DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

LAB. CIENCIA DE MATERIALES I

ING. VÍCTOR ANDRADE

Informe de Laboratorio 11

ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN (TRABAJO EN FRÍO)

ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN (TRABAJO EN CALIENTE)

Méndez Katherine

Molina Stelios

Perugachi Miguel

Sangolquí, 14 Julio, 2015

ÍNDICE DE CONTENIDOS

1. TEMA...................................................................................................................................12. OBJETIVOS..........................................................................................................................12.1 General....................................................................................................................................12.2 Específicos..............................................................................................................................1

6. DESARROLLO...........................................................................................................................27. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..........................................................................3

7.1 Conclusiones.........................................................................................................................37.2 Recomendaciones..................................................................................................................3

8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................49. APÉNDICES...............................................................................................................................5

A. DATOS DE LABORATORIO..............................................................................................5

LISTA DE TABLAS Y FIGURAS

Tablas

Tabla 1. Resumen de propiedades de los materiales..........................................................................8

Tabla 2. Datos obtenidos en el laboratorio.......................................................................................11

Figuras

1. TEMA

Endurecimiento por deformación (trabajo en frío),

Endurecimiento por deformación (trabajo en caliente).

2. OBEJTIVOS:

2.1 General

Identificar la influencia del trabajo en frío y caliente sobre las propiedades mecánicas de los materiales trabajados durante la práctica.

2.2 Específicos

Aplicar el trabajo en frio, caliente, en una misma probeta a diferentes porcentajes.

Observar los cambios físicos que se producen en las probetas después de un trabajo en

frío y caliente.

Identificar la dureza en los materiales deformados por el trabajo en frío, caliente.

Obtener datos de las muestras después del pulido y tratamiento químico.

Reconocer los beneficios del trabajo en frío y del trabajo en caliente.

3. MARCO TEÓRICO

3.1 Endurecimiento por deformación plástica en frio.

El endurecimiento por deformación plástica en frío es el fenómeno por medio del cual un metal dúctil se vuelve más duro y resistente a medida es deformado plásticamente. Generalmente a este fenómeno también se le llama trabajo en frío, debido a que la deformación se da a una temperatura "fría" relativa a la temperatura de fusión absoluta del metal.

Fig. 1 Gráfica esfuerzo-deformación de material con trabajo

en frio y su relación con el endurecimiento y la ductilidad.

3.2 Proceso de endurecimiento por deformación.

1. El metal posee dislocaciones en su estructura cristalina.2. Cuando se aplica una fuerza sobre el material, las dislocaciones se desplazan causando la

deformación plástica.3. Al moverse las dislocaciones, aumentan en número.

4. Al haber más dislocaciones en la estructura del metal, se estorban entre sí, volviendo más difícil su movimiento.

5. Al ser más difícil que las dislocaciones se muevan, se requiere de una fuerza mayor para mantenerlas en movimiento. Se dice entonces que el material se ha endurecido.

Distintos metales tienen diferente capacidad para endurecerse cuando se deforman plásticamente, lo cual se mide con el coeficiente de endurecimiento por deformación. Entre mayor es n para un metal, más se endurece al ser deformado plásticamente.

Para que el endurecimiento del metal se mantenga, es necesario que las dislocaciones que fueron creadas durante la deformación se mantengan en la estructura del metal. La estructura cristalina del metal tiene un número "normal" de dislocaciones. La deformación plástica ha causado que haya más dislocaciones que ese número "normal", por lo que la estructura cristalina tenderá a hacer desaparecer a las dislocaciones "extra".

Si se aumenta la temperatura del material hasta el grado que se permita la difusión atómica, las dislocaciones "extra" desaparecerán del material, haciendo que éste recupere las propiedades mecánicas que tenía antes de ser deformado.

Sabemos que la difusión se activa a una temperatura mayor que 0.4 veces la temperatura de fusión del material en grados absolutos, por lo tanto se tendrá lo siguiente:

3.3 Diferencias entre trabajo en frío y trabajo en caliente:

Trabajo en frío.

Existe endurecimiento por deformación. Se crean dislocaciones y éstas quedan en el material El material endurece

Trabajo en caliente

No existe endurecimiento por deformación. Se crean dislocaciones pero éstas desaparecen por difusión. El material no endurece.

El trabajo en frío no solo causa un aumento de las dislocaciones en la estructura del metal, sin que también cause la deformación de sus granos. La combinación de los granos deformados con el aumento de dislocaciones causa esfuerzos residuales dentro del material.

Fig. 3 La estructura de grano fibrosa de un acero de bajo carbono producido por trabajo en frío:

( a) de trabajo en frío 10 % , ( b ) 30 % de trabajo en frío , ( c ) el 60% de trabajo en frío , y (d ) el 90 % de trabajo en frío.

2

Los esfuerzos residuales no son más que zonas de tensión o compresión que existen dentro del material sin que sean generadas por fuerzas externas. Los esfuerzos residuales pueden causar el debilitamiento del material, haciendo que falle a esfuerzos aplicados menores a su resistencia nominal.

El aumento de las dislocaciones y la deformación de los granos de la estructura cristalina pueden causar cambios en las propiedades eléctricas y la resistencia a la corrosión del metal. Todos los cambios asociados a la deformación plástica en frío pueden ser revertidos utilizando el tratamiento térmico apropiado. La restauración de las propiedades a los valores previos a la deformación se logra a partir de dos procesos diferentes que ocurren a temperatura elevada.

3.4 Características Trabajo en frío:

Fortalecimiento del material metálico y producir la forma final deseada. Podemos obtener excelentes tolerancias dimensionales y acabados superficiales. Proceso de bajo costo para la producción de grandes número de piezas pequeñas. La ductilidad, conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión se vean afectados por el

trabajo en frío. Correctamente controlado tensiones residuales y el comportamiento anisotrópico puede

ser beneficioso. Como se verá en la Sección 8-6, ya que el efecto de trabajo en frío se reduce o se elimina

Fig. 4 Una comparación de fortalecimiento de cobre por (a) trabajo en frío.

Considerar que el trabajo en frío produce mayor fortalecimiento, pero

disminuye la conductividad eléctrica.

4. MATERIALES Y EQUIPOS

Varillas de Acero Yunque Martillo Baquelita

3

Fragua Soplete Guantes Sierra Lijas Alumina

5. PROCEDIMIENTO

TRABAJO EN FRÍO

5.1 Seleccione tres muestras de la probeta de acero

5.2 Obtenga un 10, 20 y 30 % de trabajo en frío con yunque y martillo para cada una de

las muestras.

5.3 Reforzar con baquelita cada una de las cuatro muestras.

5.4 Pula mecánicamente las piezas seleccionadas.

5.5 Observe los resultados del trabajo en frío en forma visual.

5.6 Mida las durezas de cada una de las muestras.

5.7 Compare los efectos producidos por el trabajo en frío.

TRABAJO EN CALIENTE

5.8 Seleccione tres muestras de la probeta de acero.

5.9 Calentar la muestra en la fragua, para posteriormente con yunque y martillo para cada

una de las muestras obtener un 10, 20 y 30 % de trabajo en caliente.

5.10 Reforzar con baquelita cada una de las cuatro muestras.

5.11 Pula mecánicamente las piezas seleccionadas.

5.12 Observe los resultados del trabajo en frío en forma visual.

5.13 Mida las durezas de cada una de las muestras.

5.14 Compare los efectos producidos por el trabajo en caliente.

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS.

CALCULO DEL DIÁMETRO

% Trabajo Diámetro inicial (do)

(mm)

Diámetro final (df)

(mm)

10 6,28 5,95

20 5,95 5,61

30 5,61 5,25

4

Ejemplo de Cálculo:

%Tr= Ao−AfAo

∗100 %

%Tr=

π do2

4−π df 2

4π do2

4

∗100 %

%10=(6,28)2−df 2

(6,28)2 ∗100 %

df =5,95mm

Fig. 4 Gráfica Deformación – Esfuerzo

TRABAJO EN FRÍO DUREZA VICKER0% 237

10% 288.920% 29030% 302.1

TRABAJO EN CALIENTE DUREZA VICKER0% 261.9

10% 298.520% 35130% 396.6

7. PRÁCTICA EXPERIMENTAL

TRABAJO EN FRÍO

5

TRABAJO EN CALIENTE

Imágenes vistas en el microscopio de cada una de las muestras

Para 0%

Para 10%

6

Para el 20%

Para el 30%

8. CONCLUSIONES:

La dureza aumenta mientras mayor es el trabajo en frío al igual que en trabajo en caliente.

La probeta es más difícil de moldear con el trabajo en frío mientras mayor sea la dureza

del material del que está fabricado o en su defecto mientras mayor sea el diámetro de la

sección circular.

7

La ductilidad del material disminuye a medida que aumenta el trabajo en frio.

Al comparar el trabajo en frío y el trabajo en caliente, notamos que hay un nivel más alto en trabajo en caliente, entonces podemos deducir que la muestra al ser sometido a alta temperatura, la muestra adquiere mayor capacidad de dureza.

9. RECOMENDACIONES:

Usar implementos de protección para evitar daños colaterales

Si se tiene una sola probeta separar antes de iniciar la práctica las muestras necesarias

para evitar cambios en la estructura de la probeta

Revisar constantemente como se va moldeando la muestra para evitar errores en las

mediciones

Realizar un adecuado pulido y tratamiento químico para obtener mejores resultados.

En trabajo en caliente realizar la deformación lo mas rápido posible ya que la

temperatura al retirar de la fragua empieza a descender.

8

10. ANEXOS

11. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASKELAND, D. (2004). Ciencia e Ingeniería de los Materiales (Cuarta ed.). México: Thomson

Learning.

ELICES, M. (s.f.). Real Academia de Ciencias. Recuperado el 04 de Noviembre de 2014, de

http://www.rac.es/ficheros/doc/00330.pdf

SMITH, W. (1998). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de materiales (Tercera ed.).

España: McGraw-Hill.