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PROYECTO FINAL MATERIALES DE INGENIERIA

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Proyecto final
Universidad Nacional de Colombia
Junio de 2013

María Nelly Álvarez
Miguel David Méndez
Manuel Iván Cardozo Naranjo
Andrés Camilo Medina Arias


1. Introducción
2. Piezas
3. Preparación de las piezas
4. Ensayos
5. Resultados
6. Conclusiones

Contenido
Introducción

Para el proyecto final de Materiales de Ingeniería, se les pidió a los estudiantes que escogieran un material y lo analizaran. Estos escogieron dos piezas que al parecer eran unas aleaciones de cobre, pero no se sabía la composición especifica de estos, así que para poder conocer más sobre estas piezas, el grupo indagó e hizo varios análisis sobre sus composiciones químicas, durezas y análisis metalográficos, para poder así tener una mejor idea de las propiedades de las piezas y sus usos.
Arreglo de tubería
Bloque (Pieza 1)
Piezas
Para este proyecto se eligieron dos piezas, la primera de ellas es un arreglo de tuberías que sirve para conducir oxígeno, nitrógeno y argón en estado gaseoso. Este arreglo se conecta a la salida de un intercambiador de calor ambiental y trabaja a presiones entre 250 a 320 psi.

1- Arreglo de tuberias
Piezas
La segunda pieza es un bloque que va soldado a un tubo colector de 1/4" de acero inoxidable. Este se usa para aplicaciones de alta presión en las cuales simpre está sometido a presione entre los 2700 a 3100 psi.

En la rosca hembra va unida una válvula para control de alta presión Sherwood clase cv.

2- Bloque
Preparación de las piezas
Para preparar las piezas, estas se cortaron con una cortadora abrasiva Buehler y un disco Buehler 4145 de metales no ferrosos semi duros. Luego la viruta es retirada con una lija.
Cortes realizados en las piezas
En las piezas se realizaron cuatro cortes para realizar los diferentes ensayos, los cules fueron:

1. Corte transversal y longitudinal de area no mayor a 2 cm^2 para poder montar los dos cortes obtenidos en la baquela.

2. Corte de cada pieza con diametro entre 18 - 30 mm y un espesor comprendido entre 5 - 20 mm para determinar la composicion quimica.

3. Corte de cada pieza que no superara los 3 cm^2 de area, ademas de que tuvieran dos caras paralelas totalmente planas para determinar su dureza.
ENSAYOS REALIZADOS
Ensayo de composición química

La primera prueba realizada fue el ensayo de compisición química, la cual se llevó a cabo en una empresa llamada "
Guivaim
"; Este es uno de los ensayos más importantes que se puede llevar a cabo en las piezas, puesto que a partir de este se derivan los demás análisis.

Además de esto, con este análisis se puede determinar el diagrama de fases de las piezas, respecto al o los aleantes principales que se pueden encontrar en la pieza.



Bloque
Para el bloque se obtuvieron los siguientes resultados:
Como se puede observar, se tienen dos aleantes principales, los cuales son el cobre (57.7 %) y el zinc (39.3 %), además de esto se puede observar que posee cierto contenido de plomo (2.071 %) el cual seguramente fue agregado para que fuera mas mecanizable.
Arreglo de tuberías
Para al segunda pieza se obtuvieron los siguientes resultados en composición química:
De acuerdo a la cantidad de Zn presente se determinó que este corresponde a un laton forjable (60 Cu - 38 Zn - 2Pb) el cual tiene las mejores propiedades para trabajo en caliente y se usa en la fabricación de accesorios para tuberia.
Solo faltan algunos detalles y horrografía
Por favor veanlo y corrijan cualquier error.

Las cosas para cambiar estan este color

Falta averiguar las durezas de alfa y beta

Diagrama de fases Cu - Zn.
Bloque
Arreglo de tuberías
Ensayo de microspía optica
Con este ensayo se determinó la relacion entre la estructura y las propiedades del material, de acuerdo a la composicion química, ademas de esto, tambien se realiza este ensayo para determinar los constituyentes metalograficos de la pieza a trabajar, las proporciones y formas y de aqui obtener una caracterizacion de las propiedades físicas del material.
Metalografia del bloque.
Para poder realizar este ensayo, se montaron las piezas cortadas en una inclusion para poder realizar una mejor manipulacion de la muestra.

En esta caso se realizo un montaje en caliente en un polimero llamado baquelita el cual mediante presion y temperatura se compacta y enfria logrando asi un endurecimiento del polimero.
Montaje en baquelita.
Analisis de las imagenes
En las imagenes se pueden ver claramente dos fases, alfa + beta, tal y como se comprobó teoricamente con el análisis de composición química y con el diagrama de fases.

REVEISAR -->
Aunque la teoria no concuerda del todo ya que a pesar de que las dos fases se observan se debería observar mayor cantidad de una fase que de la otra debido a la composición quimica de la misma que la ubica más cercana a la fase alfa, en este caso mayor cantidad de fase alfa que de beta.

Metalografía del arreglo de tuberias
Para esta pieza tambien se cortaron dos secciones que se incluyeron de la misma forma que la muestra anterior.


Esta grafica, que representa el diagrama de fases Cu - Zn, puede ayudar a calificar las piezas seleccionadas.

Bloque: corresponde a un latón alfa + beta (α + β), es un metal Muntz con estructura acicular.

Tubería: Se puede observar que la aleación, en equilibrio, presenta una sola fase alfa (α)
Inclusion de las muestras bloque.
Ensayo de dureza
Este ensayo se realizo con resptecto a prueba tipo Rockwell B con una bola de acero de 1/16" (1,588 mm) y 100 kg de carga.

Estos fueron los resultados:
Análisis de las imágenes obtenidas.
Esta muestra se atacó dos veces, esto debido a que en el primer ataque que se realizo, esta se dejo mucho tiempo en el reactivo, el segundo ataque se realizó con oxido de cromo.

Como se pudo observar en las imágenes obtenidas, se puede ver una sola fase es dominante con algunas particulas beta e incluiones de plomo.
Análisis de falla
Como se dijo anteriormente, la pieza bloque sufrio una falla mientras estaba en operación.
El ataque de la muestra se realizo con cloruro ferrico.
El ataque de la muestra se realizo con cloruro ferrico y oxido de cromo.
Atacado (cloruro ferrico) X200
Probeta sin atacar X100
Bloque X200
Bloque atacadio quimicamente X400
Falla del bloque de tuberia
Falla del bloque de tuberia
Corte del arreglo de tuberia
Preparación de las probetas
Conclusiones
Como ya se habia dicho anteriormente, la pieza bloque corresponde a un latón alfa + beta (α + β), este es un metal Muntz con estructura acicular.

La falla de la pieza bloque fue una fractura frágil sin deformación plástica.

En la falla se puede observar baja rugosidad, la cual indica que la propagación de las grietas fueron rapidas, tambien se pueden ver algunas zonas con una alta rugosidad en el material, se puede concluir que falló por sobrecarga en tensión al final.

faltan más de estas
Aumento x 1: (a) baja rugosidad, indica que la propagación de las grietas fueron rápidas.
(b) Se puede observar una alta rugosidad en el material, se puede decir que falló por sobrecarga en tensión al final
Aumento x 3
Aumento x 3.5
Aumento x 4
Análisis de falla
A continuación se muestran las fallas que se encontraron en la pieza por micrografía
Aumento x 100:
Aumento x 100
Aumento x 200
Aumento x 200
Aumento x 4
Aumento x 4
Aumento x 400
Aumento x 400

Aumento: X100
Aumento: X100
Aumento: X200
Aumento: X200
Ensayo de dureza
Ahora se comparan estos resultados con las durezas de las fases alfa (α), beta (β) y beta prima (β'), para ver la dureza real de cada pieza.
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