Ciencia de los MaterialesInforme de Laboratorio No. 6

TRABAJO EN FRIO Y RECOCIDO

Ing. Xavier Snchez

Integrantes:Ren AguilarFranklin BoadaSebastin CazarJorge Pino

4to. A Mecnica

1.- Objetivos: Identificar la variacin de dureza en el acero luego de que este ha sido trabajado en fro. Comprobar si luego del recocido el acero endurecido por deformacin, recupera su ductilidad inicial. Comparar las microfotografas del acero antes haber sido sometido a ningn tratamiento, despus de haberlo trabajado en fro y luego de recocerlo. 2.- Marco Terico:

Trabajo en Frio: Es un fenmeno por el cual un metal dctil se hace ms duro y resistente a medida que es deformado plsticamente. A este proceso tambin se lo conoce como endurecimiento por trabajo en fro, debido a que la temperatura a la cual ocurre es fra en relacin a la temperatura de fusin del metal. La mayora de metales se endurecen por deformacin a temperatura ambiente.A veces es conveniente expresar el grado de deformacin plstica como el porcentaje de trabajo en fro ms que como deformacin as:

Donde A0 es el rea original de la seccin que experimenta la deformacin, y Ad es el rea despus de la deformacin. El precio a pagar por este aumento tanto de dureza como de resistencia es la ductilidad.Este fenmeno de endurecimiento tambin se puede explicar en base a las interacciones entre los campos de deformacin de las dislocaciones; la densidad de dislocaciones en un metal aumenta con la deformacin, y por esto la distancia media entre dislocaciones disminuye, teniendo as un movimiento limitado de dislocaciones (aumento de resistencia).El trabajo en frio se utiliza a menudo en la prctica para aumentar las propiedades mecnicas de los metales durante procesos de conformacin. El efecto del trabajo en fro puede ser eliminado mediante tratamiento trmico.

Recocido:En el contexto de un material metlico, el recocido es un tratamiento trmico para eliminar parte o todos los efectos del trabajo en fro.Despus de recocer, podra hacerse ms trabajo en fro, por que se restituye la ductilidad; al combinar repetitivamente ciclos de trabajo en fro y recocido, se pueden alcanzar deformaciones totales grandes.El recocido consta de tres etapas que son: Recuperacin.- cuando calentamos inicialmente el metal, una parte de la energa interna almacenada como energa de deformacin es liberada debido al movimiento de dislocaciones, esto como resultado del aumento de la difusin atmica a temperaturas elevadas; se reduce el nmero de dislocaciones, se recuperan la conductividad trmica y elctrica hasta valores similares a los correspondientes a los estados pre deformados. Re cristalizacin.- es la formacin de un nuevo conjunto de granos equiaxiales libres de deformacin que tienen baja densidad de dislocaciones. La fuerza motriz para producir esta nueva estructura de granos es la diferencia en energa interna entre el material deformado y el no deformado. Los nuevos granos se forman como ncleos muy pequeos y crecen hasta que reemplazan completamente al material deformado. Durante esta etapa las propiedades mecnicas que fueron modificadas durante el trabajo en fro son restauradas a sus valores previos a la deformacin; es decir, el metal se hace ms blando, menos resistente y ms dctil.Esta etapa del recocido depende tanto del tiempo como de la temperatura Crecimiento de grano.- una vez terminada la re cristalizacin, los granos libres de deformacin continan creciendo si la muestra metlica es dejada a la temperatura elevada.

Ensayo de micro dureza Knoop(HK o KHN):En este ensayo un penetrador de diamante muy pequeo y de geometra piramidal es forzado en la superficie de la muestra. Las cargas aplicadas son mucho menores que las aplicadas en los ensayos Brinell y Rockwell, estn comprendidas entre 1 y 1000 g. La huella se observa en el microscopio y se mide; esta medida es convertida en un nmero de dureza mediante la frmula:

Donde: L=carga[kg] l=l x F10xF10x=0,8475 l2 est dada en mm C=0,07028Conversin de la dureza:No se ha establecido un mtodo general para convertir las durezas de una escala a otra, ya que la dureza no es una propiedad bien definida del material y debido a las diferencias experimentales de cada tcnica. Los datos de conversin han sido determinados experimentalmente y se han encontrado que son dependientes del tipo de material y de las caractersticas del mismo. La escala ms fiable que existe es la que corresponde a los aceros, la cual se encuentra en el anexo A.

3.- Equipos y Materiales: Dos probetas de acero AISI 1018. Accesorios para la preparacin metalogrfica. Nital. Microscopio ptico con software. CORTADORA DE DISCO. Sierra de arco. Entenalla. Yunque. Martillo. Prensa Hidrulica Baquelita Durmetro. Micro durmetro. Horno mufla.

4.- Procedimiento: Acero sin tratar Preparar la metalogrficamente una de las probetas de acero. Tomar la micrografa a 100x y 200x Medir la dureza: Colocar el identador y la carga necesarios en el durmetro Comprobando que las caras de la probeta estn pulidas y paralelas, colocamos la misma en el durmetro. Realizamos una precarga, enceramos y descargamos. Tomamos la lectura de la dureza de la probeta. Acero trabajado en fro Con la cortadora de disco sacamos una porcin de la otra probeta de aproximadamente 2 mm de espesor. Con la sierra de arco cortamos una placa ms pequea irregular de aproximadamente 15 x 15 mm. Golpeamos la muestra en el yunque rebajando su espesor hasta 1.56mm Montamos esta muestra en la baquelita. Tomamos las microfotografas a 100x y 200x. Medimos la micro dureza.Acero recocido Sacamos la baquelita de la muestra endurecida por deformacin. Metimos en el horno durante 45 minutos a 700 C. Dejamos que se enfri en el horno. Medimos dureza. Montamos la muestra en la baquelita. Preparamos metalogrficamente. Tomar la micrografa a 100x y 200x

5.- Anlisis de Resultados:

Dureza acero sin tratar:

# MedicinDureza [HRB]

185.00

286.00

386.00

DUREZA MEDIA85.66

Micro dureza acero trabajado en fro:Ejemplo de clculos:Datos:L=0.5 kgl1=200 x F10x = 200 x 0.8475 = 169.5l12=73

= 247.63# MedidaMedicinL(l mm)2DUREZA [KHN]

1200169.50000.02873274.63

2258218.65500.04781148.80

3218184.75500.03413208.45

4231195.77250.03832185.66

5251212.72250.04525157.22

DUREZA MEDIA194.95

Aproximadamente 90[HRB]

Dureza acero recocido:# MedicinDureza [HRB]

188.00

287.00

387.00

DUREZA MEDIA87.33

ANALISI DE LAS MICROFOTOGRAFAS:

6.- Conclusiones:

Una vez realizada la prctica podemos concluir que al trabajar en fro el acero AISI 1018, aumenta su dureza de 85.66 a 90 HRB, esta pequea variacin se debe a que la geometra de la probeta no fue la ideal para deformarla (falto deformacin). Se puede ver como al deformar la probeta, los lmites de granos que originalmente estaban bien claros, al ser deformados se alargan un poco y ahora se ven borrosos; y luego del recocido la micrografa tiene una aparente similitud a la de la muestra original. Lugo del recocido, efectivamente se recupero algo de ductilidad de 90 a 87.33 HRB, pero a pesar de que la ligera variacin del trabajo en fro, no se recupero la dureza original; esto debido a que el tamao de grano del material dentro del horno vara en funcin del tiempo. Se debe medir todas las durezas en la misma escala, ya que la transformacin de HKN a HRB no es exacta y puede existir un amplio margen de error. Al analizar las microfotografas antes del trabajo en fro, luego del endurecimiento por deformacin y despus del recocido.

7.- Recomendaciones:

Para realizar trabajo en fro con acero se recomienda utilizar una probeta prismtica, en la cual sea fcil de medir cuanto se ha deformado. En el caso de que el trabajo se realice con una probeta cilndrica, cortar una muestra de al menos un centmetro de alto; se debe deformar el espesor de la misma, ya que la deformacin diametral es casi imperceptible en la micrografa. La deformacin de la probeta se debe hacer golpendola de forma directa, sin envolverla en hojas de papel, para dar un golpe ms certero y no ensuciar el laboratorio. Usar una mscara para la deformacin de la probeta. Utilizar lijas nuevas para el agilitar la preparacin de la muestra metalogrfica.

8.- Bibliografa:

Callister William, Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales, edicin 1995. Smith Wiliam, Fundamentos de la Ciencia e Ingeniera de Materiales, tercera edicin. Askeland Donald, Ciencia e Ingeniera de los Materiales, cuarta edicin.

9.- Anexos:Anexo AComparacin de las varias escalas de dureza