Tipos De Durometros. 424t2y

SEP

SESTNM

TECNM

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA

TEMA IV. CONTROL DE LA MICROESTRUCTURA

Calificación inv. D. Práctica de laboratorio: ______

Carrera: Mecatrónica Materia: Ciencia e Ingeniería de materiales Grupo: 160403 Profesor: Ing. Adelfo Ortiz García Alumno: Pineda Hernández Jesús Ismael (23)

Metepec, Estado de México, a 07 de abril del 2017

RESUMEN En la actualidad el ser humano es dependiente de la tecnología bajo las necesidades básicas y no tan básicas, desde la creación de infraestructura hasta la implementación en tecnologías como lo son los sistemas electrónicos. El conocimiento acerca de los materiales con los cuales se trabajará es de vital importancia para conocer las deficiencias del mismo, así como sus características para su proceso de manufactura, por ejemplo, anteponiendo la conductividad, la maquinabilidad, la ductilidad, la dureza entre muchos otros tipos de propiedades mecánicas, se puede determinar analíticamente sí el tipo de material con el cual se trabaja es óptimo para el trabajo a realizar.

A consecuencia de lo antes mencionado es que se pretende informar al lector como obtener el conocimiento de dichas características específicamente de aceros. Así también a su vez mostrar algunos tipos de tratamientos térmicos y el cómo es que se determinan algunas características nuevas para las piezas con los mismos. En la materia existen distintos estados y formas estructurales conocidas como arreglos atómicos que definen las características de los materiales en este caso los aceros, en esta ocasión nos enfocamos a las propiedades a nivel microestructura del material para poder ejercer mayor control sobre los mismos, lo cual obviamente nos permitió experimentar manipulando una barra de acero 4140.

Los tratamientos térmicos consisten en manipular mediante el incremento de la energía que se le suministre y en diversos periodos de tiempo, así mismo como su capacidad para enfriarse con algunas sustancias, como lo son las soluciones salinas, aceites o inclusive agua para provocar en algunos casos un comportamiento de estrés térmico que nos permitan modificar las capacidades atómicas del mismo material. Para la práctica se pretendía realizar un templete que no es más que uno de los tipos de tratamientos que permite mejorar la contrarrestar la fragilidad de procesos anteriores al mismo. El templete hace más tenaz y menos quebradizo al acero, aunque pierde dureza.

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ÍNDICE RESUMEN.………….………………………………………………………..……….ii

TIPOS DE DUROMETROS Durómetro…………………………………………………………………………1 Durómetro de shore…………..…………………….……………………………2 Durómetro de rochwell…………………………………………………….......2-3 Durómetro de brinell……………………….……………………………..……3-4 Durómetro de vickers…………………………………………………………..4-5 Durómetro de knoop……………………………………………………………...5 Durómetro de leeb……………………………………………………………..5-6 TIPOS DE DUREZA Dureza……………………………………………………………………………..7 Dureza Brinell……………………………………………………………………..7 Dureza knoop……………………………………………………………………..7 Dureza Rockwell………………………………………………………………….8 Dureza Rockwell superficial……………………………………………………..8 Dureza Rosiwal…………………………………………………………………...9 Dureza Shore……………………………………………………………………..9 Dureza Vickers……………………………………………………………………9 Dureza Webster…………………………………………………………………..9 TIPOS DE HORNOS Horno……………………………………………………………………………..10 Cubilotes……………………………………………………………………..10-11 Hornos de reverbero………………………………………………………..11-12 Hornos rotativos……………………………………………………………..12-13 Hornos de crisoles…………………………………………………………..13-14 Hornos eléctricos de arcos…………………………………………………14-15

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TIPOS DE DUROMETROS Durómetro

El durómetro es un dispositivo de medición para determinar la dureza de un material. Existen distintos tipos de durómetros de acuerdo a las diversas familias de materiales, habiendo posibilidad de medir dureza tanto a un caucho como a un acero. Si bien la palabra “durómetro” en el mundo anglosajón sólo se emplea para denominar al equipo para medir dureza Shore, en Latinoamérica es ampliamente utilizada para identificar a todos los bancos de ensayo de dureza que existen.

La dureza es una propiedad de los materiales. La mayoría de las enciclopedias la define como la resistencia a la penetración permanente bajo carga estática o dinámica que tiene un material, luego de realizarle varios ensayos. Por lo general, una dureza buena significa que el material es resistente a las ralladuras y al uso, característica muy importante en el caso del herramental usado en la manufactura.

Los primeros ensayos de dureza se basaron en el comportamiento de los minerales según su capacidad de rayar a otro más blando, en forma escalonada iban incrementando según la resistencia de uno en proporción al anterior y al inmediato superior. Para ello se definió una escala llamada Mohs, cuyos valores van del 1 al 10, donde el 1 representaba al talco y el 10 al diamante.

Con el paso de los años nuevas técnicas cuantitativas de dureza fueron desarrolladas, basadas en un pequeño penetrador que es forzado sobre una superficie de la probeta del material a ensayar bajo condiciones controladas de carga y velocidad. La profundidad o tamaño de la huella resultante se relaciona con un número de dureza. Cuanto más blando el material, mayor y más profunda la huella, y menor es el número de dureza. Las durezas obtenidas tienen un significado relativo y no absoluto, por lo que hay que tener cautela al comparar las medidas arrojadas por distintas técnicas.

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Durómetro shore

La escala de este durómetro fue definida por Albert Shore alrededor de 1920, aunque no fue el primer dispositivo inventado en la historia para medir dureza. Existen varias escalas definidas acorde a las diferentes propiedades de los materiales, pero para este dispositivo las más comunes son las escalas A y D, la primera para plásticos blandos y la D para los más duros. En total, y según la norma ASTM D2240-00, existen 12 escalas (A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S, y R), cuyos valores van de 0 a 100 indicando la dureza del material.

El método de medición consiste en generar una indentación o impronta profunda en el material con una fuerza normalizada a través de un penetrador. La profundidad depende de la dureza del material, de sus propiedades visco elásticas, la forma del penetrador de presión y la duración del ensayo. Cuando se está haciendo la impronta en el material, la medida de la profundidad se transmite a un resorte interno de un reloj comparador, que puede ser análogo o digital, dando un valor determinado de dureza.

Figura 4.1. Escala de durezas Shore A y D para distintas aplicaciones.

Figura 4.2. Figura durómetro Shore.

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Durómetro rockwell

El durómetro de profundidad diferencial Rockwell fue inventado por los hermanos Hugh y Stanley Rockwell, en el año 1914, en EEUU. Ambos trabajaban en la fábrica de

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rodamientos New Departure Manufacturing Co, que se convertiría más tarde en una empresa del grupo General Motors.

Las escalas utilizadas con esta técnica son variadas acorde a las distintas combinaciones de penetradores y cargas que se usen, pudiendo ensayar cualquier metal o aleación, tanto dura como blanda. Hay dos clases de penetradores, los de bolas esféricas de acero endurecido con diámetros normalizados y los cónicos de diamante. El método de medición de dureza consiste en aplicar primero una carga inicial pequeña, lo que aumenta la exactitud de la medida, y después una carga mayor. Basándose en la magnitud de las cargas mayores y menores, existen dos tipos de ensayos: rockwell y rockwell superficial.

Figura 4.3. Figura durómetro Rockwell.

de

La escala de dureza rockwell está representada por una letra del alfabeto (A, B, C, D, E, F, G, H y K). Para rockwell superficial se designa por un número que representa la carga mayor aplicada y una letra que puede ser N, T o W. El número de dureza rockwell se indica con el sufijo HR y la identificación de la escala. Por ejemplo, 80 HRB representa una dureza rockwell de 80 en la escala B.

Durómetro brinell

Este método de medición de dureza fue propuesto en 1900 por el ingeniero sueco Johan Brinell y fue uno de los primeros ensayos de dureza que existió en el mundo.

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En los ensayos de dureza brinell, al igual que en los rockwell, se fuerza un penetrador duro esférico en la superficie del material a ensayar.

El penetrador es una bola de acero endurecido o de carburo de tungsteno de 10 mm de diámetro. Las cargas normalizadas están definidas entre 500 y 3000 kg, incrementándose de a 500 kg. Durante el ensayo, la carga se mantiene constante durante un tiempo que va de entre 10 a 30 segundos. El número de dureza brinell se denota HB (HBW si el penetrador es de carburo de tungsteno) y es función de la magnitud de la carga y del diámetro de la huella resultante. Este diámetro se mide con un microscopio y se convierte a un número HB específico usando la siguiente fórmula:

Figura 4.4. Dimensiones del penetrador Brinell y fórmula para calcular el número de dureza HB.

Durómetro vickers

Este sistema fue desarrollado en 1921 por Robert Smith y George Sandland en la empresa vickers Ltd. En el ensayo vickers el penetrador está compuesto por un diamante piramidal muy pequeño. El principio fundamental es observar la habilidad que tiene el material indentado de resistir la deformación plástica. Las cargas aplicadas van de 1 a 1000 g, por lo cual este ensayo es considerado de microdureza.

(número pirámide de diamante vickers). Es necesario que la superficie de la muestra haya sido preparada con desbaste y pulida. Los durómetros vickers actuales constan,

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además del aparato penetrador automático, de analizadores de imagen con computadora y su respectivo programa.

Durómetro knoop

Este sistema de medición de dureza fue desarrollado por Frederick knoop en 1939, como respuesta al método de vickers. Básicamente el penetrador también es una pirámide de diamante, pero de forma algo diferente. El método knoop responde muy bien a materiales frágiles, como cerámicos.

Figura 4.5. Dimensiones del penetrador Knoop número de dureza HK.

En el durómetro knoop la indentación resultante es medida también por un microscopio. El número de dureza knoop se nota con HK. La ventaja de este ensayo reside en que sólo una muestra muy pequeña del material es necesaria para poder realizarlo.

Durómetro leeb

Luego de haber visto todos los bancos de ensayo de dureza anteriores, es válido no dejar de lado el método portable de leeb. Desarrollado en 1975 por Leeb y Brandestini, se trata de un dispositivo alternativo que puede arrojar conclusiones estadísticas de lotes enteros ensayados sin destruir las muestras.

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De acuerdo al principio dinámico de Leeb, el valor de la dureza puede derivarse de la pérdida de energía de un impacto definido luego de golpear una muestra de metal, similar al principio empleado por Shore.

Las indentaciones dejadas por este método son menores (alrededor de 0,5mm de diámetro en muestras de acero, en comparación con los 3mm que produciría un ensayo brinell).

Figura 4.6. Durómetro portátil Leeb.

Figura 4.7. Otro tipo de Durómetro Leeb.

Dependiendo de la muestra y el penetrador, que varía en geometría, tamaño, peso, material y fuerza del resorte, existen varios dispositivos de impacto (llamados equotip) y unidades de dureza: los dispositivos equotip D con número de dureza HLD, y los G con número HLG. Los resultados de dureza obtenidos en dureza leeb o HL pueden ser convertidos a las escalas tradicionales de dureza HRC, HB y HV, con el objeto de tener mayor apreciación sobre las muestras ensayadas.

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TIPOS DE DUREZA Dureza

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración de un indentador. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.

Dureza Brinell

Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de wolframio. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6 mm de espesor. Estima resistencia a tracción.

Figura 4.8. Muestra del ensayo de dureza Brinell.

Dureza Knoop

Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estándar.

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Dureza Rockwell

Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.

Figura 4.9. Muestra del ensayo de dureza Rockwell.

Rockwell superficial

Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.

Figura 4.10. Muestra del ensayo de dureza Rockwell superficial.

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Dureza Rosiwal

Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000. La escala Rosiwal basa su medida en valores absolutos, a diferencia de la escala de Mohs en la que los valores son relativos, y el interés queda relegado al aficionado o una primera aproximación que lo hace útil en la investigación de campo.

Dureza Shore

Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros. Durante el ensayo, no destructivo, se mide la altura a la que rebota el proyectil. Esta depende de la cantidad de energía absorbida por el material de ensayo durante el impacto.

Dureza Vickers

Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2 mm de espesor. Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136°. Este ensayo, además, puede usarse en superficies no planas. Sirve para medir todo tipo de dureza, y espesores pequeños.

Dureza Webster

Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

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TIPOS DE HORNOS Horno

Los hornos industriales son los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se calientan los materiales y las piezas o elementos colocados en su interior por encima de la temperatura ambiente. El objeto de este calentamiento puede ser muy variado, por ejemplo: alcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas necesarias para la obtención de un determinado producto.

Cubilotes

Los cubilotes son hornos cilíndricos verticales compuestos de una envoltura de chapa de acero dulce de 5 a 10 mm de espesor, con un revestimiento interior de mampostería refractaria de unos 250 mm de espesor. El horno descansa sobre cuatro columnas metálicas denominadas pies de sostén del cubilote.

El fondo de los cubilotes modernos lleva que se abren después de las coladas, para vaciar todas las escorias acumuladas allí. En el frente y a nivel del fondo llevan los cubilotes un agujero denominado piqueta de colada, para la extracción del metal fundido. A este agujero va adosado un canal de chapa con revestimiento refractario, que conduce el metal en estado líquido a las cucharas de colada o al ante-crisol.

En la parte posterior del horno hay otro agujero para la extracción de las escorias, por lo que se denomina piqueta de escoria o escorial. La piqueta de escorias está en un plano más alto que la piqueta de colada. El volumen del metal fundido que puede contener el cubilote es el comprendido entre el plano horizontal que pasa por la piqueta de escorias y el fondo del cubilote, a cuyo nivel, como hemos dicho antes, está la piqueta de colada. Esta parte del cubilote se denomina crisol y su volumen está calculado para que pueda contener, como máximo, dos cargas metálicas fundidas.

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A unos 200 mm por encima del plano de la piqueta de escorias se encuentra el plano de toberas de entrada de aire, espaciadas unas de otras regularmente en la circunferencia del cubilote y en la cantidad aproximada de una por cada 15 cm del diámetro del horno. En general, el número de toberas oscila entre 4 y 8. Los cubilotes modernos llevan doble hilera de toberas con una caja especial de registro que permite enviar a una u otra hilera el aire. Así cuando se obtura alguna tobera, se envía el aire a las toberas de la otra hilera. Al quedarse sin viento la tobera se funde la escoria que la tapa y queda des-obturada automáticamente.

Inmediatamente por encima del plano de toberas está situada una caja de viento que rodea el cubilote y que recibe y distribuye a las toberas el aire necesario para la combustión, que es suministrado por un ventilador a una presión de 300 mm a 1000 mm de columna de agua y por fin, a unos 3,5 a 4,5 m por encima del plano de toberas se encuentra la plataforma y puerta de carga o tragante, por la que se introducen las cargas alternadas de metal y coque mezclado con el fundente, que generalmente es caliza (CaCO3).

Figura 4.11. Esquema de los componentes internos del cubilote.

Hornos de reverbero

Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición de piezas de grandes dimensiones, tanto de metales férreos como de metales no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio.

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Los hornos de reverbero son de poca altura y gran longitud. En uno de los extremos se encuentra el hogar donde se quema el combustible, y en el extremo opuesto la chimenea. Las llamas y productos de la combustión atraviesan el horno y son dirigidos, por la bóveda de forma adecuada hacia la solera del horno, donde está situada la carga del metal que se desea fundir. Esta carga se calienta, no solo por su o con las llamas y gases calientes sino también por el calor de radiación de la bóveda del horno de reverbero.

Aproximadamente, la superficie de la solera es unas tres veces mayor que la de la parrilla y sus dimensiones oscilan entre un ancho de 150 a 300 cm. y una longitud de 450 a 1500 cm. La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable y oscila entre los 45 kg a los 1000 kg que tienen los empleados para la fusión de metales no férreos, hasta las 80 toneladas métricas.

Figura 4.12. Diagrama de horno reverbero.

Figura 4.13. Esquema de los componentes internos del horno reverbero.

Hornos rotativos

Los hornos rotativos están formados por una envoltura cilíndrica de acero, de eje sensiblemente horizontal, que termina con dos troncos de cono, uno en cada extremo. En uno de los extremos está situado el quemador y en el otro la salida de los gases quemados, que generalmente pasan por un sistema de recuperación de calor para precalentar el aire de soplado antes de ser evacuados por la chimenea. Todo el interior del horno está revestido con un material refractario. El combustible puede ser gasoil o

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carbón pulverizado. Los hornos rotativos se emplean para fundir toda clase de metales y aleaciones.

Los hornos rotativos se han considerado como hornos de reverbero perfeccionados, ya que además de calentarse la carga por el o de las llamas y gases y por la radiación de a bóveda caliente, se calienta también por el o directo con la parte superior del horno, que al girar queda bajo la carga. Con esto se consigue un notable acortamiento del tiempo de fusión, pues se logra evitar el efecto aislante de la capa de escorias, que flota sobre el baño, que en los hornos de reverbero ordinarios dificulta el calentamiento de la masa del metal.

La capacidad de los hornos rotativos para la fusión de los metales varía ordinariamente entre los 50 kg y las 5 toneladas métricas. Aunque se han llegado a construir hornos para la fabricación del acero de hasta 100 toneladas métricas. Los hornos pequeños se hacen girar, y los hornos grandes mecánicamente.

Figura 4.14. Horno rotativo.

Hornos de crisoles

Los crisoles son recipientes de arcilla mezclada con grafito y otras substancias, provistos de tapa para cierre hermético, que una vez cargados y cerrados se caldean en los denominados hornos de crisoles, utilizando como combustible carbón o, más modernamente, gasoil. La fusión en crisoles es uno de los procedimientos más antiguos y sencillos para elaborar metales, y todavía se emplea, y probablemente se

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empleará siempre por la economía de su instalación sobre todo para fundir pequeñas cantidades.

Los hornos de crisoles clásicos eran de tipo de foso, y se colocaban en ellos los crisoles rodeados de carbón, a una distancia mínima de 10 cm de las paredes del horno. Pero los hornos de crisoles más modernos se construyen para el caldeo de un solo crisol, cuya parte superior sobresale del horno. Si los hornos son fijos se extrae el caldo con cuchara, pero también se construyen hornos de crisol basculantes. En los que la colada resulta más cómoda.

Hornos de eléctricos de arco

Los hornos eléctricos de arco están formados por una cuba de chapa de acero revestida de material refractario, provista de electrodos de grafito o de carbón amorfo. Los electrodos de carbón amorfo se forman en el mismo horno, llenando las camisas que llevan los porta-electrodos de una mezcla formada por antracita, cok metalúrgico, cok de petróleo y grafito amasados con alquitrán. Se emplean tres sistemas para producir el arco:

-El arco no pasa por el baño, sino que salta entre los electrodos (horno Stassano). Este es el tipo más antiguo y apenas se emplea. El único horno de este tipo que aún se utiliza es el basculante, cuyo balanceo reparte perfectamente el calor acumulado por el refractario, ya que toda la superficie de este es bañada por el caldo al oscilar el horno. Estos hornos son monofásicos. Su capacidad oscila entre 25 y 250 kg., y se emplean para fundir hierro y metales no férreos, como cobre, latones e incluso níquel. El tiempo de la operación dura de 30 a 60 minutos.

-El arco se cierra entre los electrodos y el baño, a través del cual pasa corriente (horno girod). Estos hornos tienen el inconveniente de que la solera debe ser conductora,

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generalmente construida con ladrillo de magnesita, y resulta frágil, por lo que han caído en desuso.

-El arco salta entre los electrodos por intermedio del baño (Horno Heroult). Son los hornos más empleados, y aunque se construyen monofásicos, generalmente son trifásicos. Con los tres electrodos verticales dispuestos en los vértices de un triángulo equilátero. La cuba es cilíndrica, revestida con un material ácido o básico, que reposa sobre ladrillos sillico-aluminosos ordinarios. La bóveda esta revestida de ladrillos de sílice, que resisten temperaturas de hasta 1600ºC, y es desplazable para facilitar la carga.

El cierre de estos hornos es hermético, logrando la estanqueidad de los orificios de paso, por medio de cilindros refrigerados por camisas de agua, que prolongan además la vida de los electrodos. Los hornos modernos trabajan a tensiones comprendidas entre los 125 y 500 voltios, obteniéndose dentro de cada tensión la regulación de la intensidad y, por tanto, de la potencia del horno, por el alejamiento o acercamiento de los electrodos al baño, lo que se realiza automáticamente.

Hornos de eléctricos de inducción

En los hornos eléctricos de inducción, el calor se genera por corrientes inducidas por una corriente alterna. Se distinguen tres clases de hornos de inducción:

Hornos de baja frecuencia

En estos hornos el calor se produce por el efecto joule de la corriente inducida en el metal que se trata de fundir, que actúa como arrollamiento secundario de un transformador. Los primeros modelos estaban formados por un crisol en forma de anillo que constituía la espira del secundario de un transformador, cuyo primario estaba conectado a la red.

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Pero en la actualidad los hornos de esta clase están formados por un crisol cuyo fondo está en comunicación con un conducto circular, que forma la espira secundaria del transformador de inducción. El metal contenido en el conducto es el que se funde, desplazándose su masa y comunicando el calor al resto del material.

Hornos de alta frecuencia

En los hornos de alta frecuencia el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas como parásitas, inducidas en el metal, que actúa como núcleo de un solenoide o arrollamiento primario. Estos hornos están formados por un crisol refractario que contiene el metal, rodeado de un arrollamiento de tubo de cobre por el que circula una corriente de alta frecuencia, que crea un campo magnético variable, calentándose la masa de metal contenida en el crisol por las corrientes de Foucault inducidas por el campo magnético.

En general las frecuencias de las corrientes eléctricas para la alimentación de este tipo de hornos, varia de 300 a 30000 ciclos por segundo, producidas por osciladores de tubos catódicos. La potencia del horno y por tanto, la temperatura, se regula variando la frecuencia.

Los hornos eléctricos de alta frecuencia tienen la ventaja de que en ellos puede fundirse cualquier metal o aleación en las condiciones más rigurosas, en atmósferas especiales o al vacío, ya que los hornos pueden trabajar herméticamente cerrados.

Hornos electrónicos

En los hornos electrónicos el calor se produce por la vibración molecular del cuerpo que se trata de calentar cuando es sometido a un fuerte campo de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia (frecuencias de radio). Estos hornos también denominados de perdidas dieléctricas, se emplean para aplicaciones para las que sus

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cualidades especificas los hagan muy superiores, desde el punto de vista técnico, a los demás hornos, compensando así el mayor coste de la fusión.

Hornos de eléctricos de resistencia

En los hornos eléctricos de resistencia, el calor está producido por el efecto Joule al circular una corriente eléctrica por una resistencia. Se fabrican dos clases de hornos de este tipo para fusión de metales, que son los siguientes:

Hornos eléctricos de crisol

Estos hornos están formados por un crisol rodeado por cintas o varillas de aleaciones de níquel-cromo de alta resistividad que se calienta fuertemente al circular por ellas la corriente eléctrica.

Hornos eléctricos de reverbero

Se construyen actualmente dos clases de hornos, de resistencia metálica y de resistencia de grafito. En los hornos eléctricos de resistencia metálica, se produce el calor al circular la corriente eléctrica por resistencias de aleación níquel-cromo de gran sección, alojadas en la bóveda del horno. Estos hornos se utilizan exclusivamente para aleaciones cuya temperatura de fusión sea inferior a 1000ºC.

Los hornos eléctricos de resistencia de grafito, están formados por una envuelta cilíndrica, por cuyo eje horizontal, pasa una barra de grafito, que se calienta al circular por ella la corriente eléctrica. Estos hornos son oscilantes, lo que permite bañar con el metal liquido todo el revestimiento refractario y aprovechar así, directamente, el calor acumulado por este.

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TRATAMIENTOS TERMICOS Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad.

Temple

El temple se utiliza para obtener un tipo de aceros de alta dureza llamado martensita. Se trata de elevar la temperatura del acero hasta una temperatura cercana a 1000 ºC y posteriormente someterlo a enfriamientos rápidos o bruscos y continuos en agua, aceite o aire.

La capacidad de un acero para transformarse en martensita durante el temple depende de la composición química del acero y se denomina templabilidad. Al obtener aceros martensíticos, en realidad, se pretende aumentar la dureza. El problema es que el acero resultante será muy frágil y poco dúctil, porque existen altas tensiones internas.

Pasos para el temple.

A. Calentamiento del metal.- Se realiza en horno, siendo lento al hasta los 500ºC y rápido hasta la temperatura de temple, por encima de A3 si el acero es hipoeutectoide, y por encima de A1si el acero es eutectoide o hipereutectoide. B. Homogeneización de la temperatura.- Se mantiene a la temperatura de temple durante un determinado tiempo a la pieza para que se homogenice en todo el volumen de la pieza a templar. Este tiempo se estima experimentalmente para cada pieza, aunque se puede calcular aproximadamente.

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C. Enfriamiento rápido.- Se saca la pieza del horno y se enfría el material en un fluido denominado medio de temple a una velocidad superior a la crítica de temple con objeto de obtener una estructura martensítica, y así mejorar la dureza y resistencia del acero.

Figura 4.15. Temple realizado con aceite.

Medios del temple:  Agua: es el medio más económico y antiguo. Se consiguen buenos temples con aceros al carbono. Las piezas se agitan dentro del agua para eliminar las burbujas de gas.  Aceite: enfría más lentamente que el agua.  Aire: se enfrían las piezas con corrientes de aire. Se utiliza para los denominadas aceros rápidos.

Revenido

El revenido es el tratamiento térmico que sigue al temple. Recuerda que un acero templado es aquel que tiene una dureza muy alta (llamado martensita), pero tiene el inconveniente de ser frágil y poco porque tiene tensiones internas.

El revenido consiste en calentar la pieza templada hasta cierta temperatura, para reducir las tensiones internas que tiene el acero martensítico (de alta dureza). De esto

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modo, evitamos que el acero sea frágil, sacrificando un poco la dureza. La velocidad de enfriamiento es, por lo general, rápida.

Figura 4.16. Revenido en una industria creadora de láminas.

Recocido

El recocido es un tratamiento térmico de cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales.

El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva.

Figura 4.17. Proceso del recocido realizado en un alambre de acero.

Figura 4.18. Alambre recocido muy usado en construcción.

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El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente. Mediante la combinación de varios trabajos en frío y varios recocidos se pueden llegar a obtener grandes deformaciones en metales que, de otra forma, no podríamos conseguir.

Normalizado

Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por el material tras una conformación mecánica, tales como una forja o laminación para conferir al acero unas propiedades que se consideran normales de su composición.

El normalizado se practica calentando rápidamente el material hasta una temperatura crítica y se mantiene en ella durante un tiempo. A partir de ese momento, su estructura interna se vuelve más uniforme y aumenta la tenacidad del acero.

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PRÁCTICA DE LABORTATORIO Lugar: “Laboratorios K y S” del Instituto Tecnológico de Toluca.

Materiales  Esmeril.  Trozo de colle rolle de 12 cm de 1 cm2 de grosor.  Buril de acero rápido de 3/8” de grosor.  Barra de 30 cm x ∅2” de acero ANSI 4140.  Broca para centros de 3/8”.

Referencia de Máquinas y Herramientas utilizadas

Buril

El buril es una herramienta de corte formada por una barra de acero templado terminada en una punta que sirve fundamentalmente para cortar, marcar, ranurar o desbastar material en frío mediante el proceso de arranque de viruta.

Torno

Es una máquina herramienta utilizada para la fabricación de piezas con partes en forma de cilindros, conos y helicoides. conjunto de máquinas y herramientas que permiten mecanizar, roscar, cortar, trapeciar, agujerear, cilindrar, desbastar y ranurar piezas de forma geométrica por revolución. Estas máquinas-herramienta operan haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o también llamado chuck fijada entre los puntos de centraje) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza,

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cortando

la viruta de

acuerdo

con

las

condiciones

tecnológicas

de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la Revolución industrial, el torno se ha convertido en una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado.

Figura 4.19. Torno paralelo.

Partes del torno:

 Bancada: es su estructura y suele ser un gran cuerpo de fundición, sirve de soporte.  Eje principal y plato: sobre este eje se coloca la pieza para que gire. En un extremo lleva un eje terminado en punta que es móvil, llamado contrapunto, para sujetar la pieza por un punto, en el otro extremo se sujeta la pieza con un plato.  El plato se puede cambiar mediante el husillo. El torno dispone de varios platos para la sujeción de la pieza a mecanizar y que la hará girar en torno a un eje. La pieza queda sujeta por un extremo por el plato y por el otro por la punta del contrapunto. La pieza se coloca en el plato y se mueve el contrapunto hasta que apriete la pieza. El movimiento de corte y de la pieza lineales se hacen mediante los carros.  Carro Portaherramientas: son los carros que permiten desplazar la herramienta de corte.

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 Carro Longitudinal o Principal: este se mueve a lo largo de la bancada o sea hacia la izquierda o a la derecha. Produce el movimiento de avance de la pieza, desplazándose en forma manual o automática paralelamente al eje del torno.  Carro Transversal: se mueve hacia adelante o hacia atrás perpendicular al carro principal. Es utilizado para dar la profundidad. Se mueve perpendicularmente al eje del torno en forma manual, girando la manivela de avance transversal o embragando la palanca de avance transversal automático. Sobre este carro está montado el carro orientable.  Carro Auxiliar o Portaherramienta: es una base giratoria a 360° y sirve principalmente para hacer conicidades o penetrar la herramienta con cierto ángulo. El carro auxiliar sólo puede moverse manualmente girando la manivela de tornillo para su avance.  El buril o herramienta cortante se sujeta en la torreta portaherramientas que está situada sobre el carro auxiliar. La Torreta Portaherramientas, ubicada sobre el carro auxiliar permite montar varias herramientas en la misma operación de torneado y girarla para determinar el ángulo de incidencia en el material.Todo el conjunto de los carros, se apoya en una caja de fundición llamada delantal o carro porta-herramientas, que tiene por finalidad contener en su interior los dispositivos que le transmiten los movimientos a los carros.  Caja Norton: sirve para ajustar las revoluciones de las velocidades mediante unas palancas que accionan un conjunto de engranajes que se encuentran en el interior de la caja.

Figura 4.20. Torno paralelo.

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Proceso de afiliación del buril

Afilado buril (practica colle rolle).

1. Se pidió en el edificio “K” un esmeril de piedra abrasiva natural para afilar un pedazo de colle rolle (parte que afila una pieza en un torno). 2. Se encendió el esmeril y se posiciono el colle rolle con una de sus caras de menor área contra el esmeril para desbastar y hacer llegar a un ángulo de 15°. 3. Después de conseguir el ángulo de 15 ° se prosigue a desbastar de los lados perpendicularmente a la inclinación antes dada desde el centro de uno de los lados con una inclinación de 30° contra la otra cara adyacente intentando conseguir una punta con un ángulo de 60° en total combinando ambos lados. 4. Continuar con el desbaste hasta conseguir el filo deseado de 60° y posteriormente hacer un desbaste por encima de la punta conseguida con un ángulo de (5-10) ° para conseguir una forma de cuña, la cual permitirá romper la viruta que salga en exceso por corte. (evitar virutas largas)

Figura 4.21. Medida de ángulo de ataque.

Figura 4.22. Buril ya afilado con los 15° y 60°.

Proceso del Maquinado de pieza Ya teniendo el buril afilado, requerimos del uso de un torno para poder mecanizar nuestra barra de acero 4140.  Se pidió al encargado del taller un torno con su respectivo kit.  Se montó la pieza al Chuck y se apretaron las mordazas para sujetarla.

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 Se montó el contrapunto para tomarse como referencia para el centrado de la punta del buril.  Se montó el buril en la torreta con sentido perpendicular a la pieza.  Se corroboró que la bandada en el eje y se desplazará más allá del centro de la pieza.  Se calzo y comparo contra el centro del contrapunto en un eje imaginario Z para que quedará centrado el filo del buril contra el centro de la pieza.  Se retiró el contra punto y se terminó de apretar el buril.  Después se prosiguió a aproximar el buril a la pieza transversalmente para hacer un careado lateral sin tocar la pieza aún.  Se indicó con las palancas de cambios las revoluciones y el avance en automático de la máquina.  Se hecho andar y se corroboró el giro del husillo se comenzó a aproximar el buril a la cara del material.  Se realizó un careado completo en la primera superficie.  Se volteo la pieza y se realizó la misma acción de nuevo.  Después se montó la broca de centros donde se había posicionado el contra punto y se aproximó a la pieza, se arrancó y se corroboró el giro del husillo para después introducir la broca con el contra punto.  Se realizaron los barrenos correspondientes en el centro de cada careado con una profundidad menor a la de donde termina el ángulo de la broca.  Después de estipular los careados y los barrenos se midió la pieza con un pie de rey se dividió en 3 partes iguales.  Se volvió a montar la pieza con una sujeción de longitud con las mordazas menor a 1/3 de la pieza y se afianzo con el contrapunto. Se aproximó la punta del buril y se le dio revoluciones al Chuck.  Se realizó el desbaste y el acabado de 1,9 plgs del primer diámetro a poco más de 2/3 de la longitud de la pieza.  Después se indicó con el vernier la distancia de 1/3 de la longitud a partir de la cara visible y se hizo el desbaste de 1,770 y acabado de 1,750 plgs.

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 Se detuvo el maquinado para voltear la pieza y se posiciono la pieza para una sujeción a 1/3 de la pieza indicada del otro extremo, se afianzo de nuevo con el contra punto y se prosiguió a maquinar el diámetro de 1,750 del otro lado haciendo desbastes primero.  Después de conseguir los diámetros adecuados, se giró la torreta 15° en sentido horario para obtener un ángulo de 45° respectivamente con la suma de la mitad de lo que tenía el buril. Se aproximó a la cara y al diámetro.  Se marcaron 3 milímetros de distancia para el chaflán y le dio revoluciones al Chuck se fue introduciendo cuidadosamente el filo del buril hasta conseguir los 3 milímetros x 45°; se repitió la acción con la otra cara.

Figura 4.23. Aproximación para el ángulo de 45 °.

Proceso de Temple  Primeramente y después de terminar el maquinado de la pieza se realizó la lectura de dureza con un durómetro HV obteniendo una lectura de 44 pascales más 30 que se adicionan se obtuvo 74 pascales en varios puntos de la pieza.

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Figura 4.24. Fotografía de medición de dureza.

 Se llevó al horno la pieza, se colocaron varias piezas ya maquinadas y se encendió a las 7:45 am. Desde ese momento se comenzó a monitorear el incremento de temperatura que podrían tener en un lapso de tiempo de cada 10 min.  Se esperaba que se pudiese calentar en el horno a un aproximado de entre (830-850)°C por especificaciones de enfriamiento en aceite del acero 4140.

Figura 4.25. Tabla de referencia para la temperatura ideal para enfriar con distintas sustancias.

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Figura 4.26. Mediciones con lapsos de diez minutos.

 A consecuencia que la temperatura tomada con los indicadores de los hornos aparentaba ser errónea se detuvo el proceso en 545°C.

Figura 4.27. Piezas al rojo vivo después de haber estado 4 horas 50 min. en los hornos.

 Se retiraron las piezas del horno y se enfriaron con aceite.

Figura  4.28. Retiro de las piezas del horno

Figura 4.29. Enfriamiento con aceite de la pieza horneada.

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Después de sacar y enfriar las piezas se volvió a utilizar los tornos para lijar la mayor parte de la superficie dañada de la pieza y poder hacer las pruebas de dureza correspondientes.  Se midió de nuevamente la dureza de la pieza en la misma cantidad de puntos que la primera vez.

Figura 4.30. Lijado de la superficie con el torno.

Figura 4.31. nuevamente.

Medición

de

dureza

Tabla comparativa Antes y Después del templete Antes del templete (dureza)

Después del templete (dureza)

74

76

74

78

74

80

Como era de esperarse si se obtuvo una diferencia respecto a su dureza haciéndose más dura la pieza (posiblemente por el tiempo que se tuvo en el horno ya que fue la última en sacar).

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Hornos de eléctricos de inducción…………………………………………….15 Hornos de baja frecuencia…………………………………………………15-16 Hornos de alta frecuencia………………………………………………………16 Hornos electrónicos…………………………………………………………16-17 Hornos de eléctricos de resistencia…………………………………………..17 Hornos eléctricos de crisol……………………………………………………..17 Hornos eléctricos de reverbero………………………………………………..17 TIPOS DE DUROMETROS Templete……………………………………………………………………..18-19 Revenido……………………………………………………………………..19-20 Recocido……………………………………………………………………..20-21 Normalizado……………………………………………………………………..21 PRACTICA DE LABORATORIO Referencia de máquinas y Herramientas utilizadas…………………….22-24 Proceso de afiliación del buril………………………………………………. ..25 Proceso del Maquinado de pieza………………………………………....25-27 Proceso del temple………………………………………………………….27-30 Tabla de comparaciones……………………………………………………….30

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 4.1. Escala de durezas Shore A y D para distintas aplicaciones…….2 Figura 4.2. Figura de durómetro Shore….................…………………………2 Figura 4.3. Figura de durómetro Rockwell………………………………….....3 Figura 4.4. Dimensiones del penetrador Brinell y fórmula para calcular el número de dureza HB………………………………………………………………...4 Figura 4.5. Dimensiones del penetrador Knoop número de dureza HK……5 Figura 4.6. Durómetro portátil Leeb……………………………………………6 Figura 4.7. Otro tipo de Durómetro Leeb………………………………………6 Figura 4.8. Muestra del ensayo de dureza Brinell…………………………….7 Figura 4.9. Muestra del ensayo de dureza Rockwell…………………………8 Figura 4.10. Muestra del ensayo de dureza Rockwell superficial……………8 Figura 4.11. Esquema de los componentes internos del cubilote…………11 Figura 4.12. Diagrama de horno reverbero………………………………….12 Figura 4.13. Esquema de los componentes internos del horno reverbero..12 Figura 4.14. Horno rotativo…………………………………………………….13 Figura 4.15. Temple realizado con aceite……………………………………19 Figura 4.16. Revenido en una industria creadora de láminas………………20 Figura 4.17. Proceso del recocido realizado en un alambre de acero…….20 Figura 4.18. Alambre recocido muy usado en construcción……………….20 Figura 4.19. Torno paralelo…………………………………………………....23 Figura 4.20. Torno paralelo……………………………………………………24 Figura 4.21. Medida de ángulo de ataque……………………………………25 Figura 4.22. Buril ya afilado con los 15° y 60°………………………………25 Figura 4.23. Aproximación para el ángulo de 45 °…………………………27 Figura 4.24. Fotografía de medición de dureza…………………………….28 Figura 4.25. Tabla de referencia para la temperatura ideal para enfriar con distintas sustancias………………….……………………………………………...28

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Figura 4.26. Mediciones con lapsos de diez minutos……………………….29 Figura 4.27. Piezas al rojo vivo después de haber estado 4 horas 50 min. en los hornos……………………………………….………………………………..29 Figura 4.28. Retiro de las piezas del horno…………………………………29 Figura 4.29. Enfriamiento con aceite de la pieza horneada……………….29 Figura 4.30. Lijado de la superficie con el torno…………………………….30 Figura 4.31. Medición de dureza nuevamente………………………………30

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