METALES FERROSOS
ACEROS
ACEROS ALEADOS
Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales. También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superiores suelen ser generalmente los siguientes: Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% y S=0.100%.
Los elementos de aleación que más frecuentemente suelen utilizarse para la fabricación de aceros aleados son: níquel, manganeso, cromo, vanadio, wolframio, molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, circonio, plomo, Selenio, aluminio, boro y Niobio.
La influencia que ejercen esos elementos es muy variada, y, empleados en proporciones convenientes, se obtienen aceros con ciertas características que, en cambio, no se pueden alcanzar con los aceros ordinarios al carbono.
Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran espesor, con resistencias muy elevadas en el interior de las mismas. En elementos de máquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad. Es posible fabricar mecanismos que mantengan elevadas resistencias, aún a altas temperaturas. Hay aceros inoxidables que sirven para fabricar elementos decorativos, piezas de maquinas y herramientas, que resisten perfectamente a la acción de los agentes corrosivos. Es posible preparar troqueles de formas muy complicadas que no se deformen ni agrieten en el temple, etc.
La tendencia que tienen ciertos elementos a disolverse en la ferrita o formar soluciones sólidas con el hierro alfa, y la tendencia que en cambio tienen otros a formar carburos.
la influencia de los elementos de aleación en los diagramas de equilibrio de los aceros (Elevación o descenso de las temperaturas críticas de los diagramas de equilibrio y las temperaturas Ac y Ar correspondientes a calentamientos y enfriamientos relativamente lentos, modificaciones en el contenido de carbono del acero eutectoide, Tendencia a ensanchar o disminuir los campos austeníticos o ferríticos correspondientes a los diagramas de equilibrio, y otras influencias también relacionadas con el diagrama hierro-carbono, como la tendencia a grafitizar el carbono, a modificar el tamaño del grano, etc
La influencia de los elementos aleados sobre la templabilidad.
La influencia que tienen en retardar el ablandamiento que se produce en el revenido.
Existen otras influencias diversas, como mejoras en la resistencia a la corrosión, resistencia al calor, resistencia a la abrasión, etc., las cuales se deben directa o indirectamente a alguna de las variaciones o fenómenos citados anteriormente.
Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización
Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:
Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros de muelles
Aceros indeformables
Aceros de construcción:
Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros para muelles
Aceros de nitruracion
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para imanes
Aceros para chapa magnetica
Aceros inoxidables y resistentes al calor
Aceros de herramientas:
Aceros rápidos
Aceros de corte no rápidos
Aceros indeformables
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para trabajos de choque
Aceros inoxidables y resistentes al calor.
En esta tabla se señalan los aceros aleados de uso más corriente clasificados en tres grupos. Se señalan los dos grupos clásicos de aceros de construcción y de herramientas, y además otro grupo en el que se destaca la importancia de la templabilidad, y en el que se incluyen los aceros de gran resistencia, muelles cementación, etc., que aun perteneciendo a los otros dos grupos, interesa destacar por separado por la gran importancia que en ellos tiene la templabilidad.
NOMENCLATURA DE LOS ACEROS SISTEMA S.A.E - A.I.S.I
Como la microestructura del acero determina la mayoría de sus propiedades y aquella está determinada por el tratamiento y la composición química; uno de los sistemas más generalizados en la nomenclatura de los aceros es el que está basado en su composición química.
En el sistema S.A.E. - A.I.S.I, los aceros se clasifican con cuatro dígitos XXXX. Los primeros dos números se refieren a los dos elementos de aleación mas importantes y los dos o tres últimos dígitos dan la cantidad de carbono presente en la aleación. Un acero 1040 AISI es un acero con 0.4%C; un acero 4340 AISI, es un acero aleado que contiene o.4%C, el 43 indica la presencia de otros elementos aleantes.
Las convenciones para el primer dígito son:
1 - MANGANESO
2 - NIQUEL
3 - NIQUEL-CROMO, principal aleante el cromo
4 - MOLIBDENO
5 - CROMO
6 - CROMO-VANADIO, principal aleante el cromo
8 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el molibdeno
9 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el níquel.
No hay aceros numerados 7xxx porque estos aceros resistentes al calor
prácticamente no se fabrican.
Se observa entonces que si el primer número es 1 se sabe que es un acero al carbono; si el dígito siguiente es el 0, o sea que la designación es 10xx, se trata de un acero ordinario al carbono.
Influencia de los elementos de aleación en las propiedades de los aceros
- Níquel
Una de las ventajas más grandes que reporta el empleo del níquel, es evitar el crecimiento del grano en los tratamientos térmicos, lo que sirve para producir en ellos gran tenacidad. El níquel además hace descender los puntos críticos y por ello los tratamientos pueden hacerse a temperaturas ligeramente más bajas que la que corresponde a los aceros ordinarios. Experimentalmente se observa que con los aceros aleados con níquel se obtiene para una misma dureza, un limite de elasticidad ligeramente más elevado y mayores alargamientos y resistencias que con los aceros al carbono o de baja aleación. En la actualidad se ha restringido mucho su empleo, pero sigue siendo un elemento de aleación indiscutible para los aceros de construcción empleados en la fabricación de piezas para maquinas y motores de gran responsabilidad, se destacan sobre todo en los aceros cromo-níquel y cromo-níquel-molibdeno.
El níquel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas, en los que además de cromo se emplean porcentajes de níquel variables de 8 a 20%.
Los aceros al níquel más utilizados son los siguientes:
a) Aceros al níquel con 2, 3 y 5%. Con 0.10 a 0.25% de carbono se utilizan para cementación, y con 0.25 a 0.40% de carbono para piezas de gran resistencia.
b) Aceros cromo-níquel-molibdeno con porcentajes de níquel variables desde 1 a 5%; con bajos porcentajes de carbono (0.10 a 0.22%) se emplean para cementación y con porcentajes de 0.25 a 0.40% de carbono se emplean para piezas de gran resistencia. En estos aceros los porcentajes de estos elementos aleados suelen estar en relación aproximada de 1% de cromo y 3% de níquel.
c) Aceros de media aleación níquel-molibdeno y níquel-manganeso. Se suelen emplear para piezas de gran resistencia y para piezas cementadas con porcentajes de carbono variables de 0.25 a 0.40% en el primer caso y de 0.10 a 0.25% en el segundo, variando el contenido en níquel de 1 a 2%, el de manganeso de 1 a 1.5% y el molibdeno de 0.15 a 0.40%.
d) Aceros inoxidables y resistentes al calor cromo-níqueles, con 8 a 25% de níquel que son de estructura austenitica.
e) Otros aceros de menor importancia son los aceros cromo-níqueles para estampación en caliente y para herramientas.
Cromo
Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0.30 a 30, según los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.
Los aceros con cromo de mayor utilidad son:
a) Aceros de construcción, de gran resistencia mecánica de 0.50 a 1.50% de cromo y 0.30 a 0.45% de carbono, aleados según los casos, con níquel y molibdeno para piezas de gran espesor , con resistencias variables de 70 a 150 Kg/mm2.
b) Aceros de cementación con 0.50 a 1.50% de cromo y 0.10 a 0.25% de carbono , aleados con níquel y molibdeno.
c) Aceros de nitruracion cromo-aluminio-molibdeno.
d) Aceros para muelles cromo-vanadio y cromo-silicio.
e) Aceros de herramientas con 0.30 a 1.50% de cromo y 0.070 a 1.50% de carbono. En ellos el cromo mejora la penetración de temple, la resistencia al desgaste, permite el temple en aceite y evita deformaciones y grietas.
f) Aceros indeformables con 5 a 12% de cromo.
g) Aceros rápidos y de trabajos en caliente.
h) Aceros inoxidables martensiticos con 12 y 17% de cromo, aceros austeniticos con 14 a 25% de cromo en cantidades de níquel variables de 8 a 25% y aceros inoxidables con 27% de cromo.
El cromo se disuelve en la ferrita y muestra una fuerte tendencia a formar carburos de cromo y carburos complejos.
Molibdeno
Mejora notablemente la resistencia a la tracción, la templabilidad y la resistencia al creep de los aceros. Añadiendo solo pequeñas cantidades de molibdeno a los aceros cromo-níqueles, se disminuye o elimina casi completamente la fragilidad Krupp, que se presenta cuando estos aceros son revenidos en la zona de 450º a 550º.
El molibdeno a aumenta también la resistencia de los aceros en caliente y reemplaza al wolframio en la fabricación de los aceros rápidos, pudiéndose emplear para las mismas aplicaciones aproximadamente una parte de molibdeno por cada dos de wolframio.
El molibdeno se disuelve en la ferrita, pero tiene una fuerte tendencia a formar carburos. Es un potente estabilizador de los carburos complejos y tiende a retarde el ablandamiento de los aceros, durante el revenido.
Los aceros de molibdeno más utilizados son:
a) Aceros de manganeso-molibdeno, cromo-molibdeno y cromo-níquel-molibdeno de bajo contenido de carbono para cementación, y de 0.15 a 0.40% de carbono para piezas de gran resistencia.
b) Aceros rápidos con 6 a 10% de molibdeno; son de utilización relativamente parecida a los aceros rápidos al wolframio, pero en ellos el wolframio es sustituido por el molibdeno.
c) Aceros de 0.50 a 6% de molibdeno que se emplean principalmente para construcciones metálicas, tuberías e instalaciones en refinerías de petróleo, en las que llegan a calentasen de 100º a 300º y deben resistir bien el efecto de esos calentamientos relativamente moderados.
Wolframio (tungsteno)
Es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros de herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte y aceros para trabajos en caliente. Sirve para mantener la dureza de los aceros a elevada temperatura y evitan que se desafilen o ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500º o 600º. También se usa para la fabricación de aceros para imanes.
El wolframio se disuelve ligeramente en la ferrita y tiene una gran tendencia a formar carburos. Los carburos de wolframio tienen gran estabilidad.
Los aceros más utilizados de wolframio son:
a) Los aceros rápidos con 18% de wolframio y cantidades variables de cromo, vanadio y molibdeno y 0.701% aproximadamente de carbono.
b) Aceros para trabajos en caliente con 9 a 15% de wolframio y 0.30 a 0.40% de carbono. Para algunos usos de menos responsabilidad se emplean aceros de más baja aleación con 1 a 5% de wolframio.
c) Aceros para la fabricación de herramientas varias con n1 a 14% de wolframio y otros elementos: cromo, manganeso, vanadio, etc., que se emplean para trabajos de corte.
d) Aceros inoxidables cromo-níqueles con wolframio, de gran resistencia mecánica a elevada temperatura.
Vanadio
Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y a disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte y tiene una gran tendencia a formar carburos.
El vanadio tiene una gran tendencia muy fuerte a formar carburos, por esta razón, basta con añadir pequeñas cantidades, y pocos aceros, excepto los de herramientas, contienen más de 0.02% de vanadio. Una característica de los aceros con vanadio, es su gran resistencia al ablandamiento por revenido.
Los aceros con vanadio más utilizados son:
a) Aceros rápidos que suelen contener de 0.50 a 1% de vanadio.
b) Aceros de herramientas de diversas clases. Para troqueles indeformables, etc., que suelen tener de 0.10 a 0.30% de vanadio.
c) Aceros para muelles cromo-vanadio.
Manganeso:
Aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado liquido en los hornos durante los procesos de fabricación. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero que se desprendan gases que den lugar a porosidades perjudiciales en el material.
Si los aceros no tuvieran manganeso, no se podrían laminar ni forjar, porque el azufre que suele encontrarse en mayor o menor cantidad en los aceros, formarían sulfuros de hierro, que son cuerpos de muy bajo punto de fusión (981º aprox.) que a las temperaturas de trabajo en caliente (forja o laminación) funden, y al encontrarse contorneando los granos de acero crean zonas de debilidad y las piezas y barras se abren en esas operaciones de transformación.
Los aceros ordinarios y los aceros aleados en los que el manganeso no es elemento fundamental, suelen contener generalmente porcentajes de manganeso variables de 0.30 a 0.80%.
Los aceros al manganeso de uso más frecuente son:
a) Aceros al manganeso de gran resistencia, que generalmente pertenecen al grupo de aceros de media aleación, en los que al emplearse el manganeso en cantidades variables de 0.80 a 1.60%, con contenidos en carbono de 0.30 a 0.050%, se consigue mejorar la templabilidad y obtener excelentes combinaciones de características mecánicas aun en piezas de cierto espesor.
b) Aceros indeformables al manganeso con 1 a 3% de Mn y 1% de carbono, aproximadamente, en los que la presencia de un alto porcentaje de manganeso, hace posible el temple con simple enfriamiento en aceite, o el aire, con lo que las deformaciones de las herramientas son muy pequeñas.
c) Aceros austeniticos al manganeso con 12% de Mn y 1% de carbono, aproximadamente, que a la temperatura ambiente son austeniticos y tienen gran resistencia al desgaste, empleándose principalmente, para cruzamientos de vías, mordazas de maquinas trituradoras, excavadoras, etc.
Silicio
Este elemento aparece en todos los aceros, lo mismo que el manganeso, porque se añade intencionadamente durante el proceso de fabricación. Se emplea como elemento desoxidante complementario del manganeso con objeto de evitar que aparezcan en el acero los poros y otros defectos internos. Los aceros pueden tener porcentajes variables de 0.20 a 0.34% de Si.
Se emplean aceros de 1 a 4.5% de Si y bajo porcentaje de carbono para la fabricación de chapas magnéticas, ya que esos aceros, en presencia de campos magnéticos variables, dan lugar solo a perdidas magnéticas muy pequeñas, debido a que el silicio aumenta mucho su resistividad.
Mejora ligeramente la templabilidad y la resistencia de los aceros a disminuir la tenacidad, y en ciertos casos mejora también su resistencia a la oxidación.
Cobalto
Se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad. Este elemento al ser incorporado en los aceros, se combina con la ferrita, aumentando su dureza y su resistencia. Es uno de los pocos elementos aleados que mueva el punto eutectoide hacia la derecha y reduce la templabilidad de los aceros.
El cobalto se suele emplear en los aceros rápidos al wolframio de máxima calidad en porcentajes variables de 3 a 10%.
Aluminio
Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruracion, que suele tener 1% aproximadamente de aluminio. Como desoxidante se suele emplear frecuentemente en la fabricación de muchos aceros. Todos los aceros aleados en calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos, variables generalmente desde 0.001 a 0.008%.
Titanio
Se suele añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables cromo-níquel, actúa como estabilizador de los carburos y evita la corrosión intercristalina.
Cobre
El cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros de 0.15 a 0.30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas. Se suele emplear contenidos en cobre variables de 0.40 a 0.50%.
Boro
Se ha visto que en cantidades pequeñisimas de boro del orden de 0.0001 a 0.0006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el más efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos.
ACEROS ALEADOS PARA CEMENTACION
15Cr3
-Para partes de construcción de tamaño pequeño.
-Puede subsistir los aceros al Cr, Ni, Mo, cuando no se requieren grandes características de tenacidad en el núcleo.
-Es aconsejable seguir un recocido de estabilización a las piezas, antes de realizar la cementación, con el fin de prevenir deformaciones durante el temple.
-Se recomienda el doble temple.
16MnCr5
-Para partes de alta resistencia al desgaste y expuestas a esfuerzos elevado. Por ejemplo: ruedas dentadas, ruedas para cadenas, etc.
-El doble temple es aconsejable.
3415
-Para partes de maquinas que exijan una superficie muy dura y un núcleo de alta tenacidad, como por ejemplo ruedas dentadas en engranajes de alto rendimiento, eje de levas, etc.
-En este tipo de acero se aconseja el recocido de estabilización antes de la cementación.El doble temple es aconsejable para piezas complicadas y para los casos en que la profundidad de cementación sea mayor de 1 mm.
-Las piezas sencillas pueden templarse directamente desde el horno de cementación.
4320
-Este tipo de acero se emplea para piezas cementadas de medio y gran espesor.
-Combina una gran dureza superficial a un corazón muy tenaz y durante el temple se deforma muy poco.
-Es aconsejable dar un recocido de estabilización antes de ejecutar la cementación.
-También es aconsejable el doble temple.
8620
-Ofrece muy buena dureza superficial y buenas propiedades del corazón.
-Tiene aceptable profundidad de temple, ausencia de zonas no duras en la parte cementada y baja distorsión
.-Usos: Ejes ranurados, pasadores de pistón, bujes, piñones para cajas y transmisión de automotores, etc.
-Es aconsejable un recocido de estabilización antes de efectuar la cementación.
-Se aconseja el segundo temple de dureza desde 810/840ºC.
4130
-Es un acero con buena penetración de temple y con buenas características de estabilidad hasta temperaturas de más o menos 400ºC.
-Tiene una elevada resistencia al deslizamiento en caliente y no presenta fragilidad de revenido.
-Para piezas que necesitan una dureza superior se debe usar 4140 o 4150.
4140
-Es un acero de buena penetración de temple y con buenas características de estabilidad en caliente hasta 400ºC.
-Sin fragilidad de revenido, muy versátil y apto para esfuerzos de fatiga y torsión.
-Piezas templadas a inducción pueden dar una dureza de 57-69 Rockwell C.
-Tiene amplia aplicación en construcción de vehículos por ejeplo para cigüeñales, brazos de ejes, bielas, pernos, ejes de contramarcha, ejes de bombas y engranajes.
-Muy utilizado en piezas forjadas como herramientas, llaves de mano, destornilladores, etc.
-Se usa también para espárragos y tornillos den la construcción de plantas que trabajen a temperatura entre 150ºC y 300ºC, como calderas, turbinas de vapor, plantas químicas, etc.
4150
-Sirve para los mismos usos del 4140 cuando se requieren durezas superiores.
-Piezas templadas a inducción de 4150 pueden dar una dureza superficial de 60-62 HRC.
4340
-Tiene los mismos usos del 9840 y es usado cuando se requiere una dureza superior y mejor resistencia al impacto.
-Piezas templadas a inducción de 4340 pueden dar una dureza superficial de 60-62 Rockwell C.
-Sirve para tornillos prisioneros de bloques motores, ejes traseros de transmisión, mandriles porta-herramientas, ejes y excéntricas para cizallas, ejes de transmisión de grandes dimensiones, etc.
5135
-Para piezas de buena tenacidad y que no requieran una profundidad de temple muy alta.
-Se usa en partes para vehículos, tractores, pasadores, tornillos y tuercas de alta resistencia.
5160
-Este acero esta especialmente indicado para la construcción de resortes para automóviles y camiones, sea en ballestas, sea para resortes helicoidales y también para barras de torsión.
6150
-Se usa este acero para la construcción de resortes de muy alta resistencia, resortes helicoidales y barras de torsión para automóviles.
9260
-Este es el tipo de acero más usado y más económico entre los aceros aleados para la construcción de resortes, particularmente para automóviles y camiones.
-Se templa muy fácilmente y tiene buena penetración de temple.
-Puede también usarse para la construcción de herramientas para maquinas agrícolas y otros implementos de la misma índole.
9840
-Este acero tiene una buena penetración de temple y buena tenacidad.
-Se puede usar en construcción de piezas de tamaño medio que estén sometidas a esfuerzos de torsión.
-Por su contenido en Mo no esta expuesto a la fragilidad de revenido.
ACEROS INOXIDABLES
Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables.
El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy versátiles.
La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus característcas:
· Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas.
· Propiedades mecánicas del acerol
· Características de los procesos de transformación a que será sometido.
· Costo total (reposición y mantenimiento)
- Disponibilidad del acero.
Los aceros inoxidables tienen una resistencia a la corrosión natural que se forma automáticamente, es decir no se adiciona. Tienen una gran resistencia mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criógenicas. Son fáciles de transformar en gran variedad de productos y tiene una apariencia estética, que puede variarse sometiendo el acero l a diferentes tratamientos superficiales para obtener acabado a espejo, satinado, coloreado, texturizado, etc.
CLASIFICACION DE LOS ACEROS.
Los aceros inoxidables no son indestructibles, sin embargo con una selección cuidadosa, sometiéndolos a procesos de transformación adecuados y realizando una limpieza periódica, algún integrante de la familia de los aceros inoxidables resistirá las condiciones corrosivas y de servicio más severas.
Serie 400
Aceros Inoxidables Martensíticos
Son la primera rama de los aceros inoxidables, llamados simplemente al Cromo y fueron los primeros desarrollados industrialmente (aplicados en cuchillería). Tienen un contenido de Carbono relativamente alto de 0.2 a 1.2% y de Cromo de 12 a 18%.
Los tipos más comunes son el AISI 410, 420 y 431
Las propiedades básicas son: Elevada dureza (se puede incrementar por tratamiento térmico) y gran facilidad de maquinado, resistencia a la corrosión moderada.
Principales aplicaciones: Ejes, flechas, instrumental quirúrgico y cuchillería.
Serie 400
Aceros Inoxidables Ferríticos
También se consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de Carbono es bajo <0.2%.
Los tipos más comunes son el AISI 430, 409 y 434
Las propiedades básicas son: Buena resistencia a la corrosión. La dureza no es muy alta y no pueden incrementarla por tratamiento térmico.
Principales aplicaciones: Equipo y utensilios domésticos y en aplicaciones arquitectónicas y decorativas.
Serie 300
Los Aceros Inoxidables Austeníticos.
Son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades, se obtienen agregando Níquel a la aleación, por lo que la estructura cristalina del material se transforma en austenita y de aquí adquieren el nombre. El contenido de Cromo varia de 16 a 28%, el de Níquel de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a 6%.
Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310 y 317.
Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de higiene - limpieza, fáciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas.
Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso doméstico, hospitalario y en la industria alimentaria, tanques, tuberías, etc.
ALGUNOS USOS DE LOS ACEROS INOXIDABLES.
Los aceros inoxidables ofrecen resistencia a la corrosión, una adecuada relación resistencia mecánica - peso, propiedades higiénicas, resistencia a temperaturas elevadas y criogénicas y valor a largo plazo. Son totalmente reciclables y amigables con el medio ambiente.
Los aceros inoxidables son ampliamente utilizados en varios sectores, desde la más sofisticada aplicación industrial hasta los utensilios domésticos. Contribuyen, de manera indirecta, a satisfacer las necesidades humanas básicas tales como alimentación, salud, construcción, medio ambiente, transporte y energía.
Algunos ejemplos de productos fabricados con aceros inoxidables son los equipos de procesos químicos y petroquímicos, equipos de proceso de alimentos y bebidas, equipos farmacéuticos, cámaras de combustión, sistemas de escape y filtros automotrices, vagones de ferrocarril, aplicaciones arquitectónicas y estructurales, mobiliario urbano, paneles de aislamiento térmico, intercambiadores de calor, tanques y recipientes, barriles de cerveza, instrumentos quirúrgicos, agujas hipodérmicas, monedas, tarjas, ollas y sartenes, cubiertos, lavadoras, lavavajillas y utensilios de cocina.
En la industria química y petroquímica, los aceros inoxidables ofrecen elevada resistencia a la corrosión y excelentes propiedades mecánicas así como un bajo costo de mantenimiento. En la industria de alimentos y bebidas y en la industria farmacéutica, proveen excelentes condiciones de higiene además de su resistencia a la corrosión y duración a largo plazo.
ACEROS PARA HERRAMIENTAS
En este grupo se incluyen todos los aceros que normalmente se emplean para la fabricación de útiles o herramientas destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por cortadura, por presión o por arranque de viruta.
Los aceros de herramientas tienen generalmente un contenido en carbono superior a 0.30%, aunque a veces también se usan para la fabricación de ciertas herramientas, aceros de bajo contenido en carbono (0.1 a 0.30%).
Principales tipos de aceros de herramientas
-Aceros al carbono: para la fabricación de herramientas para los usos más diversos, se emplean aceros sin elementos de aleación con porcentajes de carbono variables de 0.50 a 1.40%. para herramientas que deban tener gran tenacidad como martillos y picas; se emplean medios contenidos en carbono 0.50 a 0.70%. para herramientas de corte como brocas, cuchillas, y limas; calidades intermedias de 0.70 a 1%. Para conseguir en cada caso la máxima dureza, deben ser templados en agua.
-Aceros rápidos: la característica fundamental de estos aceros es conservar su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las herramientas casi a l rojo (600º) sin disminuir su rendimiento. Algunas composiciones típicas de los aceros rápidos son: C = 0.75%, W = 18%, Cr = 4% y V = 1% ; otra C = 0.75%, W = 18%, Co = 4% y V = 1.25%.
-Aceros indeformables: reciben este nombre los aceros que en el temple no sufren casi deformaciones y con frecuencia después del temple y revenido quedan con dimensiones prácticamente idénticas a las que tenían antes del tratamiento. Esto se consigue empleando principalmente el cromo y el manganeso como elementos de aleación. Estos aceros templan con un simple enfriamiento al aire o en aceite. Composiciones típicas: C = 2% y Cr = 12%; C = 1% y Cr = 5% y otra C = 1% y Mn = 1%.
-Aceros al corte no rápidos: se agrupan varios aceros aleados, principalmente con cromo y wolframio, muy empleados para la fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en condiciones muy forzadas. Pueden considerarse como unas calidades intermedias entre los aceros rápidos y los aceros al carbono, y la mayoría de herramientas fabricadas con ellos suelen quedar con durezas comprendidas entre 60 y 66 Rockwell-C.
HIERROS FUNDIDOS
Los hierros fundidos son básicamente aleaciones de fierro-carbón-silicio, que típicamente contienen de 2 a 4% de C y de 0.5 a 3% de Si. La ductilidad del hierro fundido es muy baja y es por ello que no se pueden laminarse, estirarse o trabajarse a temperatura ambiente. Su principal uso es en fundiciones.
Fundición gris: la mayoría o todo el carbón está sin combinar y se presenta en forma de hojuelas o escamas de grafito. Es el más ampliamente utilizado. Por lo general son aleaciones hipoeutécticas. Su dureza depende principalmente de su matriz. El hierro gris ferrítico es la fundición más suave y débil.
Fundición nodular o dúctil: mediante adiciones de aleaciones especiales, el carbón está sin combinar en la forma de esferoides compactos. Se le agrega magnesio o cerio, el azufre debe ser inferior a 0.015%. La matriz ferrítica lo hace bastante dúctil.
Fundición blanca: todo el carbón se encuentra combinado formando cementita y son aleaciones hipoeutécticas en donde se forma ledeburita. Son las fundiciones más duras. Son resistentes al desgaste y son muy difíciles de maquinar.
Fundiciones maleables: es el revenido de la fundición blanca y el carbón se presenta sin combinar formando partículas redondas irregulares. Debido a que el Fe3C es una fase metaestable lo cual hace que se pueda descomponer en Fe y C. Es maquinable pero tiene mayor resistencia que el hierro gris.
METALES NO FERROSOS
Aleaciones de Aluminio
El aluminio es el segundo metal más abundante sobre la Tierra. Con la reducción electrolítica del Al2O3 hacia metal líquido (proceso Hall - Heroult) se logró producirlo a muy bajo costo. Densidad 2.7 g/cm3, Módulo de Elasticidad 10 Mpsi. Responde fácilmente a mecanismos de endurecimiento. Alta conductividad eléctrica y térmica, comportamiento no magnético y excelente resistencia a la oxidación y a la corrosión. Tiene buena maleabilidad y formalidad. Se tiene baja dureza y baja temperatura de fusión. El grado de endurecimiento se da por su clasificación de temple.
Clasificaciones de acuerdo a su método de manufactura:
Para Fundición: La gran cantidad de Si causan la reacción eutéctica, dándoles bajos puntos de fusión, una fluencia adecuada y baja temperatura de fusión. El enfriamiento rápido obtenido en la fundición a presión o en molde permanente incrementa la resistencia. Se pueden endurecer algunas aleaciones por solución sólida y por dispersión.
Para Forja: Se conforman mediante deformación plástica. Sus propiedades quedan controladas por endurecimiento por deformación, endurecimiento por solución sólida y control del tamaño de grano.
Aleaciones de Magnesio
Se extrae principalmente electrolíticamente a partir del cloruro de magnesio concentrado en el agua de mar. Densidad 1.74 gr/cm3, Módulo de Elasticidad 6.5 Mpsi. Su resistencia a la corrosión y su resistencia mecánica específica son similares al aluminio. Tiene escasa resistencia a la fatiga, a la termofluencia y al desgaste.Con el oxígeno a la hora de fundirlo puede arder. Sus posibilidades de endurecimiento es pobre.
Aleaciones de Cobre
Se produce normalmente mediante un proceso de pirometalúrgico. A partir del cobre blister se purifica. Otro método de extracción es el electrolítico. Su resistencia mecánica específica es menor que las aleaciones de aluminio y magnesio. Tienen una mejor resistencia a la fatiga, a la termofluencia y al desgaste. Tiene excelente ductilidad, resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica y térmica. Se puede soldar fácilmente. El Cobre puro es rojo, con Zinc es amarillo y con Níquel es plateado.
Clasificaciones de las aleaciones de Cobre:
I. Latones - aleaciones de Cobre y Zinc
A. Latones alfa-aleaciones que contienen hasta 36% de Zinc.
1. Latones amarillos alfa - 20 a 36% de Zinc
2. Latones rojos - 5 a 20% de Zinc.
B. Latones alfa más beta - 54 a 62% de Cobre.
II. Bronces - hasta 12% de elemento de aleación
A. Bronces al Estaño.
B. Bronces al Silicio.
C. Bronces al Aluminio.
D. Bronces al Berilio.
III. Cuproníqueles - aleaciones de Cobre y Níquel.
IV. Platas Níquel - aleaciones de Cobre, Níquel y Zinc.
Aleaciones de Níquel
Se utilizan para protección contra la corrosión y la oxidación. Sus puntos de fusión y resistencia son elevados. Es de color blanco y tiene gran capacidad de trabajado. Forma aleaciones de solución sólida tenaces y dúctiles con muchos de los metales comunes. Aprox. el 60% del Níquel producido se utiliza en aceros inoxidables y aceros aleados al Níquel. Es un recubrimiento ideal para piezas sometidas a corrosión y desgaste. Su conductividad eléctrica es satisfactoria por lo que se usa en aplicaciones de electrónica. Se le añade Silicio y Manganeso para que en aplicaciones de fundición tenga una mejor fluidez.
Los elementos de aleación más comunes son el Cobre, el Fierro, el Cromo, el Silicio, el Molibdeno, el Manganeso y el Aluminio. La aleación de Níquel -40% Cobre (Monel) es la más importante y tiene una alta resistencia a los ácidos, álcalis, salmueras, aguas, productos alimenticios y a la atmósfera. El monel se utiliza ampliamente en los campos químicos, farmacéutico, marino, energético, eléctrico, textil y equipo de fabricación de papel. Además la aleación Níquel -55% Cobre (Constantán) presenta la más alta resistividad eléctrica, el más bajo coeficiente de resistencia eléctrica a la temperatura y la más alta “fem” térmica junto con el platino. Se utiliza para resistores eléctricos y termopares.
Superaleaciones
Son aleaciones de Níquel, Fierro-Níquel y Cobalto. Tienen una alta resistencia mecánica a altas temperaturas (termofluencia) y son resistentes a la corrosión. Entre las más utilizadas se encuentran la Hastelloy, Chromel, Nichrome, Inconel, Illium, Invar, Elinvar, Permalloy y Alnico entre otras.
La Hastelloy D (Ni-10%Si-3%Cu) es una aleación de fundición fuerte, tenaz, extremadamente dura y tiene una excelente resistencia a la corrosión al ácido sulfúrico. Se maquina con dificultad.Se utiliza para evaporadores, recipientes para reacción, ductos, tubería y accesorios de la industria química.
La Hastelloy A (57%Ni-20%Mo-20%Fe) y la Hastelloy B (62%Ni-28%Mo-5%Fe), forman carburos globulares en una matriz de solución sólida. Estas aleaciones son austeníticas, por lo cual no responden al endurecimiento por envejecimiento. Tienen alta resistencia a la corrosión por ácidos hidroclórico, fosfórico. Se utiliza en la industria química para manejar, transportar y almacenar ácidos y otros materiales corrosivos.
La Chromel A (Ni-20%Cr) se utiliza como elemento eléctrico de calefacción para aparatos caseros y hornos industriales y la Nichrome (Ni-16%Cr-24%Fe) se emplea como elemento eléctrico de calefacción para tostadoras, cafeteras, planchas, secadoras de pelo, calentadores de agua y como reóstatos para equipos electrónicos.
El Inconel (Ni-16%Cr-8%Fe) tiene resistencia, tenaz y resiste la corrosión y la oxidación a alta temperatura. Resiste la fatiga térmica sin hacerse frágil. Se utiliza en escape y calentadores de motores de avión, en hornos y recipientes para tratamientos térmicos de nitruración y en tubos de protección de los termopares.
El Illium B (50%Ni-28%Cr-8.5%Mo-5.5%Cu) y el Illium G (56%Ni-22.5%Cr-6.5%Mo-6.5%Cu) proporcionan superior resistencia a la corrosión en aleaciones de fundición maquinables de alta resistencia. Se utilizan en cojinetes de impulso y rotatorios y las piezas de bombas y válvulas en las que se requiere alta dureza a medios corrosivos. Fueron diseñados principalmente como materiales resistentes a los ácidos sulfúricos y nítricos.
El Invar (Fe-35%Ni) tiene la propiedad de quitarle a los aceros la propiedad de expansión térmica. Sus aplicaciones típicas son en patrones de longitud, cintas de medición, piezas de instrumentos, diapasones y resortes especiales.
El Elinvar (Fe-36%Ni-12%Cr) tiene un coeficiente termoelástico de cero; es decir, el módulo de elasticidad es casi invariable sobre un extenso intervalo de temperatura. Se utiliza en resortes sumamente delgados y ruedas de volantes de relojes y para piezas similares en instrumentos de precisión.
El Permalloy (Ni-22%Fe) tiene alta permeabilidad magnética, bajo la influencia de muy débiles fuerzas de magnetización. También tiene baja pérdidas por histérises y baja resistividad eléctrica. Se utilizan en bobinas de almacenamiento en circuitos eléctricos de comunicación.
El Alnico (Fe- 8 a 12%Al- 14 a 28% Ni- 5 a 35% Co), tiene relevantes propiedades magnéticas, por lo que se utilizan como magnetos permanenes en motores, generadores, audífonos para radio, receptores de teléfono y micrófonos.
Aleaciones de Titanio
El titanio es el cuarto elemento más abundante pero su proceso de obtenerlo aun es relativamente costoso. Tiene una resistencia a la corrosión excelente, resistencia mecánica específica alta y buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas. Una película de TiO2 proporciona por debajo de los 535°C excelente resistencia a la corrosión y a la contaminación. Por arriba de esa temperatura la película de TiO2 se desintegra y fragiliza al titanio. Los gases de hidrógeno, nitrógeno y oxígeno forman soluciones sólidas intersticiales, lo cual da un efecto de fortalecimiento. Pero el exceso de absorción de ellos producen la fragilización del titanio, reduciendo la resistencia a cargas aplicadas con impacto.
El titanio puro se utiliza en intercambiadores de calor, tuberías, reactores, bombas y válvulas para las industrias químicas y petroquímicas. Al agregar elementos de aleación influirá en la temperatura de transformación alfa a beta. A los elementos de aleación se les denomina como estabilizadores de alfa o beta. Un estabilizador alfa, hace que la temperatura de transformación de beta se eleve. El Aluminio es un estabilizador alfa y el Cromo, el Molibdeno, el Vanadio, el Manganeso y el Fierro son estabilizadores beta.
Las aleaciones de titanio alfa, proporcionan endurecimiento por solución sólida, tienen una buena resistencia a altas temperaturas y capacidad de soldado.
Las aleaciones de titanio alfa-beta, son más fuertes que las anteriores y son tratables térmicamente para un mayor endurecimiento.
Las aleaciones de titanio beta, son endurecibles por tratamiento térmico pero sus aplicaciones se limitan a temperaturas moderadas.
martes, 24 de junio de 2008
ENSAYOS DE TALLER
ENSAYO DE CHISPA
la prueba se puede deducir por el color y la forma de la chispa producidas por un acero al ser esmerilado, la clase y composición de ese material la prueba no da datos exactos sobre la composición del acero, se puede evitar por ella los errores en lo que respecta a su aplicación y sobre todo a su tratamiento térmico.
la determinación del tipo de acero y la adscripción aun determiminado grupo de acero se facilita notablemente si al poco después, sé esmerila una barra de comparación cuya composición sea exactamente conocida.
FORMA DE LAS CHISPAS
IMÁGENES DE CHISPAS
TIPO DE ACERO
AISI-Standard
Composición en %
Ramillete con espinas, y puntas de lanza color rojo
Acero templado y revenido
4140
0,42 C
1,1 Cr
0,2 Mo
Líneas continuas, algunas espinas, formado por estallidos de Carbono
Acero endurecido
0,21 C
1,3 Mn
1,2 Cr
Líneas continuas, más espinas se formaron por estallidos de Carbono
Acero al carbono para herramientas
1045
0,45 C
0,3 Si
0,7 Mn
Muchos estallidos de Carbono que empiezan al pie del haz, muchos ramos
Acero al carbono para herramientas
W1
1,05 C
0,2 Si
0,2 Mn
Antes de los estallidos de Carbono se incrementa la luz en el flujo primario. Muchos ramos pequeños
Acero aleado con Mn-Si
S4
0,60 C
1,0 Si
1,1 Mn
0,3 Cr
Flujo de líneas amarilla, aclarando en el centro, formando espinas en los extremos
Acero para herramientas aleado Mn
02
0,90 C
2,0 Mn
0,4 Cr
0,1 V
Pocos estallidos finos de Carbono seguidos por club liso luminoso
Acero para herramientas aleado W
S1
0,60 C
0,6 Si
1,1 Cr
0,2 V
2,0 W
Un flujo delgado y lineal, el cuadro de la chispa vivo, líneas discontinuas en las cabezas
Acero para herramientas aleado Cr-W
O1
1,05 C
1,0 Mn
1,0 Cr
1,2 W
Haz corto
Templado: con pocos
Endurecido: con muchos ramos luminosos
Acero para herramientas aleado con Cr carbono alto, la deburita alta
D2
1,55 C
12,0 Cr
0,7 Mo
1,0 V
El flujo de líneas continuas, alguno los estallidos de carbono, línea coloreada de naranja en la cabeza
Acero para trabajo en caliente, alta aleación
H13
0,40 C
1,0 Si
5,3 Cr
1,4 Mo
1,0 V
El flujo de líneas rojo oscuro con brillo en la punta de la lanza, pocas espinas
Acero de alta velocidad
M2
0,90 C
4,1 Cr
5,0 Mo
1,9 V
6,4 W
Líneas del flujo rojas, punteadas oscuras con brillos en las cabezas de la línea
Acero de alta velocidad
T42
1.23 C
4,1 Cr
3,8 Mo
3,3 V
10,0 W
10,5 Co
Haz corto con espina como los estallidos de carbono
Acero inoxidable
420
0,40 C
13,0 Cr
Flujo continuo, línea sin los estallidos de carbono
Acero inoxidable
304
<0,07 h =" d;" h =" 3"> en caliente de un material se puede realizar con el mismo dispositivo también una prueba de rotura al rojo. De modo análogo se realiza el ensayo de plegado en costuras a tope soldadas por fusión.
Consiste en presionar contra una muela de esmeril un trozo de acero observando el haz de chispas que se obtiene, así como el color y la forma de las mismas. Se obtiene información sobre la composición química.
Se efectúa con una barra del material a testear (redondo de un cuarto pulgada o más, o planchuela de 3/16 de espesor o mayor), y un disco esmeril mediano.Los aceros al carbono darán chispas blancas, luminosas y que tardan en extinguirse; cuanto más dulce es el acero, mayor y más luminoso será el chorro de chispas.A medida que aumenta el contenido de carbono, disminuye la cantidad de chispas y el penacho se hace más corto.Los aceros de aleación dan chispas menos brillantes, a veces rojizas, con penacho muy corto.
INSPECCION VISUAL
Dentro de los diferentes métodos de control mediante técnicas no destructivas nos encontramos con el más básico y no por ello menos importante, la Inspección Visual, el control mediante la inspección visual se pone en marcha como primer elemento de juicio para dar la aceptación de una pieza individualmente o de un sistema en su conjunto, previo a la puesta en funcionamiento del mismo o bien como primer control para posteriormente realizar los siguientes ensayos concluyentes que darán el visto bueno para su operabilidad.
Instrumentos requeridos en Inspección Visual:
Equipos de iluminación: Linterna halógena, lámparas portátiles, etc.Equipos de visión: Espejos articulados, lentes de aumento.Equipos de medida: Reglas, calibres, etc.
ENSAYO DE COLABILIDAD
La colabilidad es la propiedad del material que le permite ser utilizado para la fabricación de piezas por las distintas técnicas de fundición y moldeo.
Evidentemente, no todos los metales y sus aleaciones tienen la misma viabilidad para su uso en la obtención de piezas fundidas, puesto que unos llenan completamente los moldes con mayor facilidad que otros.
A esa facilidad de llenar los moldes estando el metal en estado líquido se le llama colabilidad. Esta propiedad depende de una serie de condiciones, entre ellas: la diferencia entre temperatura de colada y la solidificación del metal, por tanto, es más elevada la colabilidad cuanto mayor es el diferencial de temperaturas.
Sin embargo la temperatura de colada viene limitada: por la capacidad de calentamiento de los hornos y por las variaciones que pueda sufrir el metal fundido cuando la temperatura a que se eleva pueda ser excesiva.
La colabilidad es muy variable de unos metales a otros, y para su medición se han establecido varios métodos, pero el mas utilizado consiste en colar las muestras del metal o aleación cuya colabilidad se desee determinar, en un molde en forma de espiral de sección triangular. L a colabilidad se determina por la longitud de la espiral que el metal llega a llenar.
ENSAYO DE CHISPA
la prueba se puede deducir por el color y la forma de la chispa producidas por un acero al ser esmerilado, la clase y composición de ese material la prueba no da datos exactos sobre la composición del acero, se puede evitar por ella los errores en lo que respecta a su aplicación y sobre todo a su tratamiento térmico.
la determinación del tipo de acero y la adscripción aun determiminado grupo de acero se facilita notablemente si al poco después, sé esmerila una barra de comparación cuya composición sea exactamente conocida.
FORMA DE LAS CHISPAS
IMÁGENES DE CHISPAS
TIPO DE ACERO
AISI-Standard
Composición en %
Ramillete con espinas, y puntas de lanza color rojo
Acero templado y revenido
4140
0,42 C
1,1 Cr
0,2 Mo
Líneas continuas, algunas espinas, formado por estallidos de Carbono
Acero endurecido
0,21 C
1,3 Mn
1,2 Cr
Líneas continuas, más espinas se formaron por estallidos de Carbono
Acero al carbono para herramientas
1045
0,45 C
0,3 Si
0,7 Mn
Muchos estallidos de Carbono que empiezan al pie del haz, muchos ramos
Acero al carbono para herramientas
W1
1,05 C
0,2 Si
0,2 Mn
Antes de los estallidos de Carbono se incrementa la luz en el flujo primario. Muchos ramos pequeños
Acero aleado con Mn-Si
S4
0,60 C
1,0 Si
1,1 Mn
0,3 Cr
Flujo de líneas amarilla, aclarando en el centro, formando espinas en los extremos
Acero para herramientas aleado Mn
02
0,90 C
2,0 Mn
0,4 Cr
0,1 V
Pocos estallidos finos de Carbono seguidos por club liso luminoso
Acero para herramientas aleado W
S1
0,60 C
0,6 Si
1,1 Cr
0,2 V
2,0 W
Un flujo delgado y lineal, el cuadro de la chispa vivo, líneas discontinuas en las cabezas
Acero para herramientas aleado Cr-W
O1
1,05 C
1,0 Mn
1,0 Cr
1,2 W
Haz corto
Templado: con pocos
Endurecido: con muchos ramos luminosos
Acero para herramientas aleado con Cr carbono alto, la deburita alta
D2
1,55 C
12,0 Cr
0,7 Mo
1,0 V
El flujo de líneas continuas, alguno los estallidos de carbono, línea coloreada de naranja en la cabeza
Acero para trabajo en caliente, alta aleación
H13
0,40 C
1,0 Si
5,3 Cr
1,4 Mo
1,0 V
El flujo de líneas rojo oscuro con brillo en la punta de la lanza, pocas espinas
Acero de alta velocidad
M2
0,90 C
4,1 Cr
5,0 Mo
1,9 V
6,4 W
Líneas del flujo rojas, punteadas oscuras con brillos en las cabezas de la línea
Acero de alta velocidad
T42
1.23 C
4,1 Cr
3,8 Mo
3,3 V
10,0 W
10,5 Co
Haz corto con espina como los estallidos de carbono
Acero inoxidable
420
0,40 C
13,0 Cr
Flujo continuo, línea sin los estallidos de carbono
Acero inoxidable
304
<0,07 h =" d;" h =" 3"> en caliente de un material se puede realizar con el mismo dispositivo también una prueba de rotura al rojo. De modo análogo se realiza el ensayo de plegado en costuras a tope soldadas por fusión.
Consiste en presionar contra una muela de esmeril un trozo de acero observando el haz de chispas que se obtiene, así como el color y la forma de las mismas. Se obtiene información sobre la composición química.
Se efectúa con una barra del material a testear (redondo de un cuarto pulgada o más, o planchuela de 3/16 de espesor o mayor), y un disco esmeril mediano.Los aceros al carbono darán chispas blancas, luminosas y que tardan en extinguirse; cuanto más dulce es el acero, mayor y más luminoso será el chorro de chispas.A medida que aumenta el contenido de carbono, disminuye la cantidad de chispas y el penacho se hace más corto.Los aceros de aleación dan chispas menos brillantes, a veces rojizas, con penacho muy corto.
INSPECCION VISUAL
Dentro de los diferentes métodos de control mediante técnicas no destructivas nos encontramos con el más básico y no por ello menos importante, la Inspección Visual, el control mediante la inspección visual se pone en marcha como primer elemento de juicio para dar la aceptación de una pieza individualmente o de un sistema en su conjunto, previo a la puesta en funcionamiento del mismo o bien como primer control para posteriormente realizar los siguientes ensayos concluyentes que darán el visto bueno para su operabilidad.
Instrumentos requeridos en Inspección Visual:
Equipos de iluminación: Linterna halógena, lámparas portátiles, etc.Equipos de visión: Espejos articulados, lentes de aumento.Equipos de medida: Reglas, calibres, etc.
ENSAYO DE COLABILIDAD
La colabilidad es la propiedad del material que le permite ser utilizado para la fabricación de piezas por las distintas técnicas de fundición y moldeo.
Evidentemente, no todos los metales y sus aleaciones tienen la misma viabilidad para su uso en la obtención de piezas fundidas, puesto que unos llenan completamente los moldes con mayor facilidad que otros.
A esa facilidad de llenar los moldes estando el metal en estado líquido se le llama colabilidad. Esta propiedad depende de una serie de condiciones, entre ellas: la diferencia entre temperatura de colada y la solidificación del metal, por tanto, es más elevada la colabilidad cuanto mayor es el diferencial de temperaturas.
Sin embargo la temperatura de colada viene limitada: por la capacidad de calentamiento de los hornos y por las variaciones que pueda sufrir el metal fundido cuando la temperatura a que se eleva pueda ser excesiva.
La colabilidad es muy variable de unos metales a otros, y para su medición se han establecido varios métodos, pero el mas utilizado consiste en colar las muestras del metal o aleación cuya colabilidad se desee determinar, en un molde en forma de espiral de sección triangular. L a colabilidad se determina por la longitud de la espiral que el metal llega a llenar.
EQUIPOS Y ACCESORIOS
RESISTENCIA A LA TENSION
Maquina universal de ensayos
La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.
El equipo en el cual se realiza la practica de los ensayos, es la maquina universal de ensayos a tensión. Que consiste en una unidad de carga y una unidad de control. Esta maquina se encarga de proporcionarle una carga a la probeta, para así poder determinar sus propiedades mecánicas a tensión
UNIDAD DE CARGA:
En esta unidad se coloca la probeta a la cual se le va a hacer la prueba, y esta constituida por dos puentes uno superior (fijo) que posee mordazas para agarrar la parte superior de la probeta, y un puente inferior (móvil) esta constituido por una mordaza y una manivela en esta parte es aplicada la carga a la parte inferior de la probeta. Además esta constituida por una mesa en la cual se contiene el equipo hidráulico de la maquina
UNIDAD DE CONTROL
En esta unidad Se programa la escala de carga que se va a utilizar, el avance en que realizara la prueba. Esta unidad posee una serie de comandos en los cuales se programa la prueba; solo se indicaran cuales son. En ella se debe tener en cuenta el avance y la carga pico presente en la prueba.
(reloj análogo)
PRUEBA DE IMPACTO
ENSAYO CHARPY
Se trata de una máquina de ensayo muy simple desde el punto de vista mecánico. Sin embargo, a pesar de esa sencillez mecánica, con este instrumento se pueden diseñar varias pruebas de impacto donde se demuestra de forma rápida y didáctica, la influencia que tienen determinados factores en el comportamiento mecánico de los materiales.
El nombre de este ensayo se debe a su creador, el francés Augustin Georges Albert Charpy (1865-1945). A través del mismo se puede conocer el comportamiento que tienen los materiales al impacto, y consiste en golpear mediante una masa una probeta que se sitúa en el soporte S (ver Fig. 1). La masa M, la cual se encuentra acoplada al extremo del péndulo de longitud L, se deja caer desde una altura H, mediante la
cual se controla la velocidad de aplicación de la carga en el momento del impacto.
Muestra para la prueba Izod
La muesca es muy importante en esta prueba así como la consistencia de ella, la muesca simula condiciones que pueden existir en aplicaciones como radios internos etc. Si la muestra esta mal hecha, los resultados serán completamente diferentes. También al hacer al muesca, hay que tener cuidado de que no se sobre caliente la muestra ya que algunos plásticos se pueden degradar.
Destilador de Agua
La destilación es en sí misma el proceso básico del ciclo del agua en la naturaleza. El agua es evaporada por el calor del sol formando las nubes y posteriormente enfriada y condensada en forma de lluvia, nieve o granizo.
Análogamente, el destilador calienta el agua hasta hervir quedando esterilizada, pasa al enfriador y condensa finalmente en forma de agua 100% químicamente pura, ideal para el consumo humano.
Básicamente los equipos de destilación constan de dos recipientes conectados mediante un serpentín enfriador. El primer recipiente alberga el agua a tratar y el segundo recoge el agua purificada.
Los materiales empleados en su construcción son de muy alta calidad, asegurando su robustez y durabilidad.
Proceso de Destilación:
1. El agua del grifo es calentada en el primer recipiente hasta 100ºC, eliminando microorganismos como bacterias y virus.
2. El vapor se eleva dejando atrás los contaminantes, sólidos disueltos, cal, metales pesados y otras sustancias.
3. Los gases volátiles son eliminados a través de la ventilación de gases.
4. El vapor es condensado en el serpentín refrigerador de acero inoxidable quirúrgico.
5. El agua purificada pasa a través del filtro de carbón de coco orgánico, acrecentando la calidad del agua al eliminar los posibles componentes volátiles orgánicos.
6. El 100% del vapor procedente del agua, es recogido en un recipiente incluido en el equipo.
El agua destilada es uno de los principales procesos tecnicos para despurar el agua, es uno de los mas usados desde hace mucho tiempo en la historia del hombre, sin embargo lo importante en adoptar una tecnologia seriala de ver que condiciones de agua tengo, que uso le voy a dar y cual es la mejor tecnica o la que mas me conviene, agua destilada es sinonimo de agua desmineralizada, agua desionizada, agua ultrapurificada, agua de osmosis.
Colorimetro
Un colorímetro es cualquier herramienta que identifica el color y el matiz para una medida más objetiva del color.
El colorímetro también es un instrumento que permite la absorbancia de una solución en una específica frecuencia de luz a ser determinada. Es por eso, que hacen posible descubrir la concentración de un soluto conocido que sea proporcional a la absorbancia.
Diferentes sustancias químicas absorben diferentes frecuencias de luz. Los colorímetros se basan en el principio de que la absorbancia de una sustancia es proporcional a su concentración, y es por eso que las sustancias más concentradas muestran una lectura más elevada de absorbancia. Se usa un filtro en el colorímetro para elegir el color de luz que más absorberá el soluto, para maximizar la precisión de la lectura. Note que el color de luz absorbida es lo opuesto del color del espécimen, por lo tanto un filtro azul sería apropiado para una sustancia naranja.
Los sensores miden la cantidad de luz que atravesó la solución, comparando la cantidad entrante y la lectura de la cantidad absorbida.
Se realiza una serie de soluciones de concentraciones conocidas de la sustancia química en estudio y se mide la absorbancia para cada concentración, así se obtiene una gráfica de absorbancia respecto a concentración. Por extrapolación de la absorbancia en la gráfica se puede encontrar el valor de la concentración desconocida de la muestra.
Otras aplicaciones de los colorímetros son para cualificar y corregir reacciones de color en los monitores, o para calibrar los colores de la impresión fotográfica. Los colorímetros también se utilizan en personas con déficit visual (ceguera o daltonismo), donde los nombres de los colores son anunciados en medidas de parámetros de color (por ejemplo, saturación y luminiscencia).
Espectrometría de Emisión Atómica
Los átomos o las moléculas que están excitadas a niveles de energía altos pueden caer a niveles menores emitiendo radiación (emisión o luminiscencia). Para los átomos excitados por una fuente de energía de alta temperatura esta emisión de luz es comúnmente llamada emisión atómica u óptica (espectroscopía de emisión atómica) y para átomos excitados con luz es llamada fluorescencia atómica (espectroscopia de fluorescencia atómica).
La espectroscopía de emisión atómica (AES) utiliza la medición cuantitativa de la emisión óptica de átomos excitados para determinar la concentración de la sustancia analizable. Los átomos del analito en la solución son aspirados en la región de excitación donde son disueltos, vaporizados y atomizados por una llama, descarga o plasma. Estas fuentes de atomización a altas temperaturas proveen energía suficiente para promover los átomos a niveles de energía altos. Los átomos vuelven a niveles más bajos emitiendo luz.
El empleo de la espectroscopia de emisión por llama (FES), es de gran aplicación en análisis elemental. Puede ser usada para análisis cuantitativo y cualitativo y es un método de elemento simple. Sus usos más importantes son la determinación de sodio, potasio, litio y calcio en fluidos biológicos y tejidos.
Aplicaciones
Análisis cualitativo de distintos elementos: metálicos como no metálicos. Es uno de los métodos más sensibles que se conocen en la identificación de elementos. Registramos el espectro de emisión de la muestra y comparamos con el espectro patrón del elemento que sospechamos puede estar presente. Una dificultad es el calibrado, suele hacerse con el espectro de emisión del hierro o manganeso (dan más lineas). Si se quiere saber si hay varios elementos se usan dos tipos de patrones: 1.- placa maestra o patrón: películas que llevan marcadas las últimas lineas de cada elemento. 2.- polvos patrón: mezcla de sustancias con las que hacemos un espectro; son mezclas de hasta 50 elementos a diluciones tales que solo aparecen las lineas últimas de los elementos. En analisis cuantitativo la energia de emsión presenta una dificultad como consecuencia de la inestabilidad de la temperatura alcanzada en los electrodos.
Equipo analítico por Electrolisis
Es una manera de producir cambios químicos a través de reacciones en electrodos en contacto con un electrólito por el paso de una corriente eléctrica. Las celdas de electrólisis, también conocidas como celdas electroquímicas, generalmente constan de dos electrodos conectados a una fuente externa de electricidad (un suministro de fuerza o batería) y sumergido en un líquido que puede conducir electricidad a través del movimiento de iones. Las reacciones ocurren en ambas interfaces de solución de electrodo por el flujo de electrones. Las reacciones de reducción, donde las sustancias adicionan electrones, ocurren en el electrodo denominado el cátodo; las reacciones de oxidación, donde los especies pierden electrones, ocurren en el otro electrodo, el ánodo. En la celda mostrada en la ilustración, el agua se reduce en el cátodo para producir hidrógeno gas e ión hidroxilo; el ion de cloruro es oxidado en el ánodo para generar gas de cloro. Los electrodos se construyen típicamente de metales (como platino o acero) o carbón. Los electrólitos usualmente constan de sales disueltas en ya sea agua o un solvente no acuoso, o son sales fundidas.
Diagrama esquemático de una celda de electrólisis en la cual el electrólito es una solución de cloruro de sodio.
Las aplicaciones incluyen síntesis industrial de productos químicos, la galvanoplastia de metales, extracción y refinación metalúrgica de metales, terminando y electromaquinado de metales, y la producción de electricidad en baterías. La corrosión de metales a menudo ocurre mediante procesos electrolíticos directos. Las celdas electrolíticas son usadas en la química analítica y en los estudios del laboratorio de mecanismos de reacción.
Principios
El flujo de corriente, medido en amperios (donde 1 A es igual al pasaje de 1 culombio de cargo por segundo), representa la velocidad de flujo de carga eléctrica a través de la celda de electrólisis. La cantidad de una sustancia producida o agotada en la reacción en un electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad (culombios) pasada durante la electrólisis (F una corriente constante de 1 A pasada para 1 h equivalente a 3600 culombios) producirá 0.018656 mol o 1.3228 g de gas de cloro. La cantidad de electricidad es la integral de la corriente sobre la duración de la electrólisis y puede estar determinada con un culombímetro.
En la electrólisis de masa, por ejemplo, en la producción de productos químicos, el flujo de corriente produce cambios apreciables en la concentración de especies en el electrólito. Las celdas para la electrólisis de masa usualmente utilizan relativamente electrodos grandes con el líquido mantenido en constante movimiento. Para aplicaciones analíticas o la caracterización de sistemas químicos, la electrólisis ocurre sólo cerca de la superficie de los electrodos. Aquí, las soluciones no agitadas y los electrodos pequeños son típicamente usados.
Cuándo sólo una reacción ocurre en un electrodo, se dice que ocurre con eficiencia actual de 100 %. Cuando dos o más reacciones ocurren en el mismo electrodo, por ejemplo, cuándo ambos oxígeno y cloro son desarrollados en el ánodo de una celda, la eficiencia actual de cada reacción es dada por la fracción de la cantidad de electricidad agotada para cada proceso. Para los procesos electrolíticos de gran escala, la eficiencia de consumo de poder (o la energía) es de interés porque está relacionada con el costo de energía eléctrica necesaria para producir una cantidad dada de producto. La eficiencia energética es la razón de la energía teórica ideal para la celda de reacción a la energía verdadera (directamente proporcional al voltaje de la celda) consumida en la electrólisis. El voltaje de la celda depende de un número de factores, incluyendo los requisitos termodinámicos de energía para las reacciones del electrodo, la energía necesaria para impulsar las reacciones a una velocidad dada, y la resistencia de los electrodos y el electrólito.
En aplicaciones analíticas la reacción del electrodo en sólo uno de los electrodos es de interés, y un tercer electrodo, llamó un electrodo de referencia, es usualmente introducido en la celda a fin de que el potencial de ese electrodo pueda ser determinado con relación a un potencial de referencia conocido. El potencial medido está también menos conturbado por efectos de resisencia de la solución en una celda de tres electrodos.
Aplicaciones
Hay muchas aplicaciones industriales para la producción de productos químicos inorgánicos importantes. El cloro y el álcali son producidos por la electrólisis a gran escala de salmuera (el proceso cloroalcali) en celdas llevando a cabo las mismas reacciones como esos exteriorizados en la ilustración. Otros productos químicos producidos incluyen hidrógeno y oxígeno (por la electrólisis de agua), cloratos, peroxisulfato, y permanganato. Otros procesos son llevados a cabo con sales disueltas como solventes, porque las reacciones del electrodo de interés podrían ser camufladas en soluciones acuosas por la electrólisis del agua para producir hidrógeno y oxígeno. Electrowinning de aluminio, magnesio, y los metales sódicos son llevados a cabo por la electrólisis de sales fundidas. El flúor es producido por electrólisis de una mezcla del 2:1 de fluoruro de ácido fluorhídrico anhidro y de potasio.
Los principales compuestos orgánicos que involucran procesos electrolíticos son la hidrodimerización de acrilonitrilo para producir adiponitrilo y la producción de plomo tetraetílico. Muchos otros compuestos orgánicos han sido estudiados a escala de laboratorio.
La galvanoplastia implica la deposición electroquímica de una capa delgada de metal en un substrato conductivo, por ejemplo, producir una superficie más atractiva o resistente a la corrosión. El cromo, el níquel, el estaño, el cobre, el cinc, el cadmio, el plomo, la plata, el oro, y el platino son la mayor parte de los metales frecuentemente galvanizados. Las superficies de metal también pueden electrolíticamente ser oxidadas (anodizado) para formar estratos protectores de óxido. Esta técnica de acabado de superficie es más ampliamente usada para aluminio pero sirve también para titanio, cobre, y acero. La producción electrolítica del condensador involucra anodización de aluminio, tantalum, y niobium. La disolución anódica de un metal es usada en el mecanizado electroquímico para producir una estructura deseada. Es principalmente aplicada en el mecanizado de aleaciones muy duras o en producir estructuras complejas que serían difícil de hacer por los métodos convencionales de mecanizado.
Los metales pueden ser purificados por electrorefinación. Aquí, el metal impuro es utilizado como el ánodo, el cual se disuelve durante la electrólisis. El metal es depositado, en forma más pura, en el cátodo. El cobre, el níquel, el cobalto, el plomo, y el estaño son todos purificados por esta técnica.
El electroanálisis implica el uso de procesos electrolíticos para identificar y cuantificar las especies. Los métodos Coulombimetricos se basan en medir la cantidad de electricidad usada para un proceso deseado. Los métodos Voltimetricos permiten la caracterización de especies a través de un análisis del efecto de condiciones de potencial y de electrólisis en las corrientes observadas . El interés en la fotoelectrólisis aumenta; esto implica la utilización de energía radiante (por ejemplo, solar) para producir electricidad o conducir reacciones químicas en celdas electrolíticas. En tales celdas, que aún no ha encontrado aplicación práctica, los electrodos irradiados son usualmente hechos de materiales semiconductores, por ejemplo, el dióxido de titanio, el arseniuro de galio, o el seleniuro de cadmio. Las celdas electrolíticas también pueden usarse para purificar corrientes residuals, por ejemplo, por la deposición y recuperación catódica de metales y la oxidación de contaminantes orgánicos.
Elementos de vidrio
Vidrio: Es uno de los materiales más usados en el laboratorio. Aquél que se destina a la fabricación de equipo de laboratorio debe ser resistente a los ácidos y a los álcalis y responder a determinadas exigencias térmicas y mecánicas.
El material de vidrio de laboratorio puede clasificarse en dos categorías:
• Vidriería Común. Comprende los vasos de precipitados, los erlenmeyers, los balones de fondo plano y de fondo redondo, los embudos (al vacío, por gravedad, de decantación), tubos de ensayo, condensadores, frascos con tapón esmerilado, vidrios de reloj, tubos de Thiele y otros (figura 1).
• Vidriería Volumétrica (de alta precisión). Este material suele ser más costoso debido al tiempo gastado en el proceso de calibración. Comprende una serie de recipientes destinados a medir con exactitud el volumen que “contienen” o el volumen que “vierten”. En los recipientes volumétricos aparece señalado si el recipiente es para verter o para contener, lo mismo que la temperatura a la cual ha sido calibrado.
La mayoría de la pipetas y las buretas están diseñadas y calibradas para “verter” líquidos, en tanto que los matraces o balones aforados están calibrados para contenerlos.
Pipetas
Las pipetas están diseñadas para trasvasar volúmenes conocidos de un recipiente a otro. Los tipos más comunes de pipetas son: las volumétricas (aforadas), las graduadas y las automáticas.
• Pipetas volumétricas. Se utilizan para medir exactamente un volumen único y fijo. Estas pipetas vienen para volúmenes desde 0.5 ml hasta 200 ml.
• Pipetas graduadas. Están calibradas en unidades adecuadas para permitir el vertido de cualquier volumen inferior al de su capacidad máxima. Los volúmenes oscilan entre 0.1 y 25 ml.
Las pipetas se llenan succionando suavemente con una pera de goma hasta unos 2 cm arriba de la línea de aforo (en lugar de la pera de goma puede usarse una jeringa o cualquier otro aparato de succión). Durante la operación de llenado, la punta de la pipeta se debe mantener sumergida en el líquido. Enseguida se coloca el dedo índice en la parte superior de la pipeta y se deja salir la solución hasta que el fondo del menisco coincida con la línea de aforo.
Las pipetas deben limpiarse si el agua destilada no resbala de manera uniforme por sus paredes, sino que se adhiere en forma de gotitas en la superficie interna. La limpieza puede hacerse con una solución caliente de detergente o con solución de limpieza.
Una vez se vierte el líquido, quedará un pequeño volumen en la punta de la pipeta la cual ha sido calibrada para tomarlo en cuenta, así que no se debe soplar para sacar esta pequeña cantidad pues de lo contrario se produce una alteración. No se debe confiar en las pipetas con las puntas dañadas.
Buretas
La bureta se utiliza para descargar con exactitud volúmenes conocidos (pero variables), principalmente en las titulaciones. Siempre se deben limpiar para asegurar que las soluciones se deslicen uniformemente por las paredes internas al descargarlas.
No es práctico dejar las soluciones en la bureta durante períodos largos. Después de cada sesión de laboratorio las buretas se deben vaciar y enjuagar con agua destilada antes de guardarlas. Es importante que las soluciones alcalinas no se dejen en las buretas ni siquiera durante períodos cortos. Estas soluciones atacan el vidrio.
Matraz de Erlenmeyer
Es uno de los frascos de vidrio más ampliamente utilizados en laboratorios de Química.
Descripción
Consiste en un frasco cónico de vidrio de base ancha y cuello estrecho. Se los encuentra de diversas capacidades y con algunas variaciones. Suelen incluir unas pocas marcas para saber aproximadamente el volumen contenido. Fue creado en el año 1861 por Richard August Carl Emil Erlenmeyer (1825-1909).
Técnicas en las que se lo emplea
Gracias a la característica forma troncocónica del matraz se evita en gran medida la pérdida del líquido por agitación o por evaporación. También es importante que al disponer de un cuello estrecho es posible taparlo con un tapón esmerilado, o con algodón hidrófobo.
Es empleado en lugar del clásico vaso de precipitados cuando contienen un medio líquido que debe ser agitado constantemente (como en el caso de las titulaciones) sin riesgo de que se derrame su contenido, o cuando se debe trabajar con reacciones químicas violentas.
Suele utilizarse para calentar sustancias a temperaturas altas aunque no vigorosamente; la segunda tarea suele dejársele al balón de destilación.
En microbiología se lo emplea para la preparación de caldos de cultivo debido a que, entre otros motivos, puede taparse fácilmente con un tapón de algodón hidrófobo.
Metodología de uso]
Como todo material de vidrio tiene un método específico para utilizarlo correctamente. Para anclarlo, se puede colocar un peso de plomo o metal sobre el exterior.
Al calentarlo, suele colocarse sobre de alguna de las siguientes formas. Cuando se arma el aparato de estas maneras, suele colocarse una tela metálica entre el matraz y el aro o el trípode.
• Sobre un trípode.
• En un anillo o aro de metal que, a su vez, está aferrado a un soporte universal por medio de una doble nuez o algún asa similar. El aro lo mantiene sobre un mechero Bunsen para que la llama del mechero lo caliente.
• Puede aferrarse el matraz directamente al soporte universal sosteniéndolo con una agarradera para tubos de ensayo en el cuello del matraz.
Placa de Petri
Es un recipiente redondo, de cristal o plástico, de diferentes diámetros (siendo más comunes los de diámetros alrededor de 10 cm), de fondo bajo, con una cubierta de la misma forma que la placa, pero algo más grande de diámetro, para que se pueda colocar encima y cerrar el recipiente. Forma parte de la colección conocida como el «material de vidrio».
Historia
Fue inventada en 1877 por el bacteriólogo alemán Julius Richard Petri cuando trabajaba como ayudante de Robert Koch.
Técnicas que lo utilizan
Se utiliza en los laboratorios principalmente para el cultivo de bacterias y otros microorganismos, soliéndose cubrir el fondo con distintos medios de cultivo (por ejemplo agar) según el microorganismo que se quiera cultivar.
Balón de destilación
es parte del llamado material de vidrio. Es un frasco de vidrio, de cuello largo y cuerpo esférico. Está diseñado para calentamiento uniforme, y se produce con distintos grosores de vidrio para diferentes usos. Está hecho generalmente de vidrio borosilicatado.
La mayor ventaja del matraz aforado por encima de otros materiales de vidrio es que su base redondeada permite agitar o re-mover fácilmente su contenido. Sin embargo, esta misma característica también lo hace más suceptible a voltearse y derramarse.
Técnicas en las que se lo emplea
Su principal uso es en el llamado Aparato de destilación; aunque es de uso frecuente en muchas técnicas, principalmente cuando se requiere atemperar una reacción.
Metodología de uso
Como todo material de vidrio tiene un método específico para utilizarlo correctamente. Para anclarlo, se puede colocar un peso de plomo o metal sobre el exterior.
Al calentarlo, suele colocarse sobre un aro o anillo de metal el cual, a su vez, está aferrado a un soporte universal por medio de una doble nuez o alguna agarradera similar. El aro lo mantiene sobre un mechero Bunsen para que la llama del mechero lo caliente. Cuando se arma el aparato de esta manera, suele colocarse una malla de alambre de gauze entre el balón y el aro o anillo de metal. Como método alterno de armar el aparato, puede aferrarse el balón directamente al soporte universal sosteniéndolo con una agarradera para tubos de ensayo en el cuello del balón.
Tubo de ensayo o tubo de prueba
es parte del material de vidrio de un laboratorio de química. Consiste en un pequeño tubo de vidrio con una punta abierta (que puede poseer una tapa) y la otra cerrada y redondeada, que se utiliza en los laboratorios para contener pequeñas muestras líquidas. Aunque pueden tener otras fases. Como realizar reacciones en pequeña escala, etc.
Metodología de uso
Para calentar durante intervalos cortos a llama directa puede sostenerse el tubo con la mano mediante su parte superior. Si se desea exponerlo más intensamente al calor es necesaria la utilización de pinzas. En ambos casos debe tenerse la precaución de no apuntar con la boca del tubo hacia alguna persona (para evitar proyecciones de la muestra). Los tubos de ensayo no han de llenarse más allá del primer tercio.
Cuando los tubos de ensayos no se están utilizando, se colocan sobre un instrumento denominado gradilla, y para limpiarlos se emplea una escobilla.
Durómetro
Es un aparato que mide la dureza de los materiales, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición.
Los más utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y Microvickers. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador, también normalizado, que produce una huella sobre el material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella, obtendremos la dureza.
Dentro de cada uno de estos procedimientos, hay diversas combinaciones de cargas y penetradores, que se utilizarán dependiendo de la muestra a ensayar.
• Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 2mm de espesor.
• Dureza Shore:Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superdicie 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.
Microscopio Metalografico
Se caracteriza porque la imagen observada se produce por la reflexión de los haces luminosos sobre la probeta metalográfica.
Todas las operaciones descritas en la preparación metalográfica tienen por objeto revelar, en una superficie metálica plana, sus constituyentes estructurales para ser observadas al microscopio. El microscopio es un instrumento muy útil para el metalurgista. Por eso es importante saber sacar un rendimiento óptimo de sus posibilidades. El operador debe conocer los principios ópticos de su funcionamiento, que encontrará descritos en cualquier texto de Física o, incluso, en las instrucciones del fabricante.
Básicamente está constituido por un dispositivo de iluminación, un vidrio plano o prisma de reflexión, el ocular y el objetivo. El aumento de la imagen observada viene dado por el producto de los aumentos del objetivo por los del ocular.
RESISTENCIA A LA TENSION
Maquina universal de ensayos
La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.
El equipo en el cual se realiza la practica de los ensayos, es la maquina universal de ensayos a tensión. Que consiste en una unidad de carga y una unidad de control. Esta maquina se encarga de proporcionarle una carga a la probeta, para así poder determinar sus propiedades mecánicas a tensión
UNIDAD DE CARGA:
En esta unidad se coloca la probeta a la cual se le va a hacer la prueba, y esta constituida por dos puentes uno superior (fijo) que posee mordazas para agarrar la parte superior de la probeta, y un puente inferior (móvil) esta constituido por una mordaza y una manivela en esta parte es aplicada la carga a la parte inferior de la probeta. Además esta constituida por una mesa en la cual se contiene el equipo hidráulico de la maquina
UNIDAD DE CONTROL
En esta unidad Se programa la escala de carga que se va a utilizar, el avance en que realizara la prueba. Esta unidad posee una serie de comandos en los cuales se programa la prueba; solo se indicaran cuales son. En ella se debe tener en cuenta el avance y la carga pico presente en la prueba.
(reloj análogo)
PRUEBA DE IMPACTO
ENSAYO CHARPY
Se trata de una máquina de ensayo muy simple desde el punto de vista mecánico. Sin embargo, a pesar de esa sencillez mecánica, con este instrumento se pueden diseñar varias pruebas de impacto donde se demuestra de forma rápida y didáctica, la influencia que tienen determinados factores en el comportamiento mecánico de los materiales.
El nombre de este ensayo se debe a su creador, el francés Augustin Georges Albert Charpy (1865-1945). A través del mismo se puede conocer el comportamiento que tienen los materiales al impacto, y consiste en golpear mediante una masa una probeta que se sitúa en el soporte S (ver Fig. 1). La masa M, la cual se encuentra acoplada al extremo del péndulo de longitud L, se deja caer desde una altura H, mediante la
cual se controla la velocidad de aplicación de la carga en el momento del impacto.
Muestra para la prueba Izod
La muesca es muy importante en esta prueba así como la consistencia de ella, la muesca simula condiciones que pueden existir en aplicaciones como radios internos etc. Si la muestra esta mal hecha, los resultados serán completamente diferentes. También al hacer al muesca, hay que tener cuidado de que no se sobre caliente la muestra ya que algunos plásticos se pueden degradar.
Destilador de Agua
La destilación es en sí misma el proceso básico del ciclo del agua en la naturaleza. El agua es evaporada por el calor del sol formando las nubes y posteriormente enfriada y condensada en forma de lluvia, nieve o granizo.
Análogamente, el destilador calienta el agua hasta hervir quedando esterilizada, pasa al enfriador y condensa finalmente en forma de agua 100% químicamente pura, ideal para el consumo humano.
Básicamente los equipos de destilación constan de dos recipientes conectados mediante un serpentín enfriador. El primer recipiente alberga el agua a tratar y el segundo recoge el agua purificada.
Los materiales empleados en su construcción son de muy alta calidad, asegurando su robustez y durabilidad.
Proceso de Destilación:
1. El agua del grifo es calentada en el primer recipiente hasta 100ºC, eliminando microorganismos como bacterias y virus.
2. El vapor se eleva dejando atrás los contaminantes, sólidos disueltos, cal, metales pesados y otras sustancias.
3. Los gases volátiles son eliminados a través de la ventilación de gases.
4. El vapor es condensado en el serpentín refrigerador de acero inoxidable quirúrgico.
5. El agua purificada pasa a través del filtro de carbón de coco orgánico, acrecentando la calidad del agua al eliminar los posibles componentes volátiles orgánicos.
6. El 100% del vapor procedente del agua, es recogido en un recipiente incluido en el equipo.
El agua destilada es uno de los principales procesos tecnicos para despurar el agua, es uno de los mas usados desde hace mucho tiempo en la historia del hombre, sin embargo lo importante en adoptar una tecnologia seriala de ver que condiciones de agua tengo, que uso le voy a dar y cual es la mejor tecnica o la que mas me conviene, agua destilada es sinonimo de agua desmineralizada, agua desionizada, agua ultrapurificada, agua de osmosis.
Colorimetro
Un colorímetro es cualquier herramienta que identifica el color y el matiz para una medida más objetiva del color.
El colorímetro también es un instrumento que permite la absorbancia de una solución en una específica frecuencia de luz a ser determinada. Es por eso, que hacen posible descubrir la concentración de un soluto conocido que sea proporcional a la absorbancia.
Diferentes sustancias químicas absorben diferentes frecuencias de luz. Los colorímetros se basan en el principio de que la absorbancia de una sustancia es proporcional a su concentración, y es por eso que las sustancias más concentradas muestran una lectura más elevada de absorbancia. Se usa un filtro en el colorímetro para elegir el color de luz que más absorberá el soluto, para maximizar la precisión de la lectura. Note que el color de luz absorbida es lo opuesto del color del espécimen, por lo tanto un filtro azul sería apropiado para una sustancia naranja.
Los sensores miden la cantidad de luz que atravesó la solución, comparando la cantidad entrante y la lectura de la cantidad absorbida.
Se realiza una serie de soluciones de concentraciones conocidas de la sustancia química en estudio y se mide la absorbancia para cada concentración, así se obtiene una gráfica de absorbancia respecto a concentración. Por extrapolación de la absorbancia en la gráfica se puede encontrar el valor de la concentración desconocida de la muestra.
Otras aplicaciones de los colorímetros son para cualificar y corregir reacciones de color en los monitores, o para calibrar los colores de la impresión fotográfica. Los colorímetros también se utilizan en personas con déficit visual (ceguera o daltonismo), donde los nombres de los colores son anunciados en medidas de parámetros de color (por ejemplo, saturación y luminiscencia).
Espectrometría de Emisión Atómica
Los átomos o las moléculas que están excitadas a niveles de energía altos pueden caer a niveles menores emitiendo radiación (emisión o luminiscencia). Para los átomos excitados por una fuente de energía de alta temperatura esta emisión de luz es comúnmente llamada emisión atómica u óptica (espectroscopía de emisión atómica) y para átomos excitados con luz es llamada fluorescencia atómica (espectroscopia de fluorescencia atómica).
La espectroscopía de emisión atómica (AES) utiliza la medición cuantitativa de la emisión óptica de átomos excitados para determinar la concentración de la sustancia analizable. Los átomos del analito en la solución son aspirados en la región de excitación donde son disueltos, vaporizados y atomizados por una llama, descarga o plasma. Estas fuentes de atomización a altas temperaturas proveen energía suficiente para promover los átomos a niveles de energía altos. Los átomos vuelven a niveles más bajos emitiendo luz.
El empleo de la espectroscopia de emisión por llama (FES), es de gran aplicación en análisis elemental. Puede ser usada para análisis cuantitativo y cualitativo y es un método de elemento simple. Sus usos más importantes son la determinación de sodio, potasio, litio y calcio en fluidos biológicos y tejidos.
Aplicaciones
Análisis cualitativo de distintos elementos: metálicos como no metálicos. Es uno de los métodos más sensibles que se conocen en la identificación de elementos. Registramos el espectro de emisión de la muestra y comparamos con el espectro patrón del elemento que sospechamos puede estar presente. Una dificultad es el calibrado, suele hacerse con el espectro de emisión del hierro o manganeso (dan más lineas). Si se quiere saber si hay varios elementos se usan dos tipos de patrones: 1.- placa maestra o patrón: películas que llevan marcadas las últimas lineas de cada elemento. 2.- polvos patrón: mezcla de sustancias con las que hacemos un espectro; son mezclas de hasta 50 elementos a diluciones tales que solo aparecen las lineas últimas de los elementos. En analisis cuantitativo la energia de emsión presenta una dificultad como consecuencia de la inestabilidad de la temperatura alcanzada en los electrodos.
Equipo analítico por Electrolisis
Es una manera de producir cambios químicos a través de reacciones en electrodos en contacto con un electrólito por el paso de una corriente eléctrica. Las celdas de electrólisis, también conocidas como celdas electroquímicas, generalmente constan de dos electrodos conectados a una fuente externa de electricidad (un suministro de fuerza o batería) y sumergido en un líquido que puede conducir electricidad a través del movimiento de iones. Las reacciones ocurren en ambas interfaces de solución de electrodo por el flujo de electrones. Las reacciones de reducción, donde las sustancias adicionan electrones, ocurren en el electrodo denominado el cátodo; las reacciones de oxidación, donde los especies pierden electrones, ocurren en el otro electrodo, el ánodo. En la celda mostrada en la ilustración, el agua se reduce en el cátodo para producir hidrógeno gas e ión hidroxilo; el ion de cloruro es oxidado en el ánodo para generar gas de cloro. Los electrodos se construyen típicamente de metales (como platino o acero) o carbón. Los electrólitos usualmente constan de sales disueltas en ya sea agua o un solvente no acuoso, o son sales fundidas.
Diagrama esquemático de una celda de electrólisis en la cual el electrólito es una solución de cloruro de sodio.
Las aplicaciones incluyen síntesis industrial de productos químicos, la galvanoplastia de metales, extracción y refinación metalúrgica de metales, terminando y electromaquinado de metales, y la producción de electricidad en baterías. La corrosión de metales a menudo ocurre mediante procesos electrolíticos directos. Las celdas electrolíticas son usadas en la química analítica y en los estudios del laboratorio de mecanismos de reacción.
Principios
El flujo de corriente, medido en amperios (donde 1 A es igual al pasaje de 1 culombio de cargo por segundo), representa la velocidad de flujo de carga eléctrica a través de la celda de electrólisis. La cantidad de una sustancia producida o agotada en la reacción en un electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad (culombios) pasada durante la electrólisis (F una corriente constante de 1 A pasada para 1 h equivalente a 3600 culombios) producirá 0.018656 mol o 1.3228 g de gas de cloro. La cantidad de electricidad es la integral de la corriente sobre la duración de la electrólisis y puede estar determinada con un culombímetro.
En la electrólisis de masa, por ejemplo, en la producción de productos químicos, el flujo de corriente produce cambios apreciables en la concentración de especies en el electrólito. Las celdas para la electrólisis de masa usualmente utilizan relativamente electrodos grandes con el líquido mantenido en constante movimiento. Para aplicaciones analíticas o la caracterización de sistemas químicos, la electrólisis ocurre sólo cerca de la superficie de los electrodos. Aquí, las soluciones no agitadas y los electrodos pequeños son típicamente usados.
Cuándo sólo una reacción ocurre en un electrodo, se dice que ocurre con eficiencia actual de 100 %. Cuando dos o más reacciones ocurren en el mismo electrodo, por ejemplo, cuándo ambos oxígeno y cloro son desarrollados en el ánodo de una celda, la eficiencia actual de cada reacción es dada por la fracción de la cantidad de electricidad agotada para cada proceso. Para los procesos electrolíticos de gran escala, la eficiencia de consumo de poder (o la energía) es de interés porque está relacionada con el costo de energía eléctrica necesaria para producir una cantidad dada de producto. La eficiencia energética es la razón de la energía teórica ideal para la celda de reacción a la energía verdadera (directamente proporcional al voltaje de la celda) consumida en la electrólisis. El voltaje de la celda depende de un número de factores, incluyendo los requisitos termodinámicos de energía para las reacciones del electrodo, la energía necesaria para impulsar las reacciones a una velocidad dada, y la resistencia de los electrodos y el electrólito.
En aplicaciones analíticas la reacción del electrodo en sólo uno de los electrodos es de interés, y un tercer electrodo, llamó un electrodo de referencia, es usualmente introducido en la celda a fin de que el potencial de ese electrodo pueda ser determinado con relación a un potencial de referencia conocido. El potencial medido está también menos conturbado por efectos de resisencia de la solución en una celda de tres electrodos.
Aplicaciones
Hay muchas aplicaciones industriales para la producción de productos químicos inorgánicos importantes. El cloro y el álcali son producidos por la electrólisis a gran escala de salmuera (el proceso cloroalcali) en celdas llevando a cabo las mismas reacciones como esos exteriorizados en la ilustración. Otros productos químicos producidos incluyen hidrógeno y oxígeno (por la electrólisis de agua), cloratos, peroxisulfato, y permanganato. Otros procesos son llevados a cabo con sales disueltas como solventes, porque las reacciones del electrodo de interés podrían ser camufladas en soluciones acuosas por la electrólisis del agua para producir hidrógeno y oxígeno. Electrowinning de aluminio, magnesio, y los metales sódicos son llevados a cabo por la electrólisis de sales fundidas. El flúor es producido por electrólisis de una mezcla del 2:1 de fluoruro de ácido fluorhídrico anhidro y de potasio.
Los principales compuestos orgánicos que involucran procesos electrolíticos son la hidrodimerización de acrilonitrilo para producir adiponitrilo y la producción de plomo tetraetílico. Muchos otros compuestos orgánicos han sido estudiados a escala de laboratorio.
La galvanoplastia implica la deposición electroquímica de una capa delgada de metal en un substrato conductivo, por ejemplo, producir una superficie más atractiva o resistente a la corrosión. El cromo, el níquel, el estaño, el cobre, el cinc, el cadmio, el plomo, la plata, el oro, y el platino son la mayor parte de los metales frecuentemente galvanizados. Las superficies de metal también pueden electrolíticamente ser oxidadas (anodizado) para formar estratos protectores de óxido. Esta técnica de acabado de superficie es más ampliamente usada para aluminio pero sirve también para titanio, cobre, y acero. La producción electrolítica del condensador involucra anodización de aluminio, tantalum, y niobium. La disolución anódica de un metal es usada en el mecanizado electroquímico para producir una estructura deseada. Es principalmente aplicada en el mecanizado de aleaciones muy duras o en producir estructuras complejas que serían difícil de hacer por los métodos convencionales de mecanizado.
Los metales pueden ser purificados por electrorefinación. Aquí, el metal impuro es utilizado como el ánodo, el cual se disuelve durante la electrólisis. El metal es depositado, en forma más pura, en el cátodo. El cobre, el níquel, el cobalto, el plomo, y el estaño son todos purificados por esta técnica.
El electroanálisis implica el uso de procesos electrolíticos para identificar y cuantificar las especies. Los métodos Coulombimetricos se basan en medir la cantidad de electricidad usada para un proceso deseado. Los métodos Voltimetricos permiten la caracterización de especies a través de un análisis del efecto de condiciones de potencial y de electrólisis en las corrientes observadas . El interés en la fotoelectrólisis aumenta; esto implica la utilización de energía radiante (por ejemplo, solar) para producir electricidad o conducir reacciones químicas en celdas electrolíticas. En tales celdas, que aún no ha encontrado aplicación práctica, los electrodos irradiados son usualmente hechos de materiales semiconductores, por ejemplo, el dióxido de titanio, el arseniuro de galio, o el seleniuro de cadmio. Las celdas electrolíticas también pueden usarse para purificar corrientes residuals, por ejemplo, por la deposición y recuperación catódica de metales y la oxidación de contaminantes orgánicos.
Elementos de vidrio
Vidrio: Es uno de los materiales más usados en el laboratorio. Aquél que se destina a la fabricación de equipo de laboratorio debe ser resistente a los ácidos y a los álcalis y responder a determinadas exigencias térmicas y mecánicas.
El material de vidrio de laboratorio puede clasificarse en dos categorías:
• Vidriería Común. Comprende los vasos de precipitados, los erlenmeyers, los balones de fondo plano y de fondo redondo, los embudos (al vacío, por gravedad, de decantación), tubos de ensayo, condensadores, frascos con tapón esmerilado, vidrios de reloj, tubos de Thiele y otros (figura 1).
• Vidriería Volumétrica (de alta precisión). Este material suele ser más costoso debido al tiempo gastado en el proceso de calibración. Comprende una serie de recipientes destinados a medir con exactitud el volumen que “contienen” o el volumen que “vierten”. En los recipientes volumétricos aparece señalado si el recipiente es para verter o para contener, lo mismo que la temperatura a la cual ha sido calibrado.
La mayoría de la pipetas y las buretas están diseñadas y calibradas para “verter” líquidos, en tanto que los matraces o balones aforados están calibrados para contenerlos.
Pipetas
Las pipetas están diseñadas para trasvasar volúmenes conocidos de un recipiente a otro. Los tipos más comunes de pipetas son: las volumétricas (aforadas), las graduadas y las automáticas.
• Pipetas volumétricas. Se utilizan para medir exactamente un volumen único y fijo. Estas pipetas vienen para volúmenes desde 0.5 ml hasta 200 ml.
• Pipetas graduadas. Están calibradas en unidades adecuadas para permitir el vertido de cualquier volumen inferior al de su capacidad máxima. Los volúmenes oscilan entre 0.1 y 25 ml.
Las pipetas se llenan succionando suavemente con una pera de goma hasta unos 2 cm arriba de la línea de aforo (en lugar de la pera de goma puede usarse una jeringa o cualquier otro aparato de succión). Durante la operación de llenado, la punta de la pipeta se debe mantener sumergida en el líquido. Enseguida se coloca el dedo índice en la parte superior de la pipeta y se deja salir la solución hasta que el fondo del menisco coincida con la línea de aforo.
Las pipetas deben limpiarse si el agua destilada no resbala de manera uniforme por sus paredes, sino que se adhiere en forma de gotitas en la superficie interna. La limpieza puede hacerse con una solución caliente de detergente o con solución de limpieza.
Una vez se vierte el líquido, quedará un pequeño volumen en la punta de la pipeta la cual ha sido calibrada para tomarlo en cuenta, así que no se debe soplar para sacar esta pequeña cantidad pues de lo contrario se produce una alteración. No se debe confiar en las pipetas con las puntas dañadas.
Buretas
La bureta se utiliza para descargar con exactitud volúmenes conocidos (pero variables), principalmente en las titulaciones. Siempre se deben limpiar para asegurar que las soluciones se deslicen uniformemente por las paredes internas al descargarlas.
No es práctico dejar las soluciones en la bureta durante períodos largos. Después de cada sesión de laboratorio las buretas se deben vaciar y enjuagar con agua destilada antes de guardarlas. Es importante que las soluciones alcalinas no se dejen en las buretas ni siquiera durante períodos cortos. Estas soluciones atacan el vidrio.
Matraz de Erlenmeyer
Es uno de los frascos de vidrio más ampliamente utilizados en laboratorios de Química.
Descripción
Consiste en un frasco cónico de vidrio de base ancha y cuello estrecho. Se los encuentra de diversas capacidades y con algunas variaciones. Suelen incluir unas pocas marcas para saber aproximadamente el volumen contenido. Fue creado en el año 1861 por Richard August Carl Emil Erlenmeyer (1825-1909).
Técnicas en las que se lo emplea
Gracias a la característica forma troncocónica del matraz se evita en gran medida la pérdida del líquido por agitación o por evaporación. También es importante que al disponer de un cuello estrecho es posible taparlo con un tapón esmerilado, o con algodón hidrófobo.
Es empleado en lugar del clásico vaso de precipitados cuando contienen un medio líquido que debe ser agitado constantemente (como en el caso de las titulaciones) sin riesgo de que se derrame su contenido, o cuando se debe trabajar con reacciones químicas violentas.
Suele utilizarse para calentar sustancias a temperaturas altas aunque no vigorosamente; la segunda tarea suele dejársele al balón de destilación.
En microbiología se lo emplea para la preparación de caldos de cultivo debido a que, entre otros motivos, puede taparse fácilmente con un tapón de algodón hidrófobo.
Metodología de uso]
Como todo material de vidrio tiene un método específico para utilizarlo correctamente. Para anclarlo, se puede colocar un peso de plomo o metal sobre el exterior.
Al calentarlo, suele colocarse sobre de alguna de las siguientes formas. Cuando se arma el aparato de estas maneras, suele colocarse una tela metálica entre el matraz y el aro o el trípode.
• Sobre un trípode.
• En un anillo o aro de metal que, a su vez, está aferrado a un soporte universal por medio de una doble nuez o algún asa similar. El aro lo mantiene sobre un mechero Bunsen para que la llama del mechero lo caliente.
• Puede aferrarse el matraz directamente al soporte universal sosteniéndolo con una agarradera para tubos de ensayo en el cuello del matraz.
Placa de Petri
Es un recipiente redondo, de cristal o plástico, de diferentes diámetros (siendo más comunes los de diámetros alrededor de 10 cm), de fondo bajo, con una cubierta de la misma forma que la placa, pero algo más grande de diámetro, para que se pueda colocar encima y cerrar el recipiente. Forma parte de la colección conocida como el «material de vidrio».
Historia
Fue inventada en 1877 por el bacteriólogo alemán Julius Richard Petri cuando trabajaba como ayudante de Robert Koch.
Técnicas que lo utilizan
Se utiliza en los laboratorios principalmente para el cultivo de bacterias y otros microorganismos, soliéndose cubrir el fondo con distintos medios de cultivo (por ejemplo agar) según el microorganismo que se quiera cultivar.
Balón de destilación
es parte del llamado material de vidrio. Es un frasco de vidrio, de cuello largo y cuerpo esférico. Está diseñado para calentamiento uniforme, y se produce con distintos grosores de vidrio para diferentes usos. Está hecho generalmente de vidrio borosilicatado.
La mayor ventaja del matraz aforado por encima de otros materiales de vidrio es que su base redondeada permite agitar o re-mover fácilmente su contenido. Sin embargo, esta misma característica también lo hace más suceptible a voltearse y derramarse.
Técnicas en las que se lo emplea
Su principal uso es en el llamado Aparato de destilación; aunque es de uso frecuente en muchas técnicas, principalmente cuando se requiere atemperar una reacción.
Metodología de uso
Como todo material de vidrio tiene un método específico para utilizarlo correctamente. Para anclarlo, se puede colocar un peso de plomo o metal sobre el exterior.
Al calentarlo, suele colocarse sobre un aro o anillo de metal el cual, a su vez, está aferrado a un soporte universal por medio de una doble nuez o alguna agarradera similar. El aro lo mantiene sobre un mechero Bunsen para que la llama del mechero lo caliente. Cuando se arma el aparato de esta manera, suele colocarse una malla de alambre de gauze entre el balón y el aro o anillo de metal. Como método alterno de armar el aparato, puede aferrarse el balón directamente al soporte universal sosteniéndolo con una agarradera para tubos de ensayo en el cuello del balón.
Tubo de ensayo o tubo de prueba
es parte del material de vidrio de un laboratorio de química. Consiste en un pequeño tubo de vidrio con una punta abierta (que puede poseer una tapa) y la otra cerrada y redondeada, que se utiliza en los laboratorios para contener pequeñas muestras líquidas. Aunque pueden tener otras fases. Como realizar reacciones en pequeña escala, etc.
Metodología de uso
Para calentar durante intervalos cortos a llama directa puede sostenerse el tubo con la mano mediante su parte superior. Si se desea exponerlo más intensamente al calor es necesaria la utilización de pinzas. En ambos casos debe tenerse la precaución de no apuntar con la boca del tubo hacia alguna persona (para evitar proyecciones de la muestra). Los tubos de ensayo no han de llenarse más allá del primer tercio.
Cuando los tubos de ensayos no se están utilizando, se colocan sobre un instrumento denominado gradilla, y para limpiarlos se emplea una escobilla.
Durómetro
Es un aparato que mide la dureza de los materiales, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición.
Los más utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y Microvickers. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador, también normalizado, que produce una huella sobre el material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella, obtendremos la dureza.
Dentro de cada uno de estos procedimientos, hay diversas combinaciones de cargas y penetradores, que se utilizarán dependiendo de la muestra a ensayar.
• Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 2mm de espesor.
• Dureza Shore:Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superdicie 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.
Microscopio Metalografico
Se caracteriza porque la imagen observada se produce por la reflexión de los haces luminosos sobre la probeta metalográfica.
Todas las operaciones descritas en la preparación metalográfica tienen por objeto revelar, en una superficie metálica plana, sus constituyentes estructurales para ser observadas al microscopio. El microscopio es un instrumento muy útil para el metalurgista. Por eso es importante saber sacar un rendimiento óptimo de sus posibilidades. El operador debe conocer los principios ópticos de su funcionamiento, que encontrará descritos en cualquier texto de Física o, incluso, en las instrucciones del fabricante.
Básicamente está constituido por un dispositivo de iluminación, un vidrio plano o prisma de reflexión, el ocular y el objetivo. El aumento de la imagen observada viene dado por el producto de los aumentos del objetivo por los del ocular.
DEFECTOLOGIA DE PIEZAS FUNDIDAS
REBABAS: Excesivas barbas o protuberancia a lo largo de la línea divisoria. La figura representa puerta de válvula fundida, de hierro gris,
CAUSAS: Cierre deficiente de la caja de moldeo o recarga insuficiente de la misma. Cajas defectuosas. Las placas modelo no son lo bastante rígidas o se hallan torcidas. Junta imperfecta.
SOLUCION: Véase la causa
EXUDACION: Burbuja de eutéctico en la superficie de las piezas de aleación de aluminio fundidas en coquilla, exudadas durante el proceso de su tratamiento térmico.
CAUSAS: Recalentamiento accidental durante el tratamiento térmico. Concentración o combinación de impurezas dentro de la composición se mantengan dentro de la composición especificada, resultando en un mínimo punto de fusión eutéctico. Como causa coadyuvante puede señalarse un elevado contenido de gas.
SOLUCION: Es indudable que deberá evitarse el recalentamiento durante el tratamiento térmico. Procurarse que la composición se mantenga dentro de los limites especificados, pero aun así pero se hace necesario limitar la temperatura 505°C. Habrá que desgasificar el metal.
POROS DE GAS: Orificio esférico de variable tamaño y paredes brillantes, distribuidos con bastante uniformidad por toda sección de la pieza fundida. Los mayores suelen encontrarse en la sección mas espesa de la pieza por ser la ultima en solidificarse
CAUSAS: Gas en el metal
SOLUCION: Desgasifiquese el metal mediante su fusión en condiciones oxidantes, seguida de una desoxidación regulada.
POROS POR ARENA: Cavidades irregulares que contienen arena.
CAUSAS: En determinados casos los poros de arena se resultas de una costra o abolladura, pero también pueden provenir de
o Rincones pronunciados y zonas débiles de arenas, en el bebedero
o Machos o moldes débiles por aglomerantes
o Deficiente ejecución del bebedero
o Trabajo poco esmerado
o Superficie tosca o insuficiente conocida en lo modelos
o Efecto del rebote directo del metal en fusión
SOLUCION: Las medidas a adoptar para la eliminación de este defecto se deducen de las causas mencionadas
RECHUPES: Cavidad ocasionada por la contracción liquida. Generalmente muy irregular y paredes rugosas y de forma de depresión superficial del tamaño variable, denominándose entonces rechupe o embudo de colada.
CAUSAS: Diseño inapropiado de la pieza fundida, así como inadecuados métodos de colada.
SOLUCION: Modifíquese el diseño para obtener secciones del metal mas uniformes y provéase mejor alimentación mediante la apropiada modificación de las coladas y maselotes.
INCLUSIONES DE OXIDO Y ESCORIA: Partes sucias en la superficie de caras mecanizadas.
CAUSAS: Descuido al escoriar y colar. Uso de cuchara sucia
SOLUCION: Escoriar y colar cuidadosamente para impedir que penetren en el molde escorias o cenizas
INCLUSIONES DE ESCORIA: Inclusiones no metálicas en la superficie de las piezas fundidas
CAUSAS: Metal fundido viscoso u oxidado
o Bebederos demasiados grandes
o No se limpia bien la caja
o Colada interrumpida
SOLUCION: Habrá que asegurarse de que el metal esta caliente y conserva su fluidez
o Reduzcase el área del canal de colada
o Introdúzcanse colectores para la suciedad en el sistema de canalización de la colada.
o Manténgase llenos los bebederos para que la suciedad y la escoria floten en el metal liquido
FALSA UNION FRIA: Falta de unión del metal en la confluencia de dos corrientes, dando lugar a que se produzcan aparentes grieta o a arrugas superficiales, así como capaz de oxido
CAUSA: Fluidez insuficiente en el metal
SOLUCION: Elévese la temperatura de colada o el tamaño y numero de los bebederos
APLASTAMIENTO: Desplazamiento de la arena en las portadas de machos o juntas de molde, lo que da lugar a que produzcan cavidades de forma regular o proyecciones de piezas fundidas
CAUSAS: Deficiente ejecución de las juntas de molde, dando origen a una presión excesiva y desigual en la superficie de la arena. Cajas de moldeo defectuosamente encajadas, o alabeadas
SOLUCION: Se deduce de lo expuesto
ALAVEO: Deformación desarrollada en la pieza fundida entre la temperatura de solidificación y la temperatura ambiente
CAUSAS: Los modelos no han sido convenientemente curvados para que se adapten al diseño especial de la pieza que se trata de ejecutar.
SOLUCION: Convenientemente tolerancia de curvado en el modelo y procédase a modificar el diseño, si factible fuese, para facilitar el enfriamientouniforme de todas las partes.
GRIETAS DE CONTRACCION: Grieta producida al contraerse el metal durante su enfriamiento en el molde, o poco después de haber sido extraído de este. Las paredes de tales grietas se presentan a menudo descoloridas, según la temperatura de la pieza en el momento de producirse el fallo
CAUSAS: Los principales factores causantes de este defecto son el diseño, de la fundición, unido a la falta de libertad para desarrollarse la contracción normal del metal, a consecuencias de los refuerzos de la caja, el molde o los machos etc.
SOLUCION: Utilícese una arena mas débil para molde y el macho, procurando que los esfuerzos de la de moldeo no coarten la contracción
SOPLADURAS: Cavidades de forma redondeada y paredes lisas y brillantes. El origen de esta falla puede determinarse procediendo a seccionar la pieza.
CAUSA: Excesiva generación de gas de la arena de moldeo o macho, así como insuficiente permeabilidad o aires. E l metal penetra en los aires.
SOLUCION: Utilice con menos profusión el aglutinante de aceite. Procurar que los machos estén convenientemente secados. Se aumentara la permeabilidad de la arena y proveerá de suficientes aires el molde y los machos.
JUNTA DESPLAZADA: Pronunciado desencaje de las partes de superior e inferior del molde, dando lugar a que la pieza fundida sea defectuosa.
CAUSAS: Desgaste de la caja y placa de moldeo, que origina el desplazamiento de la caja.
SOLUCION: Las chavetas y espigas de la caja deberán ser repasadas y renovadas regularmente, en caso de desgaste.
REBABAS: Excesivas barbas o protuberancia a lo largo de la línea divisoria. La figura representa puerta de válvula fundida, de hierro gris,
CAUSAS: Cierre deficiente de la caja de moldeo o recarga insuficiente de la misma. Cajas defectuosas. Las placas modelo no son lo bastante rígidas o se hallan torcidas. Junta imperfecta.
SOLUCION: Véase la causa
EXUDACION: Burbuja de eutéctico en la superficie de las piezas de aleación de aluminio fundidas en coquilla, exudadas durante el proceso de su tratamiento térmico.
CAUSAS: Recalentamiento accidental durante el tratamiento térmico. Concentración o combinación de impurezas dentro de la composición se mantengan dentro de la composición especificada, resultando en un mínimo punto de fusión eutéctico. Como causa coadyuvante puede señalarse un elevado contenido de gas.
SOLUCION: Es indudable que deberá evitarse el recalentamiento durante el tratamiento térmico. Procurarse que la composición se mantenga dentro de los limites especificados, pero aun así pero se hace necesario limitar la temperatura 505°C. Habrá que desgasificar el metal.
POROS DE GAS: Orificio esférico de variable tamaño y paredes brillantes, distribuidos con bastante uniformidad por toda sección de la pieza fundida. Los mayores suelen encontrarse en la sección mas espesa de la pieza por ser la ultima en solidificarse
CAUSAS: Gas en el metal
SOLUCION: Desgasifiquese el metal mediante su fusión en condiciones oxidantes, seguida de una desoxidación regulada.
POROS POR ARENA: Cavidades irregulares que contienen arena.
CAUSAS: En determinados casos los poros de arena se resultas de una costra o abolladura, pero también pueden provenir de
o Rincones pronunciados y zonas débiles de arenas, en el bebedero
o Machos o moldes débiles por aglomerantes
o Deficiente ejecución del bebedero
o Trabajo poco esmerado
o Superficie tosca o insuficiente conocida en lo modelos
o Efecto del rebote directo del metal en fusión
SOLUCION: Las medidas a adoptar para la eliminación de este defecto se deducen de las causas mencionadas
RECHUPES: Cavidad ocasionada por la contracción liquida. Generalmente muy irregular y paredes rugosas y de forma de depresión superficial del tamaño variable, denominándose entonces rechupe o embudo de colada.
CAUSAS: Diseño inapropiado de la pieza fundida, así como inadecuados métodos de colada.
SOLUCION: Modifíquese el diseño para obtener secciones del metal mas uniformes y provéase mejor alimentación mediante la apropiada modificación de las coladas y maselotes.
INCLUSIONES DE OXIDO Y ESCORIA: Partes sucias en la superficie de caras mecanizadas.
CAUSAS: Descuido al escoriar y colar. Uso de cuchara sucia
SOLUCION: Escoriar y colar cuidadosamente para impedir que penetren en el molde escorias o cenizas
INCLUSIONES DE ESCORIA: Inclusiones no metálicas en la superficie de las piezas fundidas
CAUSAS: Metal fundido viscoso u oxidado
o Bebederos demasiados grandes
o No se limpia bien la caja
o Colada interrumpida
SOLUCION: Habrá que asegurarse de que el metal esta caliente y conserva su fluidez
o Reduzcase el área del canal de colada
o Introdúzcanse colectores para la suciedad en el sistema de canalización de la colada.
o Manténgase llenos los bebederos para que la suciedad y la escoria floten en el metal liquido
FALSA UNION FRIA: Falta de unión del metal en la confluencia de dos corrientes, dando lugar a que se produzcan aparentes grieta o a arrugas superficiales, así como capaz de oxido
CAUSA: Fluidez insuficiente en el metal
SOLUCION: Elévese la temperatura de colada o el tamaño y numero de los bebederos
APLASTAMIENTO: Desplazamiento de la arena en las portadas de machos o juntas de molde, lo que da lugar a que produzcan cavidades de forma regular o proyecciones de piezas fundidas
CAUSAS: Deficiente ejecución de las juntas de molde, dando origen a una presión excesiva y desigual en la superficie de la arena. Cajas de moldeo defectuosamente encajadas, o alabeadas
SOLUCION: Se deduce de lo expuesto
ALAVEO: Deformación desarrollada en la pieza fundida entre la temperatura de solidificación y la temperatura ambiente
CAUSAS: Los modelos no han sido convenientemente curvados para que se adapten al diseño especial de la pieza que se trata de ejecutar.
SOLUCION: Convenientemente tolerancia de curvado en el modelo y procédase a modificar el diseño, si factible fuese, para facilitar el enfriamientouniforme de todas las partes.
GRIETAS DE CONTRACCION: Grieta producida al contraerse el metal durante su enfriamiento en el molde, o poco después de haber sido extraído de este. Las paredes de tales grietas se presentan a menudo descoloridas, según la temperatura de la pieza en el momento de producirse el fallo
CAUSAS: Los principales factores causantes de este defecto son el diseño, de la fundición, unido a la falta de libertad para desarrollarse la contracción normal del metal, a consecuencias de los refuerzos de la caja, el molde o los machos etc.
SOLUCION: Utilícese una arena mas débil para molde y el macho, procurando que los esfuerzos de la de moldeo no coarten la contracción
SOPLADURAS: Cavidades de forma redondeada y paredes lisas y brillantes. El origen de esta falla puede determinarse procediendo a seccionar la pieza.
CAUSA: Excesiva generación de gas de la arena de moldeo o macho, así como insuficiente permeabilidad o aires. E l metal penetra en los aires.
SOLUCION: Utilice con menos profusión el aglutinante de aceite. Procurar que los machos estén convenientemente secados. Se aumentara la permeabilidad de la arena y proveerá de suficientes aires el molde y los machos.
JUNTA DESPLAZADA: Pronunciado desencaje de las partes de superior e inferior del molde, dando lugar a que la pieza fundida sea defectuosa.
CAUSAS: Desgaste de la caja y placa de moldeo, que origina el desplazamiento de la caja.
SOLUCION: Las chavetas y espigas de la caja deberán ser repasadas y renovadas regularmente, en caso de desgaste.
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Partículas Magnéticas
Aplicar la técnica de partículas magnéticas, para la detección de posibles discontinuidades en la inspección de materiales ferromagnéticos. La técnica de partículas magnéticas es una técnica no destructiva relativamente sencilla, basada en la propiedad de ciertos materiales de convertirse en un imán.
Descripción de las Partículas Magnéticas
Es un método que utiliza principalmente corriente eléctrica para crear un flujo magnético en una pieza y al aplicarse un polvo ferromagnético produce la indicación donde exista distorsión en las líneas de flujo (fuga de campo).
Propiedad física en la que se basa. (Permeabilidad)Propiedad de algunos
materiales de poder ser magnetizados.
La característica que tienen las líneas de flujo de alterar su trayectoria cuando
son interceptadas por un cambio de permeabilidad.
Los materiales se clasifican en :
Diamagnéticos: Son levemente repelidos por un campo magnético, se magnetizan pobremente.
Paramagnéticos: Son levemente atraídos por un campo magnético, No se magnetizan.
Ferromagnéticos: Son fácilmente atraídos por un campo magnético, semagnetizan fácilmente.
Tipos de discontinuidades:
Superficiales
Subsuperficiales (muy cercanas a la superficie)
Poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras, laminaciones, etc.
Materiales:
Materiales ferromagnéticos (aceros, fundiciones, soldaduras, níquel, cobalto y sus aleaciones
Aplicaciones:
Se utilizan para la detección de discontinuidades superficiales y subsuperficiales (hasta 1/4” de profundidad aproximadamente, para situaciones prácticas) en materiales
ferromagnéticos.
Este método se aplica a materiales ferromagnéticos, tales como:
Piezas de fundición, forjadas, roladas.
Cordones de soldadura.
Inspección en servicio de algunas partes de avión, ferrocarril, recipientes
sujetos a presión.
Ganchos y engranes de grúa, estructuras de plataforma, etc.
Es sensible para la detección de discontinuidades de tipo lineal, tales como;
Grietas de fabricación o por fatiga.
Desgarres en caliente.
Traslapes.
Costuras, faltas de fusión.
Laminaciones, etc.
Ventajas:
o Se puede inspeccionar las piezas en serie obteniéndose durante el
proceso, resultados seguros e inmediatos.
o La inspección es más rápida que los líquidos penetrantes y más
económica.
o Equipo relativamente simple, provisto de controles para ajustar la
corriente, y un amperímetro visible, conectores para HWDC, FWDC y
AC.
o Portabilidad y adaptabilidad a muestras pequeñas o grandes.
o Requiere menor limpieza que Líquidos Penetrantes.
o Detecta tanto discontinuidades superficiales y subsuperficiales.
o Las indicaciones son producidas directamente en la superficie de la
pieza, indicando la longitud, localización, tamaño y forma de las
discontinuidades.
o El equipo no requiere de un mantenimiento extensivo.
Tintas Penetrantes
El ensayo por tintas penetrantes está esencialmente enfocado para la detección de discontinuidades superficiales, y que estén accesibles a la superficie. Sirve para detectar discontinuidades como grietas y poros. Es muy utilizado en materiales no magnéticos como aluminio, magnesio, aceros inoxidables austeníticos, aleaciones de titánio y zirconio, y también, materiales magnéticos. Es aplicado en cerámicas vitrificadas, vidrios y plásticos.
Procedimiento general del ensayo
Los líquidos penetrantes es una técnica empleada para la detección de defectos superficiales (y no para los defectos subsuperficiales) tales como roturas, pliegues, inclusiones, porosidad, etc.. que se presentan en cualquier tipo de superficie.
Básicamente el procedimiento de ensayo que se ha seguido en las prácticas es el siguiente:
• Se toma muestra a analizar, normalmente diamagnética (en nuestro caso de acero), y se limpia su superficie de forma que quede libre de agua, aceite o cualquier otro agente contaminante.
• Se aplica, por pulverización mediante aerosoles, un líquido rojo (líquido penetrante) con un gran poder de penetración (baja tensión superficial) sobre la superficie para que entre en los posibles defectos de la pieza; se deja secar la pieza entre 15 - 20 min.
• A continuación se elimina el exceso de líquido penetrante mediante el líquido eliminador. Para ello se impregna un papel con el eliminador y se frota con dicho papel la superficie de la pieza.
• Finalmente se aplica un tercer líquido blanco llamado revelador, con gran capacidad de absorción. Este líquido absorbe el penetrante que ha quedado en las discontinuidades quedándose manchado de color rojo justo en el lugar donde existe un defecto. De este modo, ya estamos listos para la inspección de la pieza simplemente con la ayuda de una buena iluminación y una buena vista.
• Tras la inspección se procederá a limpiar de nuevo la pieza ensayada.
Informe e interpretación de los resultados
El ensayo se ha realizado sobre un eje de acero. A continuación se va a realizar un informe en el que se destacarán los siguientes aspectos: propiedades de los líquidos utilizados en el ensayo y descripción de los defectos obtenidos.
Croquis de la pieza
Seguidamente se muestra un croquis de la pieza ensayada en la que se destaca en color aquellas zonas donde se encuentran discontinuidades (en apartados posteriores se presentará una tabla en la que se describirán cada uno de los defectos).
Tipo de penetrante, eliminador y revelador utilizados.
Los líquidos utilizados y sus propiedades son las siguientes:
• Penetrante:
Se ha utilizado un penetrante de color rojo.
Su aplicación a la pieza es mediante la pulverización con aerosoles.
Tipo: penetrante eliminable con disolventes.
Concretamente, el penetrante usado es el Ardrox 996P Penetrante.
• Eliminador:
Según el tipo de penetrante, tenemos un modo de eliminar el exceso de penetrante.
Tipo: en nuestro caso, al tratarse de un eliminable con disolventes, el eliminador es un disolvente en fase líquida que se aplica sobre un papel
impregnándolo y frotando la superficie de la pieza.
El eliminador usado es el Ardrox 996 PR 551 Eliminador.
• Revelador:
Su aplicación sobre la pieza es a través de la pulverización.
Tipo: revelador húmedo compuesto de polvo blanco en suspensión de disolvente (que es el que se suele utilizar para los penetrantes rojos).
El revelador usado es el Ardrox9D6F Revelador.
Nota: Ardrox se refiere a procesos especializados para tratamientos de superficie, limpieza y control no destructivo.
Condiciones de aplicación de los productos anteriores.
Las condiciones para la aplicación de los anteriores productos son fundamentalmente:
• El lugar debe ser no inflamable.
• El lugar debe estar ventilado.
• Se deben alejar de las fuentes de ignición.
• Los vapores no se deben respirar.
• No se deben tirar los residuos por el desague.
• Evitar la acumulación de cargas electrostáticas.
Ensayo de Ultrasonido
La inspección por ultrasonido se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo mecánico, y su funcionamiento se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido y la densidad del material. Cuando se inventó este procedimiento, se medía la disminución de intensidad de energía acústica cuando se hacían viajar ondas supersónicas en un material, requiriéndose el empleo de un emisor y un receptor. Actualmente se utiliza un único aparato que funciona como emisor y receptor, basándose en la propiedad característica del sonido de reflejarse al alcanzar una interfase acústica.
Los equipos de ultrasonido que se utilizan actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas, dependiendo del tipo de palpador utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un rango que va desde 0.25 hasta 25 MHz. Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico denominado transductor y que tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente el transductor vibra a altas frecuencias generando ultrasonido. Las vibraciones generadas son recibidas por el material que se va a inspeccionar, y durante el trayecto la intensidad de la energía sónica se atenúa exponencialmente con la distancia del recorrido. Al alcanzar la frontera del material, el haz sónico es reflejado, y se recibe el eco por otro (o el mismo) transductor. Su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos.
RayosX
Se trata de una radiación electromagnética penetrante, con una longitud de onda menor que la luz visible, producida bombardeando un blanco —generalmente de wolframio— con electrones de alta velocidad. Los rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba dentro de una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platinocianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo. Tras realizar experimentos adicionales, determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta. Roentgen llamó a los rayos invisibles "rayos X" por su naturaleza desconocida. Posteriormente, los rayos X fueron también denominados rayos Roentgen en su honor.
Naturaleza de los rayos-X
Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda va desde unos 10 nm hasta 0,001 nm (1 nm o nanómetro equivale a 10-9 m). Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración. Los rayos de mayor longitud de onda, cercanos a la banda ultravioleta del espectro electromagnético, se conocen como rayos X blandos; los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona de rayos gamma o incluso se solapan con ésta, se denominan rayos X duros. Los rayos X formados por una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes se conocen como rayos X ‘blancos’, para diferenciarlos de los rayos X monocromáticos, que tienen una única longitud de onda. Tanto la luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una órbita a otra. La luz visible corresponde a transiciones de electrones externos y los rayos X a transiciones de electrones internos. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los de los rayos X, se producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados.
Los rayos X se producen siempre que se bombardea un objeto material con electrones de alta velocidad. Gran parte de la energía de los electrones se pierde en forma de calor; el resto produce rayos X al provocar cambios en los átomos del blanco como resultado del impacto. Los rayos X emitidos no pueden tener una energía mayor que la energía cinética de los electrones que los producen. La radiación emitida no es monocromática, sino que se compone de una amplia gama de longitudes de onda, con un marcado límite inferior que corresponde a la energía máxima de los electrones empleados para el bombardeo.
Rayos Gamma
Se puede definir a los rayos gamma como aquella radiación electromagnética de altas energías asociada a la radiactividad. Radiactividad es la desintegración espontánea de núcleos atómicos mediante la emisión de partículas subatómicas llamadas partículas alfa, que sólo penetran unas milésimas de centímetro en el aluminio y partículas beta, que son casi 100 veces más penetrantes. En experimentos posteriores se sometieron las emisiones radiactivas a campos eléctricos y magnéticos, y estas pruebas pusieron de manifiesto la presencia de un tercer componente, los rayos gamma, que resultaron ser mucho más penetrantes que las partículas beta. En un campo eléctrico, la trayectoria de las partículas beta se desvía mucho hacia el polo positivo, mientras que la de las partículas alfa lo hace en menor medida hacia el polo negativo; los rayos gamma no son desviados en absoluto. Esto indica que las partículas beta tienen carga negativa, las partículas alfa tienen carga positiva (se desvían menos porque son más pesadas que las partículas beta) y los rayos gamma son eléctricamente neutros.
Radiación gamma
Las emisiones alfa y beta suelen ir asociadas con la emisión gamma. Los rayos gamma no poseen carga ni masa; por tanto, la emisión de rayos gamma por parte de un núcleo no conlleva cambios en su estructura, sino simplemente la pérdida de una determinada cantidad de energía radiante. Con la emisión de estos rayos, el núcleo compensa el estado inestable que sigue a los procesos alfa y beta. La partícula alfa o beta primaria y su rayo gamma asociado se emiten casi simultáneamente. Sin embargo, se conocen algunos casos de emisión alfa o beta pura, es decir, procesos alfa o beta no acompañados de rayos gamma; también se conocen algunos isótopos que emiten rayos gamma de forma pura. Esta emisión gamma pura tiene lugar cuando un isótopo existe en dos formas diferentes, los llamados isómeros nucleares, con el mismo número atómico y número másico pero distintas energías. La emisión de rayos gamma acompaña a la transición del isómero de mayor energía a la forma de menor energía. Un ejemplo de esta isomería es el isótopo protactinio 234, que existe en dos estados de energía diferentes, y en el que la emisión de rayos gamma indica la transición de uno al otro.
Partículas Magnéticas
Aplicar la técnica de partículas magnéticas, para la detección de posibles discontinuidades en la inspección de materiales ferromagnéticos. La técnica de partículas magnéticas es una técnica no destructiva relativamente sencilla, basada en la propiedad de ciertos materiales de convertirse en un imán.
Descripción de las Partículas Magnéticas
Es un método que utiliza principalmente corriente eléctrica para crear un flujo magnético en una pieza y al aplicarse un polvo ferromagnético produce la indicación donde exista distorsión en las líneas de flujo (fuga de campo).
Propiedad física en la que se basa. (Permeabilidad)Propiedad de algunos
materiales de poder ser magnetizados.
La característica que tienen las líneas de flujo de alterar su trayectoria cuando
son interceptadas por un cambio de permeabilidad.
Los materiales se clasifican en :
Diamagnéticos: Son levemente repelidos por un campo magnético, se magnetizan pobremente.
Paramagnéticos: Son levemente atraídos por un campo magnético, No se magnetizan.
Ferromagnéticos: Son fácilmente atraídos por un campo magnético, semagnetizan fácilmente.
Tipos de discontinuidades:
Superficiales
Subsuperficiales (muy cercanas a la superficie)
Poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras, laminaciones, etc.
Materiales:
Materiales ferromagnéticos (aceros, fundiciones, soldaduras, níquel, cobalto y sus aleaciones
Aplicaciones:
Se utilizan para la detección de discontinuidades superficiales y subsuperficiales (hasta 1/4” de profundidad aproximadamente, para situaciones prácticas) en materiales
ferromagnéticos.
Este método se aplica a materiales ferromagnéticos, tales como:
Piezas de fundición, forjadas, roladas.
Cordones de soldadura.
Inspección en servicio de algunas partes de avión, ferrocarril, recipientes
sujetos a presión.
Ganchos y engranes de grúa, estructuras de plataforma, etc.
Es sensible para la detección de discontinuidades de tipo lineal, tales como;
Grietas de fabricación o por fatiga.
Desgarres en caliente.
Traslapes.
Costuras, faltas de fusión.
Laminaciones, etc.
Ventajas:
o Se puede inspeccionar las piezas en serie obteniéndose durante el
proceso, resultados seguros e inmediatos.
o La inspección es más rápida que los líquidos penetrantes y más
económica.
o Equipo relativamente simple, provisto de controles para ajustar la
corriente, y un amperímetro visible, conectores para HWDC, FWDC y
AC.
o Portabilidad y adaptabilidad a muestras pequeñas o grandes.
o Requiere menor limpieza que Líquidos Penetrantes.
o Detecta tanto discontinuidades superficiales y subsuperficiales.
o Las indicaciones son producidas directamente en la superficie de la
pieza, indicando la longitud, localización, tamaño y forma de las
discontinuidades.
o El equipo no requiere de un mantenimiento extensivo.
Tintas Penetrantes
El ensayo por tintas penetrantes está esencialmente enfocado para la detección de discontinuidades superficiales, y que estén accesibles a la superficie. Sirve para detectar discontinuidades como grietas y poros. Es muy utilizado en materiales no magnéticos como aluminio, magnesio, aceros inoxidables austeníticos, aleaciones de titánio y zirconio, y también, materiales magnéticos. Es aplicado en cerámicas vitrificadas, vidrios y plásticos.
Procedimiento general del ensayo
Los líquidos penetrantes es una técnica empleada para la detección de defectos superficiales (y no para los defectos subsuperficiales) tales como roturas, pliegues, inclusiones, porosidad, etc.. que se presentan en cualquier tipo de superficie.
Básicamente el procedimiento de ensayo que se ha seguido en las prácticas es el siguiente:
• Se toma muestra a analizar, normalmente diamagnética (en nuestro caso de acero), y se limpia su superficie de forma que quede libre de agua, aceite o cualquier otro agente contaminante.
• Se aplica, por pulverización mediante aerosoles, un líquido rojo (líquido penetrante) con un gran poder de penetración (baja tensión superficial) sobre la superficie para que entre en los posibles defectos de la pieza; se deja secar la pieza entre 15 - 20 min.
• A continuación se elimina el exceso de líquido penetrante mediante el líquido eliminador. Para ello se impregna un papel con el eliminador y se frota con dicho papel la superficie de la pieza.
• Finalmente se aplica un tercer líquido blanco llamado revelador, con gran capacidad de absorción. Este líquido absorbe el penetrante que ha quedado en las discontinuidades quedándose manchado de color rojo justo en el lugar donde existe un defecto. De este modo, ya estamos listos para la inspección de la pieza simplemente con la ayuda de una buena iluminación y una buena vista.
• Tras la inspección se procederá a limpiar de nuevo la pieza ensayada.
Informe e interpretación de los resultados
El ensayo se ha realizado sobre un eje de acero. A continuación se va a realizar un informe en el que se destacarán los siguientes aspectos: propiedades de los líquidos utilizados en el ensayo y descripción de los defectos obtenidos.
Croquis de la pieza
Seguidamente se muestra un croquis de la pieza ensayada en la que se destaca en color aquellas zonas donde se encuentran discontinuidades (en apartados posteriores se presentará una tabla en la que se describirán cada uno de los defectos).
Tipo de penetrante, eliminador y revelador utilizados.
Los líquidos utilizados y sus propiedades son las siguientes:
• Penetrante:
Se ha utilizado un penetrante de color rojo.
Su aplicación a la pieza es mediante la pulverización con aerosoles.
Tipo: penetrante eliminable con disolventes.
Concretamente, el penetrante usado es el Ardrox 996P Penetrante.
• Eliminador:
Según el tipo de penetrante, tenemos un modo de eliminar el exceso de penetrante.
Tipo: en nuestro caso, al tratarse de un eliminable con disolventes, el eliminador es un disolvente en fase líquida que se aplica sobre un papel
impregnándolo y frotando la superficie de la pieza.
El eliminador usado es el Ardrox 996 PR 551 Eliminador.
• Revelador:
Su aplicación sobre la pieza es a través de la pulverización.
Tipo: revelador húmedo compuesto de polvo blanco en suspensión de disolvente (que es el que se suele utilizar para los penetrantes rojos).
El revelador usado es el Ardrox9D6F Revelador.
Nota: Ardrox se refiere a procesos especializados para tratamientos de superficie, limpieza y control no destructivo.
Condiciones de aplicación de los productos anteriores.
Las condiciones para la aplicación de los anteriores productos son fundamentalmente:
• El lugar debe ser no inflamable.
• El lugar debe estar ventilado.
• Se deben alejar de las fuentes de ignición.
• Los vapores no se deben respirar.
• No se deben tirar los residuos por el desague.
• Evitar la acumulación de cargas electrostáticas.
Ensayo de Ultrasonido
La inspección por ultrasonido se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo mecánico, y su funcionamiento se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido y la densidad del material. Cuando se inventó este procedimiento, se medía la disminución de intensidad de energía acústica cuando se hacían viajar ondas supersónicas en un material, requiriéndose el empleo de un emisor y un receptor. Actualmente se utiliza un único aparato que funciona como emisor y receptor, basándose en la propiedad característica del sonido de reflejarse al alcanzar una interfase acústica.
Los equipos de ultrasonido que se utilizan actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas, dependiendo del tipo de palpador utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un rango que va desde 0.25 hasta 25 MHz. Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico denominado transductor y que tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente el transductor vibra a altas frecuencias generando ultrasonido. Las vibraciones generadas son recibidas por el material que se va a inspeccionar, y durante el trayecto la intensidad de la energía sónica se atenúa exponencialmente con la distancia del recorrido. Al alcanzar la frontera del material, el haz sónico es reflejado, y se recibe el eco por otro (o el mismo) transductor. Su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos.
RayosX
Se trata de una radiación electromagnética penetrante, con una longitud de onda menor que la luz visible, producida bombardeando un blanco —generalmente de wolframio— con electrones de alta velocidad. Los rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba dentro de una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platinocianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo. Tras realizar experimentos adicionales, determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta. Roentgen llamó a los rayos invisibles "rayos X" por su naturaleza desconocida. Posteriormente, los rayos X fueron también denominados rayos Roentgen en su honor.
Naturaleza de los rayos-X
Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda va desde unos 10 nm hasta 0,001 nm (1 nm o nanómetro equivale a 10-9 m). Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración. Los rayos de mayor longitud de onda, cercanos a la banda ultravioleta del espectro electromagnético, se conocen como rayos X blandos; los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona de rayos gamma o incluso se solapan con ésta, se denominan rayos X duros. Los rayos X formados por una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes se conocen como rayos X ‘blancos’, para diferenciarlos de los rayos X monocromáticos, que tienen una única longitud de onda. Tanto la luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una órbita a otra. La luz visible corresponde a transiciones de electrones externos y los rayos X a transiciones de electrones internos. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los de los rayos X, se producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados.
Los rayos X se producen siempre que se bombardea un objeto material con electrones de alta velocidad. Gran parte de la energía de los electrones se pierde en forma de calor; el resto produce rayos X al provocar cambios en los átomos del blanco como resultado del impacto. Los rayos X emitidos no pueden tener una energía mayor que la energía cinética de los electrones que los producen. La radiación emitida no es monocromática, sino que se compone de una amplia gama de longitudes de onda, con un marcado límite inferior que corresponde a la energía máxima de los electrones empleados para el bombardeo.
Rayos Gamma
Se puede definir a los rayos gamma como aquella radiación electromagnética de altas energías asociada a la radiactividad. Radiactividad es la desintegración espontánea de núcleos atómicos mediante la emisión de partículas subatómicas llamadas partículas alfa, que sólo penetran unas milésimas de centímetro en el aluminio y partículas beta, que son casi 100 veces más penetrantes. En experimentos posteriores se sometieron las emisiones radiactivas a campos eléctricos y magnéticos, y estas pruebas pusieron de manifiesto la presencia de un tercer componente, los rayos gamma, que resultaron ser mucho más penetrantes que las partículas beta. En un campo eléctrico, la trayectoria de las partículas beta se desvía mucho hacia el polo positivo, mientras que la de las partículas alfa lo hace en menor medida hacia el polo negativo; los rayos gamma no son desviados en absoluto. Esto indica que las partículas beta tienen carga negativa, las partículas alfa tienen carga positiva (se desvían menos porque son más pesadas que las partículas beta) y los rayos gamma son eléctricamente neutros.
Radiación gamma
Las emisiones alfa y beta suelen ir asociadas con la emisión gamma. Los rayos gamma no poseen carga ni masa; por tanto, la emisión de rayos gamma por parte de un núcleo no conlleva cambios en su estructura, sino simplemente la pérdida de una determinada cantidad de energía radiante. Con la emisión de estos rayos, el núcleo compensa el estado inestable que sigue a los procesos alfa y beta. La partícula alfa o beta primaria y su rayo gamma asociado se emiten casi simultáneamente. Sin embargo, se conocen algunos casos de emisión alfa o beta pura, es decir, procesos alfa o beta no acompañados de rayos gamma; también se conocen algunos isótopos que emiten rayos gamma de forma pura. Esta emisión gamma pura tiene lugar cuando un isótopo existe en dos formas diferentes, los llamados isómeros nucleares, con el mismo número atómico y número másico pero distintas energías. La emisión de rayos gamma acompaña a la transición del isómero de mayor energía a la forma de menor energía. Un ejemplo de esta isomería es el isótopo protactinio 234, que existe en dos estados de energía diferentes, y en el que la emisión de rayos gamma indica la transición de uno al otro.
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