Título: DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

Título: DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA SUJECIÓN

DE MUESTRAS METALOGRÁFICAS. Autor: DANYER SALINAS ALBERTERIS

Tutores: Dr. C. FRANCISCO LUIS HERNÁNDEZ ARIAS

M.Sc. MARÍA ELVIRA FONT PÉREZ

Holguín, 2011

Pensamiento “A menos que las cosas sean hechas de manera diferente,

El pasado seguirá”.

Albert Einstein

AGRADECIMIENTO

A mi unida y solidaria familia que me apoyaron en todo y que sin ellos tampoco

hubiera sido lo que soy.

A mis amigos, gracias por brindarme su amistad y apoyo. Es una verdadera dicha

haber tenido el privilegio de contar con su amistad.

A mis tutores, gracias por brindarme todo su apoyo y mucho más, gracias.

A mis magníficos compañeros que a lo largo de toda mi vida estudiantil,

siempre estuvieron presentes.

Y en especial a todos aquellos que no se sientan incluidos aquí, sepan que les estoy

igual de agradecidos.

¡A todos muchas gracias!

RESUMEN En el presente trabajo aborda el diseño y fabricación de un dispositivo para la

sujeción de muestras metalográficas en el laboratorio de metalografía del

Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Holguín. La fabricación

de este dispositivo se realiza debido a la necesidad de realizarle a las muestras

metalográficas una correcta sujeción que permita un correcto pulido para

posteriormente estudiarlas sin dificultad. Para el diseño y fabricación se utilizaron los

software SolidWord y WinRegiCaC de torneado, taladrado y fresado. Este trabajo

requiere de un elevado grado de precisión y exactitud que garantice una correcta

utilización y empleo de los recursos técnicos y materiales necesarios para su

fabricación. El objetivo fundamental de esta trabajo es el de fabricar un dispositivo

que posibilite la sujeción de muestras metálicas de pequeñas dimensiones que

permitan su estudio metalográfico de una manera correcta. Para realizar este trabajo

se hizo una búsqueda bibliográfica de las asignaturas que tributan a esta

investigación; además de realizar en el trabajo una evaluación energética,

económica y medioambiental.

SUMMARY Presently work approaches the design and production of a device for the subjection of

metallography samples in the metallography laboratory of the Mechanical

Engineering Department of the University of Holguín. The production of this device is

carried out due to the necessity of carrying out to the metallography samples a

correct subjection that allows a correct one refined afterwards to study them without

difficulty. For the design and production they were used the softwares SolidWord and

WinRegiCaC of having lathed, drilled and milling. This work requires of a high grade

of precision and accuracy that it guarantees a correct usage and employment of the

technical resources and necessary materials for its production. The fundamental

objective of this work is the one of manufacturing a device that facilitates the

subjection of metallic samples of small dimensions that they allow its a metallography

study in a correct way. To carry out this work a bibliographical search was made of

the subjects it was made that pay to this investigation; besides carrying out in the

work an energy, economic and environmental evaluation.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1

CAPÍTULO I. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA....................................................... 5

1.1. Herramientas utilizadas para el diseño ......................................................... 5

1.2 Métodos para el control de la calidad ............................................................ 6

1.3 HERRAMIENTAS PARA EL PROCESO DE MAQUINADO: ......................... 8

1.4 Materiales utilizados para el encapsulamiento de muestras.......................... 9

1.4.1 Polietileno de alta densidad (PEAD)....................................................... 10

CAPÍTULO II. DISEÑO DEL DISPOSITIVO. ........................................................ 11

2.1 Caracterización del dispositivo. ................................................................... 11

2.2 Diseño del dispositivo .................................................................................. 11

2.3 Cálculos de resistencia de las uniones roscadas. ....................................... 12

2.3.1 Determinación de la dimensione de la unión roscada más cargada. .... 12

2.3.2 Magnitud del tensado residual............................................................... 13

2.3.3 Cálculo de la carga axial teórica............................................................. 13

2.3.4 Determinación de la dimensiones uniones roscada más cargada....... 13

2.4 Cálculo enégtico ......................................................................................... 14

2.4.1 Cálculo de la potencia de la resistencia eléctrica. ................................... 14

2.4.2 Cálculo del espesor del aislante. ............................................................ 15

2.4.3 Determinación del consumo de energía. ................................................. 17

2.5 Cálculos tecnológicos de mediciones técnicas. ........................................... 17

2.6 pasos tecnológicos del proceso de fabricación............................................ 30

2.7 cálculo del costo de la fabricación .............................................................. 38

CAPÍTULO III. PREPARACIÓN DE MUESTRAS METALOGRÁFICAS………….38 3.1. Metalografía………………………………………………………………………38

3.2. Objetivo principal de la metalografía…………………………………………..39

3.3. Operaciones a seguir para preparar una muestra metalográfica…………..40

3.4. Descripción del microscopio metalúrgico……………………………………..43

3.5. Técnicas de preparación metalográficas……………………………………...45

3.6. Constituyentes metalográficos…………………………………………………46 3.7. Examen macrográfico y micrográfico…………………………………………..50

CONCLUSIONES ................................................................................................. 58

RECOMENDACIONES ......................................................................................... 59

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 60

ANEXOS ............................................................................................................... 62

1

INTRODUCCIÓN El desarrollo de la industria en Cuba ha provocado un auge en los trabajos de

investigación y los Fórum de Ciencia y Técnica, así como en los trabajos que se

realizan en el campo del diseño y fabricación de piezas, partes y equipos. Hoy en día

nadie discute el hecho de que dadas las condiciones económicas en las cuales debe

desenvolverse toda actividad, es imprescindible que éstas produzcan; buscando

siempre la optimización en el empleo de sus recursos, con el propósito de minimizar

así los costos de operación y maximizar el rendimiento en el estudio de los

materiales utilizados en la fabricación de piezas y equipos en la industria mecánica y

de los servicios.

Así es el caso de la industria mecánica, caracterizada mundialmente por sus

estándares de eficiencia y confiabilidad, práctica rutinariamente la política de

fabricación. La protección y/o recuperación de piezas ha dado origen a un nuevo

concepto dentro de la ingeniería. Ya que el Ingeniero debe analizar los aspectos

técnico-económicos para determinar la factibilidad de fabricación, así como los

procedimientos y materiales a emplear en caso de ser factible dicha fabricación. Para

efectuar dicho análisis se debe recurrir a sus conocimientos de mecánica, metalurgia,

procesos tecnológicos, Intercambiabilidad y resistencia de materiales, entre otros,

así como también a técnicas de evaluación económica; siendo un aspecto importante

dentro de este proceso el estudio metalográfico de la estructura de los materiales

metálicos utilizados para la fabricación de piezas y equipos; así como en su

reacondicionamiento.

Los procesos de fabricación de piezas en más del 90% van acompañados de

estudios de la estructura de los materiales (aceros y aleaciones); así como del hierro

fundido y materiales no ferrosos y para ello se hace necesario realizar una adecuada

preparación del material, mediante el estudio de su estructura, utilizando para ello, el

microscópico metalográfico. El propósito de este estudio es la preparación de las

muestras metálicas, mediante la obtención de una superficie pulida que revele una

microestructura especifica después de haber realizado su ataque químico para que

pueda ser observada a través del microscopio metalográfico.

2

En esta parte serán discutidos los aspectos físicos del desbaste y pulido, los

diferentes tipos de cortadoras metalográficas, las operaciones para realizarla y sus

constituyentes.

Por lo que nuestra Universidad no se encuentra ajena a esta situación actual, para

realizar un grupo de prácticas de laboratorios de Metalografía necesita de un

dispositivo para fijar las muestras, dicho dispositivo se utilizará por vez primera en el

centro de estudio,

La utilización de este dispositivo es de gran necesidad ya que es el encargado de

realizar la sujeción mecánica de la muestra que se vayan a estudiar a la hora de

analizar cualquier problema que se presente en una pieza o equipo; pues los

problemas de las industrias pueden ser diversos y en un alto por ciento puede estar

presente el estudio metalográfico y a veces las muestras que se utilizan para su

estudio son muy pequeñas o de espesores muy delgados lo que imposibilitaban un

correcto pulido cuando se realiza de manera manual por no contar con un dispositivo

para realizar la correcta sujeción de esas muestras metalográficas objeto de estudio;

derivándose de esto la situación problémica del presente trabajo.

Problema de Investigación: ¿Cómo garantizar una correcta sujeción de muestras metalográficas de pequeñas

dimensiones, sin que estas, durante el proceso de preparación no se vean afectadas

la superficie de estudio?

Objeto de estudio: Sistema de sujeción de muestras metalográficas.

Campo de acción: Dispositivo para la sujeción de muestras metalográficas en el

laboratorio de Ciencia de los Materiales de la Universidad de Holguín.

Objetivo general: Diseñar y construir un dispositivo para la sujeción de muestras

metálicas.

3

Hipótesis: Con la construcción de un dispositivo hidráulico, que posibilite el encapsulamiento

de muestras metálicas de pequeñas dimensiones, entonces se podrá facilitar el

trabajo en la preparación de muestras para su estudio metalográfico en el

Laboratorio de Ciencias de los Materiales de la Universidad de Holguín.

Tareas de Investigación: 1. Estudio bibliográfico sobre el tema de estudio.

2. Realizar el diseño de la propuesta del dispositivo.

3. Elaborar la tecnología de fabricación del dispositivo.

4. Descripción para la explotación del dispositivo.

5. Cálculo económico del dispositivo propuesto.

Métodos aplicados en la Investigación:

Métodos Empíricos:

- Observación: Para obtener el conocimiento del comportamiento del objeto de la

investigación y acceder a la información directa e inmediata; durante el análisis

de diferentes tipos de dispositivos.

- Consulta de expertos: Se consultaron a diferentes especialistas en la materia

antes de asumir el diseño del dispositivo a fabricar con la finalidad de mejorar su

funcionabilidad.

- Medición: Se utilizaron diferentes instrumentos de medición entre los que se

encuentran el pie de rey y el micrómetro para poder realizar el dimensionamiento

del dispositivo.

Métodos Teóricos:

Análisis y Síntesis: Análisis y síntesis: Resumiendo lo necesario de cada una de

estas bibliografías consultadas se elaboró la conceptualización necesaria para

trabajar en el desarrollo del Marco Teórico y del trabajo.

4

Histórico – Lógico: Para el estudio del objeto a través del tiempo y llegar a un

análisis lógico de la vía más eficiente para que el trabajo cumpla los objetivos

propuestos en tiempo.

Resultados esperados: Con la realización del presente trabajo se podrá establecer una tecnología de diseño

y fabricación por maquinado que permitirá la fabricación de un dispositivo para

realizar las sujeciones de las muestras metalográficas con el fin de facilitar el estudio

metalográfico de los metales y aleaciones de pequeñas dimensiones.

Novedad: Por primera vez se contará con un dispositivo que posibilite el encapsulamiento de

muestras pequeñas para realizar los estudios metalográficos con una alta calidad.

5

CAPÍTULO I. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA. En el campo de las materias primas y materiales cristalinos, cuyos representantes

más destacados son los metales y aleaciones, se perfila actualmente con mayor

claridad una tendencia no del todo nueva y que consiste en deducir las propiedades

de mecanizado y de uso a partir de los datos estereométricos. En muchos países se

trabaja intensamente y de forma interdisciplinaria en los principios teóricos y en la

base de instrumentales al respecto. El objetivo de todos estos trabajos es de

determinar el complejo comportamiento práctico de los materiales de antemano,

partiendo de un mínimo de datos estructurales cuantitativos.

(Revista de Jena.AñoXVI.Nr.5-6/1980).

1.1. Herramientas utilizadas para el diseño

Para la realización de los diseños existen una gran cantidad de herramientas de

software que posibilitan la realización del diseño con mayor exactitud y rapidez, entre

ellos se encuentran los paquetes CAD.

El diseño asistido por computadora, más conocido por sus siglas inglesas CAD

(Competer Asisten Designa), es el uso de un amplio rango de herramientas

computacionales que asisten a ingenieros, arquitectos y a otros profesionales del

diseño en sus respectivas actividades. También se llega a encontrar denotado con

las siglas CADD, dibujo y diseño asistido por computadora (Competer Asisten

Drawing and Design). El CAD es también utilizado en el marco de procesos de

administración del ciclo de vida de productos (Product Lifecycle Management).

Estas herramientas se pueden dividir básicamente en programas de dibujo en dos

dimensiones (2D) y modeladores en tres dimensiones (3D). Las herramientas de

dibujo en 2D se basan en entidades geométricas vectoriales como puntos, líneas,

arcos y polígonos, con las que se puede operar a través de una interfaz gráfica. Los

modeladores en 3D añaden superficies y sólidos. Los sistemas CAD se dividen en

diferentes rangos:

Sistemas CAD de rango alto - ProEngineer

6

- Catia (P2)

- I-DEAS

- Unigraphics

Sistemas CAD de rango medio - SolidEdge

- Mechanical Desktop

- Solidwork

- Catia (P1)

- ProEngineer Foundation

- I-DEAS Artisan Package

- Inventor

Sistemas CAD de bajo rango - AutoCAD

- MicroStation Modeler

Se recomienda utilizar el software SolidWorkd dado a que se tienen las

habilidades para el diseño en el, que es un programa existente en la universidad y

es muy utilizado por los estudiantes ya que se pueden realizar análisis de

elementos finitos para las verificaciones del diseño.

1.2 Métodos para el control de la calidad

La Metrología da la posibilidad de conocer la calidad de los diferentes parámetros

establecidos para una pieza, en cualquier momento durante el proceso de

elaboración y una verificación completa de los valores de dichos parámetros una vez

concluido la elaboración del producto, pudiéndose establecer su correspondencia o

no, con las especificaciones establecidas para el mismo.

1. Control previo al proceso de maquinado.

• Se chequean los equipos, así como las herramientas de corte que se van a

utilizar.

• Se controla la mano de obra, es decir, se comprueba mediante un examen si al

operario está apto para realizar una operación determinada.

7

2. Control durante el proceso de maquinado El control durante la ejecución del maquinado, permite asegurar una perfecta

ejecución del mismo. Se controla si las recomendaciones hechas para el método de

maquinado aplicado se cumplen con la cabalidad requerida, poniendo especial

atención a la velocidad de corte de la herramienta, frecuencia de rotación del husillo,

avance, profundidad de corte, etc. Durante este control el inspector puede realizar

ensayos de medición en la pieza a recuperar, con vista a chequear la calidad del

operario.

3. Control de las dimensiones

Se controlan las dimensiones que se desean alcanzar utilizando un pie de rey.

Se determinan los errores de forma y posición utilizando el indicador de carátula

(http://moodle.uho.edu.cu/ Intercambiabilidad y mediciones técnicas); que establece

los siguientes métodos e instrumentos para el control de la calidad:

Métodos para el control de la calidad

-Rugocimetro

-Óptico

-Por comparación

Instrumentos de medición utilizados -Pies de rey a precisión de (0.1; 0.05mm)

-Tipo de pie de rey:

Pies de rey universal mecánico (0-250mm).

-Micrómetros a precisión (0.01mm)

-Tipos de micrómetros

Micrómetro mecánico para medir superficies exteriores de (0-25mm).

Micrómetros para medir superficies interiores de (0-30mm).

Micrómetros para medir roscas (0-25nn).

-Indicador de carátulas: Se utiliza para medir, determinar errores de forma y

posición.

8

1.3 HERRAMIENTAS PARA EL PROCESO DE MAQUINADO:

Metal duro del grupo principal de arranque de viruta P (color azul) = para materiales

férricos de viruta larga.

Metal duro del grupo principal de arranque de viruta M (color amarillo) = para

utilizaciones varias, para materiales férricos de viruta larga o corta.

Metal duro del grupo principal de arranque de viruta K (color rojo) = para materiales

férricos de viruta corta, metales no férricos y materiales metálicos.

Tipos y su utilización: P 10 – para el mecanizado de acero con alta velocidad de corte y pequeño avance

(torneado de precisión).

P 20 – Para el mecanizado de acero con velocidad de corte y avance medianos.

P 30 – Para el mecanizado de aceros con velocidad de corte mediana o baja y

avance mediano o alto.

P 40 - Para el mecanizado de acero con velocidad de corte baja y gran avance

(trabajos de desbaste).M 20 – Para utilizaciones varias para el mecanizado de acero

y fundición así como para aceros inoxidables (comprende los tipos P-20, P-30 y K-20).

K 10 – Para el mecanizado de fundición (fundición gris hasta 250 HB), acero,

metales no férricos y materiales no metálicos.

K 20 – Para el mecanizado de fundición (fundición gris hasta 250 HB), metales no

férricos y materiales con fuertes tendencia a adherirse.

Cuchillas – HSS/Co Material: Cobalto 10 = acero HSS, clase EW9 Co 10 (10% de cobalto). Nueva designación S

10-4-3-10, HRC 67 (ver tabla 1.1).

Ejecución: Estas barras de HSS para tornear están templadas y revenidas en toda su longitud, y

rectificadas por todos los lados manteniendo las medidas. Las piezas redondas y

rectangulares tienen extremos rectos, rectangulares. En las piezas trapeciales, los

9

extremos están cortados al sesgo, pero sin rectificado especial para cuchilla.

(http://moodle.uho.edu.cu).

Tabla 1.1. Materiales para herramientas de corte

Norma ISO

P M K

Virutas largas Virutas largas y cortas Virutas cortas

P 10 - P 20 - P30 P 40 - M 20 K 10 - K 20

Norma Gost

TK TTK BK

Virutas continuas Aceros tratados

térmicamente, aleados,

inoxidables, austeníticos,

a altas Vc.

Virutas fragmentadas

T5K10 – T14K8 – T15K6 T30K6 – T60K6 BK3 - BK6 – BK8

Clasificación de los tornos. -Torno universal 1M63

-Torno de cilindrar y roscar 16K25



-Torno de cilindrar y roscar 1A62

Torno utilizado en la fabricación. -Torno de cilindrar y roscar 16K20.

1.4 Materiales utilizados para el encapsulamiento de muestras.

Para el encapsulamiento de muestras metalográficas se utilizan diversos tipos de

materiales entre los más utilizados se encuentran: Polímeros, las resinas epóxicas,

acrílico, baquelita entre otros materiales.

10

1.4.1 Polietileno de alta densidad (PEAD).

El polietileno de alta densidad es un polímero de la familia de los polímeros olefínicos

(como el polipropileno), o de los polietilenos. Es un polímero termoplástico

conformado por unidades repetitivas de etileno. Se designa como HDPE (por sus

siglas en inglés, High Density Polyethylene) o PEAD (polietileno de alta densidad).

Este material se encuentra en envases plásticos desechables.

Características del polietileno de alta densidad.

El polietileno de alta densidad es un polímero que se caracteriza por:

1. Excelente resistencia térmica y química.

2. Muy buena resistencia al impacto.

4. Muy buena procesabilidad, es decir, se puede procesar por los métodos de

conformados empleados para los termoplásticos, como inyección y extrusión.

5. Es flexible, aún a bajas temperaturas.

6. Es tenaz.

7. Es más rígido que el polietileno de baja densidad.

8. Presenta dificultades para imprimir, pintar o pegar sobre él.

9. Es muy ligero.

10. Su densidad es igual o menor a 0.952 g/cm3.

11. No es atacado por los ácidos, resistente al agua a 100ºC y a la mayoría de los

disolventes ordinarios.

Procesos de conformado Se puede procesar por los métodos de conformados empleados para los termoplásticos, como son: moldeo por inyección y extrusión. ( www.e-industria.com ).

11

CAPÍTULO II. DISEÑO DEL DISPOSITIVO. En la actualidad los dispositivos son muy utilizados a la hora de fabricar diferentes

equipos, debido a su gran utilidad y desempeño a la hora de realizar las sujeciones

de piezas dentro de los que se encuentran los dispositivos universales y especiales a

la hora de producir o analizar cualquier tipo de pieza. El dispositivo que se

caracterizará a continuación pertenece al grupo de los dispositivos especiales.

2.1 Caracterización del dispositivo.

Este dispositivo es el encargado de realizar las sujeciones de las muestras

metalográficas para que se pueda efectuar con calidad dichas prácticas de

laboratorio. El mismo trabaja con un voltaje de 110 V, a una presión máxima de

moldeo de 295 Kgf/cm2 (28.92 MPa) y a una temperatura de trabajo de 250 C°,

contando además con una resistencia eléctrica de 400 W. La materia prima que se

utiliza para el encapsulamiento es polietileno de alta densidad (PEAD). Este

dispositivo está fabricado con materiales en su mayoría recuperados.

2.2 Diseño del dispositivo

Figura: 2.1 Vista general del dispositivo.

12

En la figura 2.2 se muestra un acercamiento de la zona donde es colocado el molde

para la sujeción de la muestra que será estudiada luego en el microscopio

metalogáfico.

Figura: 2.2 Vista parcial del dispositivo donde se muestra el molde. El despiece de toda la parte que conforman el dispositivo se encuentran en los

anexos desde A1 hasta A 16.

2.3 Cálculos de resistencia de las uniones roscadas.

Metodología de cálculo de las uniones roscadas libro de texto V.Dobrovolski.1980.

2.3.1 Determinación de la dimensione de la unión roscada más cargada.

Para determinar la carga de trabajo que actúa

sobre cada unión roscada se divide la carga

total entre el número de uniones roscadas

P=147,25+14,75………………………………………………………………….ec. 2.1

P=162.25 kgf P: carga de trabajo.

147.25 se halla un 10 % de la carga de trabajo para tener un margen de seguridad.

13

2.3.2 Magnitud del tensado residual.

La magnitud del tensado residual no es más que el tensado o apriete que se le aplica

a la unión roscada ante de aplicarle la carga de trabajo.

PV ⋅= γ' ……………………………….. ………………………………………..…..ec.2.2

kgf 25.1628.1' ⋅=V

kgf 05.292'=V

:γ Coeficiente experimental que da la relación.

2.3.3 Cálculo de la carga axial teórica.

La carga axial no es más que la carga que actúa longitudinal que tracciona la unión

roscada y se calcula en función del tensado residual y la carga de trabajo. '

0 VPP += ……………………………………………………………………………ec.2.3

05.29225.1620 +=P

kgf3.4540 =P

2.3.4 Determinación de la dimensiones de la sección trasversal de la unión roscada más cargada.

[ ]rot

oPD

σπ ⋅⋅⋅

=3.14 ……………………………………………………………………….EC.2.4

2kgf/mm50kgf3.4543.14

⋅⋅⋅

=π

D

mmD 8.3=

14

2.4 CÁLCULO ENERGÉTICO

2.4.1 Cálculo de la potencia de la resistencia eléctrica.

pierdeplastR QQQ ÷= ………………………………………………………………….ec.2.5

plastQ Calor que necesita el plástico RQ : Calor de la resistencia. RQ : Calor que se pierde. WWQ 405.3R ÷=

kWwQ 0435.05.43R ==

⟩−⟨∗= extw ttCpMQplast ……………………………………………………….…….ec.2.6 plastQ : Calor que necesita el plástico

tw: Temperatura interior

text: Temperatura del medio ambiente

M: Masa del plástico

Cp: Calor especifico del plástico.

⟩−⟨∗= 00plast 30250/3.2007.0 kgkjkgQ

WQ 5.3plast =

ρπ *4* 2

hdM ∗= ………………………………………………………………….ec.2.7 ρ: Densidad del plástico.

32

/952.0*5.145.2* cmgcmcmM ∗=

π

43.5*10=0.435W/h

La cantidad de muestras procesadas en una en una hora es de 10.

15

2.4.2 Cálculo del espesor del aislante.

El cálculo del espesor del aislante se realiza utilizando la tabla 2.1 y 2.2.Tabla 2.1

Propiedades del aire seco a 30°C.

( )Ct ° ( )CmW

°−210λ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

3mKgρ ( )s

m 2610 −υ Pr

30 2.67 1.65 16 5.42

Fuente: Libro de texto Kranochikov

Tabla 2.2 Propiedades del aislante.

Identificación

Máxima temperatura admisible (ºC)

Conductividad térmica a la temperatura media (Kcal m/m2 h ºC)

Amianto

538

0.038-0.04

Fuente: Materiales aislantes y recubrimientos protectores que se recomiendan.

………………………………………...ec.2.8

Donde:

pierdQ : Calor que se pierde

aislλ : Conductividad térmica del aislante.

( )

1

2

1

ln2

1dd

tftL

Q

aisl

pierd

⋅⋅

−⋅=

λ

π( )

2

1

1d

tftL

Q extpierd

⋅

−⋅=

α

π

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

⋅−=

1

21 ln

21

* dd

LQ

ttaisl

pierdw λπ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⋅+=

2

1* dL

Qtt pierd

extw απ

( ) L

ddd

tftQ

aisl

pierd ⋅

⋅+⋅

⋅

−⋅=

21

2

1

1ln2

1αλ

π

16

L: Longitud

α : Coeficiente individual de transferencia de calor.

La temperatura exterior e interior del dispositivo de prensado de la muestra y del

diámetro del aislante fue calculado utilizando una hoja Excel, para determinar que la

diferencia de temperaturas sean lo más cercana posible una de otra; los datos

obtenidos se muestran en la tabla 2.3

Tabla: 2.3 Temperatura interior, exterior del dispositivo y diámetro del aislante.

Este gráfico se obtiene mediante la interpolación de la ecuación 2.8 en el software

excel obteniéndose como resultado la temperatura vs diámetro optimó del aislante

de que debe emplearse para aislar la resistencia y solo se pierda un 10% del calor

generado por la resistencia.

Figura 2.4 Gráfico de interpolación de la temperatura vs diámetro del aislante.

17

2.4.3 Determinación del consumo de energía.

En el laboratorio de metalografía se cuenta con siete puestos de trabajo, donde se

deben realizar seis prácticas de laboratorio de Ciencias de los Materiales en un

curso más tres práctica de Soldadura y por cada puesto de trabajo se deben utilizar

tres muestras metalográficas. Este gran número de muestras se justifican por la

cantidad de alumno del (CRD y CPT).

Ce=Tmm * Qr …………………………………………………………………….ec.2.9

Donde: Ce: Consumo de energía

Qr: Cantidad de calor que se

necesita para elaborar una muestra metalográfica.

Tmm: Total de muestras metalográficas: 250

$0.044: Tarifa energética del laboratorio.

Ce=250*0.435kW/h Ce=108.7 kW/h

Entonces multiplicando ese valor por la tarifa horario tendremos el costo del

consumo energético.

0.044*108.7=$4.78

Costo del consumo energético para una muestra;

0.044*0.0435=$0.0019

2.5 Cálculos tecnológicos de mediciones técnicas.

El error de forma estará dado siempre por la distancia entre las superficies o líneas

envolventes.También se emplean el término de irregularidades de forma, que

responde al concepto teórico de la definición del error respecto a la forma geométrica

ideal de la pieza. La rugosidad que corresponde a la microgeometría de las piezas,

en este se estudiarán los errores de forma o macrogeometría de las piezas, así como

los de las posiciones relativas entre sus diferentes superficies.

(ftp//:servermec/docencia/intrumentación y mediciones técnicas).

18

Casquillo de fricción. Tabla: 2.4 Medios y mediciones de las irregularidades superficiales.

No Tipo Elemento Dimension

es(mm)

Grado de

exactitud

(IT).

Clase de

rugosidad.

Rugosidad

Superficial

(RA).

1 conjugado Guías Ø 18 8 8 0.8

2 conjugado Acoplamiento Ø 22 12 6 3.2

3 Libre -------------- 2

7 8 0.8

Fuente: Compendio de tablas de la asignatura Mediciones Técnicas.

Tabla: 2.5 Selección de la tolerancia de los errores de forma y posición. Características

Superficiales.

Grado de

exactitud.

(IT).

Dimensiones

Tipo de

Tolerancia.

Valor de

Tolerancia.

Superf. I 8 Ø18 Cilindricidad 0.012

Superf. II 8 Ø22 Cilindricidad 0.016

Superf. III 12 12 ----------------


Columnas guías. Tabla 2.6 Medios y mediciones de las irregularidades superficiales.

No

Tipo

Elemento

Dimensiones

(mm)

Grado de

exactitud

(IT).

Clase de

rugosidad

Rugosidad

Superficial

1 Conjugado Casquillos de

fricción

Ø18 7 8 0.8

2 Conjugado Tuerca Ø10 10 6 3.2

3 Conjugado Acoplamiento Ø14 10 6 3.2

4 Libre -------------- Ø14 ----------- ----------- ----------

5 Libre -------------- Ø10 -----------


19

Tabla 2.7 Selección de la tolerancia de los errores de forma y posición. Características

Superficiales.

Grado de

exactitud.

(IT).

Dimensiones

Tipo de

Tolerancia.

Valor de

Tolerancia.



Superf. III 10 Ø14 Cilindricidad 0.025

Superf. IV 12 Ø14 ----------------

Superf.V 12 Ø10 ----------------


Pistón Tabla: 2.8 Medios y mediciones de las irregularidades superficiales.


es

Grado de

exactitud

(IT).

Clase de

rugosidad.

Rugosidad

Superficial

(RA).

1 conjugado Cilindro Ø 25 7 8 0.8

2 Conjugado PEAD Ø 25 7 8 0.8

3 Conjugado Tapa superior Ø25 8 7 1.6



Superficiales.

Grado de

exactitud.

(IT).

Dimensiones

Tipo de

Tolerancia.

Valor de

Tolerancia.


Superf. II 7 Ø25 Planicidad 0.010

Superf. III 8 Ø25 Planicidad 0.016


20

Cilindro Tabla: 2.10 Medios y mediciones de las irregularidades superficiales.


es

Grado de

exactitud

(IT).

Clase de

rugosidad.

Rugosidad

Superficial

(RA).

1 conjugado Pistón Ø 25 7 8 0.8

2 Conjugado Resistencia

eléctrica Ø 30 7 8 0.8

3 Conjugado Mesa 2x30 8 7 1.6



Superficiales.

Grado de

exactitud.

(IT).

Dimensiones

Tipo de

Tolerancia.

Valor de

Tolerancia.



Superf. III 8 2x30 Planicidad 0.016

Base columna guía. Tabla: 2.12 Medios y mediciones de las irregularidades superficiales.


es

Grado de

exactitud

(IT).

Clase de

rugosidad.

Rugosidad

Superficial

(RA).

1 Libre -------------- Ø25 11 5 6.3

2 Libre -------------- Ø30 11 5 6.3

3 Conjugado tuerca Ø 14 10 6 3.2

4 conjugado Guía Ø14 10 6 3.2

5 Conjugada Guía Ø30 10 6 3.2

6 conjugado Base Ø30 10 6 3.2


21


Superficiales.

Grado de

exactitud.

(IT).

Dimensiones, mm

Tipo de

Tolerancia.

Valor de

Tolerancia.

Superficie I 11 Ø25 ------------ -------------

Superficie II 10 Ø30 ------------ -------------

Superficie III 10 Ø 14 Cilindricidad 0.03

Superf. IV 10 Ø12.5 Cilindricidad 0.03

Superf. V 10 Ø30 Planicidad 0.05

Superf. VI 10 Ø30 Planicidad 0.05


Base Tabla: 2.14 Medios y mediciones de las irregularidades superficiales.


es

Grado de

exactitud

(IT).

Clase de

rugosidad.

Rugosidad

Superficial

(RA).

1 conjugado

Tapa base 207x157 11 4 12.5

2 Libre -------------- 25 11 5 6.3

3 conjugado Base guía Ø 14 10 6 3.2



Superficiales.

Grado de

exactitud.

(IT).

Dimensiones

Tipo de Tolerancia. Valor de

Tolerancia.

Superf. I 11 207x157 Planicidad 0.2

Superf. II 11 25x207 Perpendicularidad 0.2

Superf. III 10 Ø14 Cilindricidad 0.03


22

Cálculo de ajustes de los elementos mecánicos del dispositivo. A la hora de asignar las tolerancias, debemos percatarnos, de que las asignaciones

de las mismas a las dimensiones, es tan importante como la confección del plano. El

costo final del producto está estrechamente ligado con el grado de tolerancia

asignado. Una de las primeras consideraciones a tener en cuenta, para la fijación de

las piezas que habrán de ser intercambiables, es la probable vida de desgaste de las

mismas.

Puede producirse un desgaste excesivo cuando los conjuntos de máximo contacto de

metal, no tienen huelgo suficiente entre las piezas acopladas. A la inversa, demasiado

juego entre ellas, puede causar desalineación, excentricidad, y por consiguiente, un

desgaste excesivo en otras piezas del conjunto. Las piezas que han de acoplar con

ajustes por interferencia han de proveerse de los aprietes adecuados que permitan la

deformación o corrimiento del material previsto.

Verdaderamente, no hay reglas o fórmulas para establecer límites y tolerancias en

todas las fases de un diseño o proyecto, por tanto se hace necesario asesorarse y

recabar la opinión, experiencia y conocimientos de las personas más experimentadas

y no situar los límites y tolerancias de forma arbitraria. Por lo que debe ser

cuidadosamente analizado cada caso y establecer la calidad adecuada, para

satisfacer los requerimientos esenciales de cada una de las piezas.

(ftp//:servermec/docencia/intrumentación y mediciones técnicas).

Ajuste deslizante. Ajuste de deslizamiento para piezas que bien engrasadas puedan montarse y

desmontarse a mano ejemplo: anillos de fricción, pistones de frenos de aceite, platos

de acoplamiento deslizantes, ruedas de cambios sobre ejes, poleas enterizas con

chavetas, acoplamiento de fricción montado sobre su eje, torneado de muñones de

cigüeñal y de manubrios o bielas, mostrados en la tabla 2.14 y la figura 2.5.

23

Tabla: 2.16 Cálculo del ajuste deslizante de los casquillos de fricción y la columna guías: Ø 18 H8/h7.

18 H8 027.0+=sE

0=iE

Se encuentra el valor del diámetro

mayor de la desviación.

EsDoDmáx +=………………ec.2.10

( )027.018 +=máxD

mmD máx 027.18=


mínimo de la desviación.

EiDoDmín += …………….ec.2.12

08 +=mínD

mmD mín 0.18=

Se halla la desviación del agujero:

isD EET −= ……………………………..ec.2.13 0027.0 −=DT

mmT D 027.0=

18h7

018.0−=ie

Se encuentra el diámetro máximo:

smáx edd += 0 ………e.c.2.14

mmd máx 018 +=

mmd máx 0.18=

Se encuentra el diámetro mínimo:

imín edd −= 0 ………e.c.2.15

mmd mín 98.17=

0+=se

mmd mín 018.018 −=

24

Se halla la desviación:

isd eeT −= ………………………ec.2.16

mmTd 018.00 −=

mmT d 018.0=

Determinación del juego máximo:

mínmáxmáx dDJ −= ….ec.217

mmJ máx 98.17022.18 −=

mmJ máx 042.0=

Determinación del juego mínimo:

máxmínmín dDJ −= … .…..ec.218

mmmmJ mín 0.80.8 −=

mmJ mín 0=

Figura: 2.5 Representación del ajuste deslizante.

Cálculo de ajuste deslizante

Molde: Ø25 H8/h7

Tabla: 2.17 Cálculo de ajuste deslizante.

Ø25 H8 033.0+=sE

0=iE

25



EsDoDmáx +=

( )033.025 +=máxD

mmD máx Ø25.033=

Se encuentra el valor del diámetro mayor

de la desviación:

EsDoD +=min

025min +=D

mmD Ø25.00min =


isD EET −=

0033.0 −= mmT D

mmT D 033.0=

Ø25h7

039.0−=ie


smáx edd += 0

mmd máx 0Ø25 +=

mmd máx Ø25=


imín edd −= 0

mmd mín 91.24=

0=se

mmd mín 039.0Ø25 −=

26

Figura: 2.6 Representación del ajuste deslizante.

Ajuste forzado leve. Ajuste de arrastre. Para piezas con acoplamiento fijo que solo puedan montarse y

desmontarse a golpe de martillo. Ejemplo: ruedas dentadas y poleas, anillos de

rodamiento de bolas montado sobre su ejes para cargas normales, palancas,

casquillos según se muestra en la tabla2.16 y la figura2.7.


isd eeT −=

mmTd 039.00 −=

mmT d 039.0=


mínmáxmáx dDJ −=

mmJ máx 91.24Ø25.033 −=

mmJ máx 094.0=


máxmínmín dDJ −=

mmJ mín 25Ø25Ø −=

mmJ mín 0=

27

Tabla: 2.18 Cálculo del ajuste forzado leve del Soporte buje y buje Ø24 H8/m7.

Ø24 H8 033.0+=sE

0=iE



EsDoDmáx +=

( )033.024 +=máxD

mmD máx 24.033=



EiDoDmáx +=

024 +=máxD mmD máx 24=


isD EET −=

0033.0 −= mmT D

mmT D 033.0=

Ø24 m7 0.021

-0.008


smáx edd += 0

mmd máx 021.024 +=

mmd máx Ø24.021=


eidd += 0min mmd 008.024min −=

mmd mim Ø23.992=


isd eeT −=

mmTd 008.0021.0 −=

mmT d 013.0=

28



mmmmJ mín 0.80.8 −=

mmJ mín 0=


mínmáxmáx dDJ −=

mmJ máx Ø23.992Ø24.03 −=

mmJ máx 038.0=

Figura: 2.7 Representación del ajuste forzado leve.

Cálculo del ajuste móvil.

Tabla: 2.19 Cálculo del ajuste móvil del molde y la resistencia Ø32H8/g7.

Ø32 H8 033.0+=sE

0=iE



EsDoDmáx +=

( )033.032 +=máxD

mmD máx Ø32.033=



EsDoD +=min

032min +=D

mmD Ø32.00min =


isD EET −=

0033.0 −=DT

29

mmT D 0.033=

Ø 32g7 0+=sE

016.0−=ie


smáx edd += 0

mmd máx 0Ø32 −=

mmd máx Ø32.00=


imín edd −= 0

mmd mín 98.31Ø=


isd eeT −=

mmTd 01033.00 −=

mmT d 033.0=


minmax dDJ máx −= mmJ 98.31016.32Ømax −=

mmJ 036.0max =



mmJ mín 3232Ø −=

mmJ mín 0=

Figura: 2.8 Representación del ajuste móvil.

mmd mín 016.0Ø32 −=

30

2.6 PASOS TECNOLÓGICOS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN.

Entre las habilidades a desarrollar en el Ingeniero Mecánico de perfil amplio se

encuentra realizar el cálculo de regímenes de corte para diferentes operaciones

tecnológicas, necesarias para la elaboración o utilización de tecnologías para el

maquinado. Para realizar el cálculo de los regímenes de corte de forma manual, se

necesita de aproximadamente ocho horas para realizar el cálculo de una operación

tecnológica, distribuido este tiempo en la búsqueda de la información en tablas,

manuales, selección de métodos de cálculo; solución de ecuaciones con una gran

cantidad de exponentes; búsqueda de datos de los certificados técnicos de las

Máquinas Herramienta; obtención de los parámetros reales del régimen de corte

después de obtener los teóricos, etc.(ftp//:servermec/docencia/intrumentación y

mediciones técnicas, 2011; Colectivo de autores, 1992).

31

Tabla 2.20: Pasos tecnológicos de la base de la columna guía. 005 Torneado

A1 Colocar la pieza en el plato auto centrante de tres garras.

01 Refrentar cara hasta lograr una superficie plana con una cuchilla acodada de 450 P20.

02 Elaborar un agujero de centro.

B1 Colocar la pieza en bruto entre plato y punto.

03 Cilindrado de desbaste de un Ø35 a un Ø30 y a una longitud de 175mm con una

cuchilla acodada de 900 P20.



05 Cilindrado de desbaste de un Ø30 a un Ø25 y a una longitud de 125mm a partir de

15mm del extremo con una cuchilla acodada de 450 P20.

C1 Invertir colocación de la pieza en bruto en el plato auto centrante.

07 Refrentar la cara hasta lograr una longitud de 175 mm con una cuchilla acodada de

450 P20.


09 Taladradado de un Ø10 y a una longitud de 25mm con una broca de HSS.

10 Retaladradado de un Ø10 a un Ø12.5 mm y a una longitud de 25mm con una broca

de HSS.

11 Elaborar rosca M14x1.50 con machos de roscar.

12 Elaborar biseles 2x45.0

010 Control.

Tabla: 2.21 Pasos tecnológicos de la columna guía. 005 Torneado

A1 Colocar la pieza en bruto en el plato auto centrante de tres garras.

01 Refrentar cara hasta lograr una superficie plana con una cuchilla acodada de 450

P20.





04 Elaborar bisel 2x45.0

32

05 Elaborar rosca M14x1.50 con una cuchilla de roscar P20 y repasar con terraja

M14x1.50.

06 Tronzar la pieza en bruta garantizando una longitud de 300mm.

C1 Invertir colocación.



08 Elaborar 2x45.0


M10x1.50.

010 Control.

Tabla: 2.22 Pasos tecnológicos del casquillo de fricción. 005 Torneado.



P20.


03 Cilindrado de desbaste de un Ø25 a un Ø24.5 y a una longitud de 30mm con una


04 Cilindrado de semiacabado de un Ø24.5 a un Ø24.2 y a una longitud de 30mm con

una cuchilla acodada de 900 P20.

05 Cilindrado de acabado de un Ø24.2 a un Ø24.03 y a una longitud de 30mm con una


06 Taladradado hasta un Ø17 y una longitud de 35mm con una broca de HSS.

07 Barrenado de un Ø17 a un Ø17.8mm y a una longitud de 35mm con una broca de

HSS.

08 Escariado de un Ø17.8 a un Ø18mm y a una longitud de 35mm con una broca de

HSS.

09 Elaborar bisel 1x 450

10 Tronzar la pieza semiacabada garantizando una longitud de 30 mm.

010 Control.

33

Tabla: 2.23 Pasos tecnológicos del soporte del casquillo de fricción. 005 Torneado.



P20.


03 Cilindrado de desbaste de un Ø40 a un Ø35mm y a una longitud de 35mm con una


04 Cilindrado de desbaste de un Ø35 a un Ø27mm y a una longitud de 15mm con una


05 Cilindrado de acabado de un Ø24.2 a un Ø24.03mm y longitud de 30mm con una




M27x1.50.

08 Taladrar hasta un Ø18mm y una longitud de 35mm con una broca de HSS.

09 Retaladrar de un Ø18 y a un Ø23mm y una longitud de 30mm con una broca de

HSS.

10 Barrenar de un Ø23 y a un Ø23.8mm y una longitud de 30mm con una barrena de

HSS.

11 Escariar de un Ø23.8 y a un Ø24mm y una longitud de 30mm con una broca de

HSS.

12 Tronzar la pieza semiacabada garantizando una longitud 35mm.

010 Control

Tabla: 2.24 Pasos tecnológicos de las tuercas. 005 Torneado.



P20.


03 Cilindrado de desbaste de un Ø40 a un Ø35 y a una longitud de 15mm

con una cuchilla acodada de 900 P20.

34


05 Taladradado hasta un Ø15 y una longitud de 15 mm con una broca de HSS.

06 Retaladrado de un Ø15 a un Ø25.5 mm y a una longitud de 15 mm con una broca

de HSS.

07 Cilindrado de desbaste de un Ø25.5 a un Ø29mm y a una longitud de 5mm con una




010 Control.

Tabla: 2.25 Pasos tecnológicos de la base de la columna guía. 005 Torneado


01 Refrentar cara hasta lograr una superficie plana con una cuchilla acodada de 450 P20.







05 Cilindrado de desbaste de un Ø30 a un Ø25 y a una longitud de 125mm a partir de

15mm del extremo con una cuchilla acodada de 450 P20.

C1 Invertir colocación de la pieza en bruto en el plato auto centrante.

07 Refrentar la cara hasta lograr una longitud de 175 mm con una cuchilla acodada de

450 P20.



10 Retaladradado de un Ø10 a un Ø12.5 mm y a una longitud de 25mm con una broca

de HSS.


12 Elaborar biseles 2x45.0

010 Control.

35

Tabla: 2.26 Pasos tecnológicos del guía molde. 005 Torneado



P20.



03 Cilindrado de semiacabado de un Ø26 a un Ø25.5 y a una longitud de 20mm con una


05 Cilindrado de acabado de un Ø25.5 a un Ø25 y a una longitud de 20mm


06 Tronzar la pieza en bruta garantizando una longitud de 27mm.

010 Control

Tabla: 2.27 Pasos tecnológicos del pistón. 005 Torneado


01 Refrentar cara hasta lograr una superficie plana con una cuchilla

acodada de 450 P20.



03 Cilindrado de desbaste de un Ø28 a un Ø26 mm y a una longitud de 855mm con


04 Cilindrado de semiacabado de un Ø26 a un Ø25.5 mm y a una longitud de 85mm con


05 Cilindrado de acabado de un Ø25.5 a un Ø25.2 mm y a una longitud de

85mm a partir de 15mm del extremo con una cuchilla acodada de 450 P20.

C1 Elaborar bisel en uno de los extremos 2x450

07 Tronzar la pieza semiacabada garantizando una longitud de 85 mm



010 Rectificado

B1 Colocar la pieza semiacabada entre punto.

36

12 Rectificar de un Ø25.2 a un Ø25 mm.

015 Control.

Tabla: 2.28 Pasos tecnológicos del casquillo de fricción. 005 Torneado.



P20.


03 Cilindrado de desbaste de un Ø24 a un Ø24.5 y a una longitud de 30mm con


04 Cilindrado de semiacabado de un Ø24.5 a un Ø24.2 y a una longitud de 30mm con


05 Cilindrado de acabado de un Ø24.2 a un Ø24.03 y a una longitud de 30mm con una


06 Taladradado hasta un Ø17 y una longitud de 35mm con una broca de HSS.

07 Barrenado de un Ø17 a un Ø17.8mm y a una longitud de 35mm con una broca de

HSS.

08 Escariado de un Ø17.8 a un Ø18mm y a una longitud de 35mm con una broca de

HSS.



010 Control.

Tabla: 2.29 Pasos tecnológicos del cilindro. 005 Torneado.



P20.


03 Cilindrado de desbaste de un Ø35 a un Ø31 y a una longitud de 60mm


37

04 Cilindrado de semiacabado de un Ø31 a un Ø30.5 y a una longitud de 60mm con


05 Cilindrado de acabado de un Ø30.5 a un Ø30 y a una longitud de 60mm con una


06 Taladradado hasta un Ø20 y una longitud de 60mm con una broca de

HSS.

07 Retaladrado de un Ø20 a un Ø24 mm y a una longitud de 60mm con una broca de

HSS.

08 Barrenado de un Ø24 a un Ø24.8 mm y a una longitud de 60mm con una barrena

de HSS.

09 Escariado de un Ø24.8 a un Ø25 mm y a una longitud de 60mm con una escariador

de HSS.


010 Control.

Tabla: 2.30 Pasos tecnológicos de la base. 005 Taladrado

A1 Colocar la base en la mordaza.

01 Taladrar dos orificios pasantes a un Ø14mm.

010 Control

Tabla: 2.31 Pasos tecnológicos de la tapa base. 005 Taladrado

A1 Colocar una chapa de dimensión 5x157x207 mm en la mordaza con barras de

apoyos.

01 Taladrar dos orificios pasantes Ø10 mm.

02 Retaladrar de un Ø10 a un Ø14 mm.

03 Taladrar cuatro orificios pasantes Ø6 mm.

010 Control.

Tabla: 2.32 Pasos tecnológicos de la mesa. 005 Taladrado

38


apoyos.


02 Retaladrar de un Ø25a un Ø27 mm.

010 Control.

Tabla: 2.33 Pasos tecnológicos de la tapa superior. 005 Taladrado


apoyos.


010 Control.

2.7 CÁLCULO DEL COSTO DE LA FABRICACIÓN Cálculo del costo por maquinado Potencia de la máquina Nnet= 7.5 kW

Tarifa eléctrica por hora Th= $/1.44kWh

Salario del operador por horas S=1.45 $/h

Cp: costo total del proceso de maquinado ($)

Cmat: costo del material de la pieza en bruto ($)

Cs: costo por salario del operario de la máquina herramienta ($)

Ce: costo por consumo de energía eléctrica ($)

Tp: tiempo principal (min.)

39

Tabla: 2.34 Costo del dispositivo.

Se puede afirmar que la fabricación por el método de maquinado resultó económico y

con resultados positivos según se muestra en la tabla 2.34.

40

CAPÍTULO III: PREPARACIÓN DE MUESTRAS METALOGRÁFICAS.

Numerosos requerimientos son utilizados como información concerniente a la

preparación mecánica de varios materiales, mediante el estudio microscópico. El

propósito de la preparación de muestras metalográficas, es producir una superficie

pulida que represente una microestructura especifica que pueda ser observada a

través del microscopio (Mehl, 1972; Guliaev, 1986).

En esta parte serán discutidos los aspectos físicos del desbaste y pulido, los

diferentes tipos de cortadoras metalográficas, las operaciones para realizarla y sus

constituyentes.

3.1. Metalografía Es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal

o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas (Guliaev, 1986).

Entre las características estructurales están el tamaño de grano, el tamaño, forma y

distribución de las fases que comprenden la aleación y de las inclusiones no

metálicas, así como la presencia de segregaciones y otras irregularidades que

profundamente pueden modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento

general de un metal.

Mucha es la información que puede suministrar un examen metalográfico. El principal

instrumento para la realización de un examen metalográfico es el microscopio

metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían

entre 50 y 2000 (http://rincondelvago.com/metalografía/).

3.2. Objetivo principal de la metalografía: Es la realización de una reseña histórica del material buscando microestructura,

inclusiones, tratamientos térmicos a los que haya sido sometido el material,

microrechupes, con el fin de determinar si dicho material cumple con los requisitos

para los cuales ha sido diseñado; además hallaremos la presencia de material

fundido, forjado y laminado. Se conocerá la distribución de fases que componen la

aleación y las inclusiones no metálicas, así como la presencia de segregaciones y

otras irregularidades.

41

3.3. Operaciones a seguir para preparar una muestra metalográfica: a) Corte: El tamaño de la muestra siempre que se pueda debe ser tal que su manejo

no encierre dificultad en la operación.

- Corte por Sierra Produce severas condiciones de trabajo en frío y no es ventajoso. El corte mediante

este método ocasiona superficies irregulares con valles excesivamente altos, dando

como efecto más tiempo de aplicación de las técnicas de preparación de las

muestras. Generalmente este tipo de corte es utilizado para extraer probetas de

piezas muy grandes, para poder luego proceder con el corte abrasivo y adecuar la

probeta a los requerimientos necesarios.

- Corte por Disco Abrasivo Este tipo de corte es el más utilizado, ya que la superficie resultante es suave, y el

corte se realiza rápidamente. Los discos para los cortes abrasivos, están formados

por granos abrasivos (tales como óxido de aluminio o carburo de silicio), aglutinados

con goma u otros materiales. Los discos con aglutinantes de goma son los más

usados para corte húmedo; los de resina son para corte en seco.

b) Montaje de muestras: Con frecuencia, la muestra a preparar, por sus

dimensiones o por su forma, no permite ser pulida directamente, sino que es preciso

montarla o embutirla en una pastilla. El material del que se componen estas puede

ser Lucita (resina termoplástica) o Bakelita (resina termoendurecible). Para el caso

de cuando se usa polímeros de alta densidad (PAD) usando el dispositivo que se

muestra en la figura 2.1 el encapsulamiento de las muestras se fijan como se

muestra en la figura 3.1.

Figura 3.1 Forma de encapsulamiento de las muestras metálicas de pequeñas

dimensiones en PAD

42

c) Desbaste: Después de montada la probeta, se inicia el proceso de desbaste

sobre una serie de hojas de esmeril o lija con abrasivos más finos, sucesivamente. El

proceso de desbaste se divide en 3 fases: Desbaste grosero, Desbaste intermedio y

Desbaste final. Cada etapa de preparación de probetas metalográficas debe

realizarse muy cuidadosamente para obtener al final una superficie exenta de rayas.

-Desbaste Grosero Es el desbaste inicial, que tiene como objetivo planear la probeta, lo cual puede

hacerse a mano y aun mejor con ayuda de una lijadora de banda. El papel de lija

utilizado es de carburo de silicio con granos de 240 o papel de esmeril # 1. En

cualquier caso, la presión de la probeta sobre la lija o papel de esmeril debe ser

suave, para evitar la distorsión y rayado excesivo del metal.

-Desbaste Intermedio Se realiza apoyando la probeta sobre el papel de lija o de esmeril, colocado sobre

una mesa plana o esrneriladora de banda fija. En esta fase se utilizan los papeles de

lija No. 320/340 y 400 o de esmeril # 1/O y 2/O.

-Desbaste Final Se realiza de la misma forma que los anteriores, con papel de lija No. 600 ó de

esmeril # 3/0. En todo caso, en cada fase del desbaste debe tomarse siempre en

cuenta el sistema refrigerante. Cada vez que se cambie de papel, debe girarse 90

grados, en dirección perpendicular a la que se seguía con el papel de lija anterior,

hasta que las rayas desaparezcan por completo. Se avanza y se facilita mucho las

operaciones descritas utilizando una pulidora de discos, a las que se fija los papeles

de lija adecuado en cada fase de la operación. Las velocidades empleadas varían de

150 a 250 rpm. En otro caso se pueden utilizar debastadoras fijas o de bandas

giratorias.

d) Pulido:

-Pulido fino La última aproximación a una superficie plana libre de ralladuras se obtiene mediante

una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño cargado con partículas abrasivas

seleccionadas en su tamaño. En éste sentido, existen muchos abrasivos, prefiriendo

43

a gamma del oxido de aluminio para pulir metales ferrosos, los basados en cobre u

oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. Otros abrasivos son la

pasta de diamante, oxido de cromo y oxido de magnesio. La selección del paño para

pulir depende del material que se va a pulir y el propósito del estudio metalográfico.

-Pulido electrolítico Es una alternativa de mejorar al pulido total pudiendo reemplazar al fino pero muy

difícilmente al pulido intermedio. Se realiza colocando la muestra sobre el orificio de

la superficie de un tanque que contiene la solución electrolítica previamente

seleccionada, haciendo las veces de ánodo. Como cátodo se emplea un material

inerte como platino, aleación de níquel, cromo, etc. Dentro del tanque hay unas

aspas que contienen en constante agitación al líquido para que circule

permanentemente por la superficie atacándola y puliéndola a la vez. Deben

controlarse el tiempo, el amperaje, el voltaje y la velocidad de rotación del electrolito

para obtener un pulido satisfactorio. Muchas veces después de terminado este pulido

la muestra queda con el ataque químico deseado para la observación en el

microscopio.

e) Ataque: Permite poner en evidencia la estructura del metal o aleación. Existen

diversos métodos de ataque pero el más utilizado es el ataque químico. El ataque

químico puede hacerse sumergiendo la muestra con cara pulida hacia arriba en un

reactivo adecuado, o pasar sobre la cara pulida un algodón embebido en dicho

reactivo. Luego se lava la probeta con agua, se enjuaga con alcohol o éter y se seca

en corriente de aire. El fundamento se basa en que el constituyente metalográfico de

mayor velocidad de reacción se ataca más rápido y se verá mas oscuro al

microscopio, y el menos atacable permanecerá más brillante, reflejará más luz y se

verá más brillante en el microscopio. Posterior a lo cual se realiza la observación

visual para determinar el acabado de las muestras elaboradas y posteriormente se

realiza la fotomicrografía de la estructura observada en el microscopio metalográfico.

En la tabla 3.1 se muestran algunos de los principales reactivos utilizados en el

ataque químico para el revelado de la estructura de diferentes tipos de aceros.

44

Tabla 3.1 Reactivos para el ataque químico de muestras metalográficas.

METALES REACTIVO COMPOSICION OBSERVACIONES

Nital 2 a 5% de ácido nítrico en alcohol metílico.

Obscurece la perlita en aceros al carbono

Diferencia la perlita de la martensita: revela los límites de grano de la ferrita, muestra la profundidad del núcleo en los aceros nitrurados.

Tiempo: 5 a 60 segundos

Picral 4 g de ácido pícrico en 100 ml de alcohol metílico.

Para aceros al carbón y de baja aleación es tan bueno como el nital para revelar los límites de grano de la ferrita. Tiempo 5 a 120 segundos.

Hierro y acero al carbono

Ácido clorhídrico y ácido pícrico.

5 g de ácido clorhídrico y 1 g de ácido pícrico. En 100ml de alcohol metílico.

Revela los granos de austenita en los aceros templados y en los templados y revenidos.

3.4. Descripción del microscopio metalúrgico: En comparación al microscopio biológico el microscopio metalúrgico difiere en la

manera en que la luz es proyectada. Como una muestra metalográfica es opaca a la

45

luz, la misma debe ser iluminada por luz reflejada. Un haz de luz horizontal de alguna

fuente de luz es reflejado, por medio de un reflector de vidrio plano, hacia abajo a

través del objetivo del microscopio sobre la superficie de la muestra. Un poco de esta

luz incidente reflejada desde la superficie de la muestra se amplificará al pasar a

través del sistema inferior de lentes, el objetivo, y continuará hacia arriba a través del

reflector de vidrio plano; luego, una vez más lo amplificará el sistema superior de

lentes, el ocular. El poder de amplificación inicial del objetivo y del ocular está

generalmente grabado en la base del lente. Cuando es utilizada una combinación

particular de objetivo y ocular y una longitud adecuada de tubo, la amplificación total

es igual al producto de las amplificaciones del objetivo y ocular. La amplificación

máxima obtenida con el microscopio metalúrgico (figura 3.2), es de unas 800 veces

el aumento de la imagen. La limitación principal es la longitud de onda de la luz

visible, la cual limita la resolución de los detalles finos de la muestras metalográficas.

La utilidad del microscopio metalúrgico puede ser ampliada debido a la incorporación

de diversos aparatos auxiliares, como son los que permiten observar aspectos

estructurales que no son visibles en condiciones normales. Puesto que el ojo

humano es insensible a las diferencias de fase, debe incorporarse al microscopio un

aparato óptico especial. Las diferencias de fases causados por variaciones

extremadamente pequeñas al nivel de microestructuras, se transforman más tarde,

en diferencias de intensidad en la imagen observada, revelando de esta forma

aspectos invisibles bajo iluminación ordinaria.

Figura 3.2 Microscopio metalúrgico NJF-1

46

3.5. Técnicas de preparación metalográficas:

Preparación Normal o Tradicional Esmerilado burdo o tosco: La muestra debe ser de un tamaño de fácil manipulación.

Una muestra blanda se puede aplanar si se mueve lentamente hacia arriba y abajo a

través de una superficie de una lima plana poco áspera. La muestra plana o dura

puede esmerilarse sobre una lija de banda, manteniendo la muestra fría

sumergiéndola frecuentemente en agua durante la operación de esmerilado, evitando

alterar su estado con el calor que se produce en el acto de pulido y así mantener una

misma fase. En todas las operaciones de esmerilado, la muestra debe moverse en

sentido perpendicular a la ralladura existente. El esmerilado, continúa hasta que la

superficie quede plana, y todas las ralladuras debidas al corte manual o al disco

cortador no sean visibles, emulando la superficie de un espejo.

Montaje: Este paso se realiza en el caso que las muestras sean pequeñas o de difícil

manipulación en las etapas de pulido intermedio y final. Piezas pequeñas como

tornillos, tuercas, muestras de hojas metálicas, secciones delgadas entre otros,

deben montarse en un material adecuado o sujetarse rígidamente en una monta

mecánica. La resina que se utiliza para fijar la probeta, se aplica a la probeta por

medio de temperatura, es decir, es una resina termo-fijadora, comúnmente empleada

para montar muestras es la baquelita. La muestra y cantidades correctas de

baquelita, se colocan en un cilindro de la prensa de montar manual. La temperatura y

presión aplicada producen una fuerte adhesión de la baquelita a la muestra,

proporcionando un tamaño uniforme convenientes para manipular las muestras en

operaciones de pulido posteriores.

Pulido Intermedio: Luego del paso anterior, la muestra se pule sobre una serie de

hojas de esmeril o lijas que contienen abrasivos finos. El primer papel es

generalmente Nº 150 luego 200, 300, 400 y finalmente es posible encontrar en el

mercado Nº1500. Antes de pulir con la siguiente lija se debe girar en 90º la muestra,

a fin de eliminar el rayado realizado con la lija anterior. Las operaciones de pulido

intermedio con lijas de esmeril se hacen en húmedo; sin embargo, en ciertos casos,

es conveniente realizar este paso en seco ya que ciertas aleaciones se corroen

fácilmente por la acción del agua.

47

Pulido Fino: Esta etapa representa una de los pasos de mayor cuidado por parte del

preparador de muestras, ya que en muchas ocasiones en la superficie del metal se

han formado dobles caras o planos y que por supuesto por ningún motivo pueden ser

utilizadas para el pulido fino, sino se remedia tal defecto superficial. El pulido fino se

realiza mediante un disco giratorio cubierto con un paño especial, húmedo, cargado

con partículas abrasivas, como es el oxido de aluminio para pulir materiales ferrosos

y de los base cobre, y oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones.

La selección del paño para pulir depende del material y del propósito del estudio

metalográfico. Se pueden encontrar paños de lanilla o pelillo, similares a los que se

utilizan el las mesas de pool. También se pueden encontrar paños sintéticos para

pulir con fines de pulido general, de los cuales el Gama y el Micropaño son los que

se utilizan más ampliamente.

Preparación Electroquímica La técnica por pulido electroquímico requiere al igual que el caso anterior, la

selección de una probeta de un tamaño apropiado para luego utilizar el electropulido.

Este método consiste en una disolución electroquímica de la superficie del metal que

produce un aislamiento y pulido, se aplica por lo general a muestras pequeñas. En el

caso de metales blandos se requiere tomar ciertas precauciones para realizar el

pulido debido a que se pueden formar capas amorfas. Para que ello no ocurra se

utiliza también el pulido electrolítico, para lo cual se coloca la probeta como ánodo en

una solución adecuada de electrolito (suspendida por un hilo de platino sujeta por

pinzas conectadas al polo positivo de una batería) de tal forma de aplicar una fuerza

electromotriz creciente, la intensidad se va a elevar hasta alcanzar un máximo.

Aunque el potencial va aumentando, cae hasta alcanzar un valor constante y luego

se vuelve a elevar bruscamente. Esta parte constante de la curva indica que

corresponde al período de formación de la superficie lisa y brillante. Las probetas se

lavan y luego se atacan por el método usual o bien se puede utilizar un ataque

electrolítico que consiste en reducir la intensidad de corriente sin cambiar el

electrolito inicial.

48

3.6. Constituyentes metalográficos: En los aceros, el carbono se encuentra en general, o combinado en forma de

cementita o disuelto, rara vez en forma de grafito. Este es el motivo por el cual solo

se emplea el diagrama de equilibrio metaestable Fe - Fe3C para el estudio de los

aceros. Los constituyentes estructurales de equilibrio de los aceros son:

Austenita: Se define como una solución sólida de carbono en hierro gamma. Solo es

estable a temperaturas superiores a 723 ºC, desdoblándose por reacción eutectoide,

a temperaturas inferiores, en ferrita y cementita. Solo puede aparecer austenita a

temperatura ambiente en los aceros austeníticos, en este caso la austenita si es

estable a temperatura ambiente. Es deformable como el hierro gamma, poco duro,

presenta gran resistencia al desgaste, es magnética, es el constituyente más denso

de los aceros y no se ataca con reactivos (figura 3.3). La resistencia de la austenita

retenida a la temperatura ambiente oscila entre 80 y 100 daN/mm2 y el alargamiento

entre 20 y 25 %. Puede disolver hasta 1,7-1,8 % de carbono. Presenta red

cristalográfica cúbica centrada en las caras (c.c.c.), con los siguientes parámetros de

red, a=3,67 A y d=2,52 A.

Figura 3.3. Estructura de la austenita

Ferrita: Este constituyente está formado por una solución sólida de inserción de

carbono en hierro alfa (figura 3.4). Es el constituyente más blando de los aceros pero

es el más tenaz, es el más maleable, su resistencia a la tracción es de 28 daN/mm2

y su alargamiento de 35 %. Su solubilidad máxima es de 0,008 %. Puede también

mantener en solución de sustitución a otros elementos tales como Si, P, Ni, Cr, Cu...

que figuran en los aceros, bien como impurezas, bien como elementos de aleación.

49

Figura 3.4. Estructura de la ferrita.

La ferrita se presenta en los aceros hipoeutectoides como constituyente y mezclada

con la cementita entra a formar parte de la perlita. Si el acero es muy pobre en

carbono, su estructura está formada casi en su totalidad por granos de ferrita cuyos

límites pueden revelarse fácilmente con el microscopio, después de un ataque con

ácido nítrico diluido. Los granos son equiaxiales. Tiene una distancia interatómica de

2,86 A y un diámetro atómico de 2,48 A.

Perlita: Está formada por una mezcla eutectoide de dos fases, ferrita y cementita, se

produce a 723 ºC cuando la composición es de 0,8 %. Su estructura está constituida

por láminas alternadas de ferrita y cementita, siendo el espesor de las láminas de

ferrita superior al de las de cementita, estas últimas quedan en relieve después del

ataque con ácido nítrico, lo cual hace que en la observación microscópica se revelen

por las sombras que proyectan sobre las láminas de ferrita. La perlita es más dura y

resistente que la ferrita, pero más blanda y maleable que la cementita. Se presenta

en forma laminar (figura 3.5), reticular y globular.

Figura 3.5. Estructura de la perlita laminar.

50

Cementita: Es un constituyente que aparece en fundiciones y aceros. Es el carburo

de hierro, de fórmula Fe3C, que cristaliza en el sistema ortorrómbico. Es muy frágil y

duro, teniendo sobre 840 Vickers, y es muy resistente al rozamiento en las

fundiciones atruchadas. A bajas temperaturas es ferromagnético y pierde esta

propiedad a 212 ºC (punto de Curie). Se piensa que funde por encima de 1950 ºC, y

es termodinámicamente inestable a temperaturas inferiores a 1200 ºC. Se puede

presentar en forma reticular, laminar y globular.

Bainita: Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la

austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C. Se

diferencian 2 tipos de estructuras: la Bainita superior de aspecto arborescente

formada a 500-580°C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos y la

Bainita inferior, formada a 250-4000 ºC tiene un aspecto similar a la martensita y esta

constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de

carburos. La bainita tiene una dureza que va de 40 a 60 HRC.

Sorbita: Se obtiene con un revenido después del temple. Al realizar el calentamiento

la martensita experimenta una serie de transformaciones y en el intervalo

comprendido entre 400 y 650 ºC la antigua martensita ha perdido tanto carbono, que

se ha convertido ya en ferrita. La estructura así obtenida se conoce como sorbita.

Martensita: Es una solución sólida, intersticial, sobresaturada de carbono en hierro

alfa. Es el constituyente estructural de temple de los aceros y su microestructura se

presenta en forma de agujas cruzadas. Los átomos de hierro están como en la

ferrita, en los vértices. Los átomos de carbono están en las caras y en las aristas,

presenta por tanto una red distorsionada. Esta distorsión de la red es la responsable

de la dureza de la martensita.

Figura 3.6. Estructura martensítica.

51

Presenta una red tetragonal. Sus características mecánicas son resistencia a la

tracción entre 170-250 Kg/mm2, dureza HRc entre 50-60, alargamiento de 0,5 % y es

magnética.

3.7. Examen macrográfico y micrográfico

La forma mas sencilla de realizar el estudio, es examinando las superficies metálicas

a simple vista, logrando determinar de esta forma las características macroscópicas.

Este examen se denomina macrográfico y de ellos se extraen datos sobre los

tratamientos mecánicos sufridos por el material, es decir, determinar si el material fue

trefilado, laminado, forjado, entre otros, comprobar la distribución de defectos como

grietas superficiales, de forja, rechupes, partes soldadas. Así mismo, los exámenes

macroscópicos se realizan generalmente sin preparación especial, pero a veces es

necesaria una cuidadosa preparación de la superficie para poner de manifiesto las

características macroscópicas. En macroscopía, se utilizan criterios para el tipo de

corte a realizar (transversal o longitudinal) para extraer la muestra dependiendo el

estudio a realizar, por ejemplo:

• Corte transversal: Naturaleza del material, homogeneidad, segregaciones, procesos

de fabricación, y otros.

• Corte longitudinal: Proceso de fabricación de piezas, tipo y calidad de la soldadura y

otros.

Por otra parte, existe otro tipo de examen que es el examen micrográfico, que

representa una técnica más avanzada y se basa en la amplificación de la superficie

mediante instrumentos ópticos (microscopio) para observar las características

estructurales microscópicas (microestructura). Este tipo de examen permite realizar

el estudio o controlar el proceso térmico al que ha sido sometido un metal, debido a

que los mismos colocan en evidencia la estructura o los cambios estructurales que

sufren en dicho proceso. Como consecuencia de ello también es posible deducir las

variaciones que experimentan sus propiedades mecánicas (dependiendo de los

constituyentes metalográficos presentes en la estructura). Los estudios ópticos

microscópicos producen resultados que no solo son útiles a los investigadores sino

52

también a los ingenieros. El examen de la microestructura es muy útil para

determinar si un metal o aleación satisface las especificaciones en relación a trabajos

mecánicos anteriores, tratamientos térmicos y composición general. La

microestructura es un instrumento para analizar las fallas metálicas y para controlar

procesos industriales. Para un estudio de ella se necesita una preparación aún más

cuidadosa de la superficie. No obstante el procedimiento de preparación de la

superficie es básicamente el mismo para ambos ensayos metalográficos. Esta

experiencia delinea una forma de preparar muestras pequeñas de acero blando) con

el fin de realizar un examen metalográfico. Los pasos a seguir en el procedimiento de

preparación son los mismos para todos los materiales difiriendo solo las

herramientas de corte y el grado de finura de los papeles de esmeril según la dureza

del material. El reactivo de ataque a utilizar depende del tipo de aleación. Los

ensayos micrográficos se realizan sobre muestras o probetas de los materiales que

han de ser sometidos a estudio, preparamos una superficie que luego de ser pulida

convenientemente, se ataca con reactivos químicos apropiados a la finalidad de la

determinación a realizar.

Conociendo mejor el examen micrográfico: Si el examen se ejecuta para analizar una fractura, la que se sospecha provocada

por irregularidades en el material, las muestras deberán ser por lo menos dos, una

de la propia fractura y otra de una zona intacta de la misma pieza, con el objeto de

observar y comparar las modificaciones que ha sufrido la estructura y de las que se

podrán deducir y contar con una mayor cantidad de datos, es necesario tener en

cuenta además, los tratamientos recibidos por la pieza en su fabricación, como

forjado, laminado, recocido, temple, entre otros; pues en muchos casos (forjado y

laminado) es beneficio contar con muestras en las distintas direcciones de sus fibras.

Como se ha indicado, el estudio en si se hace sobre superficies convenientemente

preparadas de dichas muestras o probetas. Esta preparación consiste en llegar a un

pulido casi perfecto, para lo cual se parte de un desbaste que podríamos llamar

grueso, con el fin de aplanar la superficie, lo que se consigue con un ajuste a lima o

con el auxilio de devastadoras mecánicas de diseño especial. Los reactivos químicos

y sus finalidades son muy variadas, pero en principio se busca con ellos la

53

revelación, por coloración o por corrosión, de los distintos componentes de una

estructura metalográfica para poder diferenciarlos con facilidad. Por lo general, están

constituidos por ácidos o álcalis diluidos en alcoholes, agua o glicerina. Y su elección

se hará de acuerdo con la naturaleza química de la estructura a destacar en la

muestra. Con tal fin, una vez pulida la superficie se hará en agua caliente, frotándola

con un algodón o tela suave para quitarle todo rastro de las operaciones anteriores

que pueda presentar, concluyendo esta limpieza con alcohol etílico o solvente similar

y secándola con un soplado de aire caliente. Las fotografías obtenidas de estos

exámenes, genéricamente llamados “Microfotografías”, se logran con la ayuda del

microscopio metalográfico, cuyos principios ópticos y de observación no difieren

mayormente de los comunes. En él, con iluminación adecuada, se observa por

reflexión (los rayos luminosos al incidir sobre el objeto se refleja hacia el ocular), la

imagen de la superficie atacada, a través de un sistema de lentes con los que se

amplifica según lo que requiera la observación. Por otra parte, con la observación de

las estructuras micrográficas y por comparación con microfotografías, es posible

deducir el contenido aparente de carbono, finura y variedad de los componentes,

clasificación de aceros, reconocer las inclusiones por defectos de fabricación (óxidos,

silicatos, oxisulfuros, silicoaluminatos)

TAMAÑO DE GRANO Una de las mediciones microestructurales cuantitativas más comunes es aquella del

tamaño de grano de metales y aleaciones. Numerosos procedimientos han sido

desarrollados para estimar el tamaño de grano, estos procesos están sintetizados en

detalle en la norma ASTM E112.Algunos tipos de tamaño de grano son medidos,

tamaño de grano de la ferrita y tamaño de grano de la austenita. Cada tipo presenta

problemas particulares asociados con la revelación de estos bordes de manera que

puede obtenerse un rango exacto. Los principales métodos para la determinación del

tamaño de grano recomendados por la ASTM (American Society for Testing and

Materials) son:

• Método de Comparación

• Método de Planimétrico

• Método de Intersección

54

- Método de comparación Mediante el método de prueba y error se encuentra un patrón que coincide con la

muestra en estudio y entonces se designa el tamaño de grano del metal por el

número correspondiente al número índice del patrón mixto; se tratan de manera

semejante, en cuyo caso se acostumbra especificar el tamaño de granos en términos

de dos números que denota el porcentaje aproximado de cada tamaño presente. El

método de comparación es más conveniente y bastante preciso en muestras de

granos de ejes iguales (figura 3.7).

El número de tamaño de grano “n” puede obtenerse con la siguiente relación:

N=2 n -1

Figura 3.7 Norma para la determinación del tamaño de grano, según ASTM-E

- Método planimétrico Es el más antiguo procedimiento para medir el tamaño de grano de los metales. El

cual consiste en que un circulo de tamaño conocido (generalmente 19.8 mm f, 5000

mm2 de área) es extendido sobre una microfotografía o usado como un patrón sobre

una pantalla de proyección. Se cuenta el número de granos' que están

completamente dentro del círculo n1 y el número de granos que interceptan el circulo

n2 para un conteo exacto los granos deben ser marcados cuando son contados lo

que hace lento este método.

55

- Métodos de intercepción El método de intercepción es más rápido que el método planimétrico debido a que la

microfotografía o patrón no requiere marcas para obtener un conteo exacto. El

tamaño de grano se estima contando por medio de una pantalla dividida de vidrio, o

por fotomicrografía o sobre la propia muestra, el número de granos interceptados por

una o más líneas restas. Los granos tocados por el extremo de una línea se cuentan

solo como medios granos. Las cuentas se hacen por lo menos entres posiciones

distintas para lograr un promedio razonable. La longitud de líneas en milímetro,

dividida entre el número promedio de granos interceptados por ella da la longitud de

intersección promedio o diámetro de grano. El método de intersección se recomienda

especialmente para granos que no sean de ejes iguales. (El Rincón del Vago, en

Salamanca desde 1998).

56

VALORACIÓN ECONÓMICA Teniendo en cuenta la situación económica que presenta nuestro país y por la gran

importancia que ha tenido la realización de este trabajo, se demostró la utilidad que

tiene este dispositivo para nuestra Universidad, ya que el consumo energético es

bajo y su fabricación es económica, representado un costo monetario de $ (122).

57

IMPACTO MEDIO AMBIENTAL La fabricación de este dispositivo tiene gran importancia en la gestión ambiental ya

que durante el proceso de fabricación se emplean líquidos refrigerantes y aceites de

corte que al hacer contacto con las piezas calientes se producen gases tóxicos que

daña directamente al operario. Durante la explotación de este dispositivo no se

producen gases nocivos como:

Monóxido de carbono

(CO)

Hidrocarburos

(también llamados

HCs) y partículas de

hollín (C)

Óxidos de nitrógeno

(sobre todo NO2 y

algo de NO)

Que so tan dañinos para el medio ambiente, tampoco se producen de desechos

sólidos, pues en el encapsulamiento de las muestras metálicas solamente se utilizan

las cantidades necesarias de (PAD) no generando además gases que pudiesen

afectar el medio ambiente y al operario del dispositivo.

58

CONCLUSIONES

En el presente trabajo se arribaron a las siguientes conclusiones:

1. Se logró diseñar y fabricar un dispositivo para el encapsulamiento de muestras

metálicas de pequeñas dimensiones que podrán ser utilizadas en prácticas de

laboratorios de las asignaturas Ciencias de los Materiales I y II; así como de

Soldadura y en investigaciones del Departamento de Ingeniería Mecánica.

2. Que de los cálculos realizados se demostró que el dispositivo puede resistir las

cargas externas a que va a estar sometido.

3. Que la tecnología de fabricación por maquinado es segura, económica y factible

de realizar partiendo del diseño realizado.

59

RECOMENDACIONES En el presente trabajo se proponen las siguientes recomendaciones:

1. Que se le de continuidad a este trabajo en otros proyectos donde se realicen

estudio para posibles cambio de diseño.

2. Que este trabajo se pueda generalizar a otras universidades donde se confronten

dificultades con la sujeción de muestras metalográficas de pequeñas dimensiones

con fines docentes e investigativos.

60

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13 NC 1629: Ajuste y tolerancia.

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61

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30 http://www.Rincón del Vago.con, en Salamanca desde 1998. consultado 20 de

abril del 2011.

62

ANEXOS Anexo A-1 Dispositivo para la sujeción de muestras metalográficas.

63

Anexos A-2 Despiece.

64

Anexo A-3 Base.

65

Anexo A-4 Tapa base.

66

Anexo A-5 Soporte columna guía.

67

Anexo A-6 Columna guía.

68

Anexo A-7 Soporte buje.

69

Anexo A-8 Buje.

70

Anexos A-9 Tuerca.

71

Anexo A-10 Mesa.

72

Anexo A-11 Guía del molde.

73

Anexo A-12 Clindro.

74

Anexo A-13 Pistón.

75

Anexo A-14 Tapa superior.

76

Anexo A-15 Resorte.

77

Anexo A-16 Recubrimiento de la resistencia.

78

Anexo A-17 Refuerzo.

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Título: DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA