Methods

El material de las probetas de ensayo se obtuvo de una estructura perteneciente a un puente ferroviario que se asegura tiene más de 100 años.

Las probetas para los distintos ensayos fueron elaboradas en el taller de maquinado de la Facultad de Ingenieria Mecanica de la UCLV, a partir de las normas que fueron descritas en el capítulo anterior.

El análisis químico se realizó utilizando un espectrometro de emision atomica marca Spectrum modelo Spectrocast de procedencia alemana, debidamente certificado, el cual se encuentra en el taller de fundicion “Roman Roca” de Santa Clara, perteneciente a la Empresa de Producciones Mecanicas del MINAZ “Enrique Villegas”.

Este ensayo permite conocer la composición química de cada uno de los aceros y fundamentalmente su contenido de carbono.

El carbono influye mucho en las propiedades del acero, incluso cuando su contenido varía de un modo insignificante. Por esto, cuando el contenido de todas las demas posibles impurezas es pequeño, el elemento principal, por medio del cual pueden hacerse variar las propiedades de una aleación ferrosa, es el carbono. Como es natural, estas aleaciones (cuando C<2%) se llaman aceros al carbono. [5]

Seguidamente la Tabla 3.1 muestra los resultados obtenidos, osea, la composicion química tanto de la plancha como del angular, al realizar el ensayo quimico.

Tabla 3.1: Composición química (%) del angular y de la plancha.

Angular

C Si Mn P S Cr Mo Ni Al 0.118 <0.0100 0.527 0.0139 0.0452 0.0232 <0.0100 0.0665 <0.0100

Cu Nb Ti V Pb Sn Mg Fe 0.105 <0.0100 <0.0100 0.0184 <0.00500 <0.0100 <0.00500 99.01

Plancha

C Si Mn P S Cr Mo Ni Al

0.0974 <0.0100 0.378 <0.00200 <0.00100 0.0277 <0.0100 0.0624 <0.0100 Cu Nb Ti V Pb Sn Mg Fe

0.154 <0.0100 <0.0100 0.0171 <0.00500 <0.0100 <0.00500 99.19

Por lo general, el contenido de estos elementos tiene los siguientes límites superiores, en %; 0.8Mn; 0.5Si; 0.05P y 0.05S.

Si su contenido es mayor, el acero debe considerarse aleado, tipo en el cual estos elementos se introducen especialmente (de aquí el nombre de aceros aleados o especiales).

Como se pudo observar en la tabla 3.1, ninguno de los elementos que conforman estos aceros sobrepasa los límites fijados, por lo que se puede afirmar que no estamos en precencia de un acero aleado, sino en presencia de un acero al carbono, con un contenido relativamente bajo de carbono. La plancha posee un contenido de carbono inferior al angular.

3.3.1- Examen de la influencia de las impurezas por separado

El manganeso. Este elemento se introduce en cualquier acero para desoxidarlo, es decir, para eliminar las impurezas perniciosas de oxido de hierro.

El manganeso influye senciblemente en las propiedades del acero elevando su resistencia en las piezas laminadas en caliente y variando algunas otras propiedades. Pero como en todos los aceros el contenido de manganeso es casi el mismo, su inflluencia en aceros de distinta composición no se siente.

El silicio. La influencia de las adiciones iniciales de silicio es analoga a la del manganeso. El silicio desoxida el acero por la reacción.

El fósforo. El mineral de hierro, lo mismo que el combustible y los fundentes contienen cierta cantidad de fósforo, el cual en el proceso de produccion del arrabio permanece en mayor o menor grado y después pasa al acero.

Cuando el acero se funde en los hornos Martin-Siemens básicos, se extrae de él la mayor parte del fósforo. El acero fundido en estos tipos de hornos contiene poco fósforo

(0.02- 0.04%), y el de horno eléctrico, 0.02%. Disminuir el contenido hasta 0.01% y menos es muy difícil por medio de los procedimientos metalúrgicos, solo se consigue utilizando cargas de gran pureza por ejemplo, hierro IIB.

La solubilidad del fósforo a alta temperatura llega al 1.2%, pero decrece bruscamente al descender la temperatura y, segun las últimas investigaciones, a 400 grados Celcios y menos constituye solamente un 0.02-0.03%. No obstante, esta cantidad de fósforo (y raras veces más) se encuentra en el acero, de donde puede concluirse que el fósforo se disuelve enteramente en el hierro.

En determinados casos, el fósforo es conveniente, asi, por ejemplo, facilita la mecanización con herramientas de corte y en presencia de cobre eleva la resistencia a la corrosión.

El azufre. En los aceros de alta calidad el contenido de azufre no debe exceder por lo general de un 0.02-0.03%. Para los aceros ordinarios se tolera un contenido más alto de azufre: 0.03-0.04%. Tratando el metal líquido con escorias sintéticas puede disminuirse el contenido de azufre hasta 0.005%. [5]. En el caso general, el azufre debe considerarse como impureza perjudicial del acero.

A continuación, en la tabla 3.2 se muestra una relación entre la composición química del acero y sus características físicas ofreciendo datos sobre la resistencia última estimada en (psi). Esta tabla fue obtenida en un texto de 1893 [43], época de la cual datan los aceros que se estudian en este trabajo.

Tabla 3.2: Relación entre la composición química y las características físicas del acero

3.3.2- Determinación de la resistencia última de los aceros analizados

Atendiendo a los valores de fósforo y carbono obtenidos al realizar el ensayo químico y teniendo en cuenta la información que brinda la Tabla 3.2 se puede decir que el angular es un acero que presenta una resistencia última de 45830 psi la cual representa un valor de 316 MPa mientras que la plancha, presenta una resistencia última de 43250 psi la cual representa un valor de 298.19 MPa. Estos valores fueron obtenidos después de realizar las interpolaciones correspondientes.

Existe otra vía que se utilizará para calcular nuevamente estos valores de resistencia última y así establecer un modo de comparación para buscar una mayor confiabilidad en los resultados. Esta vía es mediante la aplicación de la fórmula de H. H. Camphell

[2] la cual plantea: Mn C P C Aceros Última sistencia 40000 680 1000 8 * Re = + + +

Los valores de resistencia última obtenidos al aplicar la fórmula se pueden observar en la tabla 3.3.

Tabla 3.3: Valores de resistencia última obtenidos al aplicar la fórmula de Camphell

Resistencia Última Valores en psi Valores en MPa

Resistencia Última del angular 40095 276.46

Resistencia Última de la plancha 40070 276.28

Todos estos cálculos y análisis a partir de las tablas y expresiones anteriores permiten estimar inicialmente como valores de la Tensión Última los siguientes:

- para el angular: 316 MPa

- para la plancha: 298 MPa

Como se aprecia, el angular posee una mayor Tensión Última, lo que se corresponde con su mayor contenido de carbono.

Las posibles dudas de estos métodos quedaran despejadas con la realización de los ensayos mecánicos, pero son de un inestimable valor debido a su predicción.