analisis de las propiedades del material compuesto al cu b

University of Puerto Rico - MayagüezDepartment of Engineering Science & Materials

Lucille Oliver CebolleroEscuela Superior Ines Maria Mendoza

Mentor: Ph.D. Marcelo Suárez Christian Arroyo Torres – Estudiante Ingeniería Química

Engineering Department

Agenda

• Introducción• Motivación• Objetivos• Método• Resultados

Introducción

• Los materiales compuestos se caracterizan por que sus propiedades físicas o químicas son diferentes en la escala macroscópica o microscópica dentro de la estructura del material terminado.

• Para ayudar a predecir y prevenir fallos, los compuestos son analizados antes y después de su síntesis.

• Las propiedades físicas de los materiales compuestos son generalmente no isotrópicos en su naturaleza (independiente de la dirección de la fuerza aplicada), sino que son típicamente ortotrópicos (diferente dependiendo de la dirección de la fuerza aplicada o de la carga).

• En la investigación se ha realizado pruebas de rollos fríos y recristalización.

Motivación

• Buscar un material compuesto con mayor dureza con mayor propiedades mecánicas con bajo costo y que sean más fácil de adquirir.

Objetivos

• Estudiar el proceso de rollos fríos y su efecto en la deformación de las partículas en el material compuesto por diferentes porcientos de Boro.

• Determinar la temperatura en la cual el material compuesto se recristaliza.

• Observar en cambio en el tamaño de los granos del material posterior al proceso de rollos fríos y recristalización.

EXPERIMENTO

Diseño experimental

Fundir% A % B Peso Final % Aleacion A % Aleacion B Peso Aleacion A Peso Aleacion B Adicion

2.5 Cu 0 B 100 33.2 5 7.53 0 92.472.5 Cu 1 B 100 33.2 5 7.53 20 72.472.5 Cu 2 B 100 33.2 5 7.53 40 52.472.5 Cu 3 B 100 33.2 5 7.53 60 32.472.5 Cu 4 B 100 33.2 5 7.53 80 12.47

37.65 200 262.35

Al-Cu-B

Preparar la Muestras

Se preraron tres muestras de cada uno de los siguientes materiales compuestos :

Al Cu 2.5% B0%

Al Cu 2.5% B1%

Al Cu 2.5% B2%

Al Cu 2.5% B3%

Al Cu 2.5% B4%

Se cortan las piezas aprox. 7mm de ancho.

Pulido de MuestrasSe pulen ambas caras de la muestra con lija #320.

I. Análisis de Dureza

Escalas para medir dureza

Rockwell Vicker Brinell Nanoindentadores

Escala Rockwell

• El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que varía desde 0 a 20 kg a compresión. Se aplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, conoce el material.

Mide la dureza superficial tomando encuenta la matriz + los granos.

II. Cold Rolled

Ventajas del Rolado en Frío

• En forma simultánea podemos endurecer el material y produir la forma deseada.

• Podemos aumentar la dureza mediante un proceso costoefectivo.

• Podemos aumentar, la dureza, la ductilidad, la conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión.

Muestras roleadas

III. Tratamiento termal y Quenching

IV. Recristalización

Recrystallization of a metallic material (a → b) and crystal grains growth (b → c → d).

V. Etching

NaOH 7%

Ataque por 15s – 60 s

Lavado con agua deionizada

Resultados Experimentales

Tabla de Dureza Rockwell de muestras previas a recristalización

Al-Cu 2.5% B2% No Roleado

Al-Cu 2.5% B2% Roleado

Al-Cu 2.5% B 0%-4% Roleadas

Al-Cu 2.5%-B 0%Micrografía Ataque Químico:NaOH 7%

No Roleado Roleado

Conclusión

• Observamos que las muestras de Al-Cu-B después de roleadas aumentaron significativamente la dureza.

• Se apreció la deformación de los granos posterior al tratamiento de rolado en frío.

• Posterior al tratamiento térmico observamos recristalización de los granos.

Trabajos Futuros

• Análisis de diferentes caracterizaciones del material:– XRD– TGA– Nanoindentación– Desgaste– TEM

Revisión de Literatura

• RD Doherty (2005). “Primary Recrystallization”. In RW Cahn et al.. Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Elsevier. pp. 7847–7850.

• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley.

• Roberts, William L. (1978), Cold Rolling of Steel, Marcel Dekker.

Escuela Superior Inés María MendozaBox 610

Cabo Rojo, PR 00623

Sra. Lucille Oliver CebolleroMaestra de Química Secundaria

Módulos Instruccionalespara integrar

en el curso de Química a Nivel Secundario

Lucille Oliver Cebollero- Maestra de Química Esc. Sup. Inés María MendozaMentor: Ph.D. Marcelo Suárez

Christian Arroyo– Estudiante Ingeniería QuímicaEngineering Department-RUM

Misión del Programa de Ciencia del Depar tamento de Educación de PR.

Contribuir a la formación de un ser humano que posea una cultura científica y un conocimiento tecnológico que lo capacite para ser responsable consigo mismo, eficaz en el mundo del trabajo y que contribuya positivamente con la sociedad, promoviendo el respeto por la naturaleza y la vida propiciando un ambiente de paz.

Visión del Programa de Química

Fundamentos Filosóficos

Constructivista (Bybee, 2000)

De Inquirir o de DescubrimientoBúsqueda e investigaciónEl maestro estimula a sus estudiantes a pensar, preguntar, obtener datos, hacer hipótesis, predecir y experimentar.

Ciclo de Aprendizaje:

Estrategia parecida a ECA que se diseñó específicamente para la enseñanza de ciencia. Enfocar- delimitar el tema bajo estudio de un modo focas basándose en lo que los estudiantes saben.

Explorar- realización de experimentos o actividades “hands on”.

Conceptualización- reflexión sobre lo observado. Aplicación- transferencia de conocimientos a situaciones nuevas

Laboratorio

Escuela Superior Inés María MendozaBox 610

Cabo Rojo, PR 00623

Sra. Lucille Oliver CebolleroMaestra de Química

Módulo: Deformación de Partículas en Un Material Compuesto

LA ESTRUCTURA Y LOS NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA: El estudiante es capaz de definir lo que son las estructuras, la composición y las propiedades de la materia; diferenciar entre materia viva y no viva y describir la interacción que ocurre entre los organismos vivos y el ambiente f ís ico que les rodea a través del intercambio de materia y energía. Además, descubre los niveles organizacionales de los sistemas biológicos.

EM.Q.1.3 Discrimina entre las propiedades físicas extensivas e intensivas de la materia.

Nivel IV: Pensamiento Extendido (extiende su conocimiento a contextos más amplios

Mediante la experiencia de laboratorio el alumno demostrará cómo se produce una deformación en el grano de un materialcompuesto.

Objetivo cognoscitivo:Al finalizar la experiencia de laboratorio el alumno podrá definir en términos operacionales el concepto deformación de granos en un material compuesto. Objetivo psicomotor:En la práctica de laboratorio el alumno manipulará materiales para ilustrar el concepto de deformación de granos en un material compuesto. Objetivo afectivo:Al finalizar la práctica de laboratorio el alumno estará en condiciones de evaluar las deformación de granos en un material compuesto y las ventajas que estas deformaciones aportan al material compuesto.

Proceso de rolado en frío:Proceso en el cual el metal es deformado pasándolo a través de los rodillos en una temperatura debajo de su temperatura de recristalización El laminado en frío aumenta la fuerza de la producción y la dureza de un metal introduciendo defectos en la estructura cristalina del metal.

Preguntas para los alumnos:2.¿Cómo defines dureza?3.¿Podrás aumentar la dureza de un material?4.¿Alguna vez percibiste o sentiste que al aplastar un lata de refresco esta aparenta ser más dura?

Motivación Los materiales compuestos podemos endurecerlos al crear deformaciones en su estructura cristalina.

• Observación: El laminado en frío aumenta

la fuerza de la producción y la dureza de un metal introduciendo defectos en la estructura cristalina del metal

II. Pregunta de Investigación:

¿ Será posible observar a simple vista la deformación de un grano en un material compuesto?

III. Hipótesis Hipótesis Nula (H0): No hay prueba significativa que demuestre a simple vista podamos observar la deformación de un grano en un material compuesto.

Hipótesis Alterna (H1): Si hay prueba significativa que demuestre a simple vista podamos observar la deformación de un grano en un material compuesto. .

IV. Experimento: Variable Independiente :material compuesto. Variable Dependiente: deformación del grano.A. Materiales:

B. Procedimiento2. Se obtiene un pedazo de plasticina de aproximadamente 4 cm de un color. 3. Se corta por la mitad en forma transversal.4.Tomamos plasticina de dos colores diferentes y creamos dos bolitas de tamaños diferentes.5.Aplicamos fuerz con un rolo.6.Cortamos la muestra en forma transversal.7.Observamos la deformación de granos.

Procedimiento

I. Datos Experimentales

Intento Dibujo

I. Análisis de los Datos Experimentales:

2. ¿Qué ocurrió en el material compuesto

3. Explica los cambios observados en el material compuesto.

VII. Conclusión Aceptación o rechazo de la Hipótesis nula.

Propiedades Mecánicas Tensión Comprensión Fractura Tensión

Elasticidad Resiliencia Ductilidad Dureza Tenacidad

Explica la importancia de las deformaciones de partículas en los materiales compuestos. Imáginate que quieres construir una patineta ultra liviana y super resistente. Menciona cómo crearías un material que cumpla con estas exigencias estructurales.

Preguntas

Dra. Jeannette Santos Dr. Marcelo Suárez

MUCHAS GRACIAS

Grupo de Trabajo del PhD. Marcelo Suárez

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