Capítulo 2: Materiales y Métodos
2.3 Determinación de la composición química
Para la determinación de la composición química pueden usarse métodos tales como emisión atómica (espectral), absorción atómica, vía húmeda, carbonimetría, rayos-X, entre otros. En este caso el análisis químico se realizó mediante emisión atómica (espectral), en un equipo Spectrolab (figura 2.3), en los laboratorios de la Empresa ¨Román Roca¨ en la provincia de Villa Clara.
Figura 2.3 Equipo de análisis espectral (Spectrolab) equipo de Planta Mecánica de la fundición ¨Román Roca¨.
Figura 2.4 Detalle del portamuestra del equipo espectral.
2.4- Análisis metalográfico
Para realizar la caracterización metalográfica se empleó el Microscopio metalográfico marca NOVEL, modelo NJF-120A (figura 2.5) del laboratorio de metalografía del centro de investigación de soldadura, siguiendo el procedimiento establecido en el mismo para estos análisis [32].
Figura 2.5 Microscópio metalográfico marca NOVEL.
En esta caracterización de las muestras se tuvieron en cuenta varios pasos que se nombran a continuación:
9 Limpieza de las probetas
9 Desbaste de las probetas con lijas de agua para garantizar un mejor acabado
9 Pulido espejo de las probetas
9 Conteo puntual de grafito
9 Determinación de la microdureza ó dureza Vickers
9 Determinación de la dureza Brinell (HB)
En la preparación las muestras se desbastaron con papel de lija con grano desde la 100 hasta la 800 y luego en la pulidora con un paño y pastas abrasivas para pulir a espejo.
Luego de pulidas las muestras fueron atacadas para el revelado de la estructura y la observación en el microscopio. El ataque de las superficies pulidas de las fundiciones se realizó con una solución de nital al 1% (disolución de ácido nítrico en alcohol), garantizando un buen revelado de la microestructura.
Las imágenes fueron registradas por medio de una cámara digital marca Canon, modelo A630, resolución 8 MPíxel, acoplada al microscopio.
Para el conteo del por ciento de grafito se utilizaron dos métodos, uno según el patrón de la norma y el otro por el método puntual donde se le realizo el conteo a 10 campos por probetas y posteriormente se le hayo el promedio. Para esto se tuvo en cuenta las normas que tienen estandarizado un sistema de clasificación A-247 de la ASTM y el establecido por la ISO 945-75, estos sistemas concuerdan entre sí. Esta clasificación es según la norma Gost 3443-87 que fue la utilizada en este caso [33, 34].
De acuerdo a la distribución del grafito se puede clasificar en:
(Uniformemente distribuido) (Puntual interdendrítico) (Laminar Interdendrítico) (No uniforme)
(Rosetas)
De acuerdo al tamaño el grafito puede clasificarse en:
De 500 a 1000 µm (No.2) De 30 a 60 µm (No.6) De 250 a 500 µm (No.3) De 15 a 30 µm (Nº.7) De 120 a 250 µm (No.4) Menos de 15 µm (Nº.8)
La determinación de la cantidad de grafito en una muestra se realiza en un microscopio metalográfico con aumento de 100X, en el cual se le inserta en el ocular una rejilla, se cuentan las intersecciones de las líneas verticales y horizontales (N) y se cuentan los nodos donde aparece una inclusión de grafito (n), se determina el % de grafito mediante la siguiente relación: % Grafito = (∑int. de los campos/478)*100 [33]
Cantidad de grafito expresado en %:
Hasta 3% Entre 8 y 12 % Entre 3 y 5% Mayor de12% Entre 5 y 8%
2.5 - Medición de microdureza y la dureza
A cada una de las probetas de las diferentes aleaciones se le midió la microdureza de las fases (dureza Vickers, esta se hizo no menos de 5 por fases). La microdureza se realizó con el microdurómetro Shimadzu (figura 2.6) en el laboratorio de metalografía del CIS. La carga aplicada fue de 300 g.
Dureza Brinell
La macrodureza o dureza brinell se determinó en el laboratorio perteneciente a la empresa Román Roca. Para esta se utilizó una bola de diámetro igual a 10 mm y una fuerza de 3000 Kg ó 29 420 N.
2.6 - Ensayos de desgaste y determinación del desgaste relativo
Para la realización de los ensayos de desgaste se definió en el Capítulo I la preferencia de la Norma ASTM G77 [28], donde uno de los ensayos se basa en el desplazamiento relativo y fricción de un bloque de ensayo sobre un anillo (Figuras 2.7 y 2.8), desgastándose ambos durante el ensayo bajo determinadas cargas o esfuerzos y otros parámetros, de manera que se simule con determinada aproximación las condiciones en que ocurre el desgaste durante la explotación.
Figura 2.7 Representación del ensayo según la norma ASTM G77.
1, Indicador de la carga de fricción; 2, Bloque de ensayo; 3, Carga aplicada; 4, Aro del par de ensayo; 5, sentido de rotación; 6, Dirección y sentido de la fuerza de fricción generada; 7, Celda registradora de la
fuerza de fricción.
La norma brinda determinada flexibilidad en los parámetros de los dos elementos para ajustarse a las características del equipo o máquina existente, así como, en los parámetros o requisitos de ensayo, como velocidad, sustancia o sustancias (aceites, partículas, etc.), los que pueden ser ajustados o seleccionados según los requerimientos para que el dispositivo permita su uso montado sobre un torno universal o banco de ensayo universal, además que se pueda ensayar una amplia gama de materiales, particularmente para medir o determinar desgastes relativos.
Es requisito, cuando se hacen ensayos para determinar resistencia al desgaste relativo, que todos los elementos (bloques y anillos), así como el régimen y duración del ensayo, sean iguales.
Se utilizó para la colocación de la probeta un dispositivo diseñado previamente en trabajos anteriores, con suficiente rigidez, fácil de manipular en su montaje, desmontaje y ajuste, ver Figura 2.9. Este dispositivo se monta a través de la zona de fijación en el portaherramientas del torno.
Figura 2.9 Dispositivo porta probeta.
1, Tuerca de fijación; 2, Tuerca de regulación; 3, Cuerpo soporte; 4, Arandelas tope; 5, Muelle de carga; 6, Eje; 7, Portamuestra; 8, Tornillo de fijación de la probeta;
9, Tornillo de fijación del portamuestra; 10, Zona de fijación del dispositivo.
La carga seleccionada para aplicar en el ensayo, se fija primeramente en el dispositivo comprimiendo el muelle mediante la tuerca de regulación y la de fijación (Figura 2.10), hasta el desplazamiento que corresponde a dicha carga, medido con un reloj indicador de carátula con apreciación de 0,01mm.
Figura 2.10 Montaje del dispositivo.
Para el otro elemento del par se utilizó la pista exterior de un rodamiento (en este caso es una caja de bolas 203) que es de acero endurecido montado sobre el dispositivo portador, Figura 2.11, concebido para su colocación en torno convencional entre centros, con el rodamiento fijo en la pista exterior e interior, que gira durante el ensayo mediante un perro de arrastre.
Figura 2.11 Dispositivo porta anillo.
1, Tuerca de apriete; 2, Arandelas de fijación; 3, Eje; 4, Anillo de fricción.
2.6.1- Preparación de la muestra para el pesaje antes y después del ensayo
Posterior al pulido de las superficies a ensayar en cada probeta se procede a la limpieza rigurosa para eliminar todo vestigio de adherencia y suciedad. A continuación se realizó el secado con calor en estufa. Se evitó la limpieza y secado con telas porque incorpora partículas a la superficie que altera el valor real de la masa al pesar. A partir de entonces se guardaron en recipiente cerrado y la manipulación de las probetas se realizó mediante pinzas para evitar contaminación. Estas precauciones son necesarias ante la exactitud del pesaje en la balanza de precisión Sartorius que alcanza 10-4
gramos que se muestra en la Figura 2.12, que se hizo después de que las probetas alcanzaran la temperatura ambiente.
Figura 2.12 Balanza de precisión Sartorius.
2.6.2- Condiciones establecidas para los ensayos de desgaste
Ensayo de desgaste adhesivo con lubricante contaminado
1.- Un recipiente con aproximadamente 8 cm3 delubricante (Multi-A), mezclado con 3 g de arena sílice como sustancia abrasiva, se coloca de forma que el anillo de acero al girar penetre dentro del aceite y arrastre a este con la arena.
2.- Se aplicará un tiempo de ensayo de 20 minutos con una carga de 10 Kg a 245 rpm, recorriendo la pista una distancia de 615.8 m sobre el bloque (el recorrido mostrado se obtuvo como L= w*t*P, donde (L) es el recorrido en (m), (w) la velocidad angular (rpm), (t) el tiempo de ensayo en min y (P) es el perímetro de la pista de contacto con la probeta en (m)).
Ensayo de desgaste adhesivo con lubricante sin contaminar
Se aplicó el mismo procedimiento del ensayo anterior, pero esta vez sin la utilización de arena sílice.
Capítulo 3: Resultados y análisis