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ESTUDIO MICROESTRUCTURAL POR MICROSCOPIA ÓPTICA CON

TÉCNICAS DE METALOGRAFÍA A COLOR EN UN PISTÓN DE UNA MOTO

AKT XM 200

Daniel Ricardo Reigoza Gómez

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN MECÁNICA

BOGOTÁ

2017

ESTUDIO MICROESTRUCTURAL POR MICROSCOPIA ÓPTICA CON

TÉCNICAS DE METALOGRAFÍA A COLOR EN UN PISTÓN DE UNA MOTO

AKT XM 200

Daniel Ricardo Reigoza Gómez

Tesis para optar al título de tecnólogo mecánico

MsC Luis Hernando Correa Murillo

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN MECÁNICA

BOGOTÁ

2017

CONTENIDO

RESUMEN 1

INTRODUCCIÓN 1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2

JUSTIFICACIÓN 3

OBJETIVOS 4

General 4

Específicos 4

I. CONCEPTOS BÁSICOS 5

METALOGRAFÍA 5

Metalografía a color 7

ALUMINIO 7

Aleaciones de aluminio 8

Aleaciones de aluminio por fundición 9

Aleaciones de aluminio de la serie 3xx.x 10

FUNDAMENTOS DE SOLIDIFICACIÓN 11

TRATAMIENTO TERMICO 12

Temple 12

Envejecido 12

MICRODUREZA VICKERS 13

II. PREPARACION DE LAS MUESTRAS METALOGRAFICAS 14

OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE PROBETAS 15

Análisis químico del material 15

Tratamientos térmicos 16

Preparación metalografica 17

Ataque químico 18

III. OBTENCIÓN DE IMÁGENES Y ANÁLISIS METALOGRAFICO 19

Probeta sin tratar térmicamente atacada con el reactivo HF al 5% durante 15 segundos. 21

Probeta sin tratar térmicamente atacada con el reactivo a color durante 30 segundos 25

Comparación de las dos técnicas de ataque, HF al 5% y reactivo a color. 28

Probeta templada en agua atacada con el reactivo a color durante 30 segundos 29

Comparación de la probeta sin tratar con la templada en agua atacadas con el reactivo a color durante 30 segundos 32

Probeta tratada térmicamente + envejecimiento atacada con el reactivo a color durante 30 segundos 33

Comparación de la probeta templada en agua y la templada en agua + envejecimiento atacadas con el reactivo a color durante 30 segundos 36

Probeta que a pasado por un recocido atacada con el reactivo a color durante 30 segundos 37

Comparación microestructural de la probeta sin tratar y a la que se le ha efectuado un recocido 40

IV. MICRODUREZA VICKERS 41

Probetas sin tratar térmicamente 41

Probeta templada en agua 42

Probeta templada en agua y envejecida 42 Probeta recocida 42 V. CONCLUSIONES 45

VI. RECOMENDACIONES 46

REFERENCIAS 47

LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Clasificación de las aleaciones de aluminio por laminado y por fundición 9

Tabla 2: Composición química de algunas aleaciones de aluminio por fundición 10

Tabla 3: Composición química (%) del material 15 Tabla 4: Fases comunes en aleaciones de aluminio. 19 Tabla 5: Forma y coloración que presentan algunas fases del aluminio 1. 20 Tabla 6: Forma y coloración que presentan algunas fases del aluminio 2. 20 Tabla 7: Composición química en % de la fase Al-Ni-Si-Mg-Cu presente en la probeta atacada con HF al 5% 23

Tabla 8: Composición química en % de la fase Al-Ni-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con HF al 5% 23

Tabla 9: Composición química en % de la fase Al-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con HF al 5% 23

Tabla 10: Composición química de la matriz de la probeta atacada con HF al 5% 24

Tabla 11: Composición química en % de la fase Al-Ni-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con el reactivo a color 27

Tabla 12: Composición química en % de la fase Al-Mg-Si-Fe-Ni presente en la probeta atacada con el reactivo a color 27

Tabla 13: Composición química en % de la matriz en la probeta atacada con el reactivo a color 27

Tabla 14: Composición química en % de la fase Al-Si presente en la probeta templada en agua 31

Tabla 15: Composición química en % de la fase Al-Ni-Fe-Si presente en la probeta templada en agua y envejecida 35

Tabla 16: Composición química en % de la fase Al-Si-Mg-Cu-Ni presente en la probeta templada en agua y envejecida 35

Tabla 17: Composición química en % de la fase Al-Si presente en la probeta templada en agua y envejecida 36

Tabla 18: Composición química en % de la fase Al-Ni-Fe-Si presente en la probeta recocida 39

Tabla 19: Composición química en % del silicio presente en la probeta recocida 39

Tabla 20: Composición química en % de un compuesto intermetalico presente en la probeta recocida 39

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Diagrama esquemático que ilustra cómo la luz es reflejada en la superficie de un metal pulido y atacado. 6 Figura 2 Efecto del ataque de una superficie pulida sobre la

microestructura observada en el microscopio óptico. 6 Figura 3: Diagrama Al-Si y microestructuras a diferentes composiciones. 10

Figura 4: Solubilidad de los aleantes más comunes en el aluminio 11

Figura 5: Etapas de la solidificación de metales 11

Figura 6: Diagrama de temple y envejecido natural. 12

Figura 7: Diagrama de envejecimiento del aluminio. 13

Figura 8: Geometría de un indentador vickers. 13

Figura 9: Esquema de la huella dejada el indentador en la dureza vicker 13

Figura 10: Ecuación para obtener la dureza vickers. 14

Figura 11: Sección transversal del pistón de moto y probeta obtenida. 14

Figura 12: Diagrama Al-Si con microestructuras encontradas con relación al porcentaje de silicio. 15

Figura 13: Diagrama Al-SI 16

Figura 14: Porosidades en probetas tratadas térmicamente. 17

Figura 15: Probeta encapsulada y con acabado brillo espejo. 17

Figura 16: Diferencia entre ataques con HF al 5% y el reactivo a color. 18

Figura 17: Microestructura a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta atacada con HF al 5% 21

Figura 18: Microestructura a 500 y 1000 aumentos de la probeta atacada con HF al 5%. 21

Figura 19: Microestructura por SEM a 200 aumentos de la probeta atacada con HF al 5% por SE y BSE 22

Figura 20: Microestructura por SEM a 1600 aumentos de la probeta atacada con HF al 5% por (a) SE y (b) BSE 22

Figura 21: Microestructura a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta atacada con el reactivo a color 24

Figura 22: Microestructura a 500 y 1000 aumentos de la probeta atacada con el reactivo a color 24

Figura 23: Microestructura a 200 aumentos por SEM de la probeta atacada con el reactivo a color por SE y BSE 25



Figura 26: Comparación microestructural del material sin tratamiento térmico atacadas con HF al 5% y el reactivo a color 28

Figura 27: Comparación de las microestructuras obtenidas por SEM

de las probetas atacadas con HF al 5% y con el reactivo a color 29

Figura 28: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta templada en agua, atacada con el reactivo a color 29

Figura 29: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE,

de la probeta templada en agua atacada con el reactivo a color. 30

Figura 30: Microestructura por SEM a 800 aumentos por SE de la probeta templada en agua atacada con el reactivo a color. 31

Figura 31: Microestructuras a 500 y 1000 aumentos de la probeta templada en agua, atacada con el reactivo a color 31

Figura 32: Comparación de las microestructuras de las probetas sin tratar y tratada térmicamente a 500 aumentos 32

Figura 33: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color 33

Figura 34: Microestructuras a 500 y 1000 de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color 33

Figura 35: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color. 34

Figura 36: Microestructura por SEM a 800 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color. 34

Figura 37: Microestructura por SEM a 1600 aumentos por SE y BSE,

de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color. 35

Figura 38: Microestructuras a 500 aumentos de la probeta templada,

y la probeta templada y envejecida atacadas con el reactivo a color. 36

Figura 39: Microestructuras a 1000 aumentos de la probeta templada, y la probeta templada y envejecida atacadas con el reactivo a color. 37

Figura 40: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta recocida atacada con el reactivo a color. 37

Figura 41: Microestructura por SEM a 800 aumentos por BSE, de la probeta recocida atacada con el reactivo a color. 38

Figura 42: Microestructuras a 500 y 1000 aumentos de la probeta recocida, atacada con el reactivo a color 40

Figuras 43: Comparación de microestructuras a 500 aumentos de la probeta sin tratar y la probeta recocida, atacadas con el reactivo a color 40

Figura 44: Dureza vickers en las probetas sin tratar térmicamente 41

Figura 45: Dureza vickers en la probeta templada en agua 41

Figura 46: Dureza vickers en la probeta templada en agua y envejecida 42

Figura 47: Dureza vickers en la probeta recocida 44

RESUMEN: En el presente trabajo se busca resaltar los beneficios y diferencias

entre la metalografía tradicional (blanco-negro) y la metalografía a color. Por lo

cual, de un pistón de aluminio usado proveniente de una moto AKT XM 200, se

extrajo 5 probetas, 2 se utilizaron para comparar las técnicas de metalografía

tradicional (blanco-negro) y metalografía a color. Las 3 restantes fueron tratadas

térmicamente y posteriormente analizadas mediante metalografía a color. Se

espera que con las imágenes a color se puedan obtener datos e información que

no es visible con la metalografía tradicional.

INTRODUCCIÓN

El estudio metalografico ha tenido gran importancia en la industria

metalmecánica debido al permanente estudio y desarrollo de nuevos materiales,

que suplen necesidades que otros materiales sencillos no logran. Estos estudios

nos muestran características microestructurales de cada material y su influencia

en sus propiedades químicas, físicas y mecánicas, además de los cambios

notables que producen los tratamientos térmicos.

Aun que el análisis metalografico abarca un número indefinido de materiales a

analizar, nos centraremos en aleaciones de aluminio actualmente muy utilizadas,

principalmente por sus propiedades mecánicas y por su baja densidad con

respecto a otro tipo de materiales. El procedimiento en el estudio metalografico

en aleaciones de aluminio, implica la necesidad de disponer de técnicas de

caracterización metalograficas que determinen las principales características

microestructurales.

La investigación de nuevos procedimientos o la aplicación de los ya existentes en

aleaciones diferentes, ha dado como resultado la metalografía a color. Se trata de

una técnica que, tras el ataque, crea un film superficial que provoca un efecto de

color de reflexión. En este proyecto se probara dicha técnica y se hará énfasis en

las mejoras o diferencias con respecto a técnicas convencionales.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En los estudios metalograficos es de vital importancia seguir un riguroso proceso

de preparación de las probetas que van a ser objeto de estudio como, la

selección de la muestra, el proceso de mecanizado y acondicionamiento de la

superficie de la probeta a ser analizada. Esta superficie estará lista cuando se

obtenga una cara completamente plana y una superficie especular, y se procederá

al ataque químico.

El objetivo de este ataque químico es poner en evidencia la microestructura del

metal o aleación. Existen diferentes tipos de reactivos genéricos dependiendo del

material que se quiere estudiar, y mediante estudio de microestructura óptica

podemos obtener un registro fotográfico en blanco y negro de esta. Y aunque

brinda buena información microestructural del material, omite información útil que

nos podría ofrecer un estudio metalografico a color.

JUSTIFICACION

La búsqueda de mejorar la calidad de aleaciones nos a conducido a la mejora de

las técnicas empleadas para cuantificar dicha calidad, lo que conlleva a la continua

mejora en las técnicas de ataque químico en los estudio metalograficos. Las

técnicas tradicionales de ataque no permiten un análisis detallado de la evolución

microestructural de los mecanismos que rigen la solidificación ni de las fases

presentes.

Por este motivo se analizara y empleara la metalografía a color en aleaciones de

aluminio para así revelar las características microestructurales que los métodos de

ataque convencionales a blanco y negro no revelan.

OBJETIVOS

General

Analizar por microscopia óptica la microestructura de un pistón usado de una

moto AKT XM 200 con técnicas de metalografía a color

Específicos

Preparar los reactivos necesarios para efectuar el ataque químico requerido

con la técnica de metalografía a color

Realizar un análisis microestructural de aleaciones de aluminio en un

pistón de moto usado mediante metalografía tradicional y metalografía a

color

Identificar las fases presentes en la aleación a estudiar mediante

metalografía tradicional y metalografía a color

Efectuar estudio de microdureza de fases y microscopia electrónica de

barrido después de aplicar la técnica de metalografía a color

Comparar las técnicas de metalografía tradicional y metalografía a color con

los resultados obtenidos

Determinar las cualidades de la metalografía a color con respecto a la

metalografía tradicional (blanco-negro)

I. CONCEPTOS BÁSICOS

METALOGRAFIA

Las técnicas de metalografía óptica se emplean para estudiar las características y

constitución interna de los materiales a escala micrométrica (nivel de aumento de

alrededor de 2000X). Mediante la aplicación de las técnicas de metalografía óptica

puede extraerse información cualitativa y cuantitativa en relación con el tamaño de

los granos, los límites de grano, la existencia de diversas fases, daño interno y

algunos defectos. En esta técnica, la superficie de una pequeña muestra de

material, generalmente un metal, se prepara primero mediante un procedimiento

un tanto prolongado. [1]

El proceso de preparación incluye numerosas etapas de desbaste de la superficie

que quitan grandes rayones. La etapa de desbaste es seguida por varias etapas

de pulido que quitan los rayones finos obtenidos durante la etapa de desbaste. La

superficie debe quedar en una calidad optima ya que es muy importante para el

resultado del proceso y, en términos generales, debe producirse al final de la

etapa de pulido una superficie como de espejo sin rayones. Estos pasos son

necesarios para minimizar el contraste topográfico. La superficie pulida se expone

entonces a un ataque químico. La elección del reactivo atacante y el tiempo de

exposición (el periodo en que la muestra permanecerá en contacto con el activo

de ataque) son dos factores fundamentales que dependen del material concreto

que se esté estudiando. [2]

El principio detrás del análisis microestructural se basa en el ataque químico, los

átomos en el límite de grano serán atacados mucho más rápidamente por el

reactivo que los átomos que están dentro del grano. Ello se debe a que los átomos

que están en el límite de grano poseen un mayor estado de energía dado su

ordenamiento menos eficiente. Como resultado, el reactivo de ataque produce

diminutas cavidades a lo largo de los límites de los granos. La muestra preparada

se examina a continuación con un microscopio metalúrgico (microscopio invertido)

que se basa en la luz visible incidente. En la figura 1 se muestra la representación

esquemática de un microscopio metalúrgico.

Cuando se exponen a la luz incidente en un microscopio óptico, estas cavidades

no reflejan la luz tan intensamente como el resto del material granulado. Debido a

la menor reflexión de luz, las diminutas cavidades aparecen como líneas oscuras,

revelando así los límites del grano, como se observa en la figura 2.

Figura 1 Diagrama esquemático que ilustra cómo la luz es reflejada en la superficie de un metal pulido y atacado.

Figura 2 Efecto del ataque de una superficie pulida de una muestra de acero sobre la microestructura observada en el microscopio óptico.

En (a) se observa que en la muestra pulida no se contempla la microestructura

característica. En (b), después del ataque de un acero muy bajo en carbono,

solamente se han atacado de manera importante los límites de grano y aparecen

como líneas oscuras en la microestructura óptica. En (c), luego del ataque de una

muestra pulida de un acero medio en carbono, en la microestructura se observan

dos regiones, una oscura (perlita) y otra clara (ferrita). La perlita oscura ha sido

más fuertemente atacada por el reactivo y por lo tanto no refleja mucha luz.

Además, las impurezas, las otras fases existentes y los defectos internos

reaccionan de manera distinta al reactivo de ataque y se revelan en

fotomicrografías tomadas de la superficie de la muestra. En general, esta técnica

brinda una gran cantidad de información cuantitativa sobre el material. [3]

Metalografía a color

La continua búsqueda de mejorar la calidad de aleaciones ha llevado a la

optimización de las técnicas metalograficas. Este es el caso de la metalografía a

color, nos permite obtener datos e información microestructurales, las cuales no

podríamos observar con la metalografía tradicional.

ALUMINIO

Metal de color y brillo similares a los de la plata, ligero y dúctil, buen conductor del

calor y de la electricidad y resistente a la oxidación. Se combina fácilmente con

casi todos los metales, a excepción del plomo, y forma con ellos sales. El aluminio

pulimentado refleja más allá del espectro visible en ambas direcciones, y no es

corroído por el agua del mar. Es uno de los metales más abundantes de la corteza

de la Tierra, pero no se encuentra puro, si no en muchas especies minerales

(bauxita, corindón, esmerilo, etc.). La materia prima para la obtención del aluminio

es la bauxita, previamente purificada en un horno rotatorio. El metal se obtiene por

electrólisis en un baño de bauxita fundida, a la que se agrega criolita. [4]

El aluminio a toma gran importancia en la industria debido a sus características no

solo mecánicas sino químicas, buena resistencia, es un excelente conductor

eléctrico y térmico, tiene una excelente trabajabilidad, lo que lo hace ideal para

algunos procesos industriales como la forja, fundición, extrusión , laminado, etc.

Es resistente a la corrosión y su densidad es prácticamente un tercio a la del

acero. Estas características lo hacen un material ideal en ámbitos estructurales,

automovilísticos y aeronáuticos. [5]

Aleaciones de aluminio

Se distingue entre aleaciones de aluminio para moldeo y aleaciones de aluminio

para forja. Las aleaciones de aluminio para moldeo se diseñan para una adecuada

colada del metal líquido en moldes que reproducen, directamente, la forma de la

pieza. Con ellas se pueden fabricar piezas de forma compleja. El inconveniente

del proceso de moldeo es las imperfecciones microestructurales como poros,

cavidades de contracción, rechupes, segregación, etc. En las aleaciones de

aluminio para forja la colada se realiza en lingotes que, posteriormente, son

deformados, por ejemplo por laminación o extrusión, obteniéndose distintos

semiproductos como chapas, planchas, barras, alambre, etc. Estas aleaciones

presentan mayor calidad que las de moldeo, por poseer menos defectos. Son las

utilizadas mayoritariamente para aplicaciones estructurales.[6]

Aunque siempre encontraremos impurezas como el hierro y el silicio en el

aluminio, también se utilizan aleantes para mejor sus características como cobre,

hierro, magnesio, manganeso, níquel, silicio estaño, titanio y zinc. [7] Las

aleaciones de aluminio se clasifican en dos grupos dependiendo del proceso de

fabricación: aluminios laminados o por forja y fundiciones de aluminio. Las

primeras son designadas mediante un sistema de 4 dígitos regulado por la norma

H35.1 de la ANSI (American Nacional Standard Institute) y las segundas reguladas

por la norma ASTM B275. [8] Estas clasificaciones se pueden ver en la siguiente

tabla.

El primer número indica el principal aleante, el segundo digito indica

modificaciones realizadas sobre la aleación original o limites de pureza y los dos

últimos identifican la aleación de aluminio o indica la impureza. Las aleaciones por

fundición son identifican con un punto decimal antes del último digito como se

observa en la tabla 1.

Aleaciones de aluminio por fundición

Estas aleaciones contienen un porcentaje muy alto de silicio comparado con las

aleaciones por forja, con un porcentaje del 4 a 12 % se producen piezas con

diseños muy complejos, permitiendo un aumento de la fluidez y disminución de la

formación de grietas. Las aleaciones con un porcentaje menor al 12% de silicio se

denominan hipoeutecticas, las de porcentaje cercano al 12% se denominan

eutecticas y las que poseen un porcentaje mayor al 12% de silicio se denominan

hipereutecticas. En el diagrama de Al-Si siguiente veremos algunas

microestructuras de diferentes composiciones. La fase continua o matriz es una

solución de aluminio con 1% de silicio y se presentan partículas de silicio

aparentemente puras. [9]

Tabla 1: Clasificación de las aleaciones de aluminio por laminado y por fundición.

Aleaciones de aluminio de la serie 3xx.x

En la serie 3xx.x de aluminio fundido, el principal aleante es el silicio con adiciones

de cobre y/o magnesio. Este tipo de aleación funde con facilidad lo que es

conveniente para la fabricación de piezas con diseños complejos, tiene una buen

maquinabilidad y características mecánicas más altas que otras aleaciones, pero

no tiene la misma resistencia a la corrosión y a los agentes químicos que otros

grupos. [10] A continuación se muestra una tabla de composición química de

algunas aleaciones de aluminio de fundición.

Figura 3: Diagrama Al-Si y microestructuras a diferentes composiciones.

Tabla 2: Composición química de algunas aleaciones de aluminio por fundición.

FUNDAMENTOS DE LA SOLIDIFICACIÓN

La solidificación en un material o aleación puede ser dividida en dos etapas, la

formación de núcleos y el crecimiento de estos. En el líquido fundido, cuando se

enfría lo suficiente por debajo de su temperatura de solidificación, se crean

núcleos debido al movimiento lento de los átomos que comienzan a aglomerarse.

La nucleación también se divide en dos, nucleación homogénea que se presenta

en materiales puros donde este mismo provee los átomos para la formación de

núcleos, y la nucleación heterogénea que ocurre sobre la superficie del

contenedor que contiene el liquido y sobre las impurezas insolubles.

Estos núcleos al adquirir cierto tamaño son denominados cristales, y estos al

seguir creciendo se unen para formar los granos y limites de granos.

Figura 4: Solubilidad de los aleantes más comunes en el aluminio.

Figura 5: Etapas de la solidificación de metales a) formación de núcleos, b) formación de

cristales por crecimiento de núcleos y c) formación de granos y límites de grano por

crecimiento de cristales. [11]

TRATAMIENTO TÉRMICO

Un tratamiento térmico es la modificación de las propiedades mecánicas y

microestructurales de un metal, por medio del aumento y descenso controlados de

temperaturas.

Temple

El temple consiste en someter el material a altas temperaturas, para luego

enfriarlo bruscamente en agua a temperatura ambiente, esto para obtener la

dureza deseada. Pero a diferencia de otros materiales, en el aluminio antes del

temple, hay que someterlo a una disolución para que disminuya los precipitados

presentes en este. Esos precipitados son partículas formadas a partir de los

aleantes que contenga la aleación. Luego el material es sometido a un

envejecimiento natural para adquirir su máxima dureza. [12]

Envejecido

El envejecido es un proceso, posterior al temple, para producir precipitados bien

distribuidos y con forma controlada. Con el que el material obtiene la resistencia

final y la dureza requerida. Se divide en dos tipos, envejecimiento natural y

envejecimiento artificial. La primera consiste en exponer el material a temperatura

ambiente durante 96 horas, y el segundo consiste en exponer al material a una

Figura 6: Diagrama de temple y envejecido natural.

temperatura alrededor de los 120°C durante un tiempo determinado. Esto otorga

al aluminio un aumento de resistencia y dureza.

MICRODUREZA VICKERS

La microdureza vickers consiste en aplicar una carga constante durante un tiempo

determinado, sobre la superficie de la probeta, con un indentador que es una

pirámide de diamante con geometría mostrada en la siguiente figura.

Este indentador deja una huella en la superficie de la probeta, de la cual se toman

la medida, por medio del microduremetro, de las dos diagonales de la marca.

Figura 7: Diagrama de envejecimiento del aluminio.

Figura 8: Geometría de un indentador vickers.

Figura 9: Esquema de la huella dejada el indentador en la dureza vickers.

Con estos datos y la información de la geometría del indentador, se utiliza la

siguiente ecuación para determinar el valor de dureza.

Donde HV es el número de dureza Vickers, P es la carga aplicada (grf o mN), d la

diagonal promedio de la huella (µm) y α el ángulo entre caras del indentador

(136°)

II. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS METALOGRAFICAS

Las muestras metalograficas serán tomadas del pistón usado de una moto AKT

XM 200. La selección del lugar de donde se obtendrán las muestras y la forma de

estas las podemos observar en la siguiente figura.

Figura 10: Ecuación para obtener la dureza vickers.

Figura 11: Sección transversal del pistón de moto y probeta obtenida.

OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS

Análisis químico del material

Se efectuó un análisis químico para conocer la composición química exacta del

material que es mostrada en la Tabla 3.

Al Si Fe Mg Ni Zn Cu Pb Mn Cr Ti

83,18 11,49 1,372 1,035 0,81 0,696 0,475 0.288 0.188 0.111 0.106

Tabla 3: Composición química (%) del material

Por medio del análisis químico podemos determinar que esta aleación pertenece a

la serie 3xx.x, debido a que el principal elemento de la aleación en esta serie es el

silicio y coincide con los porcentajes de composición de esta clase (ver tabla 2).

Además, debido al porcentaje de silicio podemos darnos una idea de la

microestructura que podremos encontrar por medio del diagrama de la figura 12.

De este material se extrajeron 5 probetas. De las cuales, 3 serán sometidas a

tratamiento térmico.

Figura 12: Diagrama Al-Si con microestructuras encontradas con relación al

porcentaje de silicio.

Tratamientos térmicos

Debido a que el principal elemento de la aleación es el silicio y al alto porcentaje

de hierro, es posible que las probetas no respondan satisfactoriamente a los

tratamientos térmicos, presentando porosidades. [13] Sin embargo, se les hará el

tratamiento térmico no solo para confirmar este hecho, sino también observar su

microestructura después de este. Los tratamientos que se le hará a las 3 probetas

son:

Temple en Agua

Temple en agua + envejecido

Recocido

Guiándonos por el diagrama de Al-si (ver figura 13), elegimos una temperatura

inferior a la temperatura eutéctica que es 577°C. Temperatura que será de 550°C.

Las tres probetas son calentadas hasta los 550°C, dos de estas son templadas en

agua mientras la restante es dejada en el horno hasta su enfriamiento para el

recocido. De las probetas templadas en agua, una es sometida a un envejecido a

120°C durante 2 horas.

Figura 13: Diagrama Al-SI

Preparación metalografica

Se procedió primero con un desgaste basto con lijas calibre 180 y 220, el cual

sería bastante prolongado debido a porosidades presentes en las probetas

tratadas térmicamente como se observa en la figura 14, comprobando lo antes

mencionado.

Debido a la forma geométrica de las probetas, fue conveniente encapsularlas

para facilitar el proceso de preparación de la superficie y las posteriores pruebas

experimentales, para luego proceder con un pulido fino con lijas calibre 400, 600

,1000 y 1200. Para un pulido muy fino se uso una pulidora metalografía con un

disco envuelto en un paño, embebido en una solución acuosa abrasiva de alúmina

girando a aproximadamente 400 rpm, para culminar con un pulido con pasta

diamantada hasta darle acabado de espejo como se observa en la siguiente

imagen.

.

Figura 14: Porosidades en probetas tratadas térmicamente.

Figura 15: Probeta encapsulada y con acabado brillo espejo.

Ataque químico

El ataque químico se realizo con dos reactivos, el tradicional una solución al 5%

de Acido fluorhídrico (HF al 5%) y el reactivo a color o reactivo de Weck. [14] Este

último es una solución de permanganato potásico, hidróxido sódico y agua

destilada en las siguientes proporciones:

Agua destilada (100mL)

KMnO4 (4g)

NaOH (1g)

Una de las probetas sin tratamiento térmico fue atacada con la solución de HF al

5% durante 15 segundos, el resto fue atacado con el reactivo de Weck durante 30

segundos. Se puede observar como la superficie atacadas con el reactivo a color

se opacan, lo cual no ocurre con la probeta atacada con el reactivo tradicional.

Figura 16: Diferencia entre el ataque químico con HF al 5% y el reactivo a color.

III. OBTENCIÓN DE IMÁGENES Y ANÁLISIS

METALOGRAFICO

Por medio del microscopio óptico se tomaron imágenes de las microestructuras de

cada probeta a diferentes aumentos, 50, 100, 200,500 y 1000. Y para un análisis

más detallado de la composición química de las fases presentes, se utilizo un

microscopio electrónico de barrido. De esta última se obtienen dos tipos de

imágenes, por detección de electrones imágenes que destacan la topografía de la

superficie (SE) y por detección de electrones secundarios imágenes con una

excelente resolución (BSE). Y por detección de energía dispersiva se analizo la

composición química de algunas fases presentes.

Para facilitar la interpretación de las fases utilizamos tres tablas con información

de fases comunes presentes en aleaciones de aluminio, forma en las que es

posible encontrarlas y coloración después del ataque con HF al 5%. Algunas fases

comunes en aleaciones de aluminio se muestran en la siguiente tabla.

Y formas y coloración después de ser atacadas con HF al 5%, que presentan

algunas fases se muestran en las dos siguientes tablas.

Tabla 4: Fases comunes en aleaciones de aluminio. [15]

Tabla 5: Forma y coloración que presentan algunas fases del aluminio 1. [16]

Tabla 6: Forma y coloración que presentan algunas fases del aluminio 2. [17]

Probeta sin tratar térmicamente atacada con el reactivo HF al 5%

durante 15 segundos.

En la figura 17 se observar una solución homogénea de aparentemente dos fases

con un desarrollo posible de precipitados de silicio en forma cuboidal y acicular,

con buena distribución en una matriz de Al-Si. Esto es debido a que en cada

solución eutéctica solidifica en primer lugar el constituyente con mayor punto de

fusión.

A mayor aumento se pueden diferenciar 3 fases mas, una fase de color marrón

con forma irregula (flecha negra) posiblemente β-Al5FeSi o α-Al(FeMnSi) , una

fase rosado claro (flecha roja) de forma irregular posiblemente Al2Cu y una fase

con forma de escritura china de color gris claro (flecha azul) posiblemente

Figura 17: Microestructura a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta atacada con HF al 5%

Figura 18: Microestructura a 500 y 1000 aumentos de la probeta atacada

con HF al 5%.

Al8Mg3Si2 (Ver tabla 5 y 6). Estas se encuentran dispersas entre toda la

microestructura.

Por medio de SEM se obtuvieron las siguientes imágenes a 200 y 1600 aumentos.

En cada aumento se obtienen dos imágenes de la misma área pero con

diferentes técnicas, SE en la que se destaca la topografía de la superficie, y BSE

con la que obtenemos una imagen en buena resolución para diferenciar fácilmente

las fases.

En la figura 20a observamos la topografía de la superficie, en donde podemos

diferenciar 4 fases presentes por la tonalidad con la que se muestran, una fase

aparentemente con forma esquelética, una fase presente en formas alargada

Figura 19: Microestructura por SEM a 200 aumentos de la probeta atacada

con HF al 5% por SE y BSE

(a) (b)

Figura 20: Microestructura por SEM a 1600 aumentos de la probeta atacada con

HF al 5% por (a) SE y (b) BSE

irregular, los precipitados de silicio y la matriz, pero el silicio desarrollado en forma

cuboidal y acicular se confunde con la matriz y es solamente reconocidas por el

relieve que se observa. En b se observa que la fase que aparenta tener forma

esquelética se destaca más y podemos ver una forma chinesca, el silicio en sus

formas es menos reconocible. Se procedió a analizar la composición de las fases

presentes en la figura 20b y se obtuvo los siguientes resultados:

1: Se observa una composición química de Al-Ni-Si-Mg-Cu. Posiblemente algún

tipo de impureza presente en los límites de fase.

Al Cu Ni Mg Si

69.73 13.27 12.87 2.65 1.48

2: Se observa una composición de Al-Ni-Mg-Si- Fe.

Al Ni Si Cu Fe Mg

67.66 13.70 11.65 2.71 2.49 1.8

3: Se observa un compuesto de Al-Mg-Si-Fe posiblemente la fase Al8Mg3FeSi2 la

cual se presenta en forma chinesca (ver tabla 5).

Al Si Mg Fe Ni Cu

65.68 17.32 9.76 4.14 1.98 1.11

Tabla 7: Composición química en % de la fase Al-Ni-Si-Mg-Cu presente

en la probeta atacada con HF al 5%

Tabla 8: Composición química en % de la fase Al-Ni-Mg-Si-Fe presente


Tabla 9: Composición química en % de la fase Al-Mg-Si-Fe presente


4: La matriz presenta una composición de Al-Si.

Probeta sin tratar térmicamente atacada con el reactivo a color durante

30 segundos

A simple vista podemos diferencias 3 fases, la matriz de Al-Si fue atacada y

presenta una tonalidad oscura, el silicio presente en forma cuboidal y acicular

presenta una tonalidad amarilla-beige, y una fase marrón oscuro con aparente

forma acicular. Estas dos últimas presentan una buena distribución.

Al Si

70.10 29.90

Tabla 10: Composición química de la matriz de la probeta atacada con

HF al 5%

Figura 21: Microestructura a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta atacada con el reactivo a color

Figura 22: Microestructura a 500 y 1000 aumentos de la probeta atacada con el

reactivo a color

En la figura 22 podemos observar como la matriz adquirió una tonalidad oscura, el

silicio presente en sus formas coboidal y acicular (flechas negras) toma una

tonalidad amarilla-beige, en una de las fases de silicio cuboidal podemos observar

que además presenta unas faces sobrepuestas a este en formas laminares (flecha

azul), posiblemente la fase marrón oscuro vista anteriormente, y suponemos que

es el límite de grano que ha sido atacado, el cual también se presenta en las

demás formas de silicio. Podemos observar también la fase Al8Mg3FeSi2 o

Al8Mg3Si2 solo distinguible por la forma de escritura china en la que se presenta

(flecha roja), ya que presenta casi la misma tonalidad que el silicio, y la fase Al2Cu

se presenta en forma irregular con una tonalidad rosada oscura (flecha verde),

tirando a marrón. Estas últimas dos dispersas en la microestructura.

También observamos una tonalidad verde amarillenta que se presenta solamente

en los límites de fases, podríamos suponer que es un compuesto de impurezas no

soluble con los demás componentes y por esa razón se encuentra presente entre

limites de fases, posiblemente un compuesto intermetalico de Fe. [18]

Por SEM se obtuvieron imágenes microestructurales a 200, 1600 y 3000

aumentos, igualmente de cada aumento se obtiene dos imágenes prácticamente

iguales pero con diferentes técnicas, SE y BSE.

Figura 23: Microestructura a 200 aumentos por SEM de la probeta atacada con el

reactivo a color por SE y BSE

Se observa en primer medida que el silicio en sus formas presentes es más fácil

de apreciar, que en las imágenes obtenidas de la probeta atacada con el reactivo

tradicional, presentándose en sus formas acicular y cuboidal con buena

distribución, las fase que presentaban forma chinesca no es observable en

ninguna de las imágenes o es posible que se confundan entre la matriz y el Si en

sus diferentes formas., como ocurrió en las imágenes obtenidas por microscopia

óptica. A 3000 aumentos analizaremos químicamente las demás fases visibles.

Por detección de energía dispersiva se analizo las fases más destacadas de la

figura 25 (b) obteniendo los siguientes resultados:

Figura 24: Microestructura a 1600 aumentos por SEM de la probeta atacada con

el reactivo a color por SE y BSE

(a) (b)

Figura 25: Microestructura a 3000 aumentos por SEM de la probeta atacada con el

reactivo a color por SE y BSE

1. Se observa una composición de Al-Ni-Mg-Si-Fe

Al Ni Si Mg O Fe

65.14 21.10 6.55 2.19 3.92 1.10

2 Se observa una composición de Al-Mg-Si-Fe-Ni, ya que el Ni está presente en

cantidad mínima, podríamos decir que esta fase es Al8Mg3FeSi2 que se presenta

en forma de escritura china (ver figura 26), pero en esta imagen no podemos

apreciar esta forma.

3 La matriz presenta una composición de Al-Si

Al Si Mg Fe Ni O

61.54 20.82 9.05 3.86 3.06 1.68

Al Si O

54.77 42.85 2.38

Tabla 11: Composición química en % de la fase Al-Ni-Mg-Si-Fe

presente en la probeta atacada con el reactivo a color

Tabla 12: Composición química en % de la fase Al-Mg-Si-Fe-Ni presente en

la probeta atacada con el reactivo a color

Tabla 13: Composición química en % de la matriz en la probeta

atacada con el reactivo a color

Comparación de las dos técnicas de ataque, HF al 5% y reactivo a

color.

Comparando las dos técnicas de ataque podemos decir que, algunas de las

fases atacadas con la técnica tradicional toman una coloración gris, y son

diferenciadas por la diferencia de tonalidad lo que puede causar confusiones,

también pueden ser identificadas por la forma en la que se presentan además que

la matriz de Al-Si no es atacada.

A diferencia de la técnica tradicional, la técnica de metalografía a color si ataca la

matriz de Al-Si, pero presenta un problema similar, algunas fases atacadas toman

la misma coloración amarillo-beige y la manera de diferenciarlas es únicamente

por la forma en la que se presentan, dificultando la clasificación de estas mismas.

Pero lo que podemos destacar es que podemos apreciar la presencia de

impurezas ubicadas en límites de fases, estas han tomado una coloración verde

amarillento en la figura 26 (b).

En las imágenes obtenidas por SEM también encontramos ciertas diferencias

relacionadas al ataque químico.

Figura 26: Comparación microestructural del material sin tratamiento térmico

atacadas con HF al 5% y el reactivo a color

La primera diferencia apreciable es la no tan fácil diferenciación, en la probeta

atacada con HF al 5%, entre el silicio en sus formas presentes y la matriz de Al-Si,

debido a que estas presentan la misma tonalidad, solamente diferenciadas por el

relieve que forma el silicio, además podemos observar el compuesto Al8Mg3FeSi2

que presenta una forma chinesca. Mientras que en la probeta atacada con el

reactivo a color, el silicio es más notable diferenciándose de la matriz de Al-Si,

pero los compuestos como el Al8Mg3FeSi2 son confundidos con estos últimos. Por

lo cual podemos decir que la técnica de metalografía a color no remplaza en un

100% a la tradicional, pero si afirmar que entre ella se complementan.

Probeta templada en agua atacada con el reactivo a color durante 30

segundos

Figura 27: Comparación de las microestructuras obtenidas por SEM a 1600

aumentos de las probetas atacadas con HF al 5% y con el reactivo a color

Figura 28: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta templada en agua, atacada

con el reactivo a color

Un primer vistazo de la microestructura nos muestra la presencia de 4 fases en

donde algunas han experimentado un gran crecimiento, la matriz que ha sido

atacada y presenta una tonalidad oscura, una fase amarillo ocre que presenta una

forma irregular con distribución parecida a una red neuronal (flecas negras), una

fase en forma cuboidal de color dorado dispersa en la microestructura (flechas

azules), y el silicio se aprecia en color amarillo-beige el cual se presenta

únicamente en forma cuboidal con buena distribución (flechas rojas). De las tres

primeras no supondremos aun que composición podrían tener, ya que esta pudo

haber cambiado con respecto a la probeta sin tratar térmicamente. Para lo cual

utilizaremos las imágenes obtenidas por SEM para analizar la composición de

estas.

Podemos identificar solo tres fases, aparentemente el silicio cuboidal no es

visible. El análisis químico dio los siguientes resultados:

1. Se observa una composición de Al-Si-Ni-Fe

Al Ni Fe Si

66.18 16.38 13.45 3.99

Figura 29: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta

templada en agua atacada con el reactivo a color.

Tabla 14: Composición química en % de la fase Al-Si-Ni-Fe presente

en la probeta templada en agua

2. Presenta una composición de Al-Si

3. La matriz ha pasado a ser simplemente de aluminio al 100%

A unos 800 aumentos podemos ver que el silicio cuboidal es difícil diferenciarlo de

la fase Al-Si.

Ya teniendo una idea de la composición de las fases presentes, analizaremos las

siguientes imágenes obtenidas con el microscopio óptico a 500 y 1000 aumentos.

Si Al

94.43 5.57

Tabla 14: Composición química en % de la fase Al-Si presente

en la probeta templada en agua

Figura 30: Microestructura por SEM a 800 aumentos por SE de

la probeta templada en agua atacada con el reactivo a color.

Figura 31: Microestructuras a 500 y 1000 aumentos de la probeta templada en

agua, atacada con el reactivo a color

Se observa que la matriz de Aluminio se torna de un color oscuro azulado, la fase

amarillo ocre afirmamos que es un compuesto de Al-Si y presenta una distribución

uniforme en forma de red neuronal, a 1000 aumentos podemos observar que esta

presenta una estructura cristalina (flecha negra). El compuesto Al-Si-Ni-Fe se

presenta en forma cuboidal de color dorado (flecha azul). También podemos

observar lo que suponemos son compuestos intermetalicos de coloración verdosa,

amarillenta, rojiza y rosada presentes entre limites de fase, posiblemente

compuestos relacionados con el cobre y el hierro (flechas rojas).

Comparación de la probeta sin tratar con la templada en agua atacadas

con el reactivo a color durante 30 segundos

Lo primero que podemos notar es el cambio en el tamaño de las fases, el silicio

que se presentaba en formas cuboidal y acicular se presenta simplemente en

forma cuboidal y sigue presentando una buena distribución, la matriz de Al-Si ha

pasado a ser simplemente de Al. También se ha formado una fase cristalina de

Al-Si en forma de red neuronal de gran tamaño y buena distribución. Se observan

más de una clase de compuestos intermetalicos con tonalidades verdosas, rojizas,

amarillenta y rosada.

Figura 32: Comparación de las microestructuras de las probetas sin tratar y tratada

térmicamente a 500 aumentos

Probeta tratada térmicamente + envejecimiento atacada con el

reactivo de weck durante 30 segundos

Podemos observar 3 fases, el silicio sigue siendo cuboidal y presentando una

buena distribución, la fase Al-Si aparentemente no es distinguible, pero se puede

ver que ha reducido considerablemente su tamaño y se presenta aglomerada en

algunas zonas (flecha negra) , y la fase compuesta Al-Si-Ni-Fe sigue

presentándose en forma cuboidal de color dorada dispersa en la microestructura

(flecha azul). La matriz ha sido atacada pero presenta ahora un color azulado no

tan oscuro comparado con la probeta que simplemente fue templada. Además

podemos notar ciertas tonalidades oscuras, posiblemente compuestos

intermetalicos (flecha roja).

Figura 33: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta templada en agua y

envejecida, atacada con el reactivo a color

Figura 34: Microestructuras a 500 y 1000 de la probeta templada en agua y envejecida,

atacada con el reactivo a color

A mayor aumento podemos ver en la figura 34 efectivamente la fase Al-Si que aun

presenta características cristalinas, se ha aglomerado en ciertas zonas (flechas

negras), y que ha reducido considerablemente su tamaño, además lo que

suponemos compuestos intermetalicos en los límites de fase presentan una

coloración amarilla-rojiza.

Se obtuvieron las siguientes imágenes por SEM:

En figura 35 podemos observar como la fase de Al-Si se ha reducido

considerablemente en formas alargadas delgadas que suelen estar entre unidas y

con buena distribución, pero hay zonas donde se presenta en forma de neurona.

La fase que tiene más brillo es Al-Si-Ni-Fe que sigue presentándose en forma

cuboidal dispersa en la microestructura. A mayores aumentos se obtuvieron las

siguientes imágenes.

Figura 35: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la

probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.

Figura 36: Microestructura por SEM a 800 aumentos por SE y BSE, de la

probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.

En la figura 36 lo más destacado es la fase Al-Si que anteriormente habíamos

nombrado con forma de neurona, la fase más brillante dijimos que era Al-Si-Ni-Fe

dispersa en la microestructura, el silicio cuboidal podemos decir que se sigue

presentando con buena distribución. A un aumento mayor aremos un análisis

químico de estas fases.

El análisis químico dio los siguientes resultados:

1. La fase más brillante presenta una composición de Al-Ni-Fe-Si

2. Podemos ver que hay una fase también cuboidal que se confunde con el silicio.

La composición de esta fase es Al-Si-Mg-Cu-Ni

Al Si Cu Mg Ni O

65.72 14.38 6.84 5.63 4.91 2.50

Al Ni Fe Si

67.77 20.52 8.70 3.02


templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.

Tabla 15: Composición química en % de la fase Al-Ni-Fe-Si

presente en la probeta templada en agua y envejecida

Tabla 16: Composición química en % de la fase Al-Si-Mg-Cu-Ni


3. La fase que dijimos tiene forma de neurona confirmamos que es Al-Si.

4. La matriz sigue siendo de simplemente aluminio al 100%.

Comparación de la probeta templada en agua y la templada en agua +

envejecimiento atacadas con el reactivo de weck durante 30 segundos

La diferencia más grande la ha tenido la fase de Al-Si, que se ha reducido

considerablemente y ha pasado de una distribución homogénea en forma de red

neuronal, aglomerándose en algunas zonas y dispersa en la microestructura, a

500 aumentos nos están fácil de determinar. El silicio sigue apareciendo

únicamente en forma cuboidal con buena distribución, y la fase Al-Ni-Fe-Si de

color dorado igual de forma cuboidal pero dispersa en la microestructura.

Si Al

87.97 12.03

Tabla 17: Composición química en % de la fase Al-Si


Figura 38: Microestructuras a 500 aumentos de la probeta templada, y la probeta

templada y envejecida atacadas con el reactivo a color.

A 1000 aumentos si podemos ver la fase de Al-Si (flechas negras), en la probeta

que ha pasado por un envejecido artificial, y notamos que realmente a reducido su

tamaño y se presenta en pequeños cúmulos distribuidos por toda la

microestructura. También sigue presentando una estructura cristalina.

Probeta que ha pasado por un recocido atacada con el reactivo a color

durante 30 segundos

Se observan 3 fases, la matriz a tomado un color oscuro rojizo, el silicio ha

aumentado su tamaño con formas alargadas irregulares bien distribuidas, de color

amarillo-beige (flecha azul), y una fase de color dorado con forma irregular

alargada dispersa en la microestructura (flecha roja), muy parecida a la fase del

Figura 39: Microestructuras a 1000 aumentos de la probeta templada, y la

probeta templada y envejecida atacadas con el reactivo a color.

Figura 40: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta recocida, atacada con

el reactivo a color

silicio, estas dos últimas diferenciadas por el color que presentan. En las

siguientes imágenes por SEM podemos diferenciar más estas dos fases.

Las fases parecidas antes mencionadas, ahora son claramente diferenciadas, el

silicio toma una tonalidad gris en comparación con la otra fase que presenta una

tonalidad brillante. A un mayor aumento esto es más fácil de observar y además,

se realizara un análisis químico de las fases visibles.

El análisis químico dio los siguientes resultados


recocida atacada con el reactivo a color.

Figura 41: Microestructura por SEM a 800 aumentos por BSE,

de la probeta recocida atacada con el reactivo a color.

1. La fase brillante que se confundía con lo suponíamos silicio tiene una

composición de Al-Ni-Fe-Si

Al Ni Fe Si

67.67 22.07 8.00 2.27

2. La fase que supones es silicio presenta una composición efectivamente de

silicio con un bajo porcentaje de Al

3. La matriz tiene una composición únicamente de aluminio al 100%

4. Podemos observar una fase muy brillante que posee una composición de Al-Cu-

Ni-Si-Fe, posiblemente compuestos intermetalicos.

Al Cu Ni O Si Fe

63.71 16.17 14.58 4.01 0.77 0.77

Con esta información, podemos analizar más fácilmente las siguientes imágenes

obtenidas con el microscopio óptico a 500 y 1000 aumentos.

Si Al

98.01 1.99

Tabla 18: Composición química en % de la fase Al-Ni-Fe-Si

presente en la probeta recocida

Tabla 19: Composición química en % del silicio

presente en la probeta recocida

Tabla 20: Composición química en % de un compuesto

intermetalico presente en la probeta recocida

Podemos notar como la matriz que ahora sabemos es simplemente de aluminio a

tomado una tonalidad oscura rojiza, la fase Al-Ni-Fe-Si de tonalidad dorada

(flechas rojas) y el silicio de color amarillo-beige ahora diferenciados con más

facilidad (flechas azules). Podemos observar una coloración marrón sobrepuesta

sobre el silicio, posiblemente el límite de grano que ha sido atacado (flecha verde),

como también algunos compuestos intermetalicos que aparecen de un color

amarillo-verdoso (flechas negras).

Comparación microestructural de la probeta sin tratar y a la que se le ha

efectuado un recocido

Lo primero que tenemos que diferenciar es la matriz, que ha pasado de ser de Al-

Si de coloración oscuro azulado a simplemente de Al de coloración oscura rojiza,

Figura 42: Microestructuras a 500 y 1000 aumentos de la probeta recocida, atacada

con el reactivo a color

Figuras 43: Comparación de microestructuras a 500 aumentos de la probeta

sin tratar y la probeta recocida, atacadas con el reactivo a color

las fases de Si y Al-Ni-Fe-Si se han aglomerado en fases mucho más grandes y

con formas totalmente diferentes. En ambas probetas es común ver el compuesto

amarillo verdoso que suponemos son compuestos intermetalicos alojadas en

límites de fases.

IV. MICRODUREZA VICKERS

Se tomaron las micro durezas de las principales fases presentes en las probetas,

principalmente la matriz y los precipitados de silicio, se aplico una carga de 490.3

mN durante un tiempo de 30 segundos. La medición de las diagonales se realizó

en el micro durómetro que automáticamente proporcionaba el número de dureza

vickers.

Probetas sin tratar térmicamente

Como estas probetas son esencialmente iguales, la única diferencia es el reactivo

con el que se atacaron, es normal pensar que las microdurezas de estas son

iguales o muy parecidas.

Se obtuvieron los siguientes valores de microdureza vickers de la matriz (flechas

azules): 143, 112, 146, 133, y 137 HV. La microdureza de los precipitados de

silicio (flechas negras) dieron los siguientes valores: 166, 173, 165, 179, y 170 HV.

Figura 44: Dureza vickers en las probetas sin tratar térmicamente

Estos valores serán utilizados como referencia para las microdurezas de las

demás probetas.

Probeta templada en agua

Con el templado en agua, lo que se espera en un incremento en la microdureza de

algunas fases.

La microdureza en los precipitados de silicio (flechas negras) dieron los siguientes

valores: 114, 137,125, 130 y 96 HV. Prácticamente la dureza de esta fase a tenido

un leve deceso.

La microdureza de la matriz (flechas azules) presento los siguientes valores: 264,

224, 230, 245 y 251 HV. Efectivamente notamos un incremento considerable de la

microdureza de esta fase a causa del temple. Por esto, es posible que el material

ha adquirido una buena dureza, pero con efectos negativos en la resistencia a la

tensión, siendo demasiado rígida.

Figura 45: Dureza vickers en la probeta templada

en agua

Probeta templada en agua y envejecida

Con el envejecido se busca la homogenización y buena distribución de los

precipitados de silicio, y además liberar tensiones internas por efecto del temple.

Se tomaron las microdurezas de estos precipitados y de la matriz. Los valores

obtenidos de la microdureza de los precipitados de silicio (flechas negras) son los

siguientes: 792, 408, 730, 765 y 647HV. Se observa un aumento considerable de

la microdureza de estos comparado con la probeta que fue únicamente templada.

La matriz (flecha azul) presenta los siguientes valores de microdureza: 104, 102,

115, 107y 95HV. Notamos que la microdureza de la matriz ha tenido un descenso

significativo. Esto, con el aumento considerable de los precipitados de silicio,

permite que la aleación tenga un incremento de la dureza, sin que esto tenga un

efecto negativo en la resistencia a la tensión del material. A diferencia como

aparentemente pasa en la probeta que fue simplemente templada, que adquirió

un aumento en la dureza, pero con una reducción de la resistencia a la tensión,

dando como resultado un material muy rígido.

Probeta recocida

Con el recocido se busca restaurar el material a su estado inicial, lo que reduce la

dureza y algunas propiedades mecánicas. Esto es lo que se espera ver reflejado

en las microdurezas que se obtendrán de la probeta recocida.

Figura 46: Dureza vickers en la probeta templada en agua

y envejecida

Los datos de microdureza obtenidos de la fase de silicio son los siguientes: 1204,

1474, 924, 1245, 1315. Un incremento radical en la dureza de la fase de silicio,

posiblemente por el cambio en el tamaño de la fase de esta, que se a aglomerado

produciendo fases de mayor tamaño comparada con las encontradas en las otras

probetas. La microdureza de la matriz arrojo los siguientes valores: 60, 58, 65, 55

y 51. Lo que confirma que el material ha restaurado su estado inicial.

Figura 47: Dureza vickers en la probeta recocida

V. CONCLUSIONES

Dado la intención comparativa de este proyecto entre las dos técnicas de

metalografía se puede concluir que la técnica a color proporciona

información más detallada y especifica acerca de los compuestos

intermetalicos e impurezas presentes en las muestras, por su parte la

técnica a blanco y negro (tradicional) dado su bajo espectro (escala de

grises) no permite tal nivel de detalle lo cual impide un análisis profundo de

las probetas vista a través de este método. Según los resultados obtenidos

en el microscopio óptico. Sin embargo no es aconsejable usar solo uno de

estos métodos pues ambos tienen a arrojar información diferente pero

complementaria, así las cosas depende del estudio que se desea realizar el

optar por una u otra técnica y en algunos casos ambas.

Al analizar las muestras por microscopia electrónica de barrido (SEM, por

sus siglas en inglés) se evidencia que el ataque químico a color fue

significativo a la hora de analizar el resultado obtenido, pues se observo

con mayor detalle diferentes fases, al contrario el SEM de la muestra con

ataque tradicional (blanco y negro) arrojo un resultado que para los

propósitos de este estudio fue inconcluyente, debido a la dificultad de

evidenciar ciertas fases.

Para realizar un tratamiento térmico en una aleación de aluminio es

necesario informarse acerca la elaboración, componentes y tratamientos

anteriores a los cuales se ha sometido, con el fin de evitar deteriorar o peor

aun afectar drásticamente la aleación impidiendo así su uso e

implementación adecuada.

VI. RECOMENDACIONES

El corte con sierra manual para obtener las probetas no es recomendado,

debido al pésimo acabo y surcos muy profundos que este produce,

extendiendo el tiempo de preparación de la superficie. Sin embargo, en

algunas circunstancias es el único método disponible para obtener la

muestra, sean por motivos de tamaño o forma del objeto de donde se

extraiga esta. Si este es el caso, se recomienda utilizar una buena cantidad

de refrigerante, para evita el calentamiento de la probeta y afectar la

microestructura de este.

La preparación de probetas metalograficas de aluminio, es un proceso

riguroso y de sumo cuidado, particularmente en la presión y tiempo de

desbaste, tomando intervalos para observar que no se produzcan rayas

gruesas y muy profundas, lo que causaría volver a empezar el proceso de

desbaste desde cero.

Antes de efectuar un tratamiento térmico en una aleación de aluminio, es

recomendado tener conocimiento previo de el método de fabricación,

composición y tratamientos a los cuales ha sido sometido este. Con esto se

busca elegir el tratamiento adecuado sin que este repercuta negativamente

en la aleación.

La preparación de los reactivos químicos es recomendado hacerla en un

laboratorio, con todas las normas y accesorios de seguridad, porque algunos

de estos pueden ser muy peligrosos.

Para futuros trabajos, se recomienda hacer pruebas con el reactivo a color,

con diferentes tiempos de ataque, para conocer y verificar con mayor

profundidad, las ventajas que nos puede ofrecer este reactivo en el análisis

microestructural de las aleaciones de aluminio.

REFERENCIAS

[1] ESPASA CALPE S.A. Nuevo diccionario enciclopédico ESPASA. España: Espasa, 1998.

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[2] MARTIN PIRIS, Nuria. Ciencia de materiales para ingeniería .España: Pearson, 2012.

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ciencia-e-ingenieria-de-materiales-4ta-edicic3b3n-william-f-smith-javad-hashemi.pdf

[Último acceso: 12 de abril de 2017 ]

[4] SANCHEZ VERGARA, María Elena y CAMPOS SILVA, Iván Enrique. Tecnología de

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