Comparación y estudio de la fractura del cigüeñal de un motor de cuatro cilindros en línea. Diseño de Maquinas

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL POLITECNICA
“ANTONIO JOSE DE SUCRE”
VICE-RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJIAS”
 
 
 
 
 
Caracas, diciembre de 2014
Integrantes:
Libia Medina
Keisy Cáceres 
Yisbel Reales
Comparación y estudio de la fractura del cigüeñal de un motor de cuatro cilindros en línea 
	El cigüeñal es una parte del motor ubicado adentro del mismo, fabricado en acero el cual transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa recibe el impulso de las explosiones de cada cilindro, impulso que le hace girar con el volante, el cigüeñal gira sobre codos unidos al cárter superior cuyo numero depende de la potencia y calidad del motor. 
	El cigüeñal se acopla sobre el bloque del motor de cuatro cilindros en cinco apoyos por medio de las conchas bancadas 
	Su función es transmitir por medio de la caja movimientos a las ruedas.
CIGÜEÑAL DE UN MOTOR DE CUATRO CILINDROS 
PARTES DE UN CIGÜEÑAL DE UN MOTOR DE CUATRO CILINDROS 
FALLAS MAS COMUNES DEL CIGÜEÑAL DE UN MOTOR DE CUATRO CILINDROS 
Fallas de lubricación por:
Falla bomba de aceite.
Mala calidad del aceite.
Perdida de viscosidad del aceite.
Fallas por fricción:
Mal ensamblado en reparación.
Mala rectificación del cigüeñal. 
Fallas por ruptura:
Torque acelerado del motor.
Conchas de biela 
Cigüeñal rayado
FALLAS INVESTIGADAS DEL CIGÜEÑAL DE UN MOTOR DE CUATRO CILINDROS
Changli et (2005). Encontraron que la falla del cigüeñal analizado se debió a los esfuerzos cortantes causados por una fricción inusual entre la superficie del eje y el casquillo por reparacion y ensamblaje inadecuado.
FALLAS INVESTIGADAS DEL CIGÜEÑAL DE UN MOTOR DE CUATRO CILINDROS
Silva (2003). Incorrecto rectificado.
Bhaumik (2002). Sobre rectificado. 
FALLAS INVESTIGADAS DEL CIGÜEÑAL DE UN MOTOR DE CUATRO CILINDROS
ANÁLISIS MACROSCÓPICO
Macroscopio
¿Para que sirve el análisis macroscópico?
ANÁLISIS EN EL CIGÜEÑAL
POSICIÓN DEL MUÑÓN DE BIELA FRACTURADO
SUPERFICIE DE LA FRACTURA DEL PEDAZO DESPRENDIDO DEL CIGÜEÑAL
ESQUEMA DE LA FALLA POR FATIGA
ANÁLISIS METALOGRÁFICO
Metalografía
¿Para que se usa?
M
I
C
R
O
E
S
T
R
U
C
T
U
R
A
S
ANÁLISIS METALOGRÁFICO
MICROESTRUCTURA DEL CIGÜEÑAL A 500X
MICROESTRUCTURA DEL CIGÜEÑAL A 200X
MEDICIÓN DE DUREZA
Es la resistencia que un mineral opone al ser rayado o penetrado por otro.
Se mide con un
DUROMETRO
Escala Rockwell C
El valor de dureza obtenido fue de 26 HRc
¿Qué es Dureza?
MEDICIÓN DE DUREZA
Tratamiento Térmico de Bonificado
Aumenta la plasticidad (disminución de la fragilidad) del acero con una disminución mínima de la resistencia o la dureza adquiridas durante el temple. 
REVENIDO
TEMPLE
Estructura cristalina: Tetragonal
Observada a través del microscopio
Se lleva a cabo para disminuir la fragilidad de la martensita
El valor de dureza deseado es superior a 45 HRc
MEDICIÓN DE DUREZA
DIAGRAMA S-N
Se utiliza para determinar la resistencia a la fatiga.
FATIGA
Es el proceso de cambio estructural permanente, progresivo que ocurre en un material sujeto a tensiones y deformaciones variables en algún punto o puntos que produce grietas o fractura.
MEDICIÓN DE DUREZA
DIAGRAMA 
ESFUERZO-DEFORMACIÓN
Resistencia a la fluencia.
Esfuerzo máximo necesario para provocar una determinada cantidad de fluencia en un período especifico.
Se utiliza para determinar la 
Que es
La fluencia del acero es el punto donde comienza el periodo de deformación plástica.
ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA
ACEROS AL CARBONO
ACEROS ALEADOS
Es cuando el hierro está aleado con el carbono en proporciones menores que el 2% de carbono. 
Son aquellos 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, entre otros. 
Son apropiados para elementos de máquinas. 
AISI 10XX. 
AISI 41XX y 43XX.
Los mas utilizados son: AISI: 1045, 4140 y 4340.
AISI: Iron and Steel Institute (Instituto americano del hierro y el acero)
ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA
ESPECTROSCOPIA
ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN ATÓMICA
Es una técnica para determinar la concentración de un elemento metálico determinado en una muestra. 
Ley de Beer-Lambert
Es una proporción empírica que relaciona la absorción de luz con las propiedades del material atravesado.
Es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con absorción o emisión de energía radiante. 
EQUIPO DE ABSORCIÓN ATÓMICA
SE UTILIZA
ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA
RESULTADOS
	ELEMENTO	PROPORCIÓN	AISI 4140	AISI 4340
	C	0,4248	0,38-0,43	0,38-0,43
	Si	0,2130	0,15-0,35	0,20-0,35
	Mn	0,6424	0,75-1,00	0,60-0,80
	P	0,0128	<0,035	<0,035
	S	0,0122	<0,040	<0,040
	Cr	0,9123	0,80-1,10	0,70-0,90
	Ni	0,0855	-	1,65-2,00
	Mo	0,1073	0,15-0,25	0,20-0,30
	Cu	0,1549	-	-
	V	<0.001	-	-
	W	<0.001	-	-
	Co	0,0046	-	-
El acero del cigüeñal se clasifica como un acero AISI 4140.
CONCLUSIONES 
Y RECOMENDACIONES
	La dureza de la martensita no fue la esperada a pesar del tratamiento térmico que se le aplica.
	El tratamiento térmico de bonificado realizado sobre el cigüeñal se desarrollo fuera de las normas, obteniéndose una resistencia menor al limite mínimo recomendado. Para el valor de dureza obtenido (26 HRc), se tiene una resistencia de 85 Kg/mm2.
	La elección de una temperatura de austenización muy alta, o de revenido muy alta, pudieron ser las causas por las cuales el tratamiento de bonificado no permitió lograr la resistencia mínima recomendada.
	La austenita retenida afecta inversamente la dureza y la resistencia final, y esta se encontró en los resultados del análisis metalográfico. 
CONCLUSIONES 
Y RECOMENDACIONES
	Es conveniente realizar un tratamiento térmico de endurecimiento superficial como la nitruración. La baja dureza esta directamente relacionada con un punto de fluencia bajo y por lo tanto con una baja resistencia a la fatiga.
	Se recomienda estudiar la bitácora del tratamiento térmico utilizado en la producción del cigüeñal, con el fin de identificar la etapa del tratamiento térmico que presenta el problema.