Manual_ciencia de Materiales

CARRERA DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGNCARRERA DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

PRACTICAS DE TECNOLOGA DE MATERIALES

Practica N 1

TITULO: DENSIDAD DE LOS MATERIALES

OBJETIVO: Proporcionar al alumno herramientas de trabajo que sirvan en su momento como un medio para dar respuesta al anlisis y comportamiento de un metal, utilizando como alternativa el principio de Arqumedes. ACTIVIDAD: Obtener el volumen de muestra metlica por diferencia de masa en gramos en seco y hmedo, aplicando formula de densidad.

EQUIPO Y MATERIAL

Balanza 1 pieza Agua corriente 4 litros Franela 1 pieza Recipiente 1 pieza. Muestras de diferente materiales slidos 3 piezasTabla peridica de los elementos

CONSIDERACIONES TEORICAS

Densidad, es la relacin entre la masa de un cuerpo por unidad de volumen. Se habla tambin de densidad relativa y sta, es la relacin entre la densidad de un cuerpo y la densidad del agua a 4C, tomada como unidad. Como un centmetro cbico de agua a 4C tiene una masa de 1 g, la densidad relativa de la sustancia equivale numricamente a su densidad expresada en gramos por centmetro cbico.La densidad puede obtenerse de varias formas. Por ejemplo, para objetos slidos de densidad mayor que el agua, se determina primero su masa en una balanza, y despus su volumen; ste se puede calcular por formulas matemticas si el objeto muestra tiene forma geomtrica. Pero si nuestra muestra no tiene forma defina, se obtendr su volumen sumergindolo en un recipiente calibrado con agua, de la diferencia de volmenes podremos decir que el volumen ha sido definido. De esto podemos decir:

El principio de Arqumedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.La explicacin del principio de Arqumedes consta de dos partes y abajo se indica de manera ilustrada.1. El estudio de las fuerzas sobre una porcin de fluido en equilibrio con el resto del lquido. 2. La sustitucin de dicha porcin de fluido por un cuerpo slido de la misma forma y dimensiones.

Porcin de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

La mayora de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qu los objetos flotan y se hunden y por qu parecen ser ms ligeros en este medio.El concepto clave de este principio es el empuje, que es la fuerza que acta hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando ste se encuentra en el agua. El principio de Arqumedes explica la naturaleza de la flotabilidad: Un objeto flota si su densidad media es menor que la densidad del agua. Si ste se sumerge por completo, el peso del agua que desplaza y, por tanto, el empuje es mayor que su propio peso, y el objeto es impulsado hacia arriba y hacia fuera del agua hasta que el peso del agua desplazada por la parte sumergida sea exactamente igual al peso del objeto flotante. As, un bloque de madera cuya densidad sea 1/6 de la del agua, flotar con 1/6 de su volumen sumergido dentro del lquido, ya que en este punto el peso del fluido desplazado es igual al peso del bloque.

El volumen de agua desplazada es idntico al volumen de la parte sumergida del cuerpo.

Por ejemplo; si tenemos cubo de 1 metro de arista totalmente sumergido, desplazar exactamente 1 m3 de agua. Si el peso de este m3 de agua fuese 1,000 Kg., entonces el cubo experimentara una fuerza ascendente de 1,000 Kg. Si el peso del cubo fuese 900 Kg., la fuerza ascendente sera mayor, por lo que el cubo subira hasta que el peso del agua desplazada sea 900 Kg. El cubo estara parcialmente sumergido (estara flotando) y el volumen sumergido desplazara exactamente 900 Kg de agua. El cubo tiene flotabilidad positiva.Asimismo, si el peso del cubo fuese 1,000 Kg., la fuerza ascendente sera igual al peso del cubo, por lo que tendra una flotabilidad neutra.Si el cubo pesara 1,100 Kg., la fuerza ascendente sera menor que su peso, por lo que se hundira. En todo caso, dentro del agua el cuerpo est sometido a la fuerza ascendente de 1,000 Kg, por lo que tendra un peso aparente de solo 100 Kg. El cuerpo tiene flotabilidad negativa.

DESARROLLO DE LA PRCTICA

a.- Seleccin de muestras (tres especmenes metlicos)b.- Calibracin de balanza en cerosc.- Pesado o masado de los tres especmenes en seco (en gramos).d.- Pesado o masado de los tres especmenes sumergidos en agua, esto es en un vaso de precipitados de 600 ml. se llena de agua, se sumerge por separado cada espcimen suspendido por soporte e hilo adaptados a balanza.e.- Por la diferencia de masas expresado en cm y aplicando formula de densidad podemos comparar la densidad obtenida de cada espcimen con tabla de densidad de algunos metales.

Tabla de Densidad de metales ms utilizados

NombreSmboloDensidad

CobreCu 8.93 g/cm

HierroFe 7.88 g/cm

OroAu 19.31 g/cm

SilicioSi 2.3 g/cm

PlomoPb 11.35 g/cm

PlatinoPt 21.46 g/cm

AluminioAl 2.7 g/cm

TitanioTi 4.5 g/cm

MagnesioMg 1.76 g/cm

RESULTADOS

CONCLUSIONES SOBRE LA PRCTICA

CUESTIONARIO1. Defina usted el concepto de densidad de un metal o aleacin? 2. De acuerdo al principio de Arqumedes realice una analoga en funcin al experimento realizado.3. Cual es su experiencia adquirida de esta prctica?4. Defina usted lo que considere a criterio personal, lo ms relevante.




PRACTICA N 2

TITULO: METALOGRAFIA (medicin de tamao de grano)

OBJETIVOS En una muestra metlica encapsulada en resina pulida a espejo y atacada qumicamente, obtener tamao forma y distribucin de grano.EQUIPO Y MATERIALA) Muestras metlicasB) Moldes cilndricosC) Resina polister cristal con catalizadorD) DesmoldanteE) Papel lijaF) Tramo de cristal G) MicropolishH) Pulidora de discosI) PizetaJ) Microscopio metalogrficoK) Acido ntricoL) AlcoholM) Algodn N) FranelaO) Cortadora de discoP) Arco con seguetaINTRODUCCIONLa metalografa microscpica estudia las caractersticas estructurales y composicin de los productos metlicos con la ayuda del microscopio metalogrfico y relacionarlas con sus propiedades mecnicas. La parte ms importante de la metalografa es el examen microscpico de una probeta pulida y atacada qumicamente, empleando aumentos que con el microscopio ptico oscilan de 50X a 400X. Existen microscopios metalograficos con aumentos que van desde de 100X a 2000X. El examen microscpico proporciona informacin sobre los constituyentes del metal o aleacin, pudindose determinar caractersticas como: tamao, forma y distribucin de grano. La micro estructura puede reflejar la historia completa del tratamiento trmico o proceso mecnico que ha sufrido el metal.Una de las mediciones micro estructurales cuantitativas ms comunes es la referente al tamao de grano de metales y aleaciones. Numerosos procedimientos han sido desarrollados para estimar el tamao de grano, estos procedimientos estn sintetizados en detalle en la Norma ASTM E112.Los mtodos ms usados para medir el tamao de grano en sntesis son:1.-MTODOS PLANIMTRICOSUn crculo de tamao conocido (generalmente 19.8 mm, 5000 mm2 de rea) es extendido sobre una microfotografa o usado como un patrn sobre una pantalla de proyeccin. Se cuenta el nmero de granos que estn completamente dentro del crculo (n1) y el nmero de granos que interceptan el crculo (n 2). Ahora para un conteo exacto, los granos deben ser marcados cuando son contados lo que hace lento este mtodo. La Fig. 1 ilustra el mtodo planimtrico.

FIGURA 1. Ejemplo de la medicin del tamao de grano por el mtodo planimtrico Jeffries. Micrografa de un acero al manganeso austentico recocido a 1040 C, envejecido a 620C para decorar los contornos de grano con perlita fina. El crculo tiene un dimetro de 79.8 mm para un rea de 5000 mm2, se hace un conteo para determinar el nmero de granos completamente dentro del crculo y el nmero que interceptan al crculo. El multiplicador Jeffries para 100 es 2 a IX esto es (2) (44 + 25/2) = 113, el tamao de grano ASTM es (3,322(log. 113)) - 2.95= 3.87 redondeando a 3.9 o bien a 4.0).2.- MTODOS DE INTERCEPCINEl mtodo de intercepcin es ms rpido que el mtodo planimtrico debido a que la microfotografa o patrn no requiere marcas para obtener un conteo exacto. La Norma ASTM E112 recomienda el uso de un patrn consistente en 3 crculos concntricos con una longitud total de la lnea de 500 mm. (Patrn disponible de la ASTM).

FIGURA 2. Ejemplo de la medicin de tamao de grano, usando el mtodo de intercepcin de Heyn. Los 3 crculos concntricos tienen dimetros de 79.5 x 47.8 y 31.8mm para una lnea de longitud total de 500 mm. La ampliacin de esta micrografa es 500 X de aqu que la real es 1 mm. Un conteo del nmero de intercepciones de contornos de grano (lmite de grano) (algunos no son bien delineados por el reactivo vital, problema comn, especialmente si se usan dispositivos automatizados) revela 60 intercepciones de contornos de grano y 7 intercepciones de uniones triples. Luego: P = 7 (1.5) + 60 = 70.5 y PL = 70.5/1 mm. Por consiguiente L-3 = 1/PL = 0.0142 mm. El nmero de tamao de grano ASTM puede ser calculado usando la ecuacin (17); G = (-6.6557 log 0.0142) - 3,298 = 8.98 (alrededor de 9).A continuacin tenemos un grafico de los tamaos de grano a 100 aumentos.

Una preparacin defectuosa de la probeta puede arrancar inclusiones importantes, destruir los bordes de grano, revenir un acero templado, o en general originar una estructura superficial distorsionada que no guarda ninguna relacin con la superficie representativa y caractersticas del metal.

DESARROLLO DE PRCTICAEl anlisis metalogrfico comprende las siguientes etapas:1. Seleccin de la muestra.2. Corte de la muestra.3. Montaje de muestra.4. Pulido de muestra5. Ataque qumico de la muestra.6. Anlisis microscpico.7. Obtencin de microfotografas.

1. SELECCIN DE MUESTRA La eleccin de la muestra o localizacin de la parte que va a ser estudiada debe hacerse de tal modo que sea representativa de todo el metal, o puede ser el sitio de la falla de una pieza o el lmite entre una soldadura y el metal base.El tamao apropiado de la probeta debe ser donde pueda sostenerse con la mano durante su preparacin, (25 mm. de dimetro por 25 mm. altura aproximadamente).

2. CORTE DE MUESTRA El corte de la probeta puede realizarse con arco y segueta si el material es de baja dureza, cuando el material presenta resistencia al corte debe realizarse con disco abrasivo, teniendo la precaucin de evitar el calentamiento que puede ocasionar alteraciones micro estructurales, y para evitarlo, se utiliza lquidos refrigerantes al corte, por lo tanto no est permitido realizar cortes con soplete oxiacetilnico.Un caso extremo es el corte de probetas de plomo, que debe realizarse con sierras-cinta para evitar el empaste de los dientes de la segueta y el calentamiento excesivo.Cuando slo se dispone de pequeas partes o grismas del metal tales como alambres, tornillos, hilos y chapas de secciones delgadas, es necesario montarlos en un material adecuado o medio de sujecin que haga posible su manejo durante la preparacin.3. MONTAJE DE MUESTRAEl montaje de estas muestras se hace en materiales plsticos sintticos como bakelita, licit, acrlico isotrmico o resina polister, que despus del moldeo son relativamente duros y resistentes a la corrosin y no causan empastamiento de los papeles abrasivos durante el desbaste y pulido.El montaje consiste en vaciar la resina polister preparada en un molde cilndrico cubierto en su interior por un separador (grasa) para evitar se adhiera la resina a las paredes durante el proceso de solidificacin.

Polimerizacin de Resina Polister MR-250Catalizador + cobalto (solucin) (Por Adicin) Sin sobrante

Ejemplos que pueden realizarse previos al vaciado-encapsulado de muestra

A 30 ml. Resina + 15 gotas de catalizador

B - 30 ml. Resina + 25 gotas de catalizador

C 30 ml. Resina + 1 gota de cobalto + 20 gotas catalizador

D - 30 ml. Resina + 3 gotas de cobalto + 25 gotas de catalizador

El catalizador es un perxido que aporta oxigeno

La solucin de cobalto aporta metal

Muestra A

A 30 ml. Resina + 15 gotas de catalizador

Muestra B

B - 30 ml. Resina + 25 gotas de catalizado

Muestra C

C 30 ml. Resina + 1 gota de cobalto + 20 gotas catalizador

Muestra D

D - 30 ml. Resina + 3 gotas de cobalto + 25 gotas de catalizador

4. PULIDO DE MUESTRAEl desbaste es la operacin siguiente al corte y al montaje de la probeta, y se efecta con trozo de papel abrasivo (lija) apoyado sobre un tramo de vidrio perfectamente plano para evitar un desbaste defectuoso. Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante. Se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos:180, 220, 280, 320, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500 pues eliminar u omitir algn abrasivo, retarda la operacin de pulido en vez de acelerarla.

Una presin excesiva sobre el papel abrasivo puede causar rayas profundas y difciles de eliminar posteriormente, adems se provoca una distorsin intensa sobre la superficie de muestra metlica, alterando el aspecto de la estructura. Esta distorsin no se puede evitar completamente pero puede reducirse mediante tcnicas adecuadas de desbaste y pulido.

Conviene emplear un papel nuevo para cada probeta, los papeles usados se emplean para finalidades especficas porque sus partculas abrasivas desgastadas tienden a producir distorsin superficial del metal. Adems, en el desbaste de un acero templado, sobre el papel lija utilizado anteriormente, pueden quedar partculas muy finas y producir rayas profundas y anchas en un material blando como latn o aluminio.Debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscopio.

Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partculas del abrasivo o del metal en la etapa del desbaste pase a las pulidoras lo cual los hara inservibles, adems en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie.

El pulido tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas en la ltima operacin del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo.El xito del pulido y el tiempo empleado en la operacin, depende en gran parte del cuidado con que se haya realizado el desbaste. Si una probeta tiene rayas profundas que no se han eliminado en las ltimas operaciones de desbaste, no podrn ser eliminadas durante el pulido final implicando con ello prdida de tiempo y trabajo.La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre el pao embebido con una suspensin de abrasivo (alumina) y fijado a un disco que gira accionado por un motor.

Como accesorios pueden emplearse el pao de billar, raso, la seda, terciopelo, y otros que corresponden a nombres comerciales como Selvit, Gamal, Kanvas, Microcloth, etc. Como abrasivo puede usarse una suspensin acuosa de almina, xido de cromo, xido de hierro, xido de magnesio, o para materiales muy duros una suspensin de polvo de diamante en aceite mineral. El tamao de la partcula abrasiva en suspensin oscila entre 100 y algunas dcimas de micrn.Los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero, con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giro entre 250 y 500 rpm.La presin a aplicar sobre la probeta, depende de la dureza de la aleacin y debe disminuirse a medida que avanza el pulido, deber ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del ltimo papel (1500) cuidando de no excederse en la presin por el peligro de desgarramiento del pao.Durante la operacin del pulido, la probeta deber desplazarse en la direccin del radio, desde el borde hasta el centro del disco.Debe lavarse la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente. Observar en el microscopio a 100 aumentos; si persisten las rayas provenientes del desbaste en el ltimo papel, continuar con el pulido en la forma ya descrita, todo el tiempo que sea necesario para que stas desaparezcan.La combinacin adecuada de estas variables, permitir alcanzar un ptimo pulido, aunque difcilmente se logre evitar algo de distorsin; para eliminar esta ltima, no queda otro recurso que el de ataque y pulido alternados.La observacin microscpica de la probeta pulida permite reconocer la presencia de inclusiones no metlicas como sulfuros, silicatos, aluminatos, xidos, micro porosidades. micro grietas, y grafito.Antes de atacar la probeta debe desengrasarse con alcohol y secarse con aire fro o caliente.

5. ATAQUE QUMICOPara el ataque qumico, se toma la probeta con la pinza y se sumerge con la cara pulida hacia abajo en el reactivo contenido en el recipiente. Se mantiene la probeta sumergida cinco segundos, se extrae, se lava con alcohol etilico 96GL, se seca y se observa al microscopio, registrando el campo observado a diferentes aumentos. Si se requiere de un nuevo pulido se repite la operacin descrita anteriormente sumergiendo la probeta por 10, 20, y 40 segundos, registrando el campo observado despus de cada ataque. 6. ANALISIS MICROSCOPICOMediante el ataque qumico, es posible poner de manifiesto el tamao, forma y distribucin del grano (metalurgia de fases), as como heterogeneidades en la estructura y las segregaciones. Algunos de los reactivos que ayudan a definir con mayor claridad a los constituyentes son los siguientes:Acido pcrico (picral)4 g. de cido pcrico cristalizado,100 cm, de alcohol etlico al 95%Utilizable con todos los aceros aleados, aceros especiales y fundicin gris, as como para estructuras particularmente finas. Oscurece la martensita, el ataque se prolonga desde 10 segundos hasta unos cuantos minutos, si se desea un ataque ms lento, se sustituye el alcohol etlico por el amlico.

Acido ntrico (nital)4 cm de cido ntrico concentrado (d= 1,4)100 cm, de alcohol etlico al 95%Resalta los diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos de los aceros no aleados. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita se ennegrece y la cementita se mantiene blanca.

Agua regia glicerinada10 cm de cido ntrico concentrado (d = 1,4)30 cm de cido clorhdrico (d = 1,19)30 cm de glicerina bi destiladaPone de manifiesto las estructuras de los aceros especiales resistentes al calor y a la corrosin y de las aleaciones de Ni-Cr. Puede calentarse la probeta en agua hirviendo y tambin puede utilizarse el agua regia caliente.

Picrato sdico2 g de cido pcrico cristalizado100 cm de solucin acuosa de hidrato sdico a 25%Descubre la cementita y los carburos complejos en los aceros especiales.Debe usarse la solucin recin preparada e hirviendo.La duracin del ataque es de unos 5 a 10 minutos.Ferrocianuro potsico alcalino10 g. de ferrocianuro potsico10 g. de hidrato sdicol00 cm, agua destilada.Destaca los carburos en los aceros rpidos y en los especiales resistentes al calor y la corrosin. Se utiliza recin preparada y normalmente hirviendo, la duracin del ataque es de unos 5 a 10 minutos.cido fluorhdrico0,5 cm de cido fluorhdrico al 40%99,5 cm, de agua destilada.Reactivo de uso general para mostrar la micro estructura del acero. Se aplica frotando con algodn hidrfilo durante unos 15 segundos.

cido sulfrico20 cm, de cido sulfrico (d = 1,84)80 cm, de agua destilada.Pone de manifiesto los compuestos conteniendo hierro. Se aplica sumergiendo la probeta durante 30 segundos en el reactivo a 70C, y enfriando bruscamente en agua.Reactivo tracido1 cm, de cido fluorhdrico al 40%1,5 cm, de cido clorhdrico (d = 1.19)2,5 cm, de cido ntrico (d = 1,41)95 cm. de agua destilada.Descubre los granos de las aleaciones conteniendo cobre y de las aleaciones Al-Zn-Mg. Es muy adecuado para aleaciones tipo duraluminio y para ver la difusin del cobre en los enchapados. Se aplica por inmersin durante 5 a 20 segundos. Despus del ataque se lava con agua caliente y se seca a chorro de aire. No debe eliminarse el depsito formado sobre la superficie.cido fosfrico40 cm, de cido fosfrico a 75%60 cm, de agua destilada.Pone en evidencia la micro estructura del aluminio en las aleaciones Al-Mg y las Al-Zn-Mg elaboradas plsticamente. Se aplica por inmersin durante 3 a 10 minutos.Para el ataque del cobreSolucin al 10% de per sulfato amnicoSolucin al 3% de agua oxigenada y amonaco concentrado.Solucin al 10% de cido ntrico.Para bronces y latones50 cm, de cido clorhdrico;5 g. de percloruro de hierrol00 cm, de agua destilada.Reactivo al cido ntrico50 cm, de cido ntrico25 cm, de cido actico glacial25 cm, de agua destilada.Apropiado para el bronce de aluminio

7. OBTENCION DE MICROFOTOGRAFIASLas partes del microscopio metalogrfico son: Banco ptico, aparato para iluminacin de la probeta, objetivo, ocular para la observacin directa y cmara fotogrfica la cual nos facilita a travs de la fotografa de la muestra directa un anlisis complementario de los micro constituyentes que se encuentren en el material de estudio; el principio de funcionamiento es anlogo al microscopio de Le Chatelier, con un arreglo tal que permite observar la luz reflejada por la superficie opaca del metal.El aumento total (X) del microscopio, est dado por el producto del aumento del ocular y el aumento del objetivo.

Microscopio metalrgico con el trazado del haz luminoso a travs del sistema ptico.En el microscopio Neophot-2:Aumento del objetivo: 8X 1OX 12.5X 16X 20XAumento del ocular: 2.5X 6.3X 12.5X 16X 25X 40X 50X 100XPulir y atacar probetas de:-Acero 1020 y 1060 AISI bonificado.-Fundicin de hierro gris, nodular y blanca.-Aluminio y bronce.

Consideraciones La naturaleza direccional de una estructura posibilita la preparacin de una muestra para investigacin microscpica, mediante el pulido y ataque qumico del material como ya se ha mencionado. Este ataque es direccional y depende de la orientacin del grano que queda expuesto por la remocin de imperfecciones tales como los lmites de grano.

La luz reflejada por esta superficie tiene intensidad variable y en las micrografas aparece blanca o negra, existiendo entre estos lmites toda la gama de tonalidades de grises. En la estructura, los granos y sus diferentes tipos reaccionan en forma distinta con los diversos fluidos de ataque qumico.

El proceso de ataque qumico es una corrosin diferencial de la superficie pulida.

RESULTADOS

CONCLUSIONES

CUESTIONARIO1. Explique la importancia del desbaste y el pulido en el proceso de preparacin de la muestra y porqu es necesario rotar la probeta 90 al pasar de un papel abrasivo a otro?

2. Por qu conviene desplazar radialmente la probeta durante el pulido?3. Qu diferencias se observan entre una probeta de superficie distorsionada y otra libre de distorsin?4. Qu efecto tiene un ataque deficiente y un sobre ataque sobre la observacin de la microestructura?5. Qu se entiende por figuras de corrosin?6. Defina la importancia del ataque qumico de la muestra pulida7. Cmo definira el tamao de grano de una muestra?8. Describa brevemente el pulido electroltico?




PRACTICA N 3

TITULO: PRUEBA DE TENSION A METALES

OBJETIV0. Caracterizar el comportamiento de los materiales slidos bajo el efecto de fuerzas externas como la tensin. Y con ello definir las propiedades mecnicas de resistencia y ductilidad de los diferentes materiales ensayados en base a la interpretacin de las curvas Esfuerzo Deformacin

EQUIPO Y MATERIAL

A) Probetas de: aluminio, acero y cobre. B) Prensa universal - Marca Tnius -Olsen - Capacidad de 0 a 60 toneladas C) Micrmetro de Base Magntica D) Marcador de tinta

INTRODUCCIONPropiedades mecnicas de los materiales En ingeniera es importante conocer el comportamiento de los materiales slidos al aplicarles fuerzas externas tales como: tensin, compresin, torsin, flexin o cizalladura. Los materiales slidos responden a dichas fuerzas con una deformacin elstica (en la que el material vuelve a su tamao y forma originales cuando es eliminada la fuerza externa), o bien una deformacin permanente o fractura.Se debe tener presente que sta es una prueba destructiva con la finalidad de inspeccionar los materiales. Adems, especifica la aplicacin de una fuerza de tensin uniaxial que permite una velocidad de deformacin constate de la muestra, de acuerdo a especificaciones de la norma ASTM E8 o ASTM A370. La ruptura del espcimen o muestra determina el final del ensayo. La tensin es una fuerza que tira; por ejemplo, la fuerza que acta sobre un cable que sostiene un peso bajo tensin, un material suele estirarse y recuperar su longitud original si la fuerza no supera el lmite elstico del material. Bajo tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su forma original, entonces se dice que el material sobrepas su lmite elstico. Cuando la carga es de magnitud lo suficiente para iniciar una deformacin plstica, el material no recupera su longitud original eliminando la carga aplicada. A medida que la probeta normalizada continua alargndose, el esfuerzo aumenta y esto produce un endurecimiento por trabajo o deformacin, y cuando la fuerza es an mayor, se produce la ruptura del material. Cuando una fuerza externa acta sobre un material causa un esfuerzo o tensin en el interior que provoca la deformacin del mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales, la deformacin producida es directamente proporcional a la carga aplicada. Obedece por lo tanto a la ley de Hooke, la cual indica que para un cuerpo elstico la deformacin producida es proporcional al esfuerzo aplicado. Dicho de otra manera, La Ley de Hooke gobierna el comportamiento elstico lineal de un material y afirma que existe proporcionalidad entre los esfuerzos aplicados () y las deformaciones () producidas por los mismos: Por lo tanto, la constante de proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones es una caracterstica propia de cada material y recibe el nombre de Mdulo de Young (E), por lo que: = E * por lo tanto E = / Considrese una probeta de longitud original L, rea transversal A, deformada elsticamente por una cantidad bajo una carga P que acta a lo largo del eje de la probeta; entonces: El resultado que se obtiene del ensayo, es la construccin de una curva definida por la fuerza de aplicacin (F) y la elongacin L=Lo L .

Durante la primera parte de la curva, el esfuerzo es proporcional a la deformacin unitaria, esta es la regin elstica. Cuando se disminuye el esfuerzo, el material vuelve a su longitud inicial. La lnea recta termina en un punto denominado lmite elstico.Si se sigue aumentando el esfuerzo la deformacin unitaria aumenta rpidamente, pero al reducir el esfuerzo, el material no recobra su longitud inicial. La longitud que corresponde a un esfuerzo nulo es ahora mayor que la inicial L0, y se dice que el material ha adquirido una deformacin permanente.El material se deforma hasta un mximo denominado punto de ruptura. Entre el lmite de la deformacin elstica y el punto de ruptura tiene lugar la deformacin plstica.Dato importante en la interpretaron de la grafica es, si entre el lmite de la regin elstica y el punto de ruptura tiene lugar una gran deformacin plstica, el material se denomina dctil. Si la ruptura ocurre poco despus del lmite elstico, el material se denomina frgil.En aceros de bajo carbono y otras aleaciones, la deformacin plstica principia en el punto mnimo de cedencia, sabiendo que la fluencia o cedencia es el valor menor del esfuerzo por el cual se produce una deformacin permanente o deformacin plstica. Este comportamiento se debe a la deformacin no homognea que principia en un rea de concentracin de esfuerzos (cerca de las mordazas que sostienen la probeta) y se propaga a travs de la muestra en forma de bandas visibles a simple vista llamadas bandas de Lder.


1.-Se coloca la probeta normalizada en mordazas especficamente para tensin donde se fija y se verifica su posicin correcta.2.-Se coloca en parte posterior y en lugar estratgico el micrmetro que nos dar lecturas de deformacin en milmetros (mm) como consecuencia de los efectos de carga de tensin. (Lecturas cada 0.50 mm)3.-Se procede a seleccionar la escala de carga, en funcin del tipo de material a analizar. Los rangos de seleccin son: De 0 a 1,200 Kg., se utiliza en materiales de baja resistencia como pueden ser probetas de fibra de vidrio, acrlico, bamb entre otros. De 0 a 6,000 Kg., se utiliza para materiales como la madera de forma rectangular,(polines, duelas), varilla corrugada de 3/8, concreto simple, probetas de aluminio. De 0 a 30,000 Kg. Se utiliza en vigas de concreto armado, varilla corrugada de 1/2 y 3/4, probetas de acero, probetas de bronce, probetas de latn, prueba porter (terraseras compresin aproximada 27,400 Kg.), prueba de compresin diametral en concreto. De 0 a 60,000 Kg. Se utiliza para prueba de concreto y columnas de acero de manera casi exclusiva. 4.- Seleccionada la escala, se procede a aplicar carga y obtener:

PROBETA

ACOTACION: mm ESCALA: SIN

Curva tensin-deformacin

Grfica obtenida por computadora en el ensayo de tensin.

Probeta antes del ensayo de tensin probeta fracturada en el ensayo de tensin

RESULTADOSLos datos obtenidos representan la zona elstica y la zona plstica del material.CARGA Kg.DEFORMACIN mm.

Tabla de las deformaciones obtenidas con la Prensa UniversalZona elstica Zona plsticaLimite elstico Lmite de cedencia Tensin Mxima Kg.Punto de ruptura del material

DIAGRAMA ESFUERZO- DEFORMACION

Deformacin mmEsfuerzo / Carga Kg/mm

Para la obtencin del Esfuerzo Mximo tomamos la carga mxima que es aquella en la cul la pieza an no se rompe, obteniendo lo siguiente: Carga Mxima: Kg. esfuerzo normal=es una fuerza perpendicular por unidad de rea rea de la pieza: mm2 donde = F / A = Kg. / mm2F= fuerzaA= rea = Kg. / mm2 lmite elstico (dato obtenido de la prueba por realizar) = / Li mm / mm Li=long. inicial Mdulo de Young o Modulo de elasticidadE = /


CUESTIONARIO

1.- Cuando un material es sometido a una prueba de tensin, que es lo que se obtiene del material?2.- En la deformacin plstica de un material sometido a esfuerzo de tensin, como define usted al esfuerzo real?3.- La relacin entre esfuerzo y deformacin en la regin elstica de cualquier material es lineal? Si es lineal explique porque. Si no es lineal tambin explique porque.4.- Cuando se habla de esfuerzo de cadencia convencional en un diagrama de esfuerzo deformacin a que tipo de deformacin se refiere y en porcentaje a cuanto equivale?5.-En una prueba de tensin, el rea bajo la curva de esfuerzo y deformacin, que es lo que nos muestra?, y adems que caracterstica nos define del material?6.- En que regin de la probeta aparecen las bandas de Lder?7.- En la curva tensin-deformacin obtenida presenta cuatro zonas diferentes, diga cuales son.




PRACTICA N 4

TITULO: COMPRESIN A METALES

OBJETIVO: determinar el comportamiento mecnico de los materiales slidos sometidos a esfuerzos de compresin.

EQUIPO Y MATERIAL

A) Probetas de: aluminio, acero cold rolled. B) Prensa universal - Marca Tnius -Olsen - Capacidad de 0 a 60 toneladas C) Micrmetro de Base Magntica D) Marcador de tinta para indicar lecturas criticas

INTRODUCCION

A causa de la presencia de fisuras submicroscopicas, los materiales frgiles son a menudo dbiles a la tensin, ya que el esfuerzo a la tensin ayuda a la propagacin de aquellas fisuras que estn orientadas perpendicularmente al eje de la fuerza aplicada. Estos materiales muestran una baja resistencia a la tensin y sta generalmente vara de una muestra a otra. Sin embargo, esos mismos materiales pueden tener alta resistencia a la compresin. Por esto, los materiales frgiles se usan generalmente en compresin, ya que as su resistencia es mucho ms alta. La figura 1 y 2 nos muestran en un diagrama de esfuerzo deformacin una comparacin de la resistencia a la compresin y a la tensin para fundicin de hierro gris y concreto, los cuales son materiales frgiles. La figura 3 muestra un diagrama esquemtico de una tpica prueba de compresin.

440 Deformacin Pulg/pulg0-0.05Esfuerzo / Carga Lb/pulg0-120

Hierro fundido grisCompresionTension

Fig. 1Deformacin Pulg/pulg0-0.005Esfuerzo / Carga Lb/pulg0-3Concreto

CompresionnTension

Fig. 2

ProbetaSoporteEsfuerzo

Fig. 3 Prueba de compresin de un material dctil que muestra abarrelamiento debido a la fuerza de friccin compresin en la superficie de contacto entre la platina y probeta.

Definiciones TericasLa compresin es una presin que tiende a causar una reduccin de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexin, cizalladura o torsin, en este tipo de pruebas actan simultneamente fuerzas de tensin y de compresin. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla o una solera, uno de sus lados se estira y el otro se comprime.La plastodeformacin es una deformacin permanente gradual causada por una fuerza continua sobre un material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformacin. La prdida de presin gradual de las tuercas, la combadura de cables tendidos sobre distancias largas o la deformacin de los componentes de mquinas y motores son ejemplos visibles de plastodeformacin. En muchos casos, esta deformacin lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa de la propia deformacin. Cuando la plastodeformacin se prolonga durante mucho tiempo, el material acaba rompindose.La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecnica est sometida a un esfuerzo repetido o cclico, por ejemplo una vibracin. Aunque el esfuerzo mximo nunca supere el lmite elstico, el material puede romperse incluso despus de poco tiempo. En algunos metales, como las aleaciones de titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza cclica por debajo de un nivel determinado. En la fatiga no se observa ninguna deformacin aparente, pero se desarrollan pequeas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo mximo de la fuerza cclica. El conocimiento del esfuerzo de tensin, los lmites elsticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformacin y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniera.


1.-Se coloca probeta normalizada en mordazas especficamente para compresin donde se fija y se verifica posicin de probeta.2.-Se coloca en parte posterior y en lugar estratgico el micrmetro que nos dar lecturas de deformacin en milmetros (mm) como consecuencia de los efectos de carga de compresin.3.-Se procede a seleccionar la escala de carga, en funcin del tipo de material a analizar. Los rangos de seleccin son: de 0 1,200 Kg, 0 6,000 Kg, 0 -30,000 Kgy de 0 60,000 Kg.

4.- Seleccionada la escala, se procede a aplicar carga y obtener: Dibujar Diagrama Esfuerzo- DeformacinDeterminar en el diagrama: Esfuerzo/carga Limite ElsticoPunto de rupturaComportamiento elstico Deformacin e

RESULTADOS DE LA PRCTICA

CONCLUSIONES

CUESTIONARIO

1.-Se tiene dos tipos de materiales a realizarles la prueba de compresin, uno es un material muy frgil, y el otro es un material muy dctil; de acuerdo a la prueba realizada y los datos obtenidos, cual de los dos materiales es el mas adecuado para su uso en funcin a su resistencia?. Cite un ejemplo de cada uno.

2.- Realice un diagrama de esfuerzo y deformacin y explique el comportamiento del o los material a travs de las curvas generadas por la prueba de compresin.




PRACTICA N 5

TITULO: TRATAMIENTOS TERMICOS

OBJETIVO: es el estudio del efecto de la temperatura, composicin, tamao de grano y atmsfera del horno de calentamiento sobre la micro estructura y dureza de los aceros.

EQUIPO Y MATERIAL

A) Horno de tratamientos trmicos (mufla)B) Careta mica transparente C) Guantes de asbestoD) Lentes de seguridadE) TenazasF) Muestra del material INTRODUCCIONLos tratamientos trmicos son combinaciones de calentamiento y enfriamientos a tiempos determinados, aplicados a un metal o aleacin en estado slido con el fin de modificar propiedades de acuerdo a las condiciones de uso. La finalidad de los tratamientos trmicos tienen como ya se menciono en el objetivo, es conocer el efecto de la composicin, temperatura, tamao de grano y atmsfera del horno de calentamiento- medio de enfriamiento, sobre la microestructura y dureza de los aceros.Todos los procesos bsicos de tratamientos trmicos para los aceros incluyen la transformacin o descomposicin de la austenita. La naturaleza y la apariencia de estos productos de transformacin determinan las propiedades fsicas y mecnicas de cualquier acero.

El primer paso en el tratamiento trmico del acero es calentar el material a la temperatura de o por encima del intervalo crtico para formar austenita. En la mayora de los casos, la rapidez de calentamiento a la temperatura deseada es menos importante que otros factores en el ciclo de tratamiento trmicoCon el tratamiento trmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamao del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dctil.Tambin es importante saber que el tratamiento trmico de un acero depende de su composicin qumica y del mecanizado posterior. Por tal motivo debe conocerse antes del tratamiento el tipo de acero del que son las piezas. La eleccin del tratamiento trmico y sus particularidades, son determinantes para obtener resultados favorables, de tal manera que la temperatura a utilizar y la forma de realizar el enfriamiento no pueden llevarse a cabo correctamente si no se conocen los materiales y como deben tratarse. Antes de aplicar el tratamiento trmico debe prestarse atencin a la limpieza de las piezas. Por ejemplo las piezas de forja y otras piezas brutas que pasan por un recocido en un horno adecuado, no es necesario que estn limpias, no ocurre lo mismo con piezas que han de templarse despus de haber sido mecanizadas.Para conocer la temperatura que debe adquirir el metal para su tratamiento trmico, es importante saber el contenido de carbono, adems es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases. En este tipo de diagrama se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los elementos diluidos. En el diagrama de fases de la aleacin hierro carbono representado mas abajo, muestra en el eje vertical la temperatura y en el eje horizontal la composicin qumica. En el extremo izquierdo se encuentra la composicin 100% Fe y 0% C y en el extremo derecho se encuentra la composicin 100% C y 0% Fe. En el diagrama se muestra solamente hasta 5% C y 95% Fe por ser la zona de mayor inters, pues en ella estn los aceros y fundiciones de mayor uso.Este mapa de ordenamientos cristalinos nos muestra cmo el metal al solidificar se dispone en varias formas. Al variar la temperatura, los cristales ganan o pierden energa y buscan una nueva ordenacin tratando siempre de permanecer estables.

Hoy da, los tratamientos trmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensin.

DESARROLLOEl proceso de templado del acero consiste en: 1.- Conectar horno de tratamientos trmicos, y graduar a la temperatura requerida para el proceso de temple. 2.- Dejar que el metal despus de un tiempo y de manera uniforme adquiera la temperatura correcta en todo su volumen, (ver figura de temperaturas para endurecido de metales).

Como ejemplo podemos decir que el endurecimiento se da por la obtencin de estructura martensitica o por refinamiento de grano, produce una micro estructura granular fina que aumenta su resistencia a la traccin (tensin) y disminuye su ductilidad.As tenemos que el acero al carbono para herramientas puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crtica, la cual se adquiere entre los 1450 F y 1525 F (790 a 830 C) esto es cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero, la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfra la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frgil.

Despus que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frgil lo que impide su manejo pues se rompe con el mnimo golpe debido a la tensin interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el revenido del acero. Este proceso hace ms tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver tabla), para despus enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utiliz para endurecerla. Tabla de temperaturas para el revenido del acero endurecidoColorGrados FGrados CTipos de aceros

Paja claro430220Herramientas como brocas, machuelos

Paja mediano460240Punzones dados y fresas

Paja oscuro490255Cizallas y martillos

Morado520270rboles y cinceles para madera

Azul oscuro570300Cuchillos y cinceles para acero

Azul claro600320Destornilladores y resortes

INVESTIGAR DEFINICIONES Y APLICACIN DE:Recocido Cementado Carburizacin por empaquetado Carburizacin en bao lquidoCarburizacin con gas Carburado, cianurado y nitrurado

RESULTADOS


CUESTIONARIO:

1. Cual es el propsito de someter una pieza metlica a un tratamiento trmico?2. El tratamiento trmico efectuado a un material metlico sirve para definir propiedades mecnicas y que ms nos arroja dicho tratamiento?3. En el diagrama hierro carbono existen lneas que nos ayudan a ubicar temperaturas porcentajes de aleacin. Qu ms podemos describir con esas lneas en el diagrama4. Qu es lo que sucede dentro de esos campos delimitados por esas lneas en los aceros?5. Habando de los aceros en el diagrama Fe-C, como se encuentran clasificados dichos aceros y fundiciones.6. Cul sera para Usted el tipo de acero a utilizar, si deseo obtener una pieza con la parte central dctil y la capa exterior dura completamente?7. Una fundicin gris es templable? Si/ No. Porque.

INVESTIGAR DEFINICIN Y APLICACIN DE:a).-Recocido b).-Cementado C.-Carburizacin por empaquetado d).-Carburizacin en bao lquidoe).-Carburizacin con gas f).-Carburado, cianurado y nitruradog).-Templeh).-fatiga




PRACTICA N 6

TITULO: PIROLISIS

OBJETIVO: Identificacin de polmeros, plsticos comerciales, trasparentes, traslucidos y opacos, que no contengan pigmento, minerales ni colorantes orgnicos.

ACTIVIDAD: Determinar qu tipo de polmero es, de acuerdo a las caractersticas que presenta al someterlo a la flama; como es el color del humo que desprende, si funde o si desprende algn olor. Para ello nos auxiliamos utilizando la tabla de pirolisis.

EQUIPO Y MATERIAL

A) Soporte UniversalB) Pinzas de sujecin C) Mechero bunssen con un barril de 3/8 en (9.5) de dimetro.D) Gas butano alcohol etlico (etanol)E) Espcimen de junta de 460 mm. de longitud.F) EncendedorG) VentiladorH) ExtractorI) Mascarilla

INTRODUCCION

La Pirolisis es la descomposicin qumica de materia orgnica causada por el calentamiento en ausencia de oxgeno u otros reactivos, excepto posiblemente el vapor de agua.La pirolisis extrema, que slo deja carbono como residuo, se llama carbonizacin. La pirolisis es un caso especial de termlisis.Un antiguo uso industrial de la pirolisis anhidra es la produccin de carbn vegetal mediante la pirolisis de la madera. Ms recientemente la pirolisis se ha usado a gran escala para convertir el carbn en carbn de coque para la metalurgia, especialmente en la fabricacin de acero.La aplicacin de la pirolisis al tratamiento de residuos ha ganado aceptacin en la industria junto con otras tecnologas avanzadas de tratamiento de residuos pero no los elimina sino que los transforma en carbn, agua, otros residuos lquidos, partculas y metales pesados, cenizas... txicos en algunos casos; vertiendo al aire desde sustancias relativamente inocuas hasta muy txicas y reduciendo as su volumen. Esta destilacin destructiva obviamente imposibilita el reciclado o la reutilizacin.La pirolisis se puede utilizar tambin como una forma de tratamiento termal para reducir el volumen de los residuos y producir combustibles como subproductos. Tambin ha sido utilizada para producir un combustible sinttico para motores de ciclo diesel a partir de residuos plsticos.Un ejemplo de pirolisis es la destruccin de neumticos usados. En este contexto, la pirolisis es la degradacin del caucho de la rueda mediante el calor en ausencia de oxgeno.

Como dato importante, un polmero son molculas grandes formadas por la unin de muchas molculas ms pequeas llamadas monmeras. En algunos casos las molculas pueden reaccionar consigo mismas para formar homopolmeros. En otras ocasiones se requieren de dos monmeros diferentes que reaccionan uno con otro. En todos los casos, los monmeros reaccionan para formar molculas grandes

TAMAO DE POLIMEROS

Para expresar el tamao de molculas, lo ms comn es usar el peso molecular. De manera, si un polmero de etileno contiene 1000 molculas de etileno por molcula, el peso molecular de polmero se determina como sigue:

28 x 1000 = 28000

PM DEL ETILENOUNIDAD REPETITIVAPM DEL POLIMERO

El proceso de polimerizacin es desordenado y, por consiguiente algunas molculas crecen a tamaos mucho mayores que otras.

Los plsticos son mezclas de molculas de tamaos diferentes. El tamao molecular se expresa como peso molecular promedio.La mayora de los polmeros estn constituidos por carbono, hidrgeno oxigeno y nitrgeno: sin embargo, cada vez se sintetizan ms materiales que incluyen silicio, cloro, flor, bromo fsforo y azufre .Las capas electrnicas de cada tomo determinan su valencia o capacidad de enlazamiento.

Los mecanismos de polimerizacin pueden clasificarse en dos categoras: Adicin y condensacin.

Polimerizacin por adicin es la combinacin de monmero por reaccin entre enlaces dobles del carbono (C = C). la mayor parte de las reacciones de adicin son de tipo etilnico

Polimerizacin por Condensacin se obtiene mediante una serie de reacciones qumicas. Estas reacciones se basan en dos centros activos que pueden unirse para formarse un enlace qumico. Muchas de estas reacciones producen desprendimientos de sustancias secundarias. Existen diversos procesos comerciales para fabricar polmeros plsticos, cada uno tiene sus propias ventajas, casi siempre dependen del tipo de polmero y de su uso final. Estos son polimerizacin directa, en solucin, suspensin, emulsin y en fase gaseosa. Existen dos tipos de polmeros los termoplsticos y los termo fijos:

POLIMEROS TERMOPLSTICOS: Son polmeros que pueden fundirse o reblandecerse.

POLIMEROS TERMOFIJOS: Las resinas termo fijas se definen como aquellas que al curar producen polmeros insolubles y no funden al aplicarles calor. Muchas resinas modernas curan por accin cataltica y no requieren la adicin del calor.


a) Se introduce un trocito de plstico al borde de la flama de un mechero bunsen.b) Observar el color de la flama que imparte el plstico.c) Si funde o no.d) Se retira de la flama y observar si continua ardiendo o no.e) Perciba con cuidado el olor que desprende el plstico al apagarlo.f) Posteriormente trate de identificar el tipo de polmero que esta determinando travs de las dos tablas anexas a la prctica.

PIROLISIS(Practica 2)PRUEBA A LA FLAMA

Introduzca un trocito de plstico al borde de la flama de un mechero de bunsen, observe el color que le imparte y si funde o no, squelo y observe si continua o no ardiendo. Si arde vea el color de la flama y perciba con cuidado el olor que se desprende al apagarlo.1. Acetal (poli formaldehdo) 53. Polisulfuros o tiokoles 2. Poli acrilatos 54. Elastmeros de poliuretano3. Acrilonotrilo butadieno estireno 55. Casena formaldehdo4. Alquidales 56. Propionato de celulosa5. Polialilos 57. Metil celulosa6. Poliamidas 58. Celofn7. Policarbonatos 59. Resinas de cumarona indeno8. Acetato de celulosa 60. resinas naturales9. Acetato butirato de celulosa 61. Copolimero isobutileno- isopreno10. Nitrato de celulosa 62. Clorhidrato de caucho11. Polieter clorado (oxietano) 63. Caucho clorado12. Epoxi 64. Hule natural13. Polister 65. Hule vulcanizado14. Etil Celulosa 66. Acetato de polivinilo15. Polietileno 67. Cloruro acetato de vinilo16. Polietileno 68. Alcohol polivinilico17. Copolimero de etileno y etil acrilato 69. Polivinil acetal18. Polietilen tereftalato 70. Polivinil butiral19. Copolimero de etileno 71. Polivinil isobutil terY acetato de vinilo (elvax) 72. Polivinilo pirrolidona 20. Copolimero de etileno 73. Resinas ionomeras (surlyn) Y propileno fluorado 21. Monocloro-trifluoro etileno 22. Tetrafluoroetileno (tefln) 23. Poli-imidas 24. Melamina formaldehdo 25. Polimetacrilato de metilo 26. Poli-4-etil penteno- 1 27. Fenol formaldehdo 28. Resinas fenoxi 29. Oxido de fenileno 30. Polipropileno 31. Silicones 32. Poliestireno 33. Estireno acrilonitrilo 34. Estireno butadieno 35. Polisulfonas 36. Urea formaldehdo 37. Poliuretano 38. Cloruro de polivinilo (sin plastificante) 39. Cloruro de polivinilo (con plastificante) 40. Dicloruro de polivinilo 41. Fluoruro de polivinilo 42. Cloruro de vinilideno 43. Fluoruro de vinilideno 44. Elastmero de acrilatos 45. Hule acrilo nitrilo butadieno 46. Hule butilo 47. Polietileno clorosulfonado 48. Cloropreno o neopreno 49. Hule de etileno propileno 50. Oxido de propileno 51. Hule de silicn 52. Hule de estireno butadieno

RESULTADOS

COLOR

FUNDEARDEOLORIDENTIFICACINDELPOLIMERO


BIBLIOGRAFIA

RESULTADOS


CUESTIONARIO

1.- Que significa la palabra polmero?

2.- Defina los materiales polimricos a) plsticos, b) elastmeros?

3.- En cuantas clases se dividen los plsticos y cuales son?

4.- Las molculas simples que se enlazan en forma covalente para formar Cadenas largas se llaman?

5.- Describa que es una polimerizacin?

6.- A que se le llama polimerizacin en masa, solucin y suspensin ?

7.- Mencione cuales son los tres pasos de una polimerizacin en cadena?

8.- En que consiste el mtodo por extrusin?

9.- Cules son las ventajas y desventajas del mtodo de moldeo por inyeccin?

10.-Nombrar los procesos que se utilizan para los materiales termo fijos

11.- para que sirven los estabilizadores ultravioleta en los materiales Termoplsticos?

12.- En que consiste la prueba de pirolisis?




PRACTICA N 7

TITULO: MATERIALES COMPUESTOS OBJETIVO: Obtener a travs de la unin de dos o ms materiales distintos, propiedades mecnicas superiores a la suma de las propiedades de los componentes. MATERIAL REQUERIDO:-Molde-Vaso de precipitados-Agitador -Resina polister-Catalizador para resina-Cera desmoldante-Pelcula separador-Fibra de vidrio-Gel-coat INTRODUCCION: Los materiales compuestos nacen de la necesidad de obtener combinaciones de las propiedades de los cermicos, los plsticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rgidos, resistentes al impacto y tambin resistentes a la corrosin y el desgaste.A pesar de haberse obtenido materiales con propiedades excepcionales, las aplicaciones prcticas se ven reducidas por factores que aumentan su costo, como la dificultad de fabricacin o la incompatibilidad entre materiales.La mayora de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos, como la madera y el hueso, aparecen en la naturaleza.Aunque existe gran variedad de materiales compuestos, en todos ellos se pueden distinguir dos fases: Agente reforzante: es una fase de carcter discreto y su geometra es fundamental a la hora de definir las propiedades mecnicas del material. Fase matriz: es la responsable de las propiedades fsicas y qumicas. Ella transmite los esfuerzos al agente reforzante. Tambin lo protege y da cohesin o adherencia al material. Los materiales compuestos se pueden clasificar en tres grupos:Materiales Compuestos reforzados con partculas. Estn compuestos por partculas de un material duro y frgil, dispersas, discreta y uniformemente rodeadas por una matriz ms blanda y dctilTipos: Endurecidos por dispersin formados por partculas verdaderas.Materiales Compuestos reforzados con fibras. Un componente es un agente reforzante como una fibra fuerte: por ejemplo tenemos la fibra de vidrio, cuarzo, o fibra de carbono entre otros, que proporciona al material su resistencia a la traccin, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como epoxi o polister envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no estn alineadas con las lneas de tensin. Si la matriz elegida es especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresin. Existen compuestos que utilizan un agregado en lugar de, o en adicin a las fibras.En trminos de resistencia, las fibras (responsables de las propiedades mecnicas) sirven para resistir la traccin, por otra parte, la matriz (responsable de las propiedades fsicas y qumicas) sirve para resistir las deformaciones.Un dato importantente es cuando el material compuesto esta expuesto a golpes o esfuerzos cclicos; stos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama delaminacin.

Materiales compuestos estructurales.

Panel sndwich con ncleo en forma de panal.Estn formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometra y de su diseo. Los ms abundantes son los laminares y los llamados paneles sndwich.Los laminares estn formadas por paneles unidos entre si por algn tipo de adhesivo u otra unin. Lo ms usual es que cada lmina est reforzada con fibras y tenga una direccin preferente, ms resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material istropo, uniendo varias capas marcadamente anistropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de mxima resistencia forman entre s ngulos rectos.Los paneles sndwich consisten en dos lminas exteriores de elevada dureza y resistencia,, (normalmente plsticos reforzados o titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polmeros espumosos, cauchos sintticos, madera balsa o cementos inorgnicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construccin, en la industria aeronutica y en la fabricacin de condensadores elctricos multicapas.

Algunos ejemplos de materiales compuestos

a).-Clasificados por el tipo de fibra: -Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa) -Plstico reforzado de fibra de carbono o CFRP o -Plstico reforzado de fibra de vidrio o GFRP o [GRP] (informalmente, "fibra de vidrio)

b).-Compuestos de matriz metlica o MMCs: -Cermet (cermica y metal). -Metal duro (carburo en matriz metlica) -Laminado metal-nter metal. c).- Compuestos de matriz cermica: -Hormign/Concreto -Carbono-carbono reforzado (fibra de carbono en matriz de grafito). -Adobe (barro y paja) d).-Compuestos de matriz orgnica/agregado cermico -Madreperla o ncar -Concreto asfltico e).-Madera mejorada -Tableros de fibra orientada. -Weatherbest (fibra de madera reciclada en matriz de polietileno) -Pycrete (serrn en matriz de hielo)DESARROLLO DE LA PRCTICA Elaborar probeta para analizar sus propiedades a travs de pruebas mecnicas que pueden ser de Tensin, compresin o torsin; o bien elaborar un casco de barco a escala en fibra de vidrio con resina polister cera desmoldante, pelcula separadora, gel-coat.Para llevar a cabo la elaboracin del casco de barco se procede como sigue:1.-Molde limpio de polvo y grasa.2.-Aplicacin de cera desmoldante a molde de casco de barco por tres veces a tiempos diferentes3.-De igual manera se aplica la pelcula separador por tres veces a tiempos diferentes.

4.-Una vez aplicadas las capas correspondientes, se aplica el gel-coat hasta obtener una pelcula de este material hasta quedar homognea en toda la superficie del molde.5.-Acto seguido procedemos a aplicar resina epoxica preparada sobre superficie de molde.6.-Despus aplicamos pequeos trozos de fibra de vidrio hasta quedar completamente baada de resina.7.-Dependiendo del espesor requerido, se repite la aplicacin de resina y fibra de vidrio las veces que sea necesario y listo.RESULTADOS

CONCLUSIN SOBRE LA PRCTICA

CUESTIONARIO1.- El uso de materiales cermicos, plsticos y metlicos hoy en da por sus combinaciones ofrecen caractersticas muy especficas de acuerdo a necesidad. Si a usted le solicitaran que materiales utilizar en un proyecto determinado, cuales seran los factores preponderantes que se tomaran para su aplicacin?, y porque. 2.- Durante el desarrollo de su practica de laboratorio, Cul fue su experiencia obtenida, y como definira el proceso realizado? Mejorara dicho procedimiento para la obtencin de mayores caractersticas de los materiales utilizados?




PRACTICA N 8

TITULO: EVALUACIN Y DIAGNOSTICO DE CORROSION EN CONCRETO

OBJETIVO: Determinar el avance de carbonatacin en el concreto por el mtodo de va hmeda con solucin cido base.

EQUIPO Y MATERIAL

A) vernier o pie de rey 1 pza.B) brocha 1 pzaC) Solucin indicador cido base 50 ml.D) Fenoftaleina 1 gr.E) Alcohol Etlico 1 LF) Agua Destilada 1 LG) Concreto 1 trozo

INTRODUCCION

Carbonatacin, se denomina as al proceso en el que el dixido de carbono de la atmsfera reacciona con los componentes alcalinos de la fase acuosa del concreto y da lugar a una neutralizacin de todo el material que muestra un cambio abrupto de pH que se produce en el interior del concreto y da lugar a la aparicin de un frente carbonatado que se revela muy bien con el indicador de fenoftaleina.Cuando este frente llega hasta la armadura, ste se desapasiva de forma generalizada como consecuencia del pH. La velocidad de avance de este frente carbonatado es tambin de vital importancia para calcular el tiempo que tardara en llegar hasta la armadura. La velocidad de avance esta en funcin de:a) El contenido de humedad del concretob) Su porosidad en relacin de agua /cementoc) Su contenido en materia alcalina carbonatable.

El contenido de agua resulta crucial ya que si los poros del concreto estn completamente secos, el CO2 no podr reaccionar y si estn completamente saturados de agua, su penetracin de carbonatacin ser lentsima debido a la baja solubilidad del CO2 en el agua. Solo cuando los poros del concreto estn parcialmente llenos de agua (entre 50% y 80%) es cuando se dan las condiciones optimas de carbonatacin. Finalmente, el contenido de CaO y de alcalinos (sodio y potasio) son materiales susceptibles de carbonatarse. Cuanto mayor sea su contenido, menor ser la velocidad de carbonatacin, de ah que los cementos Prtland sin adiciones son en general ms resistentes a la carbonatacin. Una vez carbonatado el concreto a la altura de las armaduras, s la humedad ambiental es ms baja que el 80% la deapasivacin no dar lugar a las velocidades de corrosin apreciables. Slo si la humedad es mayor al 80% exterior con las temperaturas variables entre el da y la noche o a lo largo del ao puede alcanzar contenidos de humedad que den lugar a la corrosin apreciable. En general la velocidad de corrosin ser mucho menor que en el caso de los cloruros. Otra circunstancia favorable a tener en cuenta es que, al igual que en el caso de la corrosin atmosfrica, la corrosin desencadenada por la carbonatacin puede dar lugar a capas de herrumbre con caractersticas protectoras que atenan la velocidad de corrosin subsiguiente. Todo ello hace de la carbonatacin un fenmeno mucho menos peligroso que la corrosin por cloruros. Los mtodos de proteccin y control de corrosin se basan en eliminar alguno de los cuatro elementos que forman la celda de corrosin (nodo, ctodo, conductor inico, conductor electroltico). Diversos mtodos se han utilizado para proteger el concreto de la corrosin, comenzando por la calidad de los constituyentes de la mezcla (controlando las propiedades fsico-qumicas). Indirectamente, se puede minimizar la corrosin con pinturas, revestimiento del acero y recubrimientos sobre el concreto. Proteccin catdica, agregando inhibidores de corrosin, removiendo iones cloruros y re alcalinizando el concreto estos dos ltimos mtodos se encuentran en periodo de investigacin.


a) Se toma una probeta testigo, se le realizara un corte transversal donde un extremo corresponder a la superficie expuesta a la atmsfera El tiempo de exposicin de la superficie a evaluar no podr ser mayor de 15 minutos. (fractura fresca)b) La determinacin de la profundidad de carbonatacin una vez seleccionada la probeta y estando la superficie libre de polvo, se aplicara por atomizacin el indicador cido base en forma uniforme.c) Luego de la aplicacin, antes de transcurridos 15 minutos, se efectuara la medicin de la longitud (profundidad) de la zona incolora desde la superficie, determinndose con precisin los valores mximos / mnimos del frente incoloro y la media aritmtica, de un mnimo de medicin en funcin del tamao de la probeta. El procedimiento no debe tardar ms de 20 minutos.d) Igualmente se efectuara un registro fotogrfico de la probeta.e) Comparar los datos con la tabla de pH (Potencial de Hidrgeno)

RESULTADOS

PROFUNDIDADINCOLORAPROFUNDIDADCON COLORRESULTADOPOTENCIAL DE HIDROGENO

TABLA POTENCIAL HIDROGENO (pH)Fenoftaleina: indicador qumico, rango pH 8.3-10.0

incoloroincolororosaRojo

cidos, H+ , CO2 ,Acido carbnico H2CO3 Acido sulfrico H2SO4BicarbonatosHCO3 Carbonatos CO3

Sulfatos SO4Hidrxidos OH

0.0 4.04.0 8.38.3 10.010.0 14.0


CUESTIONARIO

1.- De que material esta formado un cemento?

2.- Cuantos tipos de cemento existen y para que se emplea cada uno de ellos?

3.- Qu es un clincker?

4.- Cuales son los compuestos que fraguan y endurecen al cemento?

5.- A que se le llama lcali del cemento?

6.- Defina que es el PH?

7.- Porque debe controlarse el PH del agua que se utiliza para realizar Las mezclas de los cementos?.

8.- A que se le llama carbonatacin de un cemento?

9.- Entre que rango de la escala de PH se encuentra la carbonatacin de un Concreto armado?

10.- Qu tipo de inhibidores se utilizan para que no exista corrosin en cemento?.

11.- Cmo se le llama a la sal que degrada al cemento cuando se mezclan sulfatos y los compuestos tricalcicos?

12.- Por qu debe controlarse los sulfatos y los cloruros en un cemento?


FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGN CARRERA DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA


PRACTICA N 9

TITULO: ANLISIS MACROSCOPICO DE UNA VARILLA

OBJETIVO: Determinar que la varilla corrugada de acero tengan buena apariencia, sin presentar defectos perjudiciales exteriores como grietas, traslapes, quemaduras, poros y oxidacin excesiva (CORROSIN).

EQUIPO Y MATERIAL

A) Vasos de precipitado de 600 ml. 2 pzas.B) termmetro de 250 C 1 pza.C) Alcohol Etlico 500 ml.D) Parrilla Elctrica 1 pza.E) cido Clorhdrico (HCL) 400 ml.F) Agua Destilada 400 ml.G) Cronometro 1 pza.H) Cepillo de cerda 1pza I) Franela 1trozoJ) Probetas de varillas de 7 cm 3 pzas.K) Pinzas 2 pzas.L).Microscopio 1 equipo

INTRODUCCION

La corrosin de la armadura en el concreto consiste en la accin destructiva del acero, por el medio que lo rodea. As, la corrosin ocurre como resultado de la formacin de una celda electroqumica, la cual consiste en cuatro elementos:

a) ANODO. Donde ocurre la oxidacin.b) CATODO. Donde ocurre la reduccinc) CONDUCTOR METALICO. Donde la corriente elctrica es el flujo de electronesd) ELECTROLITO. En este caso el concreto, donde la corriente elctrica es generada por el flujo de iones en un medio acuoso.

La corrosin electroqumica del acero en el concreto resulta de la falta de uniformidad en el acero (diferentes aceros , soldaduras, sitios activos sobre la superficie del Acero) contacto con los metales menos activos, as como tambin, la heterogeneidad en el medio qumico o fsico (concreto) que rodea al acero .Ahora bien, aunque la potencialidad para la corrosin electroqumica puede existir debido a la falta de uniformidad del acero en el concreto.La corrosin normalmente se previene por la formacin de esa pelcula de xido de hierro pasivante o bien cuando las condiciones de servicio cambian y el concreto se altera o a travs de la penetracin de sustancias agresivas, entonces se produce el rompimiento de esta pelcula y la corrosin de la armadura se desencadena con una triple consecuencia.

El acero disminuye su seccin o incluso se convierte completamente en xido.El concreto puede fisurarse debido a las presiones que ejerce el xido expansivo al generarse.La adherencia armadura concreto disminuye o desaparece.

Para que la corrosin del acero pueda iniciarse y mantenerse existen dos mecanismos que en general son los ms aceptados:

a) Reduccin de la alcalinidad por lixiviacin de las sustancias alcalinas. Con agua o neutralizacin parcial con dixido de carbono.b) Por la accin electroqumica que involucra al ion cloruro en presencia del oxigeno.

As el acero se corroe por la accin andica que permite que l se disuelva como ion ferroso. Debe haber una reaccin catdica simultanea, como reduccin de oxigeno, todo en presencia de agua.

2Fe 2Fe + 4e Andica

O2 + 2H2O + 4e 4OH Catdica

OH= hidrxido Fe= hierro O= oxigeno e= electrn

Es importante resaltar que sin la presencia simultanea en el concreto de oxigeno y humedad no es termodinmicamente posible la corrosin y, sin una cantidad mnima critica, no es posible que se desarrolle con velocidad apreciable. Ambos factores tienen un carcter ambivalente, pues cuando las armaduras estn pasivadas, cierta cantidad de oxigeno y humedad pueden servir para engrosar la capa pasivante, pero cuando las armaduras se corroen activamente, actan acelerando notablemente el ataque. En el concreto armado, las formas que puede adoptar la corrosin de la armadura son diversas:a) corrosin localizadab) corrosin por picadurac) Corrosin de espacios confinadosd) Corrosin bajo tensine) Corrosin uniforme f) Corrosin galvnicag) Corrosin por interferencia


1) Cortar tres probetas de varilla de 7 cm. Con arco y segueta.

2 Pulir cada extremo de la varilla hasta dejarlos a espejo en un esmeril.

3) Desengrasar las probetas de acero con el alcohol etlico.

4) Preparar la solucin de cido clorhdrico (HCL) con agua destilada al 50 % y al hacer la solucin debe proceder con mucho cuidado, utilizando la mascarilla contra los vapores del cido.

5) Despus de preparar la solucin, se agrega las tres probetas de acero en el vaso de precipitado y se pone sobre la parrilla conectada a la corriente elctrica, durante un tiempo de 20 minutos a una temperatura de 70 C. 6) Pasando del tiempo indicado se sacan las probetas de acero con unas pinzas, se lavan con agua y se tallan con el cepillo de cerdas para quitar la escoria.

7) Se sumergen en alcohol etlico y se secan.

8) Posteriormente se observan las caras de cada probeta en el Microscopio para ver si tienen o no defectos. Finalmente se reporta resultados.

RESULTADOS

GRIETAS LAMINARESTRASLAPESGRIETASTANGENCIALESPOROSOXIDACINEXCESIVACORROSION


CUESTIONARIO

1.- Qu es corrosin?

2.- Cuntos tipos de corrosin existen?

3.- Cules son algunos de los factores que afectan a la corrosin de metales?

4.- Qu parmetros deben de tomarse en cuenta para evitar la corrosin?

5.- Defina que es pasivacin?

6.- Cul es la diferencia entre una proteccin andica y una catdica?

7.- Cuntos tipos de limpieza metlica existen para evitar la corrosin?

8.- En la limpieza por el mtodo de samblasteo que utiliza arena de Ottawa Que otro tipo de material se emplea?.

9.- Explique que es una fuerza electromotriz en serie?

10.- Liste cinco metales que sean catdicos y cinco andicos

11.- Qu tipo de recubrimientos debe utilizarse para evitar la corrosin en una Estructura metlica?

12.- Con que tipos de aparatos debo medir los espesores en pelcula hmeda y seca de los recubrimientos anticorrosivos que se apliquen en la superficie de Estructura metlica para evitar la corrosin?.

13.- El cemento que tipo de material es?.

Bibliografa consultada

Fundamentos de la Ciencia e Ingeniera de Materiales William F. SmithJavad HashemiMc Graw Hill Cuarta Edicin.

Desarrollo de la TecnologaFernando Alba AndradeFondo de CulturaTercera Edicin.

Manual de Procesos Qumicos IndustrialesGeorge T. Austin Mc Graw Hill.

Qumica y Tecnologa del PlsticoWalter E. DrivesCECSA.

Petroqumica y SociedadSusana Chow PontayFondo de CulturaTercera Edicin.

Norma de la Secretaria de Comunicaciones y TrasportesLibro OctavoSegunda Edicin.

Manual de Inspeccin Evaluacin y Diagnostico de CorrosinDe Estructuras del Concreto Armado.CyTED.Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo.

Qumica OrgnicaStanley H. PineDonald G. Graw

Ingeniera de MaterialesW. J. EllisRepresentaciones y Servicios de Ingeniera, S.A. MxicoVersin en ESPAOL:Andrs Ruiz MijaresJess Revueltas GutirrezTecnologa de Materiales Lawrence H. van VlackUniversidad de Michigan Ann Arbor.Alfa omegaVersin en Castellano: Enrique Garca Carmona.

Ciencia de Materiales l y lll de los MaterialesPropiedades MecanicasWayne Hayden Williams G. MoffattJohn Wulff Traductor Miguel Verdusco RodrguezEditorial Limusa.

Tecnologa de MaterialesCarlos Ferrer JimnezVicente Amigo BorrasAlfaomega.

Diccionario TcnicoMc Graw Hill.Reed B. C. Archimedes' law sets a good energy-minimization example. Physics Education, 39 (4) July 2004, pp. 322-323.Keeports D. How does the potential energy of a rising helium-filled balloon change? The Physics Teacher, Vol 40, March 2002, pp. 164-165.Silva A., Archimedes' law and the potential energy: modelling and simulation with a sreadsheet. Phys. Educ. 33 (2) March 1998. pp. 87-92.Bierman J, Kincanon E. Reconsidering Archimedes principle. The Physics Teacher, Vol 41, September 2003, pp. 340-344.Kehl,George; Fundamentos de la practica metalografica(Fuente de la informacin: Carlos Enrique Daz Reyes, Chile)Callister. Ciencia e ingeniera de materiales. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htmhttp://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?ID=133171http://www.fisica.uson.mx/manuales/mecyfluidos/mecyflu-lab12.pdfhttp://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://html.rincondelvago.com/000173580.png&imgrefurlwww.astm.orgwww.imende.com/joomlawww.sieend.com/mxwww.mats.eia.edu.co/lab"http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtual/publicaciones/geologia/Vol_IVN%C2%B07/metalogr_cuanti.htm

Preparacin probetaswww.utp.edu.co/~publio17/prep_probeta.htm upv.es/~avicente/curso/unidad3/fundamentos.html

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