Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Asignatura: Laboratorio de Metalurgia de Aleaciones Coladas Base

Aluminio

Profesor: Escobar Mejía Luis Darío

Reporte de Laboratorio: Práctica Núm.2

“Características micro-macrostructurales de piezas de aluminio obtenidas por diferentes procesos de fundición”

Alumno: Escalante Flores Miguel Angel

Núm. De Cuenta: 30606324-0

PRÁCTICA 2

Características micro-macrostructurales de piezas de aluminio obtenidas por diferentes procesos de fundición.

Objetivo

Que el alumno:Identifique las características macro y microestructurales de piezas comerciales obtenidas por diferentes procesos de fundición (tamaño de grano, presencia de macroporosidad, etc.)Identifique el proceso mediante el cual fue fabricada la pieza en base a su acabado superficial, tamaño de grano, espaciamiento interdendrítico y tamaño de las fases precipitadas.

Desarrollo

Determinar la composición química de la pieza proporcionada en el laboratorio o conseguida por el alumno mediante Espectrometría de Emisión Atómica (AES).Comparar la composición química contra normas e identificar de qué aleación se trata de acuerdo a la nomenclatura de la AAA (American Aluminum Association)Preparación metalográfica de la pieza proporcionada por el profesor o conseguida por el alumno.

Análisis metalográfico:

Microestructuraa) Corte, preparación metalográfica, ataque y observación al microscopio.b) Identificar las fases principales (microestructura), apoyándose en la composición de la

piezac) Evaluar las características microestructurales (el espaciamiento interdendrítico, tamaño

de las fases, etc.).d) Identificar la presencia de defectos a nivel microestructurales (inclusiones, poros,

microrechupes, etc.)Macroestructuraa) Corte y preparación de la muestra para macroataque.b) Determinar tamaño, forma y orientación del grano.

Resultados.

Para el análisis de la pieza (pistón), se llevó acabo la preparación metalográfica de la pieza, llevando el desbaste hasta una lija 800, para proseguir con un pulido donde se empleó alúmina 0.1micras.

La siguiente imagen es la microestructura de la pieza que fue tomada a 100x. Más adelante se hará el análisis más detallado de la fotografía.

La composición química de la pieza conseguida por el alumno mediante Espectrometría de Emisión Atómica (AES), da como resultado la siguiente composición química promedio.

De primera instancia, se podía determinar que era una aleación de la serie 3XX, debido a que sus principales elementos aleantes son el Si y el Cu. Al buscar en la bibliografía, se determinó que la composición química del pistón es la correspondiente a la (SAE)332.

La siguiente es una imagen obtenida de una base de datos en línea, donde cabe mencionar que en la sección de aplicaciones se menciona el uso de esta aleación para pistones.

http://search.totalmateria.com/MaterialDetails/MaterialDetail?vkKey=3246605&keyNum=1&type=2&hs=0

Para mayor facilidad se muestra una tabla comparativa de las composiciones químicas.

 Elemento %Si %Fe %Cu %Mn %Mg %Zn %Ni %Ti

Pistón 10.1 1.063 2.389 0.2097 0.824 0.4968 0.4684 0.0399

332 (SAE) 8.5-10.5

1.2 máx.

02-abr 0.5max 0.5-1.5 1 máx. 0.5 máx.

0.25

Durante la investigación se encontró que esta aleación suele tener un tratamiento térmico de precipitación y producirse en un molde permanente.

Temple de precipitación: Se aplica principalmente a algunas aleaciones de Al, Mg y Cu. Estas se denominan así porque el endurecimiento se produce por la precipitación de un compuesto químico o solución sólida. Mientras que en el temple anterior el endurecimiento era instantáneo, en el temple de precipitación la aleación va endureciéndose después del enfriamiento de forma progresiva. Muchas veces, es necesario acelerar el endurecimiento por calentamiento. Este comportamiento distinto se debe a que el constituyente obtenido al final del enfriamiento es el mismo que se había obtenido en el calentamiento, ya que no se ha tenido tiempo para que se realice la transformación debido a una velocidad de enfriamiento alta. Es después del enfriamiento cuando la aleación se va endureciendo por la precipitación progresiva del compuesto.

La causa del endurecimiento por temple de precipitación estriba en que las partículas finas de precipitado constituyen obstáculos que se oponen al movimiento de dislocaciones.

Análisis de la imagen tomada de la pieza, donde a primera instancia, se observa una homogeneidad en la micro estructura en toda la pieza, donde principalmente encontramos una gran cantidad de dendritas muy pequeñas y de diversas geometrías, pero que en conjunto se ven uniformemente distribuidas.

Al ser una composición compleja en cuanto al número de elementos aleantes, se pueden encontrar una gran cantidad de micro constituyentes, los cuales se encuentran en la siguiente tabla.

Si bien el tratamiento térmico también puede evitar la formación de algunos micro constituyentes, dejando a los elementos perfectamente disuelto en aluminio y produciendo estas pequeñas dendritas al momento de elevar su temperatura y realizar el templado.

Para poder definir los microconstituyentes, se debería hacer una inspección minuciosa y con altos aumentos.

El pistón es de una aleación 332 (SAE) que por la metalografía, se ve que ha sido sometido a un tratamiento térmico, lo cual ha producido la microestructura que vemos y podríamos decir que esta pieza cumplía las normas, por lo menos en respecto a la composición

química. Que igual se tendría que corroborar que las propiedades mecánicas también las cumpliera.

Actividades

1. ¿Por qué es importante la metalografía en la caracterización de piezas coladas de aluminio?

Porque la microestructura está directamente relacionada con las propiedades mecánicas de un material. Así que a partir de la microestructura se puede medianamente predecir qué tipo de aplicación o necesidad cumplía una pieza así como su forma de ser obtenida. Por citar un ejemplo, una pieza con granos pequeños y deformados, se podría decir que requería de una alta dureza y que posiblemente se produjo por laminación o estrucción.

A su vez, al observar la metalografía, se puede saber si una pieza se ha obtenido mediante una fundición o bien de un proceso metalmecánico, así también como poder determinar si ha tenido un proceso durante su producción, como es el caso de la refinación o un post tratamiento, que sería el caso de los tratamientos térmicos.

2. ¿Por qué es importante conocer el proceso de manufactura y la composición química de la pieza?

Para el ámbito del reciclado del aluminio, es importante que este se encuentre perfectamente diferenciado, ya que las distintas aleaciones formadas en base Aluminio tienen una composición química distinta y conociendo su procedencia se puede evitar añadir elementos no deseados al nuevo material a crear.

También se puede emplear en el análisis de piezas que hayan fallado durante su funcionamiento, al no cumplir con una cierta composición química, las propiedades mecánicas pueden cambiar provocando la falla.

3. En un cuadro enliste las principales diferencias micro y macroestructurales entre dos piezas analizadas y fabricadas por diferente proceso de fundición.

4. ¿Qué efecto tiene la estructura en las propiedades mecánicas de las piezas fundidas de aluminio?

Todas las propiedades mecánicas tienen una relación con la estructura que presente la pieza, es por ello que todos los tratamientos del metal líquido, adición de elementos aleantes, velocidades de enfriamiento, tratamiento térmico o cualquier proceso de conformado, busca la modificación estructural de la pieza para que mecánicamente puede satisfacer una necesidad.

5. Cite el modelo de Flemings que relaciona la dependencia entre el espaciamiento interdendrítico con la velocidad de enfriamiento. Reporte modelos específicos para aluminio y sus aleaciones. (importante poner la referencia de consulta)

6. ¿Porque las piezas coladas presentan porosidad?

Las porosidades normalmente se producen por hidrogeno que se haya solubilizado en el aluminio, aunque generalmente se le denomina atrapamiento de gases, que al momento de solidificar el aluminio, estos dejan la porosidad.

Para evitar este tipo de porosidades se realiza un tratamiento de desgasificación.

7. ¿Porque las piezas coladas presentan inclusiones?

Las inclusiones, suelen presentarse cuando no hay un adecuado preparado del molde, cuando son de arena, también cuando no se realiza una buena escorificación, ya que esto provoca que estas impurezas sean arrastradas por el metal líquido, quedando en la estructura y se denominan inclusiones.

8. ¿Porque se presentan los microrechupes en las piezas coladas?

Los microrechupes son ocasionados por la contracción del mismo material, normalmente se identifica a un microrechupe de una porosidad debido a que este se encuentra en el espacio interdendritico, además de que no suele presentar una forma casi esférica como los poros producidos por gases.

9. Mediante que procedimientos se puede cambiar la forma de las fases de una aleación, explíquelos.

Muchos cambios delas fases se pueden modificar mediante algún elemento aleante que favorezca o desestabilice una fase. También puede existir un tratamiento térmico o simple velocidad de enfriamiento, que puede llevar fases estables a alta temperatura para que estas se presenten en condiciones de temperatura ambientales.

10. Mediante que procedimientos se puede controlar el tamaño de grano en piezas de fundición base aluminio, explíquelos.

Velocidad de Enfriamiento: Una alta velocidad de enfriamiento, siempre impide que los procesos difusivos se lleven a cabo, lo cual impide el ordenamiento y crecimiento de los granos.

Agentes Refinadores: Estos agentes suelen añadirse cuando el metal aún se encuentra en fase líquida y fungen como centros de nucleación, al existir un mayor número de centros de nucleación, estos deberán disminuir de tamaño.

Bibliografia

http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19990019483.pdfhttp://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/6045/07Mtbp07de29.pdf?sequence=7https://es.scribd.com/doc/60365029/Unidad-10-Aleaciones-No-Ferrosashttp://pirhua.udep.edu.pe/bitstream/handle/123456789/1726/IME_163.pdf?sequence=1