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2012
Danilo Quishpe
Mario Bustamante
18/04/2012
TECNOLOGA DE MATERIALEReconocimiento de las propiedades del ACERO AISI 414
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA YMECANICA
CARRERA DE ING MECANICA
TECNOLOGA DE MATERIALES
RECONOCIMIENTO DE LAS PROPIEDADES DE UNACERO AISI 4140
INTEGRANTES:
DOCENTE:ING.PATRICIOQUEZADA
CURSO: 5TOA
FECHA:18/04/2012
BUSTAMANTE MARIO
QUISHPE DANILO
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1.- Tema: Reconocimiento de las Propiedades del Acero AISI 4140
2.-Objetivos
Por medio de los conocimientos adquiridos identificar si la muestra de acero
AISI 4140 posee las caractersticas necesarias para su debido comercio. Comparar los resultados obtenidos con la tabla que presenta la empresa Ivan
Bohman para de esta forma certificar la autenticidad de la probeta AISI 4140
3.-Marco Terico.
La tecnologa de materiales es el estudio y puesta en prctica de tcnicas de anlisis,
estudiosfsicos y desarrollo demateriales.
Propiedades fsicas: Estas propiedades se ponen de manifiesto ante estmulos comola electricidad, la luz, el calor o la aplicacin de fuerzas.
Propiedades mecnicas: Las propiedades mecnicas de los materiales se refieren ala capacidad de los mismos de resistir acciones de cargas o fuerzas.
Propiedades qumicas: Acero de aleacin que responde muy bien al templado en aceite.Su contenido de cromo le permite una buena penetracin de la dureza y el molibdeno le dahomogeneidad en la dureza y resistencia. Con este acero se obtiene propiedades como buena
resistencia al desgaste, tenacidad y ductilidad.COMPOSICION QUIMICA
AISI 4140C 0.38/0.43% Cr 0.80/1.10%
Mn 0.75/1.00% Mo 0.15/0.25%
Si 0.20/0.35%
Propiedades pticas: Los materiales pueden ser: Opacos, Transparentes,Traslcidos.
Propiedades acsticas: Materiales transmisores o aislantes del sonido.
Propiedades elctricas: Materiales conductores o dielctricos
Propiedades trmicas: Materiales conductores o aislantes trmicos. Las propiedadestrmicas determinan el comportamiento de los materiales frente al calor.
Propiedades magnticas: Materiales magnticos. En fsica se denominapermeabilidad magntica a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer
pasar a travs de s los campos magnticos, la cual est dada por la relacin entre la
intensidad de campo magntico existente y la induccin magntica que aparece en el
interior de dicho material.
http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Materialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Opacidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Opacidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Materialhttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_qu%C3%ADmico -
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Dureza
Una de las propiedades mecnicas que son sumamente importantes de considerar el
la dureza, la cual es una medida de la resistencia de un material a la deformacin
plstica localizada. Un mtodo cualitativo de ordenar de forma arbitraria la dureza es
ampliamente conocido y se denomina escala de Mohs, la cual va desde 1 en el extremoblando para el talco hasta 10 para el diamante. Los ensayos de dureza se basan en un
pequeo penetrador que es forzado sobre una superficie de metal a ensayar en
condiciones de carga controlada y velocidad de aplicacin de esta. En estos ensayos se
mide la profundidad de o tamao de la huella resultante, lo cual se relaciona con el
nmero de dureza; cuanto ms blando es el material, mayor y ms profunda es la
huella, y menor es el numero de dureza.
Medicin de Dureza por el Mtodo Rockwell
La medicin se realiza haciendo penetrar en el metal que se vaya a ensayar una bola
de acero de de dimetro o un penetrador de diamantecnico que tiene un ngulo de vrtice de 120. A diferencia de otro mtodo llamado
Brinell, la dureza Rockwell se determina no por el dimetro de la huella, sino por la
profundidad de penetracin de la bola o el cono.
Imagen No. 1Tomada de CALLISTER, WILLIAM Introduccin a la Ciencia e Ingenierade los Materiales.
La penetracin se realiza por la accin de dos cargas aplicadas sucesivamente: la
preliminar, igual a 100N y la definitiva (general) igual a 1000, 600 y 1500 N. La dureza
se determina por la diferencia entre las profundidades de penetracin de las huellas
ACERO AISI 4140 / ASME 709Es un acero aleado para construccin de maquinaria, que posee una alta resistencia
especialmente en medidas pequeas y medianas. Como norma, el 4140 es
suministrado, templado y revenido (temple tenaz bonificado), por lo que no se
requerira un tratamiento trmico posterior, a no ser que as lo exija la aplicacin y en
ese caso, se templara en aceite para obtener propiedades mecnicas ms elevadas.
El acero AISI 4140 es apropiado para templarse por flama e induccin y susceptible de
nitrurar.
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APLICACIONES
1. Industria automotriz:ejes, bielas, cigeales, rboles de transmisin, etc.
2. Maquinaria: Engranajes de temple por llama, induccin o nitruracin, rboles de
turbinas avapor, tornillera de alta resistencia, ejes de reductores.
3. Industria petrolera:Taladros, brocas, barreras, cuerpos de escariadores, vstagosde pistn
4.-Equipos y Materiales
Abrasivos (Lija y Lima).
Muestra de Acero AISI 4140.
Esmeril.
Martillo. Yunque de hierro fundido.
Cmara de Fotos.
Microscopio.
Nital al 3%.
Almina.
Guantes.
Sierra.
Durmetro.
Entenalla.
5.- Procedimiento
Micrografa:
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Se preparan los equipos y materiales para realizar los diversos procesos que
nos llevaran a determinar el metal utilizado.
El primer paso es desbastar la muestra.
Segundo paso es utilizar los diferentes abrasivos para realiza el pulidomecnico de la muestra
Empiece por el abrasivo 180 hasta que las ralladuras vayan en un mismosentido.
Repetimos el proceso con distintos abrasivos hasta llegar a una de las lijas ms
finas que puede ser la 1500.
Buscar el reactivo qumico correcto para el ataque, en este caso ser Nital al3%.
Colocamos el reactivo en un plato Petri.
Y segn las instrucciones encontradas para este material procedemos asumergir la muestra en el reactivo por periodos distintos de tiempo.
Al completar el tiempo se procede a retirar la probeta del reactivo y la lavamos
con abundante agua.
Secamos la probeta y verificamos los cambios en el microscopio.
Si es que el resultado no es el deseado realizar el mismo proceso con el mismoreactivo variando un poco el tiempo.
Ensayo de dureza:
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Con la muestra que tenemos de un acero especfico procedemos a preparar losequipos necesarios para realizar el ensayo.
Realizamos un Desbaste tosco de la muestra con ayuda de una lima hasta tenerlas dos caras de la probeta paralelas y as realizar las pruebas.
Coloque la pieza en el durmetro.
Ubique la carga necesaria de acuerdo a la escala.
Realice una precarga, encerar y aplicar la carga.
Mida las durezas en las diferentes escalas de acuerdo a los materiales, realiceeste paso 3 veces para cada muestra y utilizando la carga de 100 kg para
muestras ms blandas y 150 kg para muestras ms duras, intercambiar la
puntas del durmetro dependiendo de la muestra.
6.-Resultados:
Propiedades Caractersticas en el acero 4140
Fsicas
Densidad 7.85 g/cm3
(0.284 lb/in3)
El Acero AISI 4140, tiene una DENSIDADterica de 7,85 g/cm3, otorgado por sus
aleantes, en este caso no tiene mucha
distincin con el manejo terico del acero
comn, es decir sin tomar en cuenta la clase
de acero.
Este tipo de acero si posee CONDUCTIVIDADTRMICA, ya que al ser sometido al calor enun extremo, lo transfiere a travs de su
longitud en un tiempo muy corto, as mismo
al ser sometido a una corriente elctrica,
fcilmente la transmite a travs de s.
Mecnicas
Dureza 275 - 320 HB (29 34 HRc)
Esfuerzo a la fluencia: 690 MPa (100 KSI)
Esfuerzo mximo: 900 - 1050 MPa (130
- 152 KSI)
Elongacin mnima 12%
Reduccin de rea mnima 50%
Conserva dureza y alta resistencia debido al
contenido de cromo, manganeso y molibdeno
que presenta la probeta. Ya que al ejercer un
golpe fuerte sobre la probeta mediante el
martillo esta no se deform.Tiene una tenacidad grande ya que es difcil
de doblar y al realizar la micrografa losgranos son muy pequeos lo que nos dice
que el material es duro y por lo tanto posee
una tenacidad grande.
Tiene una resistencia alta aunque comparado
con otros aceros este acero resulta ms fcilde cortarlo transversalmente.
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ENSAYO DE DUREZAPropiedad Instrumento Material Resultados
Dureza Durmetr
o
Acero AISI
4140
Carga: 150 kg
Punta de Diamante
N De medidas : 334 Rockwell C
34 Rockwell C33 Rockwell C
Margen de dureza:
275 320 HB
Comparacin
Para el Acero AISI 4340 se tomo varias medidas de dureza, de las cuales se obtuvoun promedio.
Acero AISI 4140 Equivalencia (HB)
34 Rockwell C 319 Hard Brinell
34 Rockwell C 319 Hard Brinell
33 Rockwell C 311 Hard Brinell
Promedio 34 Rockwell C 319 Hard Brinell
Lo que nos muestra que el Acero AISI 4140 est dentro del margen permitido en cuanto a
dureza
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MICROGRAFAS DEL ACERO AISI 4140
Solucin para el ataque qumico del acero: Nital al 3%.
Micrografa obtenida en el laboratorio Micrografa Bibliogrfica
Microestructura del acero 4140, matriz
(martensita revenida, 100X, 3% nital)
Microestructura del acero 4140, matriz
(martensita revenida, 200X, 3% nital)
Microestructura del acero 4140, matriz
(martensita revenida, 400X, 3% nital)
(100x)
(200x)
(400x)
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ENSAYO DE TRACCIN
Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectan ensayos para medir
su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo ms importante es elensayo de traccin, en donde se coloca una probeta en una mquina de ensayo consistente de
dos mordazas, una fija y otra mvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el
desplazamiento de la mordaza mvil. Un esquema de la mquina de ensayo de traccin se
muestra en la figura.
Equipos y materiales:1. Calibrador pie de rey2. Micrmetro3. Flexmetro4. Maquina de ensayos universales
Procedimiento:1. Medir las dimensiones de la seccion transversal(ancho,dimetro)2. Medir la longitud entre marcas3. Aplicar carga con la maquina de ensayos universales hasta que se rompa la
prbeta.
4. Determinar la longitud final entre marcasen la rotura
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Resultados:
d1(mm)
d2(mm)
So inc(mm2)
So fin(mm2)
Lo(mm)
Lu(mm)
Fe(Kg)
Fm(Kg)
Re(Kg/cm2)
Re(PSI)
12,70 9,52 126,68 71,18 50,0 60,80 8108,1 9375,0 6400,6 91080,6
Rm(Kg/cm2)
Rm(PSI)
A(%)
So(%)
Identificacin Fe mm Fe V Fmmm
Fm V
7400,7 105312,0 21,6 43,8 Probeta N 1 48 3,24 55,5 3,75
Donde:d1= dimetro inicialLo= Longitud inicialRe= esfuerzo en la fluenciad2= dimetro finalLu= Longitud finalRm = esfuerzo ltimoSo inc =rea inicial
Fe= Carga en la fluenciaA= Alargamiento %So fin =rea finalFm= carga ltimaSo= Reduccin de rea %
Comparacin:Los parmetros estn dentro de los datos bibliogrficos de los ensayos de traccin
para en acero AISI 4140, por lo que si cumple con las normas.
Propiedades mecnicas mnimas estimadas:
TIPO DEPROCESO
Y ACABADO
RESISTENCIA A LA
TRACCIN LMITE DE FLUENCIA ALARGA-MIENTOEN 2" %
REDUCCINDE REA
%DUREZABRINELL
RELACIN
DEMAQUINA-BILIDAD
1212 EF =100%
MPa(kgf/mm2)Ksi MPa (kgf/mm2) Ksi
CALIENTE YMAQUINADO 614 63 89 427 44 62 26 57 187
70ESTIRADO EN
FRO 703 72 102 620 63 90 18 50 223TEMPLADO YREVENIDO* 1172 120 170 1096 112 159 16 50 341
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ENSAYO DE IMPACTO CHARPY
Consiste en la rotura de una probeta entallada colocada entre dos (Mtodo Charpy),
mediante un solo golpe.
Se RESILIENCIA (KC ) a la energa absorbida en la rotura por unidad de rea de la
seccin posterior de la entalla.
La resiliencia es un ndice de la tenacidad.
PROCEDIMIENTO:1. Se pesan las probetas2. Sin instalar probeta alguna se eleva el pndulo y se engatilla, para ser liberado luego.
Se deja que el pndulo realice unos cuantos vaivenes (3) y se detiene. La energa
gastada en este proceso se anota.3. Se instala la probeta en los apoyos, se engatilla y se suelta el pndulo, producindose la
ruptura de la probeta. Luego de detenido se anota la energa aplicada en el proceso.
4. Se calcula la energa cintica, aplicada a las fracciones de probeta. Se realiza el graficode la energa invertida en la rotura de la probeta.
RESULTADOS:
a[mm]
b[mm]
Area[mm2]
E[kg*m]
E(J)
KCU[Kg/mm]
IDENTIFICACIN Lectura(Kg*m)
10,01 8,14 81,48 2,20 21,6 27,0 1 2,2
Donde:a,b: dimensionesE: Energa absorbidaKCU: Resistencia al impacto
La probeta normalizada deba tener 56 mm de longitud y los lados de la seccin
cuadrada deben tener 10 mm, en el centro de la longitud debe haber una entalla en v
de 45 incluido el Angulo, 2 mm de profundidad y 0.25 mm de radio de la raz.
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El plano de simetra de la entalla debe ser perpendicular al eje longitudinal de la
probeta.
El acero de la probeta es 1020 Las tolerancias en las dimensiones especficas de las
probetas deben ser los indicados en las tablas de la norma.
La preparacin se debe realizar de tal forma, que se minimice cualquier alteracin de
la probeta, por ejemplo una alteracin debida a maquinado en fro o en caliente. Laentalla se debe preparar cuidadosamente para que no aparezcas en su base.
La probeta se debe marca en cualquier superficie que no este en contacto con los
soportes o yunques y en una posicin alejada de la entalla, para evitar los efectos del
endurecimiento inducido por el troquelado.
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ENSAYO DE CHISPA
Si se acerca una probeta de acero a una muela de esmeril en movimiento, los granos de
la muela arrancan pequeas partculas de acero, calentndolas hasta la temperatura de
fusin, cuando esto ocurre se producen varias explosiones, en estas se va a descomponer
carbono en combinacin con el oxigeno del aire del medio ambiente, pero debemosnotar que esto solo sucede con los materiales ferrosos.
Esta prctica sirve para clasificar los tipos de aceros en base a su composicin,
verificamos las chispas que se producen al poner en contacto el material en una muela
de esmeril que gira a gran velocidad (3,500 r.p.m.)-
De ella se desprenden determinadas estelas, con longitudes colores y explosiones de
acuerdo a la cantidad de carbono que contiene el acero.
De los metales se desprenden chispas con punta de lanza, estelas interrumpidas, adems
las explosiones tienen diferentes formas: floreadas, ranaje, gotas, etc. As podemos
determinar coloraciones y detalles de las chispas que producen los aceros.
Los aceros de bajo contenido de carbono forman pocos destellos, de una a dos
explosiones con estelas delgadas y dbiles.
Los aceros de contenido medio de carbono producen estelas muy ramificadas y
explosiones un poco ms frecuentes en forma de ranaje.
Los aceros de alto carbono producen estelas abundantes, lisas e interrumpidas ademsexplosiones desde el inicio.
FORMA DE LAS CHISPAS IMGENES DE CHISPAS TIPO DE ACEROComposicin
en %
Ramillete con espinas, y
puntas de lanza color rojo
Acero templado
y revenido
0,42 C
1,1 Cr
0,2 Mo
Lneas continuas, algunas
espinas, formado por
estallidos de Carbono
Acero endurecido
0,21 C
1,3 Mn
1,2 Cr
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Lneas continuas, ms
espinas se formaron por
estallidos de Carbono
Acero al carbono
para
herramientas
0,45 C
0,3 Si
0,7 Mn
Muchos estallidos de
Carbono que empiezan al
pie del haz, muchos ramos
Acero al carbono
para
herramientas
1,05 C
0,2 Si
0,2 Mn
Antes de los estallidos de
Carbono se incrementa la
luz en el flujo primario.
Muchos ramos pequeos
Acero aleado con
Mn-Si
0,60 C
1,0 Si
1,1 Mn
0,3 Cr
Flujo de lneas amarilla,
aclarando en el centro,
formando espinas en los
extremos
Acero para
herramientas
aleado Mn
0,90 C
2,0 Mn
0,4 Cr
0,1 V
Pocos estallidos finos de
Carbono seguidos por clubliso luminoso
Acero para
herramientasaleado W
0,60 C
0,6 Si
1,1 Cr
0,2 V
2,0 W
Un flujo delgado y lineal, el
cuadro de la chispa vivo,
lneas discontinuas en las
cabezas
Acero para
herramientas
aleado Cr-W
1,05 C
1,0 Mn
1,0 Cr
1,2 W
Haz corto
Templado: con pocos
Endurecido: con muchos
ramos luminosos
Acero para
herramientas
aleado con Cr
carbono alto,
ledeburita alta
1,55 C
12,0 Cr
0,7 Mo
1,0 V
El flujo de lneas continuas,
alguno los estallidos de
carbono, lnea coloreada de
naranja en la cabeza
Acero para
trabajo en
caliente, alta
aleacin
0,40 C
1,0 Si
5,3 Cr
1,4 Mo
1,0 V
El flujo de lneas rojo oscuro
con brillo en la punta de la
lanza, pocas espinas
Acero de alta
velocidad
0,90 C
4,1 Cr
5,0 Mo
1,9 V
6,4 W
Lneas del flujo rojas,
punteadas oscuras con
brillos en las cabezas de la
lnea
Acero de alta
velocidad
1.23 C4,1 Cr
3,8 Mo
3,3 V
10,0 W
10,5 Co
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Haz corto con espina como
los estallidos de carbonoAcero inoxidable
0,40 C
13,0 Cr
Flujo continuo, lnea sin los
estallidos de carbonoAcero inoxidable
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Resultados:
MaterialTipo de Chispa
Deduccin
Material N1
Termina en estallido, se incrementa la
luz en el flujo primario. Muchos ramos
pequeos y color rojizo
Aceropara herramientas aleado M
Comparacin:Los resultados estn de acuerdo a la norma de chispa ya que el acero AISI 4140 consta
de un gran porcentaje de Mn en sus propiedades qumicas.