INFORME DE LABORATORIO III: OBSERVACIN DE MICROESTRUCTURAS

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Resumen En este documento se presenta un informe de la

prctica realizada con el fin de reconocer las microestructuras

de los aceros y las fundiciones, para lo cual se observaron

distintas muestras a travs de un microscopio especializado,

con una configuracin determinada para este tipo de

observaciones.

En el laboratorio se determinaron las caractersticas

especficas de cada microestructura y as mismo las

condiciones que las mismas conceden al material.

AbstractThis paper presents a report on the practice to

recognize the microstructures of steels and castings, for which

different samples were observed using a specialized

microscope, with a particular configuration for these

observations.

In the laboratory determined the specific characteristics of

each microstructure and likewise the same conditions as those

accorded to the material.

Palabras clave Microestructura, inclusin, fundicin, metalografa, tipos de

grano.

I. OBJETIVOS

Objetivo General:

Observar e identificar el tipo de microestructura que se encuentra presente en algunos aceros y fundiciones.

Objetivos especficos:

Clasificar cada tipo de microestructura de acuerdo a las

caractersticas observadas.

1 Kevin Javier Guevara Gutieerez. Estudiante de la Universidad Nacional

de Colombia. Facultad de Ingeniera. Ingeniera Industrial. 2 Cristian Fabin Hernndez Guevara. Estudiante de la Universidad

Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniera. Ingeniera Industrial. 3 Keyni Yulieth Tllez Garavito. Estudiante de la Universidad Nacional de

Colombia. Facultad de Ingeniera. Ingeniera Industrial. 4 Shirley Alejandra Velandia Cantor. Estudiante de la Universidad

Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniera. Ingeniera Industrial.

Comprender la dependencia que existe entre la

microestructura con las caractersticas determinadas del

material.

Diferenciar las microestructuras que se presentan en los

aceros y fundiciones.

II. INTRODUCCIN

El estudio de la microestructura de los metales y las aleaciones

permite establecer las relaciones entre la microestructura y las

propiedades mecnicas, de los diferentes materiales; conocer

las microestructura da a da ha ido tomando un valor ms

importante dentro del campo ingenieril, puesto que

conociendo las microestructura de un material se puede

determinar el tipo de material se debe usar en las ocasiones

determinadas.

La microestructura es la estructura ms fina de un material,

est compuesta por el conjunto de granos o cristales los cuales

se pueden observar a travs de un microscopio. Esta puede ser

modificada, lo que permite escoger una combinacin con las

propiedades ms adecuadas segn la aplicacin a emplear,

tomando en cuenta que sea un material el cual lleve un

proceso de produccin industrial. La microestructura de un

material se forma durante la solidificacin de este.

En este documento se exponen las caractersticas que

permiten identificar las diferentes microestructuras,

inclusiones, fundiciones y tipos de grano; as como las

propiedades que stas le atribuyen al material analizado.

III. BASE TERICA

Microestructura

Es la estructura del material visto a una escala de longitud de

entre los 10 y 1000nm. La escala de longitud es un intervalo

de dimensiones caractersticas dentro de la que se describen

las propiedades de un material o los fenmenos que suceden

en los materiales. En el caso normal, la micro estructura

comprende propiedades como el tamao promedio de grano, la

OBSERVACIN DE MICROESTRUCTURAS Kevin Guevara

1, Cristian Hernndez

2, Keyni Tllez

3, Alejandra Velandia

4

Universidad Nacional de Colombia

Bogot, Colombia

kjguevarag@unal.edu.co

cfhernandezg@unal.edu.co

kytellezg@unal.edu.co

savelandiac@unal.edu.co

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distribucin de ese tamao, la orientacin de los granos y otras

propiedades relacionadas con los defectos en los materiales.

Grano

Un material poli cristalino est formado por muchos cristales

pequeos con diversas orientaciones en el espacio. Estos

cristales ms pequeos se llaman granos: Un grano es una

porcin del material dentro de la cual el arreglo de los tomos

es casi idntico; los bordes entre los cristales diminutos, donde

los cristales estn desalineados entre s, se llaman lmites de

grano.

Clasificacin de los tamaos de grano

Existen diversos mtodos para determinar el tamao de grano,

como se ven en un microscopio. El tamao de grano se

determina por medio de la cuenta de los granos en cada

pulgada cuadrada bajo un aumento de 100X. La figura que se

muestra a continuacin es una carta que representa el tamao

real de los granos tal como aparece cuando se aumenta su

tamao 100X. El tamao de grano especificado es por lo

general, el tamao de grano austentico. Un acero que se

temple apropiadamente debe exhibir un grano fino. Un grano

grueso hace que la estructura metlica sea frgil y poco

maleable, la estructura se hace ms resistente en la medida que

el grano se hace ms fino.

Inclusiones

Son contaminantes atrapados en las estructuras y

composiciones de los metales; usualmente son slidos como

cristales, glbulos, vtreos, lquidos como el agua, o incluso

algunas sustancias en estado gaseoso como el hidrgeno, gas

carbnico, hidrocarburos, nitrgeno, entre otras. Ests ltimas

inclusiones de gases y lquidos se denominan inclusiones

fluidas. En los metales las inclusiones son conocidas por el

tipo de compuesto contaminante.

ESTRUCTURAS DEL ACERO

Ferrita

Es el hierro alfa, es decir, hierro casi puro, pero puede tener

pequeas cantidades de carbono, hierro, silicio, fsforo otras

impurezas. Esta fase ms blanda del acero, muy dctil y

maleable, magntica y de pequea fuerza coercitiva; cristaliza

en la red cbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90

Brinell y una resistencia a la traccin de 28 kg/mm2, llegando

hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se observa al

microscopio como granos poligonales claros.

En los aceros de menos de 0.6 a 0.8%C, la ferrita puede

aparecer como cristales mezclados con los de perlita,

formando una red o malla que limita los granos de perlita, en

forma de agujas o bandas circulares orientados en la direccin

de los planos cristalogrficos de la austenita como en los

aceros en bruto de colada o en aceros que han sido

sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina

Widmanstatten.

La ferrita tambin aparece como elemento eutectoide de la

perlita formando lminas paralelas separadas por otras lminas

de cementita, en la estructura globular de los aceros de

herramientas aparece formando la matriz que rodea los

glbulos de cementita, en los aceros hipoeutectoides

templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando

el temple no ha sido bien efectuado.

Cementita

Es el carburo de hierro de frmula Fe3C, contiene 6.67 %C y

93.33 % de hierro, es el microconstituyente ms duro y frgil

de los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700

(68 Rc) y cristaliza en la red ortormbica.

Microestructura del acero 1%C, red blanca de dementita en las

probetas atacadas con cidos se observa de un blanco brillante

y aparece como cementita primaria o proeutctica en los

aceros con ms de 0.9%C formando una red que envuelve los

granos de perlita, formando parte de la perlita como lminas

paralelas separadas por otras lminas de ferrita, se presenta en

forma de glbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita,

cuando los aceros de alto carbono se han sometido a un

recocido de globalizacin, en los aceros hipoeutectoides que

no han sido bien templados.

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Perlita

Es el microconstituyente eutectoide formado por capas

alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de

ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una

dureza de 250 Brinell, resistencia a la traccin de 80 kg/mm2

y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las

irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas.

La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la

austenita y por la transformacin isotrmica de la austenita en

el rango de 650 a 723C.

La microestructura del acero al carbono presenta cristales

oscuros de perlita Si el enfriamiento es rpido (100-

200C/seg.), la estructura es poco definida y se denomina

Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a

temperatura prxima a 723C, la cementita adopta la forma de

glbulos incrustados en la masa de ferrita, denominndose

perlita globular.

Austenita

Es el constituyente ms denso de los aceros y est formado por

una solucin slida por insercin de carbono en hierro gamma.

La cantidad de carbono disuelto, vara de 0.8 al 2 % C que es

la mxima solubilidad a la temperatura de 1130 C. La

austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen

algunos aceros al cromo-nquel denominados austenticos

cuya estructura es austenita a temperatura ambiente. La

austenita est formada por cristales cbicos centrados en las

caras, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la

traccin de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es

magntica.

La austenita no puede atacarse con nital, se disuelve con agua

regia en glicerina apareciendo como granos poligonales

frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la

martensita en los aceros templados.

Martensita

Es el constituyente de los aceros templados, est conformado

por una solucin slida sobresaturada de carbono o carburo de

hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rpido de los

aceros desde su estado austentico a altas temperaturas. El

contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono

hasta el 1% de carbono, sus propiedades fsicas varan con su

contenido en carbono hasta un mximo de 0.7 %C.

La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la

traccin de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5

%, muy frgil y presenta un aspecto acicular formando grupos

en zigzag con ngulos de 60 grados.

Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y

frgiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido

que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a

la crtica inferior (727C), dependiendo de la dureza que se

desee obtener, enfrindolo luego al aire o en cualquier medio.

Fundiciones

Generalmente las fundiciones se clasifican como aleaciones

frreas con un contenido de carbono superior al 2,1%; sin

embargo, en la prctica, la mayora de las fundiciones

contienen entre 3 y 4.5% y otros elementos de adicin, como

el silicio, manganeso, fsforo, azufre y oxgeno. Las

fundiciones se dividen en grandes rangos en dos tipos:

Fundicin Gris

Los contenidos de Carbono y de silicio varan entre 2,5 a 4 y 1

a 3%, respectivamente. El grafito aparece como escamas o

lminas, dentro de una matriz de ferrita o perlita.

Mecnicamente estas fundiciones son consecuencia de una

microestructura, comparativamente frgil y poco resistente a

la traccin. Una lenta velocidad de enfriamiento favorece la

formacin de una fundicin gris ya que la lentitud en las

reacciones favorece que se formen los constituyentes ms

estables: la cementita se transforma en ferrita y grafito

(grafitizacin).

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Fundicin Blanca

Son fundiciones bajas en carbono a elevadas temperaturas de

enfriamiento, la mayora del carbono aparece como cementita

en lugar de grafito, este tipo de fundicin posee un muy bajo

contenido de silicio y Tienen una alta resistencia mecnica y

dureza, pero tambin gran fragilidad (propiedades debidas a la

cementita), por lo que son difciles de mecanizar.

IV. PROCEDIMIENTO

Este laboratorio se llev a cabo bsicamente en dos partes, en

la primera se hizo un reconocimiento de las principales

microestructuras y sus respectivas caractersticas a partir de

una presentacin de las mismas en lminas metalogrficas,

estas eran unas imgenes de inclusiones y aceros en distintas

fases, a cada fase se le hizo identificacin del tipo de grano y

de las propiedades mecnicas que adquiere el material por las

mismas.

Seguidamente se pas a observar ocho muestras de

microestructuras a travs del microscopio con un lente de 100

aumentos, e inmediatamente a describir la microestructura

observada y decir el tipo de acero o inclusin que se observ y

sus respectivas caractersticas.

V. RESULTADOS Y ANLISIS

Seguido de las observaciones de las distintas lminas

metalogrficas en el microscopio y de acuerdo a las lminas

presentadas anteriormente por el laboratorista, se logr

identificar en el microscopio cada una de las inclusiones y

fundiciones con sus respectivas estructuras y lmites de grano,

haciendo seguidamente un pequeo debate entre los

participantes del grupo de laboratorio, ente los cuales se lleg

a la conclusin que las estructuras analizadas fueron las

mencionadas a continuacin:

Hierro puro (Ferrita).

Acero 1005 (0.05%C).

Hierro con inclusiones de sulfuro.

Acero 1010, laminado (0.10%C).

Acero 1060 (0.60%).

Acero Eutctoide (100% perlita).

Fundicin blanca hipoeutctica (ledeburita y

cementita).

Acero de herramientas (carburos-blancos, esferoidita-

puntos negros).

Para la observacin de la microestructuras mencionadas

anteriormente se utiliz un lente con aumento de 100X.

VI. CONCLUSIONES

Se requiere hacer las observaciones antes de

cualquier tratamiento qumico que pueda alterar las

composiciones, ya que cada muestra tiene nicas

caractersticas fsicas y qumicas que se pueden confundir

con otras microestructura y as realizar un mal anlisis.

Se necesita de una tabla que contenga el tamao de

los granos para posteriormente comparar con lo que se

observe en el microscopio.

Es importante tener experiencia para saber que

microestructura se est observando puesto que

microestructuras se pueden asemejar, como lo son las

cilladuras.

Las microestructuras en los aceros y fundiciones

determinan las caractersticas y el comportamiento del

material.

VIII. REFERENCIA

Callister, W. (s.f.). Ciencia e ingeniera de los materiales. Barcelona: Revert S.A.

Sol, P. M. (1991). Trtamientos termicos de los metales . Barcelona: Marcombo.

Gonzlez-Vias, W. y. Ciencia de los materiales. Ariel.