Informe_3-Microestructuras
-
Upload
javier-salamanca-tovar -
Category
Documents
-
view
18 -
download
1
Transcript of Informe_3-Microestructuras
-
INFORME DE LABORATORIO III: OBSERVACIN DE MICROESTRUCTURAS
1
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
-
INFORME DE LABORATORIO III: OBSERVACIN DE MICROESTRUCTURAS
2
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.
-
INFORME DE LABORATORIO III: OBSERVACIN DE MICROESTRUCTURAS
3
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).
-
INFORME DE LABORATORIO III: OBSERVACIN DE MICROESTRUCTURAS
4
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.