2. CARACTERIZACION (RECONOCIMIENTO DE MATERIALES)

Facultad de Ingenierías
Programa de Ingeniería Aeronáutica
2. CARACTERIZACION DE MATERIALES
GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE MATERIALES
AEROESPACIALES
1. OBJETIVO.
Poder identificar que tipo de material se usa en diferentes piezas de aeronaves
mediante el razonamiento critico del estudiante teniendo en cuenta el uso, peso,
color, dificultad al corte entre otras propiedades físico-químicas.
2. INTRODUCCION.
La caracterización de materiales se hace con el objetivo de darle al ingeniero o
investigador un fácil entendimiento mediante métodos analíticos. Aunque existen
varios métodos de caracterización de materiales (algunos de ellos muy complejos
como la espectrometría de emisión óptica, el WDS o EDS, ambos métodos de
microscopia electrónica avanzada) este laboratorio se centra en los más básicos y
de fácil entendimiento.
3. TEORIA.
Los métodos empíricos más comunes usados para hacer una selección y
caracterización de un material son:
INSPECCION VISUAL
El primer paso para la identificación de cualquier material esta basado en
diferentes métodos elementales, comenzando por la inspección visual de las
herramientas fundamentales para realizar el primer acercamiento a una
diferenciación entre distintos tipos de materiales.
Mediante el método de la observación directa a los materiales es posible
determinar algunas de sus características como el color, el brillo la densidad
aparente y el acabado superficial que dan una base para una primera separación
de subgrupos.
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MAGNETISMO
La mayoría de los metales ferrosos presentan el magnetismo como una
característica propia. Aquí se puede observar que los aceros y las fundiciones son
atraídos por el imán, es decir, son materiales ferromagneticos. Hay que tener en
cuenta que esta regla empírica tiene sus excepciones como por ejemplo el Níquel
el cual es un metal no ferroso que es atraído por el imán y los aceros inoxidables
austeníticos (series 300) los cuales no son ferromagnéticos y por lo tanto no son
atraídos por el imán.
FRACTURA
Los materiales metálicos tienen una fractura característica como se explica a
continuación:
Fundición gris: tiene una fractura gris opaca con granos grandes lo cual explica su
alta fragilidad.
Fundición nodular: tiene una fractura gris opaca con unos granos pequeños, lo
cual explica su gran ductilidad.
Fundición blanca: se caracteriza por su alta dureza y gran fragilidad.
Acero: Tiene una fractura de color gris clara con un tamaño de grano muy fino.
Aluminio: La fractura es de color blanco plateado, con un tamaño de grano muy
grande (cuando es fundido), y muy fino (cuando es laminado en frio).
Cobre: Tiene una fractura rojiza, fibrosa y un tamaño de grano grande o pequeño,
dependiendo de si es fundido o laminado. El color de la fractura varía desde el
rojizo para el cobre puro hasta el amarillo para las aleaciones de Cu-Zn, Cu-Sn,
etc.
TIMBRE. Chequear el timbre de varios materiales metálicos.
CHISPA
Es un método empírico que aunque no es muy exacto, es bastante utilizado para
diferenciar distintos tipos de material ya que brinda de forma rápida y a un bajo
costo, la composición química aproximada del material. Otra ventaja es que se
puede realizar sin destrucción y con poco deterioro de la muestra analizada. Por
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medio de este ensayo y sin tener mucha experiencia se pueden detectar algunas
las diferencias más apreciables en diferentes tipos de material.
El ensayo consiste en presionar una probeta contra una piedra de esmeril en
rotación. La piedra arranca del material pequeñas partículas y las calienta hasta la
temperatura de fusión. Las partículas incandescentes son lanzadas dejando tras
ellas una estela de un rayo más o menos largo de trazo seguido o interrumpido
(rayo principal), según sea la presión con que se actúa entre pieza y muela y
según la composición de la probeta. La unión de estos rayos constituye un haz de
chispas.
Un ejemplo común es el de los aceros los cuales por intermedio del análisis y/o
ensayos de chispas se pueden llegar a diferenciar muy fácil dependiendo del tipo,
por la forma en que estas se presentan. A continuación se muestran unas
imágenes de chispas de aceros para distintas aplicaciones, de acuerdo a su
composición química.
FORMA DE LAS
CHISPAS
IMÁGENES DE CHISPAS
TIPO DE
ACERO
AISI
Composición
Standard
en %
0,42 C
1,1 Cr
0,2 Mo
Ramillete con espinas, y
puntas de lanza color
rojo
Acero
templado y
revenido
Líneas continuas,
algunas espinas,
formado por estallidos
de Carbono
Acero
endurecido
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
4140
0,21 C
1,3 Mn
1,2 Cr
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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,
ledeburita
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 C
18,5 Cr
9,0 Ni
4. PROCEDIMIENTO.
1. Identificar visualmente los diferentes componentes de aeronaves con los
que se cuenta y clasificarlos (de ser posible) según su uso, peso y color.
2. Realizar corte con la sierra de mano o la pulidora según se requiera la
herramienta.
3. Preparar las probetas para realizar en ellas los distintos tipos de ensayos
para lograr una caracterización de los materiales suministrados.
NOTA: Tenga presente que durante el semestre se debe realizar un ensayo
de corrosión, metalografías antes y después de realizar tratamientos
térmicos tanto macroestructurales como microestructurales, ensayos de
dureza, y posiblemente impacto. Por estas razones, debe planificar cuantas
probetas y de que posibles geometrías deben ser dichas probetas. Por esta
razón debe consultar las diferentes normas técnicas para determinar el
número de probetas que deberá cortar en esta práctica y la geometría que
cada una deberá tener.
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4. Realizar los distintos ensayos indicados por el instructor del laboratorio.
5. MATERIALES.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Distintos tipos de componentes de aeronaves.
Diferentes tipos de aluminios.
Sierra de mano.
Pulidora con discos de corte.
Guantes y gafas de protección.
Imán.
Lima.
6. ANÁLISIS.



Identificar los componentes o partes de aeronaves.
Identificar los diferentes tipos de materiales en las partes de aeronaves.
Hacer corte de las partes de aeronaves para la elaboración de probetas que
van a ser usadas en las pruebas de metalografía, tratamientos térmicos y
dureza.
7. BIBLIOGRAFIA.
1. Introducción a la Metalurgia Física. Avner, S. H. Editorial McGraw Hill.
2. ASM. Metals Handbook. Volumen 10. Materials Characterization. American
Society for Metals. 1988.
3. Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros. Cuarta Edición.
James F. Shackelford. Editorial Prentice Hall.
4. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. William F. Smith.
Editorial McGraw Hill.
5. Metalurgia Física para Ingenieros. Guy Alber. Grupo Editorial Iberoamérica.
6. Principios de Metalurgia Física. Reed-Hill, R. E. Compañía Continental.
México.
7. La ciencia e Ingeniería de los Materiales. Askeland, D. R. Grupo Editorial
Iberoamericana.
8. Aluminum and Aluminum Alloys ASM SPECALITY HANDBOOK. Davis, J.R.
ASM International.
9. Catálogos y manuales.
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