Inf. Nro. 4 Propiedades Mecanicas Del Aluminio.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA

METALURGIA FISICA I

A: ING. RODRIGUEZ DE: PINEDA TORRES MIRIAN GABRIELA ASUNTO: PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO FECHA: 29/06/16 AREQUIPA-PERU

ÍNDICE INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 3 CAPITULO I: EXPLICACION DEL CAMPO DEL ESTUDIO ............................................................................ 4 1.1

PROBLEMA .......................................................................................................................... 4

1.2

ANTECEDENTES ................................................................................................................ 4

1.3 OBJETIVOS ............................................................................................................................... 5 a)

OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................ 5

b)

OBJETIVOS ESPECIFICOS .............................................................................................. 5

1.4

HIPOTESIS ........................................................................................................................... 5

1.5

VARIABLES .......................................................................................................................... 5

1.6

METODOLOGIA................................................................................................................... 5

CAPITULO III: PRUEBAS Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ............................................................... 10 EQUIPOS Y MATERIALES .................................................................................................. 10

1.

2.

a.

Materiales ............................................................................................................................ 10

b.

Equipo: ................................................................................................................................. 10 PROCEDIMIENTO ................................................................................................................. 10

CAPITULO IV: ANALISIS Y DISCUCION DE RESULTADOS ........................................................................ 15 CAPITULOV: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................... 15 A.

CONCLUSIONES .............................................................................................................. 15

B.

RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 15

BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................................... 16

INTRODUCCIÓN Las propiedades mecánicas o propiedades de resistencia mecánica sirven en la mayoría de los casos como base para dictaminar sobre un material metálico, con vistas a un fin de aplicación concreto. A continuación se da un resumen de las propiedades mecánicas más importantes del aluminio no sólo sometido a esfuerzo continuo sino también, oscilante y por golpe.

El aluminio y sus aleaciones son materiales que destacan por su ligereza y resistencia a la corrosión, así como por su elevada conductividad térmica y eléctrica. Las propiedades mecánicas del aluminio puro son bastante moderadas, pero aleado con otros elementos las mejora notablemente. Si se comparan la resistencia o la rigidez específica (en relación con la densidad) loa aluminios son más ventajosos que los aceros en determinadas aplicaciones (aeronáutica, vehículos, piezas a grandes aceleraciones). Estas cualidades, junto con la gran aptitud para la conformación (deformación en frío, forja, moldeo, extrusión, mecanizado), han convertido a los aluminios en el segundo grupo de materiales más empleados.

CAPITULO I: EXPLICACION DEL CAMPO DEL ESTUDIO

1.1 PROBLEMA

Se quiere enfocar el presente trabajo en el estudio de propiedades mecánicas del aluminio, ¿Puede el Al aumentar su dureza?, o en todo caso ¿Cómo y en cuanto puede variar la dureza del Al?

1.2 ANTECEDENTES 

El aluminio (Al) es el elemento metálico más abundante que está presente en la corteza terrestre y, dentro del grupo de los metales no férreos, es el material más ampliamente utilizado tanto en la industria como en otras muchas aplicaciones de la vida cotidiana.



Su ligereza (2,70 g/cm3), su buen comportamiento en cuanto a resistencia mecánica de muchas de sus aleaciones, su alta conductividad térmica y eléctrica, su durabilidad (el aluminio es estable al aire) y resistencia a la corrosión (con un correcto tratamiento superficial es resistente tanto al agua de mar, como a muchas soluciones acuosas y otros agentes químicos), hacen de este material ideal para innumerables soluciones, tanto estructurales, como decorativas o de otra índole.



En otro orden de cosas, una característica que está tomando pujanza en nuestros días es la buena disponibilidad al reciclaje que presenta el aluminio una vez finalizado su vida útil.



Efectivamente, el empleo de material reciclado en las factorías para la producción de nuevas aleaciones de aluminio, permiten reducir enormemente la energía necesaria (hasta un 90%) que si la comparamos con la energía que haría falta para transformar para su uso el material de aluminio extraído directamente de la naturaleza.



Se recomienda asimismo, consultar el anexo de tablas que se incluye en este tutorial con la designación, composición química, propiedades mecánicas y principales aplicaciones de las distintas aleaciones de aluminio existentes en el mercado.

1.3 OBJETIVOS

a) OBJETIVO GENERAL 

Hallarlos diferentes valores de las durezas para el aluminio.

b) OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Aprender las diferentes maneras de hacer variar la dureza del aluminio.



Observar, con la ayuda de un microscopio, como es que ha varia la dureza del aluminio.



Hallar diferencias entre las escalas BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC)

1.4 HIPOTESIS El objeto del presente es analizar los distintos tipos de durezas del aluminio que existen en el mercado, sus composiciones y aplicabilidad. En el caso de la empresa, la selección del material la efectuará el cliente, que es quien efectúa el diseño de los elementos a fabricar.

A nivel de la empresa es necesario conocer, sin embargo las precauciones a seguir con cada una de las diferentes durezas para sus diferentes aplicaciones que más frecuentemente se encuentran en la industria.

1.5 VARIABLES Aumentar y mejorar los niveles de producción.

1.6 METODOLOGIA En el presente proyecto se adoptó la metodología de observación, hipótesis y parte experimental, así se busca establecer controles respectivos en cada proceso de experimentación y obtener parámetros adecuados para su correcta gestión. Con la presente propuesta se concluye que la producción industrial mejorara en la implementación de nuevos productos parala creación de innovadores proyectos.

CAPITULO II: METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION 2.1 Propiedades mecánicas de los materiales 

Elasticidad: capacidad de ciertos materiales de sufrir deformaciones cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si se eliminan estas fuerzas exteriores que lo deformaban.



Plasticidad: capacidad

mecánica

de

un

material,

de

deformarse

permanentemente cuando se encuentra sometido a fuerzas por encima de su límite elástico. 

Ductilidad: capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza, por ejemplo: cobre.



Maleabilidad: capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener láminas delgadas, bajo la acción de una fuerza, por ejemplo: cobre.



Fragilidad: capacidad de un material de romperse con escasa deformación. La rotura frágil absorbe poca energía, a diferencia de la rotura dúctil, que absorbe mucha energía.



Tenacidad: es la habilidad de un material para absorber energía durante la deformación plástica. Cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie de rotura bajo la acción de un esfuerzo progresivo. Se mide con el ensayo: tensión-deformación.



La tenacidad se utiliza mucho, pero es difícil de medir. La forma de concretar el concepto es calcular el área bajo la curva de esfuerzo - deformación.



Dureza: es la oposición que presenta un material a ser rayado, cortado o penetrado.



Resiliencia: es la magnitud que cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie al romperse por efecto de un impacto.



Acritud: es la propiedad de un metal de aumentar su dureza, su resistencia a tracción y su fragilidad debido a la deformación en frío.



Fatiga: deformación o rotura de un material si se le somete a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes) con cargas menores a la de rotura del material al actuar un número de veces o un tiempo determinado.



Maquinabilidad: propiedad de un metal de dejarse mecanizar con arranque de viruta. El acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad, producen virutas largas y no son muy mecanizables.



Colabilidad: capacidad de un metal fundido para rellenar completamente el molde y así producir piezas fundidas completas y sin defectos. Por ejemplo: fundición de hierro, de bronce, de latón y de aleaciones ligeras.

2.2 PROPIEDADES DEL ALUMINIO 

PROPIEDADES FÍSICAS Densidad muy baja (2,7 Mg/m3, ˜1/3 de la de los aceros); conductividad térmica elevada (80 ÷ 230 W/m.K), cosa beneficiosa en piezas que deben conducir o disipar calor; conductividad eléctrica elevada (resistividad 28 ÷ 60 nΩ.m); calor específico elevado (865 ÷ 905 J/kg.K); dilatación térmica elevada (20 ÷ 25 µm /m.k ˜ el doble que los aceros).



PROPIEDADES MECÁNICAS A temperatura ambiente, la resistencia a la tracción (150 ÷ 450 Mpa), el límite elástico (100 ÷ 300 Mpa) y el módulo de elasticidad (69 ÷ 73 Gpa) son moderados, y las durezas algo bajas, en general no adecuadas para soportar grandes presiones superficiales; la resistencia a la fatiga es aceptable (si un límite de fatiga definido) y la resiliencia es normalmente elevada excepto para los aluminios más resistentes (Al-Cu y Al-Zn). El comportamiento a temperaturas elevadas es escaso: a partir de 100 ÷ 150 oC según las aleaciones, la fluencia comienza a manifestarse de forma acusada y disminuyen considerablemente las propiedades mecánicas (resistencia a la tracción, límite elástico y dureza) y, a partir de 350 oC la resistencia sólo se mantiene en valores residuales; en el intervalo 200 ÷ 300oC, el mejor comportamiento mecánico se halla en los grupos Al-Cu y Al-Mg. En cambio, las propiedades a bajas temperaturas son excelentes, la resistencia aumenta y la resiliencia, el límite elástico y el alargamiento se mantienen hasta temperaturas operativas de –195oC.



APTITUDES PARA LA CONFORMACIÓN La baja temperatura de fusión (520 ÷ 650 oC) facilita el moldeo de piezas complicadas (molde de arena, coquilla; por inyección se obtienen piezas de gran precisión dimensional). La elevada ductilidad facilita la conformación de productos o piezas por deformación plástica (en frío y en caliente) a través de la laminación (chapas y barras), la forja o la extrusión (perfiles, eventualmente vacíos, de formas complejas difíciles de obtener con otros materiales). La gran maquinabilidad a altas velocidades de las aleaciones de aluminio proporciona una elevada productividad, un abaratamiento de los costes y un ahorro de energía.

2.3 ESTADOS DE SUMINISTRO Y TRATAMIENTOS TÉRMICOS Las piezas y productos en bruto (designación F) de las aleaciones de aluminio se pueden mejorar mediante dos procedimientos distintos: a)por deformación en frío; b) por medio de tratamientos térmicos. 2.4 ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN EN FRÍO Algunos de los grupos de aleación de aluminio ( Al-comercial, Al-Mn, Al-Mg) sólo se pueden endurecer por deformación en frío, seguida o no de un recocido parcial o estabilización. Los estados de deformación en frío se indican por: H1x, deformación en frío, H2x deformación en frío seguida de un recocido parcial; H3x, deformación en frío seguida de una estabilización. El segundo dígito, x indica el grado de dureza: 2 (1/4 duro), 4 (1/2 duro), 6 (3/4 duro), 8 (duro). 2.5 TRATAMIENTOS TÉRMICOS Las propiedades mecánicas de determinadas aleaciones de aluminio pueden mejorarse por medio del tratamiento térmico denominado bonificación, que consta de tres fases: a)solubilizarían de los elementos de la aleación., por calentamiento del material durante un cierto tiempo a temperatura adecuada; b) Temple o enfriamiento enérgico para producir una aleación sobresaturada a temperatura ambiente; c) Maduración o envejecimiento consistente en la precipitación de pequeñas partículas de material de la aleación, ya sea a temperatura ambiente (maduración natural) o a temperatura controlada (maduración artificial). Los principales tratamientos térmicos son: recocido total en piezas forjadas O y en piezas moldeadas T2; enfriamiento rápido (o temple) después de la transformación en caliente (sin solubilización específica) y maduración natural, T1,o artificial T5, en este caso, eventualmente seguido de una deformación en frío, T10; solubilización, temple y maduración natural, T4, o artificial T6; solubilización, temple, deformación en frío y maduración natural, T3, o artificial T8; solubilización, temple, maduración artificial y deformación en frío, T9; y solubilización, temple y estabilización T7. 2.6 RESISTENCIA A LA CORROSIÓN. ANODIZACIÓN. Gracias a la extraordinaria afinidad con el oxígeno, el aluminio se recubre espontáneamente de una capa superficial de óxido de unos pocos átomos de espesor (según se destruye, se regenera), tupida e impermeable, que protege el material de oxidaciones posteriores y del ataque de la mayoría de substancias orgánicas e inorgánicas cosa que le proporciona inocuidad sanitaria (alimentos, útiles de uso personal); en ciertos medios corrosivos, algunas aleaciones

experimentan corrosiones intercristalinas. En todo caso, cabe reseñar el mal comportamiento a corrosión de las aleaciones que contienen Cu, especialmente en ambientes salinos. 2.7 ANODIZACIÓN Tratamiento superficial que consiste en situar el material en el ánodo de una celda electrolítica donde se libera oxígeno, que refuerza la capa protectora del óxido (normalmente de 5 ÷ 25 µm de espesor; en la anodización dura, las capas son más gruesas y duras, de 25 ÷ 150 µm). Los efectos de la anodización son diversos: acción protectora contra la corrosión, acción decorativa (con la adición de colorantes, las piezas y los productos adquieren un aspecto atractivo), mejora de la resistencia al desgaste (anodización dura) y aislamiento eléctrico. En principio todos los grupos de aleación de aluminio son aptos para la anodización, pero los que dan mejores resultados son el Al puro y las aleaciones de Al-Mg y Al-Mg-Sí. 2.8 GRUPOS DE ALEACIONES DE ALUMINIO Y APLICACIONES. Como otros metales, se hace distinción entre las aleaciones de forja (incluyen los de extrusión y laminación), por un lado, y los de moldeo, por otro. A pesar de la gran variedad de aleaciones de forja normalizados, el mercado ofrece una selección relativamente reducida a partir de la cual, siempre que sea posible, hay que hacer la selección. Hay más libertad en las aleaciones de moldeo, ya que en cada colada se puede ajustar a la composición deseada a partir de las proporciones utilizadas de lingotes aleación madre (lingotes para fundir, de composiciones sencillas definidas). A continuación se analizan las principales propiedades y aplicaciones de los distintos grupos de aleación de aluminios de forja y moldeo. 2.9 ALEACIONES DE ALUMINIO DE FORJA (LAMINACIÓN, EXTRUSIÓN) Los productos laminados o extruidos se suministran en una gran diversidad de formas (chapas, planchas, bandas, barras, tubos, hilo de aluminio y una gran variedad de perfiles), que pueden obtenerse en diferentes estados de suministro (recocido, O; deformado en frío, Hxy; bonificado, Tx).

CAPITULO III: PRUEBAS Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. EQUIPOS Y MATERIALES a. Materiales - Aluminio -

Agua

-

Franelas

-

Lijas

-

Recipiente

-

Vitacril

-

Vitayol

-

Alambre

-

Alicate

b. Equipo: -

Esmeril Gata Pulidora de doble disco

-

Microscopio óptico

-

Termocupla

2. PROCEDIMIENTO 1. Seleccionar el tamaño adecuado que facilite la manipulación del Al y luego cortar en 5 partes iguales. Para hallar el tamaño adecuado usaremos los sgtes datos: 

𝐿𝑂 =2.0



𝐿𝑓 = 1.78



D=2.0

11%

Figura 1: Tamaño adecuado del esmeril.

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2. Deformar con la ayuda de la gata 3 de las piezas cortadas.

Figura 2: Gata 3. Seguidamente encapsular una probeta deformada y otra sin deformar en bases de tubo de plastico con la mezcla de vitacril y vitayol.

Figura 3: Molde

Figura 4: Vitacril y vitayol.

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Figura 5: Probetas frias retiradas del molde.

4. Para el desbaste se utilizara la lija # 100 como base, 220, 400, 600, 1200 y 2000 con movimientos de vaivén con aprox. 15 min. Por cada malla.Se usará como medio refrigerante el agua, para que no modifique la estructura. Se pulirá luego en el plano de rotación.

Figura 6: Lijar con movimientos de vaivén. 5. Seguidamente se realizara la re cristalización primaria y secundaria en las otros 2 probetas deformadas a una de ellas se le expondrá a una temperatura de 250 por 15 minutos para la re cristalización primaria y a la otra a 310 grados por 1 hora.

Figura 7: Probetas marcadas antes de la re cristalización

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Figura 8: Probetas entrando a la termocupla.

6. Finalmente con la ayuda de una máquina que mida la dureza de las probetas se proceder tomar las lecturas de las diferentes resultados obtenidos.

Figura 9:Sacanndo datos de las durezas respectivas.

7. Imágenes metalográficas del microscopio. PROBETA SIN DEFORMAR

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PROBETA DEFORMADA

PROBETA RECRISTALIZACION PRIMARIA

PROBETA RECRISTALIZACION SECUNDARIA

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CAPITULO IV: ANALISIS Y DISCUCION DE RESULTADOS

Gracias a los datos obtenidos de la última experimentación se ha observado que realmente varia las durezas y además que esto es muy útil para la creación de ciertos instrumentos útiles en diferentes campos. El aluminio sin alear es menos empleado en piezas moldeadas que en productos forjados. La aleación Al99,5, de ductilidad y resistencia a la corrosión excelentes y resistividad eléctrica muy baja, se emplea en piezas moldeadas en arena y en coquilla y, más raramente, de inyección. Tiene aplicaciones en la industria química y eléctrica, en elementos sin compromiso mecánico. Los rotores de motores asíncronos de baja resistencia se fabrican en Al99.5 (57% IACS), mientras que los rotores de alta resistencia lo hacen con aleaciones de otros grupos, como el AlSi5Mg (30 ÷ 35% IACS) o el AlSi8Cu3.

CAPITULOV: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A. CONCLUSIONES 

A medida que aumenta el número de malla del lijar, la presión ejercida ira reduciendo.



Cada cierto tiempo se moja la probeta para que al lijar y este se caliente no modifique la estructura.



La dureza es un gran campo de estudio el cual se debe de profundizar día a día.

B. RECOMENDACIONES 

Para que todos los datos a obtener sean los más adecuados se debe de realizar los cálculos de la manera más adecuada.



Sostener de la manera más adecuada la probeta para obtener mejores resultados en el pulido y posteriormente en el microscopio.



A la hora de medir la dureza las probetas deben de estar en una posición de 90 grados con la horizontal,esto ayudara a obtener mejores resultados.

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BIBLIOGRAFIA Renedo Omaechevarría, Josefina; Sacristán Pérez, Cynthia y Fernández Ferras, Josefa (2014). Simulacion de un proceso industrial. www.Cuaderno de laboratorio.es Web del profesor Marcelino García Moreno Estudio de la implantación de una unidad productiva dedicada a la productividad. SYDNEY H. Abner. Introducción a la Metalurgia Física. Segunda

Edición.

Editorial

McGraw Hill. http://repositorio.uide.edu.ec:8080/bitstream/37000/200/1/T-UIDE-0655.pdf http://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/7643_metalografia.pdf

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