7/17/2019 Informe Materiales http://slidepdf.com/reader/full/informe-materiales-568e3ad91b10b 1/28 Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ingeniería Mecánica ME3601-1 Ingeniería de Materiales I Laboratorio N°1Influencia de los Tratamientos Térmicos en Aceros Integrante: Ignacio Martínez Salazar Profesor: Rodrigo Palma Ayudante: Octavio Figueroa Fecha: 21/10/2013
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Partamos definiendo el concepto de laminado y trefilado, se tiene que la
laminación o laminado es un proceso de conformación plástica en el que el metal
fluye de modo continuo y en una dirección preferente, mediante fuerzas de
compresión. Dichos procesos se realizan, en su gran mayoría, en caliente por la
gran deformación ejercida sobre el material trabajado. La principal aplicación del
laminado es la laminación del acero, la cual somete al acero a temperaturas de
unos 1200 °C, posteriormente los lingotes de acero recalentados pasan al molino
de laminación en los que se laminan para convertirlos en lupias, tochos o
planchas. Las lupias se utilizan para generan perfiles estructurales y rieles de
ferrocarril, los tochos se laminan para obtener barras y varillas y por ultimo las
planchas se laminan para producir placas, láminas y tiras.
Figura 1: Mecanismo de Laminado
El trefilado es una operación de conformación en frío que consiste en la
reducción de sección de una varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico,
esta disminución de sección da al material un cierto beneficio en cuanto a sus
características mecánicas como aumento en la dureza, fragilidad y resistencia dedicho material. La disminución de sección por cada paso de trefilado es del orden
de un 20 % a 25% lo que da un aumento de resistencia entre 10 y 15 ,
luego no es aconsejable continuar con el proceso de trefilado ya que aunque
aumente la resistencia a tracción se pierden características como la flexión. Las
ventajas que aporta el trefilado es la buena calidad superficial, precisión
dimensional, aumento de resistencia y dureza, entre otras.
Dicha fractura tiene asociada una gran deformación plástica en el entorno
de la grieta o zona fracturada. Se trata de una grieta estable, ya que para seguir
creciendo necesita que el esfuerzo externo sea cada vez mayor. Además, el
avance de la grieta es lento y existe una deformación plástica apreciable en las
superficies de fractura, la cual se ve apreciada en la formación de un cuello.
Figura 4: Fractura Dúctil
3.2.3 Fractura Mixta
Tiene propiedades de fractura dúctil y frágil, las cuales dependen del
material al cual se aplica la carga y produce la fractura.
3.3 Ensayo Tracción
Este ensayo consiste en someter una muestra, denominada probeta, de
sección uniforme y conocida, a una fuerza de tracción que va aumentando
progresivamente. En forma simultánea se van midiendo los correspondientes
alargamientos de la probeta. Al iniciar el ensayo, el material se deforma
elásticamente; esto significa que si la carga se elimina, la muestra recupera sulongitud inicial. Se dice que el material sobrepasó su límite elástico cuando la
carga es de magnitud suficiente para iniciar una deformación plástica.
El esfuerzo alcanza su máximo en el valor de resistencia máxima a la
tensión. En este valor de esfuerzo, se forma en la probeta un cuello, el cual es una
reducción localizada en el área de la sección transversal, en la que se concentra
todo el alargamiento posterior.
Una vez formado este cuello, el esfuerzo disminuye al aumentar la
deformación y continúa disminuyendo hasta que la probeta se rompe.
3.4 Clasificación de Aceros
Se tiene que la clasificación de los aceros es muy difícil de establecer de
forma precisa y completa para todos los tipos existentes de éstos. En caso de los
aceros al carbono comunes, los sistemas usuales de clasificación, SAE, AISI,
COPANT, DIN, etc., cubren aceros con hasta un porcentaje de carbono del 1%.
Por aceros al carbono se entiende que son aquellos en los que está presente el
Carbono y los elementos residuales como el Manganeso, Silicio, Fósforo y Azufre.
Los requisitos fundamentales que deben cumplir estos aceros son los
siguientes:
Ductilidad y homogeneidad.
Valor elevado de la relación resistencia mecánica/límite de fluencia.
Soldabilidad
Apto para ser cortado por llama, sin endurecimiento. Resistencia a la corrosión.
En el sistema SAE, AISI se tiene que los aceros se clasifican con cuatro
dígitos de los cuales los dos primeros distinguen las variedades de aceros entre sí,
con la presenta sólo del Carbono como principal elemento de aleación y con los
dos últimos dígitos se conoce la cantidad de carbono presente en la aleación, por
ejemplo la clase 1020, el 10 del comienzo nos dice que los aceros son al carbono,
si fuera un 11 es un acero de fácil maquinabilidad con alto contenido de Azufre, y
si fuera 40, los aceros son al Molibdeno con un 0,25% de Molibdeno en promedioy así sucesivamente. Los dos últimos dígitos, que en el ejemplo es 20, nos indica
que es un acero al Carbono con un 0,20% de Carbono promedio.
A continuación se analizara el comportamiento de cada material sobre las
propiedades mecánicas estudiadas.
Tanto para el Acero SAE 1020 Laminado como para el Acero SAE 1020
Trefilado, se puede observar en las figuras 11 y 12, en las figuras 15 y 16
respectivamente, que existe claramente la formación de un cuello en el lugar de
fractura, por lo tanto tiene asociada una gran deformación plástica en el entorno
de la zona de fractura, por ende se desprende que el avance de la grieta es lento,
entonces se puede concluir que ambos aceros experimentan una fractura dúctil.
Por otra parte se puede observar de las figuras 9 y 13, que la energía absorbida
por ambos, es alta por ende se puede decir que son materiales tenaces. También
según la tabla 10, se puede observar que el grado de deformación plástica que essoportado hasta la fractura es considerable por lo tanto se puede decir que es un
material dúctil.
Para el caso del Aluminio AA2017, en las figuras 19 y 20, se puede
observar que no existe la formación de un cuello en la zona de fractura, por lo
tanto no existe una deformación plástica, luego la grieta se propago rápidamente,
entonces el tipo de fractura presente en este material es una fractura Frágil.
También se puede observar en la figura 17 y 18, que la energía absorbida durante
el ensayo de tracción es baja por lo tanto se puede decir que es un material con
una baja tenacidad. Además según la Tabla 10 se puede ver que el grado de
deformación plástica que es soportado hasta la fractura nos indica que es un
material dúctil.
Para el Bronce SAE 640 como se ilustra en las figuras 23 y 24, existe una
leve deformación plástica, representada en una ligera formación de un cuello, casi
insignificante, por lo tanto la grieta no se propago tan rápidamente como en el
caso del Aluminio AA2017, pero de igual modo se puede clasificar como que tiene
un tipo de fractura frágil. Además es posible notar en las figuras 21 y 22, que la
energía absorbida del material durante el ensayo de tracción es baja por lo tantotiene una baja tenacidad a la fractura. También se puede observar en la Tabla 10
que el grado de deformación es apreciable por lo tanto es un material dúctil.
A continuación comparemos las propiedades mecánicas de los materiales
entre sí.
Para realizar dicha comparación se utilizó un promedio de los datos
obtenidos en los días lunes y martes, como se puede observar en la figura 25, a
continuación se ordenaran de orden de mayor a menor ductilidad lo materiales
ensayados, cabe destacar que este orden decreciente también se cumple para la
tenacidad, según dicho gráfico:
Acero SAE 1020 Laminado
Acero SAE 1020 Trefilado
Aluminio AA2017
Bronce SAE 640
También podemos comparar el límite de fluencia y el esfuerzo de máxima
tracción presente en los materiales ensayados, se tiene que para ambas
propiedades en orden de mayor a menor, según la tabla 10, se obtiene:
Acero SAE 1020 Trefilado
Acero SAE 1020 Laminado
Aluminio AA2017
Bronce SAE 640
Para el caso del modelo de Ludwick-Hollomon, se tiene que para un mayorvalor de n, mayor es la deformación real en el esfuerzo de máxima tracción. Luego
según los datos obtenidos el acero SAE 1020 Laminado es el más dúctil, lo que es
consistente con que su n sea el más grande, y con lo expuesto en la figura 25.
Luego el valor de la constante k no dice que a mayor valor de éste, se tendrán
mayores esfuerzos reales, por lo cual según los datos obtenidos corresponde al
Acero SAE 1020 Trefilado y es consistente con lo expuesto en la tabla 10.
Además existe una clara diferencia entre el proceso de Trefilado y el proceso
de Laminación, se tiene que el Trefilado otorga una mejora a propiedades
mecánicas del material como lo son el aumento de la resistencia máxima atracción, aumento a la dureza, aporta una buena calidad superficial, pero a cambio
el material pierde características como la flexión.
Posteriormente se compararan los datos teóricos con datos experimentales y