UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁAndrés Felipe González Pedraza – 234802

Facultad de Ingeniería, departamento de Ing. Mecánica y Mecatrónica

Mayo de 2013.

Análisis metalográfico de materiales.

ResumenEl trabajo que se presenta a continuación muestra el desarrollo, la metodología, los resultados y las conclusiones acerca de la caracterización metalográfica, en especial para los materiales ferrosos y no ferrosos. El objetivo principal del trabajo fue observar diferentes microestructuras de aleaciones ferrosas y no ferrosas para explicar el patrón y la causa de las mismas. Se encontró que existen gran variedad de aleaciones ferrosas y no ferrosas que deben su microestructura al proceso de conformado, proporciones de elementos aleantes y tratamientos realizados, como los térmicos. Finalmente, todos los materiales sin importar que tan riguroso y cuidadoso sea su proceso de fabricación presentarán impurezas que pueden ser óxidos, carburos, entre otrosPalabras clave. (impurezas metalografia, microestructura, oxido,)

AbstractWork presented below shows the development, methodology, results and conclusions about the metallographic characterization, especially for the ferrous and non-ferrous materials. The main objective of the work was to observe different microstructures of ferrous and non-ferrous alloys to explain the pattern and the cause of them. Found that there are a variety of some ferrous and non-ferrous alloys that owe their microstructure to the process of forming, proportions of elements, alloys and treatments carried out such as the thermal. Finally, all materials no matter so rigorous and careful manufacturing process will present impurities that may be oxides, carbides, among others.

Key Words. (impurities, metallografic, microstructure, oxido.)

1. Introducción.

El análisis metalográfico es muy importante en la ciencia de materiales ya que permite un estudio detallado en la microestructura que poseen los metales y sus aleaciones para así determinar posteriormente sus propiedades mecánicas. Dicho proceso se lleva a cabo en 5 etapas; corte, incluido, pulido, ataque y observación en el microscopio. En el laboratorio se observaron microestructuras de aceros inoxidables y distintos tipos de aleaciones no ferrosas.

Asimismo en el trabajo y desarrollo de nuevos materiales es indispensable realizar un análisis metalográfico para establecer mediante la microestructura que propiedades cambian en el material.

2. Objetivos

Observar los diferentes tipos de microestructuras en aleaciones ferrosas y no ferrosas

Realizar una preparación metalográfica para posteriormente determinar la microestructura del material trabajado.

Analizar las microestructuras mostradas y determinar el efecto de esta sobre el material.

3. Materiales y métodos

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Para el laboratorio de metalografía de materiales ferrosos y no ferrosos, se usaron los siguientes materiales y equipos:

Microscopio metalográfico (ver figura 1)

Figura1. Microscopio metalográfico.

Probetas

Para la realización de este laboratorio el técnico se encargo de ubicar las probetas en los dos microscopios metalográficos para su posterior observación (ver figura 2).

Figura 2. Procedimiento del laboratorio.

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4. Resultados

Las fotografías tomadas a la microestructura de varios materiales ferrosos y no ferrosos así como una breve explicación de lo que se observa en ellas se presentan a continuación:

MATERIAL

1.FUNDICIONES BLANCAS

CARACTERIZACION

Esta fotografia corresponde a la microestructura de una fundicion blanca hipoeutectoide la cual esta constituida por dentritas de austenita primaria transformada en perlita y ledeburita transformada

Esta fotografia corresponde a la microestructura de una fundicion blanca hipereutectoide, la cual esta formada por dentritas de asutenita transformada en perlita en una matriz blanca de cementita. Las areas oscuras en la fotografia corresponde a la perlita.

2. GRAFITO TIPO A Y C

CARACTERIZACION

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un grafito tipo C. el grafito aparece en forma de “roceta”.

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un grafito tipo A

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3. FUNDICIONES GRISES

CARACTERIZACION

Esta fotografia corresponde a la microestructura de una fundicion gris maleable en matriz ferritica, aquí el grafito se presenta en forma de “rocetas” y en el fondo lo blanco corresponde a la matriz ferritica.

Esta fotografia corresponde a la microestructura de una fundicion gris nodular en matriz ferritica y perlitica. Aquí el grafito se presenta en estado bruto de colada en forma de esferoides por el agregado de magnesio, calcio y cerio. lo que se ve en blanco es la ferrita y lo que se obsserva de fondo es la perlita.

4. ACERO PARA HERRAMIENTAS

CARACTERIZACION

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un acero de herramientas D2 , se observan una gran cantidad de carburos.

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un acero de herramientas D2, pero con menos carburos.

5. ACEROS INOXIDABLES

CARACTERIZACION

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un acero inoxidable austenitico debido a las maclas que se identifican como subgranos estrechos con bordes bastante rectilineos y

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un acero inoxidable ferritico ya que este se caracteriza por tener un excesivo crecimiento de grano y compactos como lo podemos observar.

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paralelos.

6. MATERIALES NO FERROSOS

CARACTERIZACION

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un material no ferroso en este caso de un monel (niquel + cobre) se puede ver una sola fase.

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un material no ferroso en este caso de un laton (cobre + zinc), se observan dos fase: la fase alfa y la fase beta.

7. TITANIO E INCONEL 718

CARACTERIZACION

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un titanio con 6% de aluminio y 4% de banadio. En este material se presentan dos fases: las fase alfa y la fase beta y tiene un grano fino.

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un inconel 718 que es una aleacion de niquel, se ven precicpitados intermetalicos,.

8. ALUMINIO

CARACTERIZACION

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un aluminio, se observa que los granos son alargados debido a que estos tratan de tomar la misma forma que la forja, estos gruesos y grandes.

Esta fotografia corresponde a la microestructura de un aluminio 60644 a 50 aumentos donde se observa que los granos son mas grandes a comparacion con los de los materiales ferrosos. Aquí encontramos una sola fase.

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5. ANALISIS DE RESULTADO1. FUNDICIONES BLANCAS

Una fundición blanca es aquella en la que todo el carbono esta combinado bajo la forma de cementita logrando tener una gran dureza, fragilidad, es difícil de mecanizar, posee una gran resistencia al desgaste y a la abrasión. Para conseguir una fundición blanca hay que actuar de modo que se favorezca la formación de cementita frente al grafito, esto quiere decir que hay que reducir el porcentaje de carbono (entre 1,8 y un 3,6%, del 0,5 y el 1,9% de silicio y el 0,25% al 0,8% de manganeso) y enfriar rápidamente.

2. GRAFITO A Y GRAFITO C

La aparición del grafito en las aleaciones de hierro – carbono, es debida a la inestabilidad del carburo de hierro en determinadas circunstancias y condiciones que hacen posible su existencia y favorecen, en cambio, la formación del grafito. Una fundición que presente grafito tipo A adquiere propiedades como superficie mejor acabadas, respuesta rápida a algunos tratamientos térmicos, baja dureza, alta tenacidad y alta ductilidad.

3. FUNDICIONES GRISES

Las fundiciones grises poseen una muy buena resistencia a la compresión ya que las fuerzas compresivas no favorecen la progresión de grietas, una excelente mecanizabilidad debido a que el grafito actúa de formador de viruta y lubricante y finalmente una buena resistencia al desgaste debido a que las “rocetas” de grafito absorben la energía vibratoria. En el caso de la fundición maleable estas son aleaciones férreas que en estado bruto de solidificación eran fundiciones blancas y al efectuarle un recocido adecuado es decir calentando la fundición blanca a temperaturas entre 800-900°C por un periodo de tiempo prolongado se obtiene la descomposición de la cementita en grafito, modifican su estructura para dar un producto relativamente tenaz y dúctil. La fundición nodular se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza, para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos, la cantidad de ferrita presente en la matriz depende de la velocidad de enfriamiento.

4. ACERO PARA HERRAMIENTAS D2

Este tipo de acero se caracteriza por tener una máxima resistencia a la deformación y una buena resistencia al desgaste bajo exigencias de tenacidad y una buena resistencia a la compresión, estas características se pueden de ver a la alta concentración de carburos presentes en su microestructura.

5. ACEROS INOXIDABLES

5.1 AUSTENITICOS

Este tipo de acero se obtiene mediante la adición de níquel en determinadas cantidades como elementos de aleación lo cual permite transformar la estructura ferrítica en austenítica logrando un gran cambio en muchas de sus propiedades como tener una excelente resistencia a la corrosión, excelente conformabilidad y excelente soldabilidad. El efecto que tienen las maclas que se forman en la microestructura sobre el acero autenitico es una mejora en la resistencia a la tensión y su dureza ya que cada macla obliga a elevaciones superiores de la tensión aplicada para conseguir aumentar la deformación.

5.2 FERRITICOS

En su microestructura encontramos un excesivo crecimiento de grano causado por la falta de recristalización en el cambio alotrópico de ferrita a austenita por encima de los 950ºC. Este tipo de grano que se forma es un grano grueso lo que cauda que el acero tenga una menor ductilidad y tenacidad que el grano fino. También se ve afectada su dureza la cual no es muy alta.

6. MATERIALES NO FERROSOS

6.1 MONEL

Grupo de aleaciones constituidas por cobre y níquel, con un porcentaje de 31.5 y 66 respectivamente y en forma de elementos microaleantes puede contener hierro, carbono, silicio y manganeso, posee una elevada resistencia a la corrosión por humedad en ambientes salinos, su elaboración nos es muy compleja, ya que pueden obtenerse por medio de tratamientos térmicos en frio o en caliente, también son fáciles de maquinar y de soldar

6.2 LATON

Los latones, son aleaciones formada por una base de cobre y un alto contenido de zinc, los más comunes se encuentran en un porcentaje de entre 30%-45% de zinc, debido a su composición variable se pueden formar principalmente dos tipos de latón.

1. Latón rojo, con un porcentaje de zinc inferior al 20% son resistentes a la corrosión.

2. Latón amarillo, con un contenido de zinc entre el 34%-37% es de mejor maquinabilidad que el rojo, sin embargo es menos resistente a la corrosión.

El latón se caracteriza por ser un material dúctil, con buena resistencia mecánica, anticorrosivo y fácil de maquinar.

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Es un material de obtención relativamente fácil, puede ser por trefilado, fundición o extruccion.

Los latones, pueden clasificarse según su porcentaje de zinc de la siguiente manera.

Latones de primer titulo, con un contenido de zinc inferior al 33%

Latones de segundo titulo con contenido de zinc entre 33% - 45%

Latones de tercer tirulo con contenido de zinc superior al 45%

Es importante mencionar que los posibles tratamientos que se realicen en estos materiales, depende de sus elementos microalenates, algunos se pueden trabajar en frio únicamente, otros solo a altas temperaturas.

7. INCONEL 718

Este tipo de aleación de níquel se caracteriza en que tras la formación de la fase gama se forman precipitados lo que ocasiona que tenga excelente propiedades mecánicas.

8. ALUMINIO

Su utilización puro es muy limitada sin embargo su aleaciones son altamente comercializadas y sumamente importantes en el mundo industrial actualmente, se encuentra en la naturaleza en forma de bauxita y se debe hacer un proceso de químico para obtener el aluminio, las aleaciones de aluminio se pueden clasificar de dos maneras.

Aluminios forjados Aluminios fundidos.

Los aluminios, se clasifican en series según sus aleantes, de esta forma.

Al+Cu [2xxx] Al+Mn [3xxx] Al+Si [4xxx] Al+Mg [5xxx] Al+Mg+Si [6xxx] Al+Zn [7xxx] Al+Otros [8xxx]

6. CONCLUSIONES

La microestructura de los materiales depende de varios factores tales como el tratamiento térmico, el proceso de conformado y de la composición química de los mismo por eso encontramos gran variedad de materiales con diferentes tipos de características tanto, mecánica, como físicas y químicas.

La mayor parte de las partes oscuras (negras) presentadas en los materiales ferrosos y no ferrosos pueden ser por impurezas, óxidos, etc. En general en los

aceros se presentan carburos debido a su contenido de carbono.

La anisotropía y el endurecimiento son importantes en la microestructura tanto en los materiales no ferrosas y ferrosos, ya que determinan la orientación de las microestructuras y así la formación de los límites de grano y consecuentemente de los granos.

Las impurezas de los materiales generan problemas en las propiedades mecánicas y físicas de los materiales que para el caso de los aceros inoxidables genera endurecimiento, fragilización y un decremento de la resistencia a la corrosión.

La introducción de elementos aleantes en las fundiciones afecta de forma determinante la microestructura en formación y las propiedades del material.

En la fundición gris cada matriz proporciona características y propiedades diferentes al material que se está fundiendo.

7. BIBLIOGRAFIA

http://spanish.chtitanium.com/Inconel-718/

http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/28/5-5-diagrama-hierro-carbono-puntos-criticos-y-ejemplos-de-regla-de-la-palanca-2-2/

http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema4_CM.pdf

http://materias.fi.uba.ar/6750/Resumen%20Fundiciones%20de%20hierro.pdf

http://www.unedcervera.com/c3900038/ciencia_materiales/fundiciones.html

http://global.britannica.com/EBchecked/topic/389109/Monel

http://www.laton.biz/

http://ingenieriademateriales.wordpress.com/2012/03/03/manual-del-titanio-y-sus-aleaciones/

http://ingenieriademateriales.wordpress.com/2009/04/17/manual-del-aluminio-y-sus-aleaciones/

nota: las imágenes no referenciadas son propias7