anÁlisis metalogrÁfico a color en estudio...

Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica

Tecnología en Mecánica

1

ANÁLISIS METALOGRÁFICO A COLOR EN ESTUDIO MICROSCÓPICO

PARA SELECCIÓN DE TORNILLOS ESTRUCTURALES DE TRANSMILENIO

GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) Y GRADO 8

(MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135 A 9840 TEMP Y REV)

Jhoan Sebastian Gutierrez Mayorga

Daniel Felipe Méndez Chaverra

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad Tecnológica


Bogotá D.C.

2017



2


PARA SELECCIÓN DE TORNILLOS ESTRUCTURALES DE TRANSMILENIO

GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) Y GRADO 8

(MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135 A 9840 TEMP Y REV)



TESIS PARA OBTAR POR EL TITULO DE TECNÓLOGO MECÁNICO

MsC Luis Hernando Correa Murillo

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad Tecnológica


Bogotá D.C.

2017



3

DEDICATORIA

A mis padres Luz Dary Mayorga Ovalle y Carlos Rodrigo Gutierrez, por brindarme su

cariño, comprensión, apoyo y buenos valores, los cuales han hecho de mí una persona

íntegra y honesta, su confianza y apoyo ha sido fundamental para mi crecimiento

espiritual, emocional y moral.

A mi novia Liseth Natalia Mancilla Hernández, quien ha sido incondicional en todo mi

proceso de formación académica desde el bachillerato, su amor y compañía en los

últimos 6 años, ha brindado a mi vida alegría, fortaleza y compromiso en los momentos

más difíciles que se me han presentado.

A mis hermanos Valentina y Matías Gutierrez Mayorga, quienes son una compañía

infinita para mí y son motivo en mi vida para ser cada día mejor.

A mis dos abuelitas Ana Cecilia Ovalle y Aurora Gutierrez, pilares esenciales de

nuestras familias, son ellas las que nos motivan y nos brindan su sabiduría y amor,

siendo un ejemplo de vida y cariño.

A mi abuelito Emilio Mayorga, que hoy se encuentra en el cielo, quien durante su vida

se dedicó a ser un ejemplo de padre y abuelo para todos nosotros, sus enseñanzas

perduraran en el tiempo en nuestros corazones.

A mi profesora de Matemáticas del Colegio Nacional Andrés Bello, Ruth Luque quien

me oriento y creyó en mí en todo momento, su paciencia y sus enseñanzas sembraron

el amor por el estudio y una diferente forma de ver la vida.

A nuestro tutor MsC, Luis Hernando Correa, por su colaboración, dedicación y

compromiso con la formación de los estudiantes de Mecánica de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas, también agradezco a todos los profesores que me

instruyeron durante nuestra estadía académica.

A mis compañeros, quienes estuvieron a mi lado durante este proceso académico,

siendo no solamente una compañía, sino también un apoyo en momentos difíciles en la

academia.




4

DEDICATORIA.

Este proyecto va dedicado a mi familia primordialmente, ya que han sido mi bastón en

este proceso, con su esfuerzo compromiso y dedicación para conmigo y mis

necesidades, gracias a ellos un sueño está cada vez más cerca y sé que siempre

estarán ahí apoyándome para continuar con mis proyectos y todas aquellas metas que

deseo cumplir, en cada una de estas están ellos siempre alentándome para nunca

desfallecer.

A Dios por permitirme tener salud y sabiduría para afrontar cada adversidad que en mi

camino se me presento, por darme fuerzas de continuar aunque muchas veces caí, pero

con su ayuda siempre me levante de nuevo.

Dedicada a mis padres que siempre me inculcaron el valor del compromiso, también el

pensamiento de superarse como persona, ser mejor cada día y afrontar cada

circunstancia con valentía y tenacidad, y por ultimo influenciar en mí el amor por el

estudio.

A mis compañeros los cuales fueron un peldaño en mi carrera, los que siempre

estuvieron acompañándome en cada uno de los retos de mi carrera.




5

Agradecimientos.

Agradecemos principalmente a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas

por su gran colaboración brindada en nuestro proceso de formación académica,

debido a que fueron de gran utilidad tanto sus instalaciones como todos sus

implementos, los cuales siempre tuvimos disponibles según nuestras

necesidades.

A nuestros compañeros los cuales siempre nos brindaron un apoyo incondicional

sin esperar nada a cambio, se mostraron muy interesados en nuestro avance y

desarrollo del proyecto.

A los laboratoristas de tratamientos térmicos y de metalografía quienes siempre

nos prestaron todos los implementos necesarios para el desarrollo de nuestro

proyecto de grado, también se preocuparon por estar pendientes de cómo

íbamos avanzando, la orientación que nos brindaban nos sirvo de mucha ayuda,

sin ellos hubiese sido muy difícil culminar con éxito nuestra investigación.

A nuestro tutor, MsC. Luis Hernando Correa quien nos brindó su apoyo

incondicional, aportando su amplia experiencia y conocimiento sobre el tema

desarrollado, así mismo sacando el espacio y el tiempo para atender todas

nuestras inquietudes.

A los demás docentes de la Universidad que nos acompañaron e incentivaron

para finalizar con éxito toda nuestra carrera.

Y por último a las secretarias de la coordinación del Proyecto Curricular de

Mecánica, por su arduo trabajo y colaboración para con los estudiantes, por

siempre brindar su atención a cualquier necesidad que se nos presentara y

brindarnos en todo momento su tiempo.



6

CONTENIDO

Resumen ................................................................................................................................ 12

Abstract .............................................................................................................................. 12

INTRODUCCIÓN. ..................................................................................................................... 13

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ......................................................................................... 14

JUSTIFICACIÓN. ...................................................................................................................... 14

OBJETIVOS .............................................................................................................................. 15

Objetivo general ................................................................................................................. 15

Objetivos específicos ........................................................................................................... 15

SECCIÓN 1 - CONCEPTOS BASICOS .......................................................................................... 16

1. ALEACIONES HIERRO CARBON - ACEROS – .................................................................. 16

1.1 FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO [16] ................................................................. 16

- Ferrita δ: ............................................................................................................. 16

- Austenita ɣ: ......................................................................................................... 16

- Ferrita α: .............................................................................................................. 16

- Cementita (Fe3C): ................................................................................................ 16

1.2 TIPOS DE ACEROS [15] .............................................................................................. 17

- Ferrita .................................................................................................................. 17

- Cementita ............................................................................................................ 18

- Perlita .................................................................................................................. 18

- Austenita ............................................................................................................. 18

- Martensita ........................................................................................................... 19

- Bainita ................................................................................................................. 19

1.3 EQULIBRIO DE FASES .................................................................................................... 20

1.3.1 DIAGRAMA HIERRO CARBONO................................................................................ 20

1.3.2 Diagrama TTT (tiempo, temperatura, transformación) ............................................ 21

1.3.3 Diagrama CCT (diagrama enfriamiento continuo).................................................... 21

1.4 SAE .......................................................................................................................... 22

1.4.1 Norma SAE J429 ......................................................................................................... 23

1.5. MATERIALES DE FABRICACIÓN .................................................................................... 24

1.5.1. GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) ...................................... 24

GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135 A 9840 TEMP Y REV) ................................ 26

1.6 ANÁLISIS METALOGRÁFICO .......................................................................................... 28



7

1.6.1 ANALISIS METALOGRAFICO CONVENCIONAL .......................................................... 29

1.6.2 ANÁLISIS METALOGRÁFICO A COLOR..................................................................... 29

SECCIÓN II - PREPARACION DE MUESTRAS ............................................................................. 30

2.1 Pulido de las Probetas .................................................................................................. 31

2.2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS. ........................................................................................ 32

2.2.1Tratamiento térmico por temple. ............................................................................ 32

2.2.2 Tratamiento térmico por bonificado ....................................................................... 32

2.2.3 Tratamiento térmico por revenido. ......................................................................... 32

2.2.4 Tratamiento térmico normalizado. ......................................................................... 33

2.2.5. Tratamiento térmico por recocido ......................................................................... 34

2.3. ATAQUES QUÍMICOS ................................................................................................... 34

2.3.1. REACTIVO NITAL (ÁCIDO NÍTRICO) ......................................................................... 34

2.3.2 REACTIVO SEGÚN BERAHA TIPO 1 ........................................................................... 35

2.4. DUREZA ....................................................................................................................... 35

2.4.1 DUROMETRO ROCKWEL EN 10109 T1 [29] .............................................................. 36

SECCION III - OBSERVACION Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................... 37

3.1 ANÁLISIS DE DUREZA HRC EN DUROMETRO ROCKWELL 10109 T1 ............................... 37

3.2 ANALISIS MICROESTRUCTURAL Y COMPARATIVO DE LOS REACTIVOS NITAL Y BERAHA

EN LOS TRATAMIENTOS TERMICOS .................................................................................... 37

3.2.1. ESTADO DE ENTREGA ................................................................................................ 37

GRADO 5 ......................................................................................................................... 37

Dureza en estado de entrega ....................................................................................... 37

Microestructura .......................................................................................................... 38

GRADO 8 ......................................................................................................................... 39

Dureza en estado de entrega ....................................................................................... 39


3.2.2. TEMPLE ..................................................................................................................... 40

GRADO 5 ......................................................................................................................... 40

Dureza en Temple ....................................................................................................... 41


GRADO 8 ......................................................................................................................... 43

Dureza en Temple ....................................................................................................... 44


Comparación de dureza en estado temple....................................................................... 46

3.2.3. BONIFICADO (TEMPLE+REVENIDO) ........................................................................... 46



8

GRADO 5 ......................................................................................................................... 47

Dureza en Temple + Revenido ..................................................................................... 47


GRADO 8 ......................................................................................................................... 50

Dureza en Temple + Revenido ..................................................................................... 50


Comparación de dureza en estado Bonificado ................................................................. 51

3.2.4. NORMALIZADO ......................................................................................................... 52

GRADO 5 ......................................................................................................................... 52

Dureza en Normalizado ............................................................................................... 53


GRADO 8 ......................................................................................................................... 54

Dureza en Normalizado ............................................................................................... 54


Comparación de dureza en estado Normalizado .............................................................. 56

3.2.5. RECOCIDO ................................................................................................................. 56

GRADO 5 ......................................................................................................................... 57

Dureza en recocido ...................................................................................................... 57


GRADO 8 ......................................................................................................................... 58

Dureza en recocido ...................................................................................................... 58


Comparación de dureza en estado Recocido ................................................................... 60

CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 61

RECOMENDACIONES .............................................................................................................. 63

GLOSARIO............................................................................................................................... 64

BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................... 65



9

LISTADO DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1, Morfología de la microestructura de la ferrita, Fuente: [22] .............................. 17

Ilustración 2, Diferencia de ferrita en recocido y normalizado, Fuente: [18] ............................ 17

Ilustración 3, Morfología de la microestructura de la cementita, Fuente: [28] ........................ 18

Ilustración 4, Morfología de la microestructura de la perlita, Fuente: [23] ............................. 18

Ilustración 5, Morfología de la microestructura de la austenita, Fuente: [24] ......................... 19



Ilustración 8, Diagrama de equilibrio de fases Hierro-Carbono, Fuente: [15] ........................... 20

Ilustración 9,Diagrama TTT para un proceso de temple de acero 1040, Fuente: [20] ............... 21

Ilustración 10, Diagrama CCT para un proceso de temple de acero Eutectoide, Fuente: [21] ... 22

Ilustración 11, Tornillo Grado 8 y Tornillo Grado 5, Fuente: Autoría propia ............................. 24

Ilustración 12, Corte longitudinal A, Fuente: Autoría Propia .................................................... 30

Ilustración 13, Corte trasversal B, Fuente: Autoría Propia ....................................................... 30

Ilustración 14, Corte trasversal C, Fuente: Autoría Propia ....................................................... 30

Ilustración 15, Durómetro Rockwell 10109 T1, U. Distrital Francisco José de Caldas - Facultad

Tecnológica, Laboratorio de Metalografía, Fuente: Autoría propia .......................................... 36

Ilustración 16, Estado de entrega con reactivo Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b)

x1000 Fuente: Autoría propia.................................................................................................. 38

Ilustración 17, Estado de entrega con reactivo Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500

b) x1000 Fuente: Autoría propia ............................................................................................. 38

Ilustración 18, Estado de entrega con reactivo Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b)

x1000 Fuente: Autoría propia ................................................................................................. 39

Ilustración 19, Estado de entrega con reactivo Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500

b) x1000 .................................................................................................................................. 40

Ilustración 20, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050

Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia ........................................... 40

Ilustración 21, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050


Ilustración 22, Temple Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 ....................... 42

Ilustración 23, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000. .................. 42

Ilustración 24, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 x1000 ................................... 42

Ilustración 25, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (4135 A 9840


Ilustración 26, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (4135 A 9840


Ilustración 27, Temple Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 ....................... 44

Ilustración 28, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 ................... 45

Ilustración 29, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 x1000 ................................... 45


Templado y revenido) en estado Bonificado, Fuente: Autoría Propia ...................................... 47

Ilustración 31, Fisura producida en el Temple, Acero Norma SAE J429-Grado 5, Fuente: Autoría

propia ..................................................................................................................................... 47



10

Ilustración 32, Temple + Revenido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x500

Fuente: Autoría propia ........................................................................................................... 48

Ilustración 33, Temple + Revenido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000,

Fuente: Autoría propia ............................................................................................................ 48

Ilustración 34, Temple + Revenido, Bifluoruro de amonio + Acido sulfamico + Metabilsufito de

potasio + 100 ml agua destilada, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500, Fuente: Autoría

propia ..................................................................................................................................... 49

Ilustración 35, Fisura presente en Temple + Revenido, Acero Norma SAE J429-Grado 8 .......... 50

Ilustración 36, Temple + Revenido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x500 c)

x1000, Fuente: Autoría propia ................................................................................................. 50

Ilustración 37, Temple + Revenido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000,

Fuente: Autoría propia ............................................................................................................ 51


Templado y revenido) en estado Normalizado, Fuente: Autoría Propia .................................. 52

Ilustración 39, Diagrama CCTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050

Templado y revenido) en estado Normalizado, Fuente: Autoría Propia .................................. 53

Ilustración 40, Normalizado Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000, Fuente:

Autoría Propia ......................................................................................................................... 53

Ilustración 41, Normalizado Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x1000, Fuente: Autoría

Propia ..................................................................................................................................... 54

Ilustración 42, Normalizado Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000, Fuente:

Autoría Propia ......................................................................................................................... 55

Ilustración 43, Normalizado Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500, Fuente: Autoría

Propia ..................................................................................................................................... 55

Ilustración 44, Recocido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 Fuente:

Autoría propia ........................................................................................................................ 57

Ilustración 45, Recocido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000, Fuente:

Autoría propia ........................................................................................................................ 57


Templado y revenido) en estado Recocido, Fuente: Autoría Propia ........................................ 58

Ilustración 47, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (1030-1050

Templado y revenido) en estado Recocido, Fuente: Autoría Propia ........................................ 58

Ilustración 48, Recocido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000, Fuente:

Autoría propia ........................................................................................................................ 59

Ilustración 49, Recocido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500, Fuente: Autoría

propia ..................................................................................................................................... 60



11

LISTADO DE TABLAS

Tabla 1, Porcentajes de Carbono, Fosforo y Azufre en Tornillos Grado 2, 5, 8 para la norma SAE

J429 Fuente: Glaser y Associates Inc. [13] ............................................................................... 23

Tabla 2, Características de Tornillos Grado 2,5,8 para la norma SAE J429, Fuente: Glaser y

Associates Inc. [13] ................................................................................................................. 23

Tabla 3, Propiedades Acero 1035, Fuente: AZO Materials [12] ................................................ 25



Tabla 6, Propiedades Acero 9840, Fuente: Aceros Fortuna [14] ............................................... 28

Tabla 7, Dureza en estado de entrega grado 5, Fuente: Autoría propia ................................... 37

Tabla 8, Dureza en estado de entrega grado 8, Fuente: Autoría propia ................................... 39

Tabla 9, Dureza en estado de temple grado 5, Fuente: Autoría propia .................................... 41

Tabla 10, Dureza en estado de temple grado 8, Fuente: Autoría propia .................................. 44

Tabla 11, Comparación Dureza Temple Vickers, Fuente: Autoría Propia .................................. 46

Tabla 12, Dureza en estado de bonificado grado 5, Fuente: Autoría propia ............................. 47

Tabla 13, Dureza en estado de bonificado grado 8, Fuente: Autoría propia ............................. 50

Tabla 14, Comparación Dureza Bonificado en Vickers, Fuente: Autoria propia ........................ 51

Tabla 15, Dureza en estado Normalizado grado 5, Fuente: Autoría propia .............................. 53

Tabla 16, Dureza en estado Normalizado grado 8, Fuente: Autoría propia .............................. 54

Tabla 17, Comparación Dureza Normalizado en Vicker, Fuente: Autoria propia ...................... 56

Tabla 18, Dureza en estado Recocido grado 5, Fuente: Autoría propia .................................... 57

Tabla 19, Dureza en estado Recocido grado 8, Fuente: Autoría propia .................................... 58

Tabla 20, Comparación Dureza Recocido en Vicker, Fuente: Autoría propia ............................ 60



12


PARA SELECCIÓN DE TORNILLOS ESTRUCTURALES DE

TRANSMILENIO GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y

REV) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135-9840 TEMP Y

REV)

Resumen

La metalografía como fuente de conocimiento teórico y práctico del estudio de

los materiales férricos ha permitido comprender la constitución y estructura de

los diferentes metales y aleaciones utilizados actualmente por la civilización

moderna. En este trabajo se pretenderá realizar por medio de cuatro tratamientos

térmicos y dos ataques químicos diferentes, el desarrollo de un examen

metalográfico a color, para establecer una comparación molecular entre dos

grados de tornillos comerciales al carbono , grado 5 ( MEDIO CARBON AISI

1035-1050 TEMP Y REV ) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135-

9840 TEMP Y REV) , establecidos en la norma SAE J429 , utilizados en la unión

de la estructura de las columnas de los puentes de Transmilenio con sus

respectivos cimientos.

Abstract

Metallography as a source of theoretical and practical knowledge of the study of

ferrous materials has made it possible to understand the constitution and

structure of the different metals and alloys currently used by modern civilization.

In this work, the development of a color metallographic examination will be carried

out by means of four thermal treatments and two different chemical attacks, in

order to establish a molecular comparison between two grades of grade 5

commercial carbon screws (MEDIUM CARBON AISI 1035-1050 Tempered) and

GRADE 8 (AVERAGE CARBON ALLOY AISI 4135-9840 tempered), established

in the SAE J429 standard, used in the union of the structure of the columns of

the bridges of Transmilenio with their respective foundations.



13

INTRODUCCIÓN.

La metalografía como rama de la metalurgia, permite la identificación de la

composición micro estructural de los metales y sus aleaciones, lo cual ayuda a

la implementación de metodologías que establecen parámetros para la

tipificación de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los férricos. En

el ámbito de la ingeniería mecánica ha sido fundamental para el desarrollo de

nuevos materiales o aleaciones que contribuyen al fortalecimiento del

conocimiento para la selección en el diseño mecánico. En base a lo anterior,

radica la importancia de desarrollar diferentes tipos de análisis tanto destructivos

como no destructivos que ayuden a la identificación de propiedades físicas,

químicas y mecánicas del metal, lo cual cumpla con una serie de características

fundamentales para una determinada aplicación.

Con referencia al tipo de material que utilicemos y la eficiencia que le podamos

dar a este, también es de vital importancia comprender el comportamiento que

tendrá en un futuro durante su vida útil, puesto que hay que tener en cuenta

varios factores que afectaran sus propiedades iniciales en un momento dado,

algunos de los agentes que influyen en gran medida al material son debidos a

las condiciones climáticas de la zona de operación, el tipo carga al que será

sometido, la exposición a sustancias o elementos que afecten su estructura

molecular, el trato y cuidado del elemento en uso, entre otros. De este modo

podremos caracterizar y especificar el tipo de aleación y tratamiento que

utilizaremos para garantizar las especificaciones de diseño.

En este orden ideas, abordaremos el análisis metalográfico de un acero medio

carbono AISI utilizado para tornillos estructurales grado 5 (MEDIO CARBON

AISI 1035-1050 TEMP Y REV) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI

4135-9840 TEMP Y REV), por medio de la identificación de sus fases con base

a la metodología de análisis espectral de tonalidades tanto a color como escala

de grises. Es sabido que el ojo humano tiene la capacidad de identificar infinitas

tonalidades de colores, pero así mismo no diferencia de manera clara la escala

de grises, por esta razón es de vital importancia el estudio del material por el

método de “coloreado”, pues permite la identificación de las inclusiones o fases

presentes en el material, esto nos permitirá tener una idea más acertada de la

degradación que sufrirá el acero durante su vida útil, para esto haremos cuatro

tratamientos térmicos los cuales son Temple, Revenido, Bonificado y

Normalizado y a estos se les aplicará dos ataques químicos con Reactivo Nital

(Ácido Nítrico) y Reactivo Según Beraha TIPO I.



14

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En la actualidad existen diferentes métodos de análisis microestructural para la

caracterización de los metales y sus aleaciones, una de las metodologías más

utilizadas en el ámbito metalúrgico es la metalografía a color y escala de grises,

la segunda ha sido la usada convencionalmente para identificar la inclusión y

fases de un determinado metal a nivel microscópico, de este modo la metalografía

a color tiene como objetivo mejorar notablemente la obtención de información para

la diferenciación de la morfología de los granos y su estructura.

En las últimas décadas la metalografía a color ha tenido un avance sustancial

bajo, debido a varios factores tecnológicos, monetarios e investigativos que han

imposibilitado la implementación de esta, con el fin de promover el uso de la

microscopía óptica a color en el ámbito del diseño de elementos normalizados,

desarrollaremos un análisis tanto convencional como coloreado a unos tornillos

estructurales medio carbono AISI estándar de diámetro de 1 ½ in. Grado 5

(MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV ) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON

ALEADO AISI 4135-9840 TEMP Y REV) , con el fin de estudiar la composición de

su acero, las ventajas de tener imágenes en escala de grises y a color y dar como

resultado unas posibles soluciones que ayuden a alargar la vida útil de los

elementos de estudio y la mejor selección posible para la aplicación determinada.

JUSTIFICACIÓN.

La metalografía ha sido una base importante para el desarrollo de la industria

gracias a sus aportes a nivel de análisis de materiales, todo esto apoyado en la

variedad de procesos tantos físicos, químicos y mecánicos, lo cual nos ayuda a

conocer las propiedades de los metales y sus aleaciones. Actualmente podemos

ver evidenciado el estudio de los materiales férricos no solo en un enfoque

industrial sino también en un enfoque científico, lo cual promueve la investigación

institucional y da como resultado el enriquecimiento del conocimiento de la

academia colombiana.

Para facilitar el análisis en la microscopia óptica es necesario desarrollar

metodologías que faciliten la comparación e implementación de la metalografía a

color y convencional, logrando asimilar de mejor manera la información de la

microestructura de los materiales tanto de sus fases como inclusiones.

En este orden de ideas, es de suma importancia tener en cuenta que así

tengamos un determinado metal, los procesos industriales de fabricación de

elementos mecánicos en ocasiones pueden alterar la composición

microestructural del material, un análisis metalográfico de los elementos después

de su elaboración es de suma importancia, pues nos ayuda a conocer sus



15

características microscópicas finales y nos da una estimación más precisa de la

vida útil del componente mecánico. De este modo, es preciso afirmar que un

examen metalográfico a nivel microscópico nos ayuda a complementar la

información de la degradación de un determinado elemento, pues en la mayoría

de ocasiones no son suficientes los ensayos destructivos, para especificar el

comportamiento del material durante su operación.

OBJETIVOS

Objetivo general

● Analizar la microestructura de cada uno de los tornillos estructurales

comerciales seleccionados de diámetro de 1 ½ pulgadas, grado 5 (MEDIO

CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO

AISI 4135-9840 TEMP Y REV), en estado de entrega y tratados térmicamente,

mediante técnicas de metalografía a color y convencional.

.

Objetivos específicos

● Preparar los reactivos necesarios para efectuar el ataque químico

requerido para aplicar la técnica de metalografía a color.

● Realizar tratamientos térmicos a cada uno de las muestras de los tornillos

seleccionados para visualizar las fases que se encuentran presentes en la

microestructura de los materiales, mediante el procedimiento de metalografía a

color y convencional.

● Efectuar un estudio de microdureza de fases y microscopía electrónica de

barrido en las probetas de los materiales después de aplicar la técnica de

metalografía a color.

● Comparar las técnicas de metalografía tradicionales con los resultados

obtenidos en los análisis de la metalografía a color, teniendo en cuenta su

clasificación y diferentes tratamientos térmicos aplicados.

● Determinar los beneficios y desventajas de cada tipo de grado de tornillo

seleccionado y evaluar cuál es el más viable micro estructuralmente para la

aplicación determinada.



16

SECCIÓN 1 - CONCEPTOS BASICOS

1. ALEACIONES HIERRO CARBON - ACEROS –

Los aceros son aleaciones de hierro con una determinada cantidad de carbono,

este último constituyente genera en el material unas determinadas características

especiales a cada metal, como lo son la dureza y la elasticidad, las cuales varían

dependiendo esencialmente del porcentaje específico presente en la aleación.

También en ingeniería se practica la inclusión de otros elementos como lo son el

magnesio, níquel o cromo, estos constituyentes a su vez generan aceros con

diferentes propiedades físicas y mecánicas facilitando y proporcionando un

catálogo más amplio de materiales para el desarrollo tecnológico. El hierro al ser

un material alotrópico, posee la propiedad de poseer estructuras atómicas o

moleculares diferentes, fundamentalmente depende de la temperatura para poder

variar el tipo de estructura reticular en el que se encuentra. [15]

1.1 FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO [16]

El hierro se puede encontrar en diferentes variaciones de estructuras cristalinas,

dependiendo de la temperatura y porcentaje de carbono de la aleación, las cuatro

fases presentes se evidencian en el Diagrama de Equilibrio de las Aleaciones

Hierro-Carbono, estas son ferrita , austenita (), ferrita , y cementita (Fe3C).

- Ferrita δ: Es una composición de hierro carbono de estructura molecular c.c,

con un límite de carbono de 0.09% a una temperatura de 1465°C ó 2669°F.

- Austenita ɣ: Esta se caracteriza básicamente por terner una estructura c.c.c,

con un máximo de carbono de 2,08% a una temperatura de 1148ºC o

2098.4ºF.

- Ferrita α: Nuevamente se presenta una estructura cristalina c.c en esta fase,

la composición de carbono es muy baja, solamente 0.02% a 1148ºC o

2098.4ºF o temperatura Eutectoide, en condiciones normales del medio

ambiente puede reducirse hasta 0,005% de carbono.

- Cementita (Fe3C): Presenta hasta en un contenido desde un 0,025% hasta un

6,67% de carbono, produciéndose cuando el límite de solubilidad de ferrita α

es superado debajo de una temperatura de 723°C. se caracteriza por ser un

hierro duro y frágil, lo que permite aumentar la resistencia de algunos aceros.



17

1.2 TIPOS DE ACEROS [15]

En las diferentes aleaciones que sufre el acero cuando este interactúa con altas

temperaturas, se originan estructuras como:

- Ferrita

Esta estructura es considerada como hierro puro debido a que es muy poco

soluble al ambiente, pues su proporción de carbono es del 0,008 %, además que

es muy blanda en comparación de otras aleaciones. Tiene una resistencia a la

rotura de de 28 Kg/mm² y una dureza de 95 Vickers.

Ilustración 1, Morfología de la microestructura de la ferrita, Fuente: [22]

Ilustración 2, Diferencia de ferrita en recocido y normalizado, Fuente: [18]



18

- Cementita

Esta estructura está compuesta por 93,33% de hierro y 6,67% de carbono lo que

hace que sea la aleación más dura y a su vez más frágil, tiene consigo

propiedades magnéticas y su dureza alcanza los 960 Vickers. Al cristalizarse toma

forma de un paralelepípedo ortorrómbico.

Ilustración 3, Morfología de la microestructura de la cementita, Fuente: [28]

- Perlita

Es una estructura compuesta de ferrita y cementita en porcentajes de 86,5% y

13,5% respectivamente, posee una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm², se

visualizan capas intercaladas de ferrita y cementita. Tiene una dureza de 200

Vickers aproximadamente.

Ilustración 4, Morfología de la microestructura de la perlita, Fuente: [23]

- Austenita

Esta estructura contiene un máximo de carbono de 1,76 %, tiene una resistencia

a la rotura de 100 kg/mm cuadrado y no tiene ninguna propiedad magnética.



19

Ilustración 5, Morfología de la microestructura de la austenita, Fuente: [24]

- Martensita

Esta estructura a simple vista es tetragonal con un centro, la proporción de

carbono tiene un máximo de 0,89% aumentando su resistencia mecánica que

varía de 175 a 250 kg/mm cuadrado. Posee propiedades magnéticas.


- Bainita

Esta estructura se forma a partir del enfriamiento constante de la austenita en un

rango de 250° a 550° C.




20

1.3 EQULIBRIO DE FASES

1.3.1 DIAGRAMA HIERRO CARBONO

Con este diagrama de fases FE-C se puede hacer un análisis sobre el cambio que se

produce en los aceros al carbono ante la exposición a la temperatura, dejando en

evidencia que el calentamiento o enfriamiento del material permite con gran facilidad la

homogenización debido a que la mezcla se produce lentamente.

Se denota que el acero es una aleación o combinación de hierro y carbono, el cual

contiene un intervalo de carbono de (0,08% - 1,76%), en cambio las aleaciones tienen

concentraciones de carbono mayores a 1,76% lo que permite crear fundiciones que en

oposición al acero son mucho más frágiles, esto nos obliga a realizarle moldeado en vez

de forjar.

Estos niveles de carbono y la temperatura en un diagrama de equilibrio pueden variar

dependiendo del autor el cual sea consultado ya sea (askeland, Smith, entre otros).

Ilustración 8, Diagrama de equilibrio de fases Hierro-Carbono, Fuente: [15]



21

1.3.2 Diagrama TTT (tiempo, temperatura, transformación)

Estas son diagramas temperatura contra tiempo que existen para cada

porcentaje de carbono tanto en los aceros aleados como en los no aleados, para

su construcción se debe tener gran conocimiento acerca de las transformaciones

del acero aparte de que es totalmente experimental, estas son de gran ayuda al

comprender con mayor facilidad las transformaciones de las estructuras de los

aceros. Este es un complemento del diagrama de fases FE-C ya que nos

anticipa con claridad la microestructura y su tiempo para alcanzarlas.

Ilustración 9,Diagrama TTT para un proceso de temple de acero 1040, Fuente: [20]

1.3.3 Diagrama CCT (diagrama enfriamiento continuo)

sabiendo que un tratamiento isotérmico es muy difícil de conseguir ya que es

necesario un enfriado equitativo por las piezas a altas velocidades, comienza

con la temperatura de austenizacion hasta legar a una temperatura T en donde

se mantiene constante, se necesita una precisión computarizada debido a la

``inercia’’ calórica( estabilizar la energía libre no es sencillo) por ello es que la

mayoría de tratamientos térmicos del acero involucran un enfriamiento continuo

hasta lograr su temperatura ambiente.

Los diagramas tiempo, temperatura, transformación para transformaciones

isotérmicas (TI) y para transformaciones de enfriamiento continuo (TEC)

aquellas gráficas son utilizadas comúnmente para predecir la la microestructura



22

y la dureza luego de haber realizado tratamientos térmicos correspondientes o

para especificar el tratamiento que lograra una microestructura o la dureza

deseada.

Ilustración 10, Diagrama CCT para un proceso de temple de acero Eutectoide, Fuente: [21]

1.4 SAE

La SAE (Society of Automotive Engineers), es una sociedad de ingenieros

dedicada a la implementación y establecimiento de normatividades y

estandarizaciones, para el diseño y construcción de maquinaria aeroespacial o

cualquier industria de vehículos, principalmente también nace como una

necesidad de establecer diferentes normas para todos los materiales y

elementos mecánicos utilizados por ingenieros de todo el mundo. Una de las

grandes finalidades de esta organización, es obtener y brindar información de

alta calidad para diseñadores, industrias, trabajadores o cualquier persona

relacionada con el área de ingeniería, facilitando así la caracterización e

identificación necesaria para el desarrollo tecnológico industrial. [11]



23

1.4.1 Norma SAE J429

Es la especificación de la norma norteamericana para pernos y sujetadores

roscados externamente, en esta se incluyen todo lo relacionado a tornillos de

hasta de 1 ½ pulg. de diámetro, pernos, arandelas, clavos, entre otros. Para los

tornillos se ha establecido una normatividad para marcar la cabeza de los

mismos dependiendo sus especificaciones técnicas tales como el tipo de

material, resistencia o especificaciones mecánicas, estas se encuentran en los

manuales en línea de SAE o en caso dado en el IFI (Industrial Fasteners

Institute- Instituto de Sujetadores Industriales).

Según la norma SAE J429 los tornillos Grado 5 y grado 8 deben cumplir con las

siguientes características de acuerdo con las tablas xx y xx.

Tabla 2, Características de Tornillos Grado 2,5,8 para la norma SAE J429, Fuente: Glaser y Associates Inc. [13]

Tabla 1, Porcentajes de Carbono, Fosforo y Azufre en Tornillos Grado 2, 5, 8 para la norma SAE J429 Fuente: Glaser y Associates Inc. [13]



24

Ilustración 11, Tornillo Grado 8 y Tornillo Grado 5, Fuente: Autoría propia

1.5. MATERIALES DE FABRICACIÓN

1.5.1. GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV)

Los tornillos grado 5 son construidos en aceros AISI 1035 o AISI 1050, estos dos

materiales tienen diferente composición química, por lo que expondremos los

dos tipos de materiales, debido a que en general estos tornillos son importados

a Colombia y en ocasiones no se tiene la referencia detallada del tipo de acero

del que están fabricados, para poder tener una información más clara

expondremos los dos tipos de aceros, como se muestra en las tablas xx y xx.

Además, los pernos vienen tratados térmicamente con temple y revenido.



25

Tabla 3, Propiedades Acero 1035, Fuente: AZO Materials [12]



26


GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135 A 9840 TEMP Y REV)

Para los tornillos grado 8, los aceros de fabricación con la norma J429 AISI 4135

A 9840, al igual que los de grado 5 debido a sus dimensiones en su mayoría son

importados a Colombia, por lo que expondremos los dos tipos de materiales que



27

poseen para tener más información para su análisis, como se muestra en las

tablas xx y xx. Estos se caracterizan también por ya tener tratamientos térmicos

que son Temple y Revenido.




28

Tabla 6, Propiedades Acero 9840, Fuente: Aceros Fortuna [14]

1.6 ANÁLISIS METALOGRÁFICO

Se conoce como análisis metalográfico al estudio microscópico de las

características estructurales de los diversos materiales que podemos encontrar

en el diario vivir, de un análisis metalográfico podemos adquirir mucha

información de un material ya sea de todas las fases contenidas en el mismo, el

tamaño y la estructura del grano, la determinación del espesor y calidad del

recubrimiento, también podemos identificar el tratamiento térmico que se le haya

efectuado. Para ello también es necesario realizar diversos estudios de

microdureza de fases y microscopia electrónica, para analizar de forma más

efectiva las aleaciones ya que el microscopio electrónico aumenta el poder de

resolución debido a que utiliza una onda asociada al haz corpuscular

homocinético producido por lo diversos electrones acelerados en un campo

eléctrico. Encontramos diversos microscopios electrónicos como los son los de

tipo barrido MEB y el de transmisión TEM, entre otros, en nuestro caso para

realizar el estudio metalográfico a color utilizaremos el de barrido ya que en este

la imagen es reconstruida punto a punto así posibilitando la obtención de todos

los datos necesarios para su análisis. [10]



29

Para hacer un análisis metalográfico nos tenemos que regir a una determinada

norma y la más usada para este proceso es la norma ASTM E3. La cual habla

sobre la correcta técnica de la preparación de las muestras para el análisis

metalográfico tales como son el corte, el desbastado, el ataque químico y el

análisis, en nuestro caso haremos cuatro tratamientos térmicos y a estos dos

ataques químicos. [1]

1.6.1 ANALISIS METALOGRAFICO CONVENCIONAL

Este estudio se basa en la observación microestructural de las diferentes

aleaciones ferrosas por medio de fotogrametría a escala de grises, permitiendo

dar a conocer las fases e inclusiones del material. Este tipo de metalografía

también es conocida como metalografía a blanco y negro, pero en realidad hace

referencia a que maneja solamente una escala de colores debido al ataque

químico que se le aplica. Esta metalografía se le define como convencional

porque es la más utilizada en el sector industrial, académico e investigativo,

debido a su facilidad de obtención de resultados, puesto que es más fácil

preparar los reactivos para el ataque químico y a su vez es más asequible los

químicos empleados. Sus costos son significativamente más bajos pues se

pueden hacer en laboratorios no tan especializados como los necesarios para la

metalografía a color.

1.6.2 ANÁLISIS METALOGRÁFICO A COLOR

El estudio de la metalografía con base al análisis a color se ha venido

implementando hace más de 80 años, este ha tenido grandes avances debido a

que inicialmente estuvo enfocada a la identificación de inclusiones no metálicas

mediante su observación utilizando una luz polarizada pero este no evidenció

avances significativos durante muchas décadas [2]. Este método es más efectivo

para el análisis y la diversificación de la microestructura de los metales, el cual

nos posibilita identificar de manera más precisa las diferentes fases y

constituyentes presentes en las aleaciones, de este modo observar el tipo de

grano su tamaño y su morfología. Además, este método ha ido evolucionando

con el transcurrir de los años aunque todavía es muy difícil de implementarlo

ciento por ciento, ya que el procesamiento de la película fotográfica a color

requiere laboratorios comerciales, los cuales no están familiarizados con la

fotomicrografía y pueden alterar durante el revelado y la impresión. [7]



30

SECCIÓN II - PREPARACION DE MUESTRAS

Los tornillos seleccionados para las muestras fueron pernos grado 5 y grado 8

de 1 1/2 pulgadas de diámetro por 3 pulgadas de longitud de vástago Figura xx,

a los cuales se les aplico dos cortes transversales y uno longitudinal, para

adquirir cinco diferentes muestras, a cuatro de ellas se les aplico los diferentes

tratamientos térmicos y una se dejó en estado de entrega para la comparación.

El primer corte fue uno trasversal a ambos tornillos,

para sacar una probeta de cada uno, a las cuales se

les aplico el tratamiento térmico de normalizado, como

se muestra en la Ilustración 12.

El segundo corte aplicado fue uno longitudinal,

dividiendo los tornillos en dos partes Ilustración 14.

Consecutivamente se efectúa un nuevo corte

trasversal a cada una de las secciones que se

produjeron del corte anterior Ilustración 13, para así

dar como resultado cinco probetas de cada tornillo.

Ilustración 12, Corte longitudinal A, Fuente: Autoría Propia

Ilustración 14, Corte trasversal B, Fuente: Autoría Propia Ilustración 13, Corte trasversal C, Fuente: Autoría Propia



31

2.1 Pulido de las Probetas

La segunda fase de la preparación de las muestras se basó en el desbaste por

medio de lija y agua en un principio, para esto se empleó varios calibres de lijas

convencionales 100, 320, 600, 1000, 1200 y 1500, el lijado duro cerca de 4 a 6

horas por probeta dependiendo el tipo de tratamiento que se le fuese a efectuar,

así mismo requirió un tiempo mayor o menor dependiendo la cantidad de material

que tocaba remover del elemento.

Después del desbaste por lija, se llevan a la máquina “Pulidora Metalográfica”

ubicada en el laboratorio de ciencias térmicas de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas - Facultad tecnológica, la máquina consiste en dos

discos que giran simultáneamente a una velocidad constante dependiendo la

necesidad del material, usualmente se utiliza una velocidad de 450 rpm; a los

discos se les coloca un paño de fibras finas que permita el desbaste sin rayar el

material, el paño recomendado por el laboratorio es el Fleece Ovejero, pero por

la interacción que tuvimos con la maquina aconsejamos utilizar Fleece debido a

que este tiene las fibras más finas y su espesor es mayor, lo que permite un

mejor pulido y más durabilidad del paño.

Durante este proceso el laboratorio recomienda utilizar Alúmina (Oxido de

aluminio) el cual funciona como un abrasivo que remueve material por contacto

entre el paño y la probeta, lo que ayuda a sacar el coloquialmente llamado “Brillo

espejo”, nuevamente podemos hacer una recomendación para futuros trabajos

relacionados a este proceso, y es que en ocasiones la Alúmina sola no desbasta

lo suficiente y pueden ocurrir dos circunstancias que dañarían la probeta, la

primera es que al no desbastar lo necesario el tiempo de pulido se prolonga, y

debido a esto se puede curvar la superficie, porque por más pulso y práctica de

la persona siempre se aplicara una fuerza no uniforme en la probeta, corriendo

el riesgo de dañar la sección de trabajo. La segunda radica en que para poder

sacar el “Brillo espejo” se debe tener un pulido con lija mucho mayor, nuestra

recomendación radica en utilizar dos sustancias durante el proceso en la

pulidora, Rubí blanco y Alúmina, aplicando cada uno en uno de los discos,

primero se desbasta con el Rubí blanco y por consiguiente se termina con la

Alúmina, este método nos funcionó muy bien para quitar los ataques químicos,

y no tener que lijar las muestras nuevamente, dándonos una reducción de tiempo

considerable, sin contar que además nos permitió conservar el pulido hecho

anteriormente.



32

2.2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS.

El objetivo de un tratamiento térmico es sencillamente el de mejorar las

características mecánicas de un material como lo son la dureza, la resistencia, y

la elasticidad, básicamente a los materiales los cuales se les hace tratamientos

térmicos son, el acero y la fundición formados por hierro y carbono, también se

realizan tratamientos a diversos cerámicos.

La ventaja de realizar un tratamiento químico es que modifica su estructura

cristalina pero no afecta de ningún modo su composición química, sabiendo que

las características mecánicas dependen de su composición química y su

estructura cristalina. [3]

2.2.1Tratamiento térmico por temple.

El objetivo general de este tratamiento es el de obtener alta dureza de un material

por este método (temple), el cual consiste en dos fases la primera sería el

calentamiento en general la temperatura expuesta es de unos 40ºC a 50ºC por

encima del punto crítico lo que genera en este ciclo que toda la masa se convierte

en austenita y después por medio de un enfriamiento rápido este se convierte en

martensita la cual es el constituyente de los aceros templados. El factor que

caracteriza la fase de enfriamiento es la velocidad de enfriamiento mínima para

que se pueda dar el cambio de austenita a martensita esta es denominada

velocidad crítica de temple en la mayoría de los casos este cambio no se genera

por diferentes motivos ya sea que el enfriamiento no se haga lo demasiado

rápido o porque el material sea muy grande. [4]

2.2.2 Tratamiento térmico por bonificado

Este tratamiento es básicamente el resultado de los procesos de temple y

revenido que se le aplica a un material con fin de mejorar sus características

mecánicas como lo son la dureza y resistencia, también para reducir las cargas

resultantes del temple.

2.2.3 Tratamiento térmico por revenido.

Después de haberse hecho el temple este proceso lo conlleva a poder modificar

las características de empleo deseadas. Estos dos procesos consecutivos se les



33

conoce como bonificado el cual nos ayuda a aumentar la vida útil de los aceros,

para lograr este objetivo tiene varias etapas como lo son

● el calentamiento hasta una determinada temperatura

● varios mantenimientos a varias temperaturas según lo deseado

● uno o varios enfriamientos según lo deseado hasta una temperatura

ambiente por lo general la del aire, agua o aceite.

Una de las ventajas que tiene este proceso es el de reducir las tensiones internas

producidas por el proceso anterior.

la temperatura del revenido generalmente es de 650ºC, con esta temperatura se

obtiene una estructura de grano grueso, al bajar simultáneamente la temperatura

podemos ir obteniendo estructuras cada vez más finas y duras, así que la

temperatura durante todo el proceso varía desde los 200ºC y 650ºC. los factores

que normalmente influyen en el revenido son

● temperatura de revenido.

● el tiempo de revenido.

● velocidad de enfriamiento.

● dimensiones en pieza.

Pero la gran ventaja que se puede evidenciar es que a diferencia del temple es

que el resultado de este proceso no depende de la velocidad de enfriamiento.[4]

2.2.4 Tratamiento térmico normalizado.

Este tratamiento se emplea para dar a los aceros una estructura y características

tecnológicas que se consideran como en un estado natural o bien sea final a un

material que se ve sometido a un proceso de forja.

El procedimiento es muy simple el cual consiste en calentar la pieza entre 30 y

50 grados por encima del punto crítico superior, y así manteniendo esta

temperatura podemos conseguir que el material se convierte en austenita como

en los anteriores tratamientos este también se deja enfriar, para lograr una

estructura más uniforme y nivel de grano más fino los factores que influyen en

este proceso son:

● la temperatura de cristalización no debe sobrepasar mucho la temperatura

crítica.

● debe ser rápida la transición o la exposición a esta temperatura

● la velocidad del enfriamiento deben ser los más adecuados respecto al

enfoque dado.

El objetivo de este tratamiento es preparar a el material para los diversos

procesos que se le realizará bien sean otros tratamientos térmicos procesos

mecánicos o en su defecto ambos.[5]



34

2.2.5. Tratamiento térmico por recocido

Este tratamiento termico consiste en calentar un material metalico durante un

tiempo prolongado por encima del nivel de austenizacion, para luego dejar enfriar

lentamente en el horno para asi poder realizar una transformacion de su

microestructura, la cuál quedara convertida en grandes fases de austenita, este

tiene como objetivo el de impartir ductibilidad al material, asi como tambien para

Alterar la estructura del material, para obtener las propiedades mecánicas

deseadas, ablandando el metal y mejorando su maquinabilidad. Recristalizar los

metales trabajados en frío. Para aliviar los esfuerzos residuales. Estas

operaciones se ejecutan con el único propósito de aliviar los esfuerzos residuales

en la pieza de trabajo debido a formados previos, este tratamiento el cual se

encarga netamente en ello lo se le conoce como recocido para alivio de

esfuerzos. [29]

2.3. ATAQUES QUÍMICOS

Un ataque químico generalmente consiste en evidenciar la estructura del metal

o aleación, el ataque más utilizado para arrojar información acerca de un material

es el ataque químico, el cual consiste en sumergir la muestra metalográfica en

un determinado reactivo o también se puede realizar pasándole sobre la

superficie de la muestra un algodón empavonado de dicho reactivo, luego se

procede a lavar muy bien la probeta con agua, se enjuaga con una de estas dos

líquidos ya sea alcohol o éter y se seca con una corriente de aire, como los

constituyentes reaccionan a diferentes velocidades, quedará en evidencia el que

mayor velocidad de reacción al ataque notándose más oscuro a la vista de un

microscopio y el de ataque más lento se verá más brillante reflejando luz en el

microscopio.[6]

2.3.1. REACTIVO NITAL (ÁCIDO NÍTRICO)

Este reactivo es una solución de alcohol y ácido nítrico el cual contiene un

porcentaje de 5 % de ácido y un 95% de alcohol etílico, es comúnmente utilizado

para los ataques químicos de los metales, es de gran importancia en los ataques

químicos debido a que genera gran información acerca de la microestructura de

aceros al carbono. Lo cual genera en los aceros que se obscurece la perlita así

dejándola en evidencia para poder diferenciarla de la martensita y con ello

limitándonos el grano de la ferrita, también nos muestra la profundidad del núcleo

en los aceros nitrurados. El ataque es realizado por inmersión debe tenerse



35

debido cuidado con el tiempo de ataque para así lograr diferenciarse con claridad

los límites y otras configuraciones.

2.3.2 REACTIVO SEGÚN BERAHA TIPO 1

en los últimos años la técnica de coloreado se ha venido implementando con

gran disposición, uno de los pioneros de este proceso fue el señor Emmanuel

Beraha quien trabajó en los laboratorios de la fuerza aérea israelí, el reactivo

químico proporcionado por Beraha nos facilita la identificación de fases

secundarias , de zonas de material con diferencias en la composición química

(segregaciones), allí actúan diferentes bases químicas como son las a base de

metabisulfito de potasio (K2S2O5), metabisulfito de sodio (Na2S2O5) y tiosulfato

de sodio (Na2S2O3) .[17]

2.4. DUREZA

Técnicamente es conocida como la oposición que representa un material al ser

rayado o penetrado por otro cuerpo sólido, hay una gran diferencia entre la

definición de dureza y de resistencia mecánica ya que esta última es la

resistencia del material al ser deformado. Hay diferentes pruebas de dureza,

existe el ensayo de dureza por identación de bola, la cual consiste en mediante

una bola específica la cual aplica una carga sobre el material, durante un periodo

de tiempo definido. También podemos ver el ensayo de dureza shore, este es un

valor característico de los materiales definido por el estándar DIN 53505 y DIN

EN ISO 868, la dureza shore se calcula mediante una aguja que presiona el

material a ensayar, así que la profundidad de penetración define la dureza del

material, cuanto mayor sea el valor menor será la profundidad a la cual penetrara

la aguja y por consiguiente mayor la dureza. [31]



36

2.4.1 DUROMETRO ROCKWEL EN 10109 T1 [29]

Se realizó la prueba con el durómetro en dos diferentes escalas como lo fueron

la ROCKWELL C (HRC) y ROCKWELL B (HRB), para así poder analizar los

resultados obtenidos y compararlos con el acero en un estado de entrega este

instrumento consta de 4 diferentes partes esenciales las cuales son:

- Visualizador: El cual nos permite conocer cuánto es la carga aplicada y

cuanto el resultado de su análisis dependiendo de cada escala.

- Identador: Es la parte de la maquina la cual penetra en el material así

identificando su carga para procesar la debida información. Es comúnmente

utilizado un cono diamante de 120° y 2 mm de radio.

- Tornillo: Con este podemos regular la altura que en su parte superior posee

una mesa solida circular en la cual se coloca la probeta a analizar.

- Bastidor: Es el soporte y estructura de la máquina, esta sostiene el tronillo

principal además de sus demás componentes.

Ilustración 15, Durómetro Rockwell 10109 T1, U. Distrital Francisco José de Caldas - Facultad Tecnológica, Laboratorio de Metalografía, Fuente: Autoría propia



37

SECCION III - OBSERVACION Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

3.1 ANÁLISIS DE DUREZA HRC EN DUROMETRO ROCKWELL 10109 T1

En un inicio se estableció como objetivo el análisis por microdureza de fases,

pero por falta de materiales no pudimos desarrollar esta metodología, como

solución nuestro tutor nos propuso hacer dureza HRC con el Durómetro Rockwell

10109 T1, ubicado en el Laboratorio de Metalografía de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica. A cada probeta se le medio

en 5 diferentes puntos como lo mostraremos en las tablas

7,8,9,10,12,13,13,14,15,16, en donde se comparan los diferentes resultados de

los ensayos entre Estado de entrega, Grado 5 y Grado 8.

Tomaremos como material base para la comparación la dureza del estado

entrega, debido a que por el bonificado de fábrica de los tornillos, el acero del

que están constituidos los tornillos tiene una dureza diferente al que exige la

norma SAE J429. En este orden de ideas, compararemos la dureza en cada

tratamiento térmico para poder saber el comportamiento durante los diferentes

procesos.

3.2 ANALISIS MICROESTRUCTURAL Y COMPARATIVO DE LOS

REACTIVOS NITAL Y BERAHA EN LOS TRATAMIENTOS TERMICOS

3.2.1. ESTADO DE ENTREGA

GRADO 5

Dureza en estado de entrega

TRATAMIENTO GRADO HRC

Estado de Entrega

5

21,5

22,8

21

22,3

21,4

Promedio HRC 21,8

Conversión HRC a HV 245

Tabla 7, Dureza en estado de entrega grado 5, Fuente: Autoría propia



38

Microestructura

Ilustración 16, Estado de entrega con reactivo Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 Fuente: Autoría propia

Ilustración 17, Estado de entrega con reactivo Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 Fuente: Autoría propia

En este estado no se le ha realizado ningún tratamiento térmico, para identificar

su microestructura y poder compararla con las demás probetas una vez se les

haya realizado los correspondientes tratamientos , pero debido a que los pernos

estructurales ya tenían un tratamiento de bonificado de fábrica según la norma

SAE j429, una vez realizado el ataque químico con el reactivo Nital y observado

en el microscopio con aumentos de 500(a) y 1000(b) pudimos identificar la

martensita revenida, las cual toma forma de pequeñas laminitas parecidas a

agujas, aquella es una de las características de esta fase, a continuación

realizamos el ataque con el reactivo Beraha, y se observó en el microscopio con

los mismos aumentos, el cual revelo más claramente la martensita revenida en

la microestructura, Se pudieron ver claramente aun en presencia de un sobre

ataque en algunas zonas.



39

GRADO 8

Dureza en estado de entrega


Estado de Entrega

8

26,5

27,9

28,6

28,1

27,6

Promedio 27,74


Tabla 8, Dureza en estado de entrega grado 8, Fuente: Autoría propia

Microestructura

Para este primer análisis en estado de entrega de los tornillos, se espera ver

martensita revenida debido al tratamiento de bonificado que por la norma SAE

J429 deben tener, para cumplir con las especificaciones técnicas de los pernos

estructurales grado 5 y grado 8.

Ilustración 18, Estado de entrega con reactivo Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 Fuente: Autoría propia



40

Ilustración 19, Estado de entrega con reactivo Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000

En este estado después de haber realizado el ataque con Nital y observado en

el microscopio con aumentos de 500(a) y 1000 (b) se puedo identificar la fase de

martensita revenido, debido a que al igual que el perno grado 5 tenía un

tratamiento de temple y revenido procedente de fábrica, una vez realizado el

ataque Beraha se pudo observar más claramente martensita.

3.2.2. TEMPLE

Usualmente el temple es utilizado como metodología para darle unas

características específicas a un acero, sirve para aumentar la tenacidad del

material y mejorar sus capacidades mecánicas, lo cual nos permite producir

martensita que es lo que se espera encontrar en este tratamiento.

GRADO 5

Ilustración 20, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia



41

Ilustración 21, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia

Dureza en Temple


TEMPLE 5

48,9

45,6

46,5

47,2

46,6

Promedio 46,96


Tabla 9, Dureza en estado de temple grado 5, Fuente: Autoría propia



42

Microestructura

Ilustración 22, Temple Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000

Ilustración 23, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000.

Ilustración 24, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 x1000



43

En esta probeta ilustraciones 22 y 23, se pudo observar de manera específica

que sus fases tendían a formar componentes martensíticos, lo anterior se pudo

observar gracias a los dos ataques químicos realizados tanto con el Nital como

con el Beraha, estas fueron observadas a dos aumentos a 500 y a 1000.

En la ilustración 24, se pudo evidenciar que la probeta no se atacó debidamente,

esto se debe a diferentes factores, como no haber realizado el ataque con el

tiempo requerido, también se pudo haber producido porque el reactivo estuvo

más de 24 horas expuesto la mayoría de tiempo al ambiente después de su

preparación, en un recipiente de vidrio no polarizado el cual no es adecuado para

este uso, ya que estos reactivos si no se utilizan y preservan adecuadamente

suelen vencerse.

GRADO 8

Ilustración 25, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (4135 A 9840 Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia



44

Ilustración 26, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (4135 A 9840 Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia

Dureza en Temple


TEMPLE 8

47,9

44,7

49,8

51,1

47

Promedio 48,1


Tabla 10, Dureza en estado de temple grado 8, Fuente: Autoría propia

Microestructura

Ilustración 27, Temple Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000



45

Ilustración 28, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000

En las ilustraciones 27 y 28, se pudo identificar claramente una monofase de

martensita revenida, esto debido a su forma de agujas, las cuales se ven de un

tono blanquecino con el reactivo Beraha, el cual nos da la facilidad de

identificarla, en diferencia con el reactivo Nital el cual solo los podemos

diferenciar por su cambio de geometría.

Ilustración 29, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 x1000

En la Ilustración 29 al igual que la Ilustración 24, se puede observar que el

reactivo no ataco debidamente la probeta por varias condiciones como se

explicaron anteriormente, lo que nos llevó a volver a realizar la mezcla de los

diferentes compuestos químicos y sus respectivos ácidos, también con la



46

adecuada pulida de la probeta, ya que su superficie estaba atacada

inadecuadamente procedimos a pulirla nuevamente con lijas 1500 y 2000, donde

además se les aplico el pulido respectivo con el Fleece Ovejero para así quitar

el ataque con Beraha que arrojo los resultados esperados.

Comparación de dureza en estado temple

Comparación Dureza Bonificado en Vickers

Estado de Entrega Grado 5 Grado 5

245 472


285 486

Mayor dureza Grado 8

Tabla 11, Comparación Dureza Temple Vickers, Fuente: Autoría Propia

Al aplicar el temple a las probetas, la deferencia con el estado de entrega

aumenta considerablemente, teóricamente era lo esperado debido a que los

tornillos tienen un tratamiento térmico de Bonificado el cual a pesar de tener un

temple tiene un revenido que reduce la dureza del material. Podemos apreciar

que el grado 8 tiene una mayor dureza en estado de temple que el grado 5 como

es de esperarse.

3.2.3. BONIFICADO (TEMPLE+REVENIDO)

Según la norma SAE J429 para tornillos estructurales grado 5 y 8, se les debe

aplicar un tratamiento de bonificado para cumplir con las especificaciones

mecánicas y físicas para el cual están diseñados, en este orden de ideas los

pernos de trabajo ya están en estado de bonificado, por lo que se esperaría que

el comportamiento microestructural de los tornillos sea muy semejante al estado

de entrega, encontrando martensita revenida, al igual que en el estado de

entrega.



47

GRADO 5

Ilustración 30, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en estado Bonificado, Fuente: Autoría Propia

Dureza en Temple + Revenido


TEMPLE + REVENIDO

5

20,9

26,9

27,6

26,8

25,4

Promedio 25,52


Tabla 12, Dureza en estado de bonificado grado 5, Fuente: Autoría propia

Microestructura

Ilustración 31, Fisura producida en el Temple, Acero Norma SAE J429-Grado 5, Fuente: Autoría propia



48

Ilustración 32, Temple + Revenido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x500 Fuente: Autoría propia

En la ilustración 31 se evidencia una grieta en su superficie, la cual en el

microscopio se observa más evidente como se muestra en la ilustración 32 a),

esta grieta surgió debido al temple en el bonificado del perno grado 5, aunque

ya contaba con un tratamiento térmico de fábrica, por necesidad de la

investigación procedimos a realizar de nuevo el temple + revenido, a pesar de

que se produjeron unas subgrietas, no nos impidió realizar el respectivo análisis

microestructural sobre aquella superficie. En el ataque con Nital no se pude

evidenciar muy bien la microestructura del material más que unos cuantos

granos de posible martensita revenida.

Ilustración 33, Temple + Revenido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000, Fuente: Autoría propia

En este proceso hubo dos cambios de temperaturas, primero se calentó hasta

los 850°C superando la temperatura a la cual se forma martensita, después de

ello se enfrió rápidamente la probeta por cerca de 10 a 15 segundos, para así

lograr su estado de temple según lo requerido por el tratamiento, después

volvemos a elevar la temperatura a 550ºC, formando así martensita revenida,

como se observa en las ilustración 33, donde las geometrías en forma de agujas



49

de color blanquecinas son la martensita revenida, sus tamaños son un poco más

grandes que los del estado de entrega, posiblemente porque el tratamiento

térmico de fábrica se efectuó bajo diferentes condiciones..

Ilustración 34, Temple + Revenido, Bifluoruro de amonio + Acido sulfamico + Metabilsufito de potasio + 100 ml agua destilada, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500, Fuente: Autoría propia

Durante el proceso de los ataques químicos a las probetas nos encontramos con

inconvenientes con el reactivo Beraha, posiblemente no quedo bien

proporcionada la mezcla, por lo que al hacer el ataque no se podía obtener los

resultados esperados, como se evidencia en las ilustraciones 24 y 29, con la

necesidad de realizar y obtener los mejores resultados, decidimos probar con

otras formas de preparar el reactivo Beraha, y así poder identificar cual sería el

que nos diera mayor precisión y mejor calidad en el análisis metalográfico a color,

para esto probamos una mezcla que consistió en 3 g de bifluoruro de sodio

(K2S2O5), más 1 g metabisulfito de potasio (NH2SO3H) y 0,5 de ácido sulfamico

(NH4FHF9) y todo ello disuelto en 100 ml de agua destilada [17], pero según lo

analizado y lo observado en el microscopio, esta composición no nos dio los

resultados requeridos para nuestro análisis como se puede evidenciar en la

ilustración 34, trato de atacar algunas zonas pero no fue posible diferenciar las

fases. Consecuentemente decidimos continuar con la preparación del reactivo

Beraha Tipo I, variando la cantidad de cada elemento hasta conseguir la mezcla

idónea que nos ayudara a la identificación de la microestructura del material.



50

GRADO 8

Dureza en Temple + Revenido


TEMPLE + REVENIDO

8

27,7

30,9

30,2

29,7

28,6

Promedio 29,42


Tabla 13, Dureza en estado de bonificado grado 8, Fuente: Autoría propia

Microestructura

Ilustración 35, Fisura presente en Temple + Revenido, Acero Norma SAE J429-Grado 8

Ilustración 36, Temple + Revenido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x500 c) x1000, Fuente: Autoría propia



51

Al igual que el perno grado 5 anteriormente analizado, a este perno le ocurrió lo

mismo en este tratamiento, surgió una grieta la cual estaba acompañada de

unas micro grietas que a simple vista no se identifican pero en la observación

con el microscopio y a un aumento de 500 se pudieron observar fácilmente como

se ve en la Ilustración 36 a).

En las ilustraciones 36 y 37, se puede observar una mono fase de martensita

revenida, esto debido a que en el proceso de temple alcanzo una temperatura

superior a 850ºC, formando grandes granos blanquecinos como se ven de mejor

manera en el ataque con Beraha ilustración 37 b), en la cual se evidencian

mucho más fácil, tomando tonalidades de diferentes colores posiblemente por

un sobre ataque químico. En comparación con el estado de entrega,

efectivamente las aglomeraciones de granos de martensita revenida es más

densa y de mayor tamaño igual que en el grado 5, por lo que confirmamos que

el tratamiento térmico de fábrica es diferente al que se realizó en esta

investigación, en cuestiones de que se manejaron diferentes condiciones dando

como resultado una microestructura un poco diferente.

Ilustración 37, Temple + Revenido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000, Fuente: Autoría propia

Comparación de dureza en estado Bonificado

Comparación Dureza Temple en Vickers


245 269


285 297

Tabla 14, Comparación Dureza Bonificado en Vickers, Fuente: Autoría propia



52

Para este tratamiento térmico, podemos evidenciar poco aumento en la dureza

de los dos materiales con respecto al estado de entrega, como es de esperarse

la dureza en el estado bonificado no aumenta tanto debido al revenido, el cual

tiene como objetivo suavizar el acero. Si consideramos los valores, el grado 8

tiene una dureza mayor que el grado 5. Observando la ilustración 36 a) con

respecto a la ilustración 32 a) podemos apreciar que en el grado 8 la

fragmentación ha sido mucho mayor que en el grado 5, lo cual significa que el

primero es más frágil.

3.2.4. NORMALIZADO

Cuando necesitamos producir unos aceros más duros y fuertes, pero no tanto

como las aleaciones templadas se efectúa el tratamiento de normalizado, este

tratamiento también puede mejorar la maquinabilidad, y es muy bueno en las

fundiciones para retirar o modificar las estructuras dendríticas del elemento,

mejorando los granos y homogenizando su estructura [18]. En ese proceso

esperamos ver una mezcla de fases de ferrita y cementita (Bainita), esta se forma

por la transformación isoterma a temperaturas de 250ºC a 550ºC. También

podríamos ver posiblemente agregado fino de cementita y ferrita (Sorbita) la cual

se produce por una transformación isotérmica a temperaturas de 600ºC y 650ºC

[19]. Además de las fases anteriores no debemos despreciar que en el material

ya se encuentra presente martensita revenida debido al bonificado de fábrica.

GRADO 5

Ilustración 38, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en estado Normalizado, Fuente: Autoría Propia



53

Ilustración 39, Diagrama CCTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en estado Normalizado, Fuente: Autoría Propia

Dureza en Normalizado

TRATAMIENTO GRADO HRB

NORMALIZADO 5

93,6

94,5

93,3

94,3

96,6

Promedio 94,46

Conversión HRB a HV 209

Tabla 15, Dureza en estado Normalizado grado 5, Fuente: Autoría propia

Microestructura

Ilustración 40, Normalizado Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000, Fuente: Autoría Propia



54

Ilustración 41, Normalizado Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x1000, Fuente: Autoría Propia

Como se ha venido realizando, se trabaja con dos tipos de escalas en el

microscopio, para identificar más claramente el tipo de grano, su morfología y

sus componentes, los dos aumentos empleados fueron a 500 y a 1000, allí se

puede visualizar de forma más clara la microestructura del material, con la ayuda

de los dos ataques químicos Nital y Beraha, este último nos da una visualización

más clara de las fases y la morfología del acero. En este sentido, podemos

observar que en las fotografías con Nital (ilustración 40), no se puede diferenciar

claramente las diferentes fases del material, en cambio en la ilustración 41 de

Beraha, se distinguen más las formaciones de perlita con el grano más fino y

más uniforme que la estructura previa al tratamiento. Debido al modo de

enfriamiento se tendrá menos tiempo para la formación de ferrita proectectoide,

por lo que abra menos cantidad que en el tratamiento de recocido; también se

verá directamente afectado el refinamiento de la perlita, esto conlleva a que las

placas de cementita estén más cerca entre sí, endureciendo la ferrita y

aumentando la dureza del material [30]. Se ven manchas oscuras que se deben

a posibles impurezas, residuos de alcohol o sobre ataque del reactivo.

GRADO 8

Dureza en Normalizado


NORMALIZADO 8

24,2

24,3

24,8

22,2

23,6

Promedio 23,82


Tabla 16, Dureza en estado Normalizado grado 8, Fuente: Autoría propia



55

Microestructura

Ilustración 42, Normalizado Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000, Fuente: Autoría Propia

Ilustración 43, Normalizado Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500, Fuente: Autoría Propia

Para el tornillo grado 8, se obtuvo una estructura de granos diferentes al del

grado 5, se puede ver gránulos grandes de ferrita y cementita, los cuales se

forman por el enfriamiento al ambiente, el cual altera en gran medida la

estructura del material. En las figuras de Nital pudimos ver colonias de dementita

bordeadas por posible ferrita en un porcentaje muy bajo, pues el método de

enfriamiento no permite alcanzar una formación de esta en gran cantidad [18].

Gracias al ataque con Beraha pudimos identificar más la ferrita como

componente de la microestructura, la cual tiene una apariencia de agujas

formadas en una sola dirección estilo cebra.



56

Comparación de dureza en estado Normalizado

Comparación Dureza Normalizado en Vickers


245 209


285 258

Mayor dureza Estado de

entrega Grado 8 Tabla 17, Comparación Dureza Normalizado en Vicker, Fuente: Autoría propia

De acuerdo con los datos obtenidos, tenemos que se produjo un endurecimiento

en el material, no con respecto al estado de entrega, si no en comparación a las

propiedades físicas del material del cual están constituidos los tornillos, porque

si lo comparamos con el de estado entrega nos da inferior, debido a que el

material en estado entrega tiene un bonificado de fábrica, entonces se debe

esperar que su dureza sea mayor que la del estado normalizado, tal como

sucede en la toma de datos de la tabla 17.

3.2.5. RECOCIDO

Este proceso se aplica a un material cuando se necesita mejorar las propiedades

eléctricas y magnéticas, dar más suavidad al acero, este da unas propiedades

mecánicas diferentes, que en algunas ocasiones mejoran su maquinabilidad por

lo que afecta directamente la dureza de la aleación [18].

Este proceso consistió en calentar el acero a una temperatura de 850 ºC, para

luego ser enfriado lentamente en el horno a lo largo del intervalo de

transformación, el objetivo de este tratamiento es el de refinar el grano, gracias

a este proceso se espera ver granos más gruesos de perlita y ferrita, el cual al

enfriarse da como resultado grandes áreas perliticas en su transformación final.



57

GRADO 5

Dureza en recocido


Recocido 5

76,3

76,9

76,9

74,8

78,5

Promedio 76,68


Tabla 18, Dureza en estado Recocido grado 5, Fuente: Autoría propia

Microestructura

Ilustración 44, Recocido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 Fuente: Autoría propia

Ilustración 45, Recocido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000, Fuente: Autoría propia



58

Ilustración 46, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en estado Recocido, Fuente: Autoría Propia

Ilustración 47, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en estado Recocido, Fuente: Autoría Propia

GRADO 8

Dureza en recocido


Recocido 8

82

71,4

77,8

82

70,6

Promedio 76,76


Tabla 19, Dureza en estado Recocido grado 8, Fuente: Autoría propia



59

Este material fue tratado llevándolo hasta una temperatura la cual cambiara su

microestructura, dejando en evidencia la formación de ferrita proectectoide y el

refinamiento de la perlita.

A diferencia del Normalizado, en el recocido hay mayor tiempo para la formación

de ferrita proectectoide, en las ilustraciónes 44 y 45 del tornillo grado 5, se puede

evidenciar que el material tiene aglomeraciones de ferrita y perlita laminar un

poco más variables que en las ilustraciónes 48 y 49 del grado 8, las áreas de

perlita son muy evidentes en el grado 5 donde se distinguen por su morfología

de agujas orientadas en forma de cebra, en los dos casos la geometría de las

fases son un poco diferentes, esto es debido al porcentaje de carbono presente

en los dos tornillos, pero aun así se puede visualizar claramente una similar

microestructura en ambos. La división de fases y microestructura se ven

claramente bien sea con el ataque químico de Nital o Beraha, posiblemente se

ve con mayor facilidad con el reactivo Beraha, pues proporciona tonalidades de

diferentes colores que permite distinguir los constituyentes de mejor manera.

Microestructura

Ilustración 48, Recocido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000, Fuente: Autoría propia



60

Ilustración 49, Recocido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500, Fuente: Autoría propia

Comparación de dureza en estado Recocido

Comparación Dureza Recocido en Vickers


245 140


285 140

Mayor dureza Estado de

entrega Grado 8

Tabla 20, Comparación Dureza Recocido en Vicker, Fuente: Autoría propia

El recocido se caracteriza por suavizar el material, como se puede apreciar la

dureza fue mucho menor que en el estado de entrega, por lo que se cumple con

la teoría de que en el recocido se presenta un ablandamiento debido a el proceso

de enfriamiento que se efectúa [16]. En esta medida podemos apreciar algo

interesante en este tratamiento y es que la dureza del recocido tanto en el grado

5 como en el grado 8 es prácticamente la misma, podría discrepar algunas

décimas de Vickers,



61

CONCLUSIONES

- Una de las más claras conclusiones, fue que al haber realizado el ataque con

el Beraha se diferenciaba más fácilmente las fases de cada estructura y sus

límites de grano a diferencia del ataque con Nital, puesto que este último toma

una sola tonalidad y es mucho más difícil identificar la morfología, el

inconveniente es que si no se realiza debidamente el ataque con Beraha no

se revelara nada y además de ello se tendrá que volver a realizar el pulido

correspondiente, lo que conllevara a pérdida de tiempo, material y dinero

debido a que el reactivo Beraha acarrea más costos y una mayor preparación,

se debe considerar utilizar el Nital, si no es un estudio que necesite de mayor

precisión.

- En principio se había propuesto hacer un análisis de microdureza de fases, el

cual no se puedo desarrollar por falta de materiales del laboratorio de

Tratamientos térmicos y ataques químicos; como solución hicimos el ensayo

de dureza HRC con el Durómetro Rockwell 10109 T1, este ensayo nos

permitió medir la dureza de las probetas después de ser aplicados los

diferentes tratamientos térmicos, donde los valores más altos fueron obtenidos

del tornillo grado 8, la comparación se realizó con respecto al estado de

entrega y a las probetas del tornillo grado 5. Pese a los inconvenientes

logramos tomar todos los datos necesarios para realizar una comparación

adecuada de durezas, con lo cual se pudo concluir que la dureza variaba

dependiendo el tratamiento térmico al que se había sido sometido cada

probeta.

- El modo de preparación de los reactivos, el tiempo en el que se efectúen estos

mismos y los elementos para llevarlos a cabo, juegan un papel muy importante

en la calidad del ataque y la identificación de sus fases, ya que si el reactivo

es de mala calidad probablemente no ataque el metal y produzca es solamente

una capa de recubrimiento como se muestra en las ilustraciones 24 a) y 29 a).

Si no se realiza el ataque con el tiempo adecuado posiblemente haya un sobre

ataque en el material, las pruebas que hicimos con el Beraha nos permitió

determinar que no puede ser mayor ni menor a dos minutos el tiempo de

sumergido, si se excede queda sobre atacado y si es menor pasa lo contrario

no se ataca.

- Comparando los dos tornillos, con respecto a los tratamientos térmicos

aplicados, se evidencio básicamente solo una pequeña diferencia en la dureza

del material después de haber sido medidos con el durómetro, en las fases

presentes en cada proceso no se evidencia un cambio muy significativo que

nos permita concluir que tornillo micro estructuralmente hablando tiene

mejores cualidades físicas y mecánicas para el cual son diseñados. La dureza

en el grado 8 es mayor que en el grado 5, por lo que podríamos suponer que

el perno grado 8 sería más recomendable, pero durante el bonificado que



62

efectuamos, como lo hemos mencionado anteriormente, las dos probetas de

este tratamiento se fracturaron, a simple vista las grietas se ven muy

semejantes pero al observarlas con el microscopio a un aumento de 500, como

se muestra en las ilustraciones 32 a) y 36 a), la fragmentación fue mucho

mayor en el grado 8, por lo que nos permite verificar que su fragilidad aumento

mucho más que la del grado 5. Como el uso esencialmente de estos tornillos

es para estructuras de gran tamaño donde está en juego la vida de las

personas que las utilizan constantemente, se debería escoger el perno que

tenga una mayor ductilidad o en pocas palabras el menos frágil de los dos,

pues en caso de una sobre carga en el sistema es mejor que tienda a flectarse

y no a romperse. En este orden de ideas, decidimos que la mejor opción para

este uso seria el Tornillo SAE J429 GRADO 5 (1035-1050 TEMP Y REV).



63

RECOMENDACIONES

- Es necesario tener claridad acerca del ataque químico y sus compuestos para

no tener ningún inconveniente con este, conseguir los reactivos para su

composición es muy complicado y puede demandar más tiempo de lo

esperado. Recomendamos trabajar para el reactivo Beraha una doble porción

de cada acido como mínimo, con respecto a la norma para desarrollar el

ataque, nosotros nos guiamos por esta y no obtuvimos los resultados

convenientes como se muestra en las figuras 24 y 29.

- Para el pulido de las probetas se recomienda lijar hasta una lija de grano 2000,

si no es posible encontrarla, como mínimo hasta una de grano 1500 y por

consiguiente utilizar Fleece y no Fleece Ovejero, pues el primero tiene unas

fibras más finas y su espesor es mucho mayor lo que permite tener mayor

durabilidad del paño, sin contar que para darle un acabado de brillo espejo,

este fibra sintética es mucho mejor y reduce más el tiempo de pulido.

- Durante una comparación entre metalografía convencional y a color, se

necesita como mínimo atacar químicamente dos veces las probetas, el

problema radica después de hacer el primer ataque, pues toca removerlo y

dejar la superficie nuevamente con brillo espejo para atacar a color, lo que nos

llevaría a pulir las probetas como mínimo con lija 1500 para quitar el primer

ataque, nuestra recomendación es utilizar Rubí blanco y Alúmina en la

Maquina Pulidora Metalográfica, como se tienen dos discos de trabajo, primero

desbastamos con el rubí y luego terminamos con la Alúmina que es más fina

y permite quitar los excesos restantes, esta metodología funciona muy bien y

disminuye considerablemente el tiempo de pulido de las probetas, factor

esencial para cuando no queda realizado debidamente el ataque químico.

- Para futuros proyectos no recomendamos hacer un bonificado a un material

que previamente tenga este tratamiento térmico, como se presentó en este

proyecto, pues afecta considerablemente la fragilidad del material, y lo único

que conseguiremos es que durante el proceso probablemente se fracture la

probeta en su enfriamiento isotérmico.

- Por ultimo recomendamos hacer cortes pequeños cuando se están manejando

probetas de alta resistencia y tamaño considerable, pues por experiencia

propia pudimos evidenciar que cortes muy largos rompen los discos de corte

y pueden llegar a dañar la cortadora.



64

GLOSARIO

Estructura cristalina: Es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los

átomos moléculas o iones.

Alotrópicas: La noción de alotropía se utiliza en el ámbito de la química para

denominar a la propiedad que tienen ciertos elementos químicos de aparecer

con diferentes características en cuanto a la física o con distintas estructuras

moleculares.

Aleaciones: Es una combinación de propiedades metálicas, que está

compuesta de dos o más elementos metálicos sólidos.

Reactivo: Sustancia que, por su capacidad de provocar determinadas

reacciones, sirve en los ensayos y análisis químicos para revelar la presencia o

medir la cantidad de otra sustancia.

Fase: Diferenciación de componentes de una solución química

Isoterma: Que tiene la misma temperatura que otra cosa de la misma

naturaleza.

Micrografía: Es la imagen obtenida de objetos no visibles mediante la ayuda de

instrumentos ópticos o electrónicos como lupas y microscopios.

Microestructural: Estructura que forma parte de otra más amplia.

Aglomeración: Es el acto y el resultado de aglomerar: reunir muchos elementos,

acoplar o pegar diferentes sustancias o fragmentos de algo.

Nitrurados: Es un tratamiento termoquímico que se le da al acero.

Austeización: Es un proceso que ocurre en el acero, en el cual, a una

determinada temperatura, se forma austenita.

Vickers: Es un método para medir la dureza de los materiales.

http://definicion.de/quimica/



65

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anÁlisis metalogrÁfico a color en estudio...

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