilla que después se usara para la elaboración de los modelos de cera u otro material consumible. El procedimiento más usual consiste en vulcanizar un bloque sólido de goma alrededor del modelo maestro utilizando para este fin, calor y presión sobre el bloque de goma vulcanizable.
Una vez configurado el bloque, se estudia la forma ideal por la que se realizara un corte con un bisturí con el fin de extraer el modelo maestro que esta “enterrado” en el bloque. Los dos semimoldes configurados de esta forma pueden reproducir diseños complejos y muy complicados inyectados cera a baja presión en el molde de caucho. El hecho de ser flexible el material del molde permite extraer los modelos de cera sin distorsionarlos.
Otros materiales utilizados para la confección en serie de los modelos de cera
son: elastómeros fundidos, resina epoxi liquidas y aleaciones de bajo punto de fusión. Los moldes rígidos o de metal pueden utilizarse para inyección de cera fundida a mayor presión que los materiales flexibles para obtener el máximo grado de finura en el detalle y exactitud dimensional. Si se desea fabricar series largas los modelos pueden producirse en moldes metálicos como los utilizados en el moldeo por inyección de los plásticos.
Los moldeos de cera se agrupan en racimos más o menos grandes en función de las necesidades de producción y la capacidad de la máquina de fundición. Se usan varias técnicas de montaje, pero la más extendida para la producción masiva es unir los moldeos radialmente, por medio de pequeños bebederos a una gran mazarota central.
24
Una vez montados los modelos el racimo se posiciona en un recipiente estanco
con una tapa soporte de goma en la parte inferior del recipiente, que suele ser metálico y en forma de tubo, a continuación se embebe con una lechada de revestimiento que se tiene preparado, cubriendo completamente el racimo de cera con este revestimiento. Casi todos los revestimientos, o materiales refractarios de relleno están basados en mezclas de escayolas especiales y sílice muy fina que se mezclan con agua para producir una borborita fluida, cuya proporción se calcula de manera que tarde unos 10 minutos el comienzo del fraguado.
Los moldes en bloque son la norma general. Los procesos de investidura
múltiple con un material de compacto y otro de relleno no se usan en joyería. La mayoría de los moldes investidos se hacen en cajas de moldes cilíndricas de metales resistentes al calor. El aire atrapado sobre la superficie de los modelos de cera se debe eliminar antes de que empiece el fraguado sometiendo al conjunto a un vacio lo suficiente intenso como para que desalojen todos los gases generados en la confección de la borbotina.
25
La cera de los moldes fraguados se elimina calentando a baja temperatura, al aire o al vapor, y calcinando después a 700ºC o 800ºC. Para curar el material del molde y eliminar los residuos carbonosos de la cera. Antes de colar los moldes para joyería se enfrían entre 300ºC y 700ºC dependiendo de la temperatura de fusión de la aleación y de la naturaleza de los modelos del molde.
A continuación se sitúa el molde en horizontal en el interior de una máquina de
centrifugado que será la encargada de que el material fundido llegue a todos los recovecos del racimo.
Conclusiones:
Gracias a este método de colada, se pueden producir y copiar piezas de pequeño
tamaño sin tener que recurrir a costosos métodos de fabricación como el CNC de
arranque por viruta.
26
Práctica Nº5: Tratamientos térmicos Introducción: Con enfriamientos moderados la monofase de ausentita, se transforma en fases de ferrita (blanda y dúctil) de bajo %C, y cementita (dura y frágil) con alto %C. Si el enfriamiento se realiza a velocidades superiores esto no ocurre, no existe tiempo suficiente para que el C se difunda, quedando atrapado en la solución sólida. Se forma una estructura tetragonal metaestable sobresaturada de C y denominada martensita.
Objetivos:
- Conocer la influencia de los elementos de aleación. Particularidades y distribución de los carburos. - Estudiar las transformaciones de la austenita a temperatura constante. - Comprender el mecanismo de endurecimiento secundario durante el revenido. - Observar las microestructuras de algunos aceros de herramientas.
Procedimiento:
Primeramente someter cada probeta de acero, F1250 en nuestro caso, a su
respectivo tratamiento térmico: Enfriamiento con agua, con aceite, en baño de sales y
posteriormente en agua y finalmente otra al aire, también vamos a someter a revenido
otra pieza enfriada inicialmente en agua.
A continuación se procederá a desbastar la superficie de las probetas para
eliminar la cascarilla producida durante el tratamiento.
Finalmente tomamos unas medidas de dureza de cada pieza y sacamos la
media de las 3 con menor desviación entre ellas y anotar los resultados.
Resultados de las pruebas con acero F1250 :
Temple en agua:
o 603 HV
o 619 HV
o 609 HV
Media: 610.33 HV
Temple en aceite:
o 365 HV
27
o 347 HV
o 337 HV
Media: 349.66 HV
Temple con baño de sales:
o 669 HV
o 653 HV
o 654 HV
Media: 658.66 HV
Temple en aire:
o 323 HV
o 328 HV
o 325 HV
Media: 325.33 HV
Temple en agua con revenido:
o 418 HV
o 398 HV
o 384 HV
Media: 400 HV
Conclusión:
Según lo estudiado en clase el orden de durezas de mayor a menor debería ser:
Temple al agua, temple en aceite, temple en baño de sales y templado al aire. Así que
según esto hay ciertas incongruencias con los resultados obtenidos. Luego el temple al
agua con revenido no sabemos cierto en que dureza debería quedarse, pero claro está
que menor que la del temple al agua solamente.
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Práctica Nº6: Radiografía industrial OBJETIVO DEL ENSAYO.
La radiología industrial tiene por misión poner de manifiesto las heterogeneidades superficiales e internas producidas en cualquier tipo de materiales, en los sucesivos procesos de fabricación hasta alcanzar el producto final, y a lo largo de la vida de este.
El procedimiento consiste e nla emisión de rayos X que atraviesan el material a inspeccionar y son detectados por una película radiográfica, que conforman una imagen de ella, poniendo de manifiesto cualquier irregularidad a lo largo del espesor del material. Las aplicaciones industriales más importantes se indican a continuación: -Uniones soldadas: Podremos verificar la calidad de la soldadura, comprovando si existen discontinuidades e imperfecciones superficiales o internas. -Piezas moldeadas: Verificaremos la calidad de la pieza obtenida mediante el proceso de colada, comprobando cualquier tipo de defecto superficial o interno. -Tratamientos térmicos: Comprobaremos si aparece alguna grieta en la pieza sometida a este tratamiento. -Sistemas y componentes en fase de montaje o en servicio: Comprende la comprobación de defectos introducidos en las fases últimas de fabricación de los sistemas y componentes, la comprobación de montajes defectuosos, la comprobación de dimensiones y la comprobación indirecta de la calidad de la mano de obra. Así mismo, la verificación de piezas susceptibles a la corrosión que pueden llegar a suponer una merma considerable del espesor del material, del agrietamiento o de las exfoliaciones por corrosión bajo tensiones, etc. EQUIPO El equipo fundamental que se debe disponer es el siguiente: -Fuente de rayos X. -Película radiográfica. -Indicadores de calidad de imagen. -Laboratorio de procesado. -Densitómetro. -Negatoscopio. FUENTE DE RAYOS X. Compuesta por: -Regulador de intensidad: Fijar la corriente de electrones en el tubo. Tiene una intensidad fija de 3 mA. -Selector de tensión: Pasaremos una tensión al tubo de hasta 200 o 300 KV,
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dependiendo de la maquina. -Lector de tensión: Es analógico con capacidad de lectura máxima dependiendo de la máxima tensión del aparato (entre 200 o 300 KV). -Cronómetro: Su finalidad es la de la cuenta atrás del tiempo seleccionado para la exposición, cuando llega a 0, el equipo deja de emitir rayos X. Capacidad máxima de 10 minutos. -Piloto de encendido del equipo: Cuando conectamos, a través del interruptor general, el equipo a la red eléctrica, se ilumina. -Piloto indicador de emisión de rayos X: Su iluminación señala que el tubo emite rayos X. TUBO DE RAYOS X. Se compone de una ampolla de vidrio, sometida al vacío, en la cual se hallan un electrodo positivo o un “anodo” y un electrodo negatico “catodo”. El calor que acompaña a la producción de rayos X es muy alta por lo cual es necesario refrijerar el ánodo ( refrigerado con aceite por convección natural). Existe una ventana de salida de berilio, dejando pasar el espectro mas blando de la radiación. La consola de mandos esta conectada a la red a través de una manguera eléctrica.
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PELICULA RADIOGRÁFICA.
Una película radiográfica se compone de 7 capas: 1. Un soporte de triacetato de celulosa o poliéster. 2. Ambos lados del soporte están provistos de: -Una capa de gelatina endurecida que protege la emulsión. -Una capa de emulsión. -Una capa muy delgada llamada sustrato, que asegura la adherencia de la capa de emulsión al soporte. La emulsión fotográfica, sensible a la luz y a la radiación X, esta constituida por una mezcla de gelatina y de cristales halogenuros de plata microscópicos. Cuando incide la radiación sobre un objeto y se proyecta su imagen sobre una película, esta sufre una modificación en los lugares que reciben una suficiente cantidad de radiación. De esta manera se forma una imagen completa aunque todavía invisible en la capa fotosensible. Esta imagen se denomina imagen latente. La imagen latente, cuando la pelicula es sometida a un proceso de revelado, se transforma en imagen real.
TIPOS DE PELICULAS:
Las películas radiográficas industriales se clasifican de acuerdo con la norma ASTM E 94-77, en cuatro grandes grupos en función de su rapidez, contraste y tamaño de gramo.
Por regla general, las películas cuya impresión es lenta presentan un grano pequeño, fino y las películas rápidas presentan un grano grueso. En consecuencia, las películas de grano fino mejoran la definición de la imagen. PANTALLAS RADIOGRAFICAS. Las láminas de plomo en contacto directo con la película producen los siguientes
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efectos: -Pantalla de lámina de plomo anterior: Incrementa la acción fotográfica de la película, en gran parte debido a los electrones emitidos y como consecuencia de la radiación secundaria que se genera en el plomo. -Pantalla de lámina de plomo posterior: Absorbe la radiación difusa. Para comprobar que no a recibido esta radiación la película radiográfica, se coloca una letra “B” de plomo. Una vez revelada la pelicula, esta letra no debe aparecer, significando que no ha recibido dicha radiación. En general, para tensiones inferiores a 200 KV, los espesores de las pantallas de plomo seran: -Pantalla anterior: 0.1 mm. -Pantalla posterior: 0,15 mm. Diferencias entre las calidades de las imágenes radiográficas: INDICADORES DE CALIDAD DE IMAGEN. La calidad de imagen que es consecuencia de la técnica radiográfica seguida, es necesario plasmarla en un valor numérico y para ello se recurre a los “indicadores de calidad de imagen” El indicador de calidad de imagen, en general es un pequeño dispositivo constituido por un material de naturaleza idéntica, o de propiedad análoga desde el punto de vista de su poder de absorción de la radiación a la del objeto que se radiografía. Existe una gran diversidad de indicadores de calidad de imagen: -Indicadores de escalerilla: consiste en gradas o escalerillas talladas en un material que tenga una absorción semejante a la que posee el material del objeto que se radiografíe. Para la evaluación de la calidad se determina cuál es el escalón más delgado todavía visible en la imagen del ICI. -Indicadores de agujeros: consisten en plaquitas planas, cuyo grosor está perfectamente determinado, en las que se han taladrado varios orificios de diámetro creciente, siendo el más pequeño, generalmente, de diámetro igual al espesor de la placa. -Indicadores de hilos: Son colecciones de hilos de material semejante al del objeto que se radiografía, montadas sobre caucho, plástico, etc. Los diámetros de los hilos varían de acuerdo con una cierta progresión característica del ICI. La lectura se realiza sobre el diámetro del hilo más fino todavía visible en la imagen. Existen cuatro series: -Cobre, cinc, estaño y sus aleaciones. -Materiales ferrosos. -Titanio y sus aleaciones. -Aluminio y sus aleaciones.
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Números, diámetros y tolerancias de los hilos. Tipos de ICI y materiales de los hilos utlizados para grupos de materiales. Los ICIS serán colocados sobre la parte a examinar. Si no se pudiera, se colocaría en el lado de la película en contacto con la pieza a examinar y una letra “F” de plomo. Generalmente, los penetrámetros de hilos se colocan, para inspecciones de uniones soldadas, sobre el cordón de soldadura a 90º, y los de escalerilla y placas con taladro, adyacentes a la soldadura.
LABORATORIO DE PROCESADO. Las películas deben tratarse en la cámara oscura, debiendo estar instalada lo más próxima al local donde se realice la exposición pero fuera del alcance de la radiación. Deben tratarse bajo un alumbrado inactínico. Se revelara esta película de manera habitual y se podra verificar hasta que punto es seguro el alumbrado y cuanto tiempo puede soportar la película el alumbrado de la cámara oscura sin peligro.
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Los tanques serán de acero inoxidable o de materia sintética. Se instalaran cinco tanques con el orden siguiente: -Tanque de revelado. -Tanque para el baño de parada o para el lavado intermedio. -Tanque de fijado. -Tanque para el lavado final. -Tanque para la solución de agentes humectantes. DENSIOMETRO La densidad radiográfica se refiere a la medida cuantitativa del oscurecimiento de la película. La densidad radiográfica, en radiografía industrial, generalmente estará dentro del rango de 1 – 4 y se mide normalmente con densitómetros electrónicos de aguja o digital, siendo en realidad fotómetros especiales, cuya variación de lectura estará dentro de la tolerancia +0,05 en densidad. NEGATOSCOPIO Para evaluar la sensibilidad e interpretar la imagen, se coloca la película radiográfica ante un negatoscopio de intensidad adecuada a la densidad fotográfica, enmascarando la película para evitar el deslumbramiento producido por la luz exterior a la película o procedente de las áreas de baja densidad. Se establece que la luminancia del negatoscopio no ha de ser menos de 30 candelas/m². La luz debe ser preferiblemente blanca, y a poder ser difusa. PROCEDIMIENTO El equipo radiográfico nos muestra tres ábacos de exposiciones. Fijando todas las variables que se indican en el ábaco el proceso a seguir es el siguiente: 1º. Mediremos el espesor del cordón de soldadura a radiograficar. 2º. Elegiremos el ábaco según sea el material del cordón a radiografiar y la distancia fuente-pelicula. 3º. En abscisas están contemplados los espesores a radiografiar. Subiremos el ábaco según el espesor medido hasta que nos corten las curvas de tiempo y densidad. La intensidad del equipo es fija 3 mA.
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Tenemos así seleccionadas todas las variables de la exposición. Procedemos a montar la película radiográfica sobre el cordón de soldadura, e iremos poniendo todas las referencias que nos hacen falta para la identificación de la película con letras y números de plomo. También pondremos los indicadores de calidad de imagen (I.C.I.) que corresponda según el espesor del cordón. Situaremos la muestra perfectamente preparada y montada para su exposición radiográfica, a la distancia que nos indica el ábaco. Tendremos la previsión de utilizar la guía que tiene el tubo para dirigir el haz de rayos X perpendicular a la muestra y centrado respecto a la zona a examinar. INTERPRETACIÓN DE LAS RADIOGRAFÍAS La inspección radiográfica tiene por objeto asegurar la calidad de los materiales o de parte de ellos o del proceso de fabricación. Lo que hay que enjuiciar es realmente el grado de imperfección, más bien que el de la perfección. Cuando se va a interpretar una radiografía. Lo primero que hay que juzgar es la propia calidad de la misma, pues si no es lo suficiente para poner de manifiesto los tipos de defectos que pueda presentar el material que se inspecciona, antes de seguir adelante hay que rechazar la radiografía. Fundamentalmente hay que comprobar que aparece el penetrámetro que nos indica la norma, según el espessor de la muestra a radiografiar, que no nos aparece la letra “B”, lo que significa que no ha recibido radiación difusa y la densidad que nos piden. Una vez comprobada la calidad de la propia radiografía, para interpretar la información que nos suministra, nos tenemos que ayudar, en el caso de inspección de cordones de soldadura, de la norma EN 26520 “Clasificación de las imperfecciones en soldaduras metálicas por fusión, con explicaciones”; así como de la norma EN 25817 “Uniones soldadas por arco de aceros. Soldeo por fusión. Guía sobre los niveles de calidad en función de las imperfecciones”.
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INFORME Realizada la interpretación y evaluación de los resultados del examen a que haya sido sometida la muestra, como etapa final será preciso preparar un informe que acompañe a cada radiografía o serie de ellas, con el fin de dejar constancia escrita y documentada del examen efectuado. Conviene preparar un esquema radiográfico, dibujo o información que dé cuenta de los detalles del método operativo seguido para su obtención. En el informe radiográfico se debe hacer referencia, como mínimo, a los siguientes puntos: -Número de películas. -Situación de cada radiografía sobre el objeto examinado. -Sistema de identificación. -Localización de las marcas de identificación. -Referencia a la norma o sección del código aplicado. -Esquema radiográfico. -Evaluación de los posibles defectos.
Conclusiónes:
Este tipo de ensayos es idóneo para ensayo de piezas complejas o ensayo de
soldaduras, que ofrece una visión clara de los espesores y los posibles defectos de las
piezas. Este método se usa sobretodo en ensayo de soldaduras en metales como
acero, titanio, aluminio, cobre y sus aleaciones.
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