Informe : DEFORMACION EN FRIO

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INTRODUCION

Las propiedades y características de los metales determinan la función que desempeñaran. Estas propiedades y características pueden alterarse mediante la aplicación de diferentes procesos como. Uno de estos procesos es la deformación en frio.

La deformación en frio es un proceso que aparte de causar cambios en sus propiedades y características también causa cambios en la forma de las piezas, con la peculiaridad que se realiza a una temperatura menor a la temperatura de recristalización. Este proceso tiene mucha aplicación en la producción de piezas en serie debido al acabado superficial y a las tolerancias que estas alcanzan.

En el presente informe se abordara el tema de la deformación en frio y los ensayos que se realizan a las piezas deformadas para determinar la variación de sus propiedades y características y la relación que existen entre estas.

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OBJETIVOS

Objetivo General:



Aplicar y verificar los conocimientos obtenidos en los cursos Ciencias de los Materiales I y Ciencias de los Materiales II.

Objetivo Particular: 

Determinar la variación de las propiedades y características de las probetas y su relación entre estas.

FUNDAMENTO TEÓRICO 1

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GENERALIDADES:

La deformación de los metales mediante el cual se altera la forma inicial de estos mediante procesos que alteran sus propiedades para conformar piezas que tendrán la forma y las propiedades adecuadas para cumplir con determinada función. Esta deformación se refiere a la deformación plástica de los metales.

Dependiendo de los efectos que cause la temperatura surge la siguiente clasificación:



Deformación en caliente: La deformación se realiza a una temperatura por encima de la temperatura de recristalización, es decir, creación de nuevos granos libre de tensiones internas a partir de los granos deformados.



Deformación en tibio: La deformación se realiza a una temperatura por debajo de la temperatura de recristalización, pero cercana a esta.



Deformación en frio: La deformación se realiza por debajo de la temperatura de recristalización.

Los conceptos de alta o baja temperatura son relativos puesto que son fijados por la temperatura de recristalización del metal.

DEFORMACIÓN EN FRIO

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Es un proceso de deformación permanente aplicada a piezas metálicas para cambiar su forma inicial y sus propiedades, que se realiza a temperaturas por debajo de la temperatura de recristalización.

Esta deformación es debida a la deformación individual de sus granos que ocurre cuando es sometido a esfuerzos de compresión o tracción.

La deformación de los granos origina un estado de acritud de la pieza. A nivel microscópico se percibe el incremento de la densidad de dislocaciones, es decir se crean nuevas dislocaciones en el interior de la estructura del metal. Este incremento de dislocaciones hace que sea más difícil la propagación de estas a través de las dislocaciones ya existentes en el material, que a nivel macroscópico se traduce como el aumento de la fragilidad, de la dureza y de la resistencia mecánica, y la disminución de la ductilidad. Todas estas propiedades están interrelacionadas entre sí.

Para comprobar estos cambios se recurre a ensayos tracción, de dureza, metalográficos, etc.



Ensayos de Tracción: Es el esfuerzo interno al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a someterlo. Sean estos los valores de del ensayo de tracción para una pieza sin deformar 1

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(línea gris) y los valores luego de la deformación (línea azul):

Donde

Para

un

mismo

valor

de

deformación el esfuerzo será mayor en la línea azul.



Ensayos de Dureza: Es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, deformaciones permanentes, etc. El ensayo Rockwell: El durómetro Rockwell utiliza como penetrador un cono de diamante o una bola de acero, y mide la dureza por la profundidad de penetración. Es el más extendido debido a que se puede aplicar a todos los materiales y porque la dureza se obtiene por medición directa. Sean estos los resultados de la dureza Rockwell:

Probeta

sin

deformar.

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

Probeta

Dureza en la probeta

deformada.

deformada es mayor.

Examen Metalográfico: Determinan las características micro estructurales de un metal relacionándolas con sus propiedades física, químicas y mecánicas. Para realizar este ensayo es necesario preparar muestras representativas, es decir que no presenten alteraciones. Estas serán las vistas en el microscopio metalográfico:

La cantidad de grano en la dirección vertical se incrementa.

Probeta sin deformar

Probeta deformada

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

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Probetas de cobre

Lijas de diversas medidas

Equipo para realizar desbastado de material al agua.

Ácido nítrico

Un microscopio metalográfico

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Máquina pulidora y polvo abrasivo (alúmina)

Máquina de medición de dureza marca: WILSON INSTRUMENTS DIVISION

PROCEDIMIENTOS

El procedimiento consta de tres partes definidas:

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1. Deformación de las probetas. 2. Ensayo de dureza. 3. Examen metalográfico.

1. Deformación de probetas

a. Inicialmente se tienen siete probetas de cobre sin deformar enumeradas del uno al siete. A cada una de ellas se le tomará las medidas de su diámetro y de su altura.

A cada una de ellas se les deformara aplicando presiones crecientes de la siguiente forma

b. Se volverá a tomar las medidas a todas las probetas ya deformadas.

2. Ensayo de dureza

a. Cada probeta deformada será cortada de la siguiente forma:

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b. Este corte se realizará inmovilizando la probeta en el torno de banco y cortar

los

flancos

con

la

sierra.

Las dos caras paralelas generadas por el corte deberán limarse para que quede una superficie más plana.

c. Todas las superficies plana de las probetas se lijaran para proceder a continuación con los ensayos de dureza Rockwell.

d. El ensayo de dureza se realizara en los siguientes puntos:

Vale aclarar que se dejara una cara intacta pues a esta se le realizara el examen metalográfico.

e. Con los datos obtenidos se trazara una gráfica dureza versus deformación.

3. Examen metalográfico:

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a. La cara que no fue sometida al ensayo de dureza será preparada para realizar su examen metalográfico, Es decir, se lijara, se pulirá, se le realizara el ataque químico y finalmente se llevara al microscopio.

b. Ya en el microscopio metalográfico se observara la microestructura de cada probeta y se tomara una fotografía a la vista obtenida. c. A las fotografías tomadas se les realizara la determinación de las densidades lineales tanto en la dirección de la deformación como en la dirección normal a esta. Con los datos obtenidos se hallara la densidad promedio para cada probeta. d. Finalmente se compara y analizara los datos obtenido y se determinara la relación que existe entre ellas.

CALCULOS Y RESULTADOS Resultados de las mediciones de las probetas: 

Datos de la Deformación.

l inicial mm

l final mm

% Deformaci ón Presión

Punto A

Punto B

Punto C

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1 2 3 4 5 6 7 8

17.6 15.7 17.3 17.8 15.8 16.75 16.85 15.4

17.6 14.4 14.1 14.2 10.8 9.8 8.2 6.4

0 8.3 18.5 20.2 31.6 41.5 51.3 58.4



Gráfica de la Dureza.



Cálculo del grado de Distorsión.

0 65 130 150 207 260 340 530

45 76 87 89 90 97 98.5 96

39 73 81 86 86 93 93 91

38 58 64 61 70 75 81 84

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Probeta 1:

Longitud vertical Linea 1 Linea 2 Linea 3 Linea 4 Suma

1820 1790 1760 1750 7120

Longitud N°Granos horizontal N°Granos 11 1900 14 12 1940 13 12 2050 15 13 2030 14 48 7920 56

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Probeta 2

Longitud vertical Linea 1 Linea 2 Linea 3 Linea 4 Suma

1735 1950 1780 1940 7405

Longitud N°Granos horizontal N°Granos 9 2010 8 7 1920 7 6 2120 9 8 1840 6 30 7890 30

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Probeta 3

Longitud vertical Linea 1 Linea 2 Linea 3 Linea 4 Suma

1550 1585 1610 1490 6235

Longitud N°Granos horizontal N°Granos 12 1930 12 15 2160 13 14 2070 13 13 1910 12 54 8010 50

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Probeta 4

Longitud vertical Linea 1 Linea 2 Linea 3 Linea 4 Suma

1620 1650 1590 1610 6470

Longitud N°Granos horizontal N°Granos 8 1780 9 12 2190 8 11 2080 11 14 1840 10 45 7890 38

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Probeta 5

Longitud vertical Linea 1 Linea 2 Linea 3 Linea 4 Suma

1670 1650 1610 1640 6570

Longitud N°Granos horizontal N°Granos 13 1960 11 15 2010 8 14 1940 11 15 1910 10 57 7820 40

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Probeta 6

Longitud vertical Linea 1 Linea 2 Linea 3 Linea 4 Suma

1640 1680 1690 1590 6600

Longitud N°Granos horizontal N°Granos 12 1810 11 15 2120 9 11 1880 7 10 2060 5 48 7870 32

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Probeta 7

Longitud vertical Linea 1 Linea 2 Linea 3 Linea 4 Suma

1610 1580 1540 1550 6410

Longitud N°Granos horizontal N°Granos 12 1980 9 13 2220 9 12 1970 8 14 1910 6 51 8080 32

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Gráfica de grado de distorsión de las probetas

N° %deformació Probeta n 1 0 2 8.3 3 18.5 4 20.2 5 31.6 6 41.5 7 58.4

Grado de Distorsión 1.049 0.938 0.721 0.696 0.589 0.559 0.48

Gráfica de % deformación vs presión 1

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% Deformación

Presión

0 8.3 18.5 20.2 31.6 41.5 51.3 58.4

0 65 130 150 207 260 340 530

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Gráfica de % deformación vs dureza en los puntos A, B, C

PUN. %DEF PUN. A B 0 8.3 18.5 20.2 31.6 41.5 51.3 58.4

45 76 87 89 90 97 98.5 96

39 73 81 86 86 93 93 91

PUN. C 38 58 64 61 70 75 81 84

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CUESTIONARIO

1.- ¿Cuál es la diferencia entre deformación en frío y deformación en caliente?

La deformación para que sea en frio o en caliente va a depender de la temperatura a la que se realiza la deformación plástica, si esta se da por debajo de la temperatura de recristalización o por encima de ella. La temperatura de recristalización no está definida y depende de la temperatura de fusión de cada metal.

2.- ¿Qué porcentaje de la energía que se gasta en un proceso de deformación en frío se desprende en forma de energía calorífica?

En un proceso de deformación en frio tan solo es 10% de la energía aplicada por la fuerza externa. Eso quiere decir que el restante 90% de la energía se desprende en forma de energía calorífica y el resto es usado para vencer la fricción que se produce dentro del material.

3.- ¿En qué se diferencian el mecanismo de deformación plástica por deslizamiento y el mecanismo de deformación plástica por maclaje?

En la deformación por deslizamiento, hay un movimiento de átomos respecto a un plano de deslizamiento. Este plano debe estar alineado con la estructura reticular. En la deformación plástica por maclaje, los átomos en un lado de un plano. Denominado plano de maclaje, forman una imagen simétrica respecto a los átomos al 1

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otro lado del plano. Si la velocidad de deformación es alta, os metales se deforman más por maclaje que por deslizamiento.

4.- Describir el comportamiento de la dureza en función del porcentaje de deformación plástica en frío. Esquematizar el caso del cobre. Gráfica de % deformación vs dureza en los puntos A, B, C

5.- Una probeta cilíndrica de cobre ha sufrido una deformación en frío por aplastamiento. La deformación sufrida ha sido de 16% en longitud. Si su radio después de la deformación en frío es de 16,4 mm ¿Cuál era su radio antes de la deformación?

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6.- Explique brevemente por que los metales HC (Hexagonal compacto) son típicamente más frágiles que los metales FCC (Cubo centrado en las caras) y BCC (.Cubo centrado en el cuerpo).

Los metales con estructuras cristalinas FCC y BCC tienen varios sistemas de deslizamientos (por lo menos 12), estos metales son bastante dúctiles debido a la extensa deformación plástica que pueden seguir en los sistemas. Por lo contrario los metales HC disponen de menor número de sistemas de deslizamiento por lo que son frágiles.

7.-¿Cómo cambia la conductividad eléctrica de un metal cuando se deforma en frío?

La conductividad disminuye en cierta dirección por que los granos tienen un patrón de alineación debido a la deformación, es por ello que si se trata de medir la conductividad eléctrica desde distintas direcciones obtendremos valores diferentes.

8.- ¿A que se denomina acritud?

Es el incremento de la dureza ganada por el proceso de deformación

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OBSERVACIONES



El tiempo de deformación para cada probeta es proporcional a la presión ejercida sobre cada una de ellas.



El aumento de dureza es más notorio en la parte media de la probeta, no se nota mucho en la superficie



La dureza a ¼ y a ½ de la base son bastantes similares, lo que indicia un n° similar de dislocaciones en esta zona.



El grado de distorsión decrece rápidamente al inicio y luego decrece lentamente. Esto debido a que a medida de que el n° de dislocaciones aumenta, es más difícil que haya formación de nuevas dislocaciones.

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RECOMENDACIONES



Se debería delegar la responsabilidad de la toma de datos a un estudiante y que este pase a los grupos los datos y las fotografías tomadas, de esta manera la información sería más ordenada y fidedigna.



Realizar una correcta preparación de la probeta para que se pueda realizar de manera adecuada el ensayo metalográfico y los resultados sean correctos



Se debe preparar la superficie donde se realizará la medición de dureza Rockwell.



Usar el ácido nítrico con cuidado.



Durante el cálculo del grado de distorsión trazar un n° de líneas adecuado que puedan servir de muestra para los cálculos

CONCLUSIONES: 1

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

La dureza tiende a incrementarse conforme aumenta la deformación debido al incremento de las dislocaciones, llegando un momento en las que estas ya no pueden difundirse por el material.



El incremento de la dureza influye en otras propiedades y características o Resistencia mecánica: aumenta con el incremento la dureza. o Fragilidad: Disminuye con el aumento de la dureza. o Ductilidad: Disminuye con el aumento de la dureza.



Al deformarse la probeta observamos que los granos se deforman en dirección del esfuerzo aplicado, generando un incremento del diámetro aparente en dirección perpendicular



El grado de distorsión disminuye a medida que la probeta ha sufrido una mayor deformación.

BIBLIOGRAFÍA 

William F. Smith. “Fundamentos de ciencia e ingeniería de materiales”, Editorial McGraw-Hill, 1998.

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADa



http://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n



http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

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