laboratorio metales

7/25/2019 Laboratorio Metales

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INFORME DE LABORATORIOPRACTICA DE METALES

MARTHA ELIZABETH BECERRA

PEDRO DALLOS LARA

KAREN MORENO

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTAD SECCIONAL DUITAMA

ESCUELA INGENIERA ELECTROMECANCA

METALES Y TRATAMIENTOS TERMICOS

DUITAMA

2005


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INFORME DE LABORATORIOPRACTICA DE METALES

MARTHA ELIZABETH BECERRA

Cod. 5!0"#

PEDRO DALLOS LARA

Cod. 5!0"20$

KEREN MORENO

Cod. 5!0"#

INGENIERO

AMADEO AGUDELO PEREZ

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTAD SECCIONAL DUITAMA

ESCUELA INGENIERA ELECTROMECANCA

METALES Y TRATAMIENTOS TERMICOS

DUITAMA

2005


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OB%ETIVOS

- Obtener una superficie plana en las probetas por medio del desbaste.

- Lograr una superficie especular o reflectante en las probetas por medio

del pulido.

- Observar la superficie de las probetas, identificar impurezas e inclusiones

no metlicas por medio del microscopio metalogrfico.

- Conocer y realizar la prueba de dureza Rockwell C, sobre probetas de

acero.


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MARCO TERICO

GENERALIDADES

Los aceros son aleaciones de hierrocarbono, aptas para ser deformadas en

fr!o y en caliente. "eneralmente, el porcenta#e de carbono no e$cede del

%,&'(.

E&'()*')(+ d,- A*,(o

Las propiedades f!sicas de los aceros y su comportamiento a distintas

temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su

distribuci)n en el hierro. *ntes del tratamiento t+rmico, la mayor parte de los

aceros son una mezcla de tres sustancias ferrita, perlita y cementita.

La ferrita, blanda y d-ctil, es hierro con peue/as cantidades de carbono y

otros elementos en disoluci)n. La cementita, un compuesto de hierro con el

&( de carbono apro$imadamente, es de gran dureza y muy uebradiza. La

perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composici)n

espec!fica y una estructura caracter!stica, y sus propiedades f!sicas son

intermedias entre las de sus dos componentes.

La resistencia y dureza de un acero ue no ha sido tratado t+rmicamentedepende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el

contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la

de perlita cuando el acero tiene un 0,1( de carbono, est por completo

compuesto de perlita. 2l acero con cantidades de carbono a-n mayores es

una mezcla de perlita y cementita.


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*l elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en

una forma alotr)pica de aleaci)n de hierro y carbono conocida como

austenita, ue tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presenteen el metal.

3i el acero se enfr!a despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y

perlita, pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en

martensita, una modificaci)n alotr)pica de gran dureza similar a la ferrita

pero con carbono en soluci)n s)lida.

T(+'+/,'o T1(/*o d,- A*,(o

2l proceso bsico para endurecer el acero mediante tratamiento t+rmico

consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la ue se forma

austenita, generalmente entre los &40 y 140 5C, y despu+s enfriarlo con

rapidez sumergi+ndolo en agua o aceite. 2stos tratamientos de

endurecimiento, ue forman martensita, crean grandes tensiones internas en

el metal, ue se eliminan mediante el temple o el recocido, ue consiste en

volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. 2l temple reduce la

dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.

2l ob#etivo fundamental del proceso de tratamiento t+rmico es controlar la

cantidad, tama/o, forma y distribuci)n de las part!culas de cementita

contenidas en la ferrita, ue a su vez determinan las propiedades f!sicas del

acero.

6ay muchas variaciones del proceso bsico. Los ingenieros metal-rgicos

han descubierto ue el cambio de austenita a martensita se produce en la

-ltima fase del enfriamiento, y ue la transformaci)n se ve acompa/ada de

un cambio de volumen ue puede agrietar el metal si el enfriamiento es


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demasiado rpido.

3e han desarrollado tres procesos relativamente nuevos para evitar el

agrietamiento. 2n el templado prolongado, el acero se retira del ba/o deenfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la ue empieza a

formarse la martensita, y a continuaci)n se enfr!a despacio en el aire.

2n el martemplado, el acero se retira del ba/o en el mismo momento ue el

templado prolongado y se coloca en un ba/o de temperatura constante hasta

ue alcanza una temperatura uniforme en toda su secci)n transversal.

7espu+s se de#a enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturasde formaci)n de la martensita, ue en la mayor!a de los aceros va desde

unos 800 5C hasta la temperatura ambiente.

2n el austemplado, el acero se enfr!a en un ba/o de metal o sal mantenido

de forma constante a la temperatura en ue se produce el cambio estructural

deseado, y se conserva en ese ba/o hasta ue el cambio es completo, antes

de pasar al enfriado final.

6ay tambi+n otros m+todos de tratamiento t+rmico para endurecer el acero.

2n la cementaci)n, las superficies de las piezas de acero terminadas se

endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitr)geno. 2stos

compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono o

forman nitruros en su capa superficial.

2n la carburizaci)n la pieza se calienta cuando se mantiene rodeada decarb)n vegetal, coue o de gases de carbono como metano o mon)$ido de

carbono. La cianurizaci)n consiste en endurecer el metal en un ba/o de

sales de cianuro fundidas para formar carburos y nitruros. La nitrurizaci)n se

emplea para endurecer aceros de composici)n especial mediante su

calentamiento en amon!aco gaseoso para formar nitruros de aleaci)n.


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H/&'o(/+

9o se conoce con e$actitud la fecha en ue se descubri) la t+cnica de fundir

mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Losprimeros utensilios de hierro descubiertos por los arue)logos en 2gipto

datan del a/o 8000 a.C., y se sabe ue antes de esa +poca se empleaban

adornos de hierro. Los griegos ya conoc!an hacia el %000 a.C. la t+cnica, de

cierta comple#idad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento

t+rmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro :y, de hecho,todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo ; se

clasificar!an en la actualidad como hierro for#ado. ?ara producir esas

aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carb)n vegetal en

un horno o for#a con tiro forzado. 2se tratamiento reduc!a el mineral a una

masa espon#osa de hierro metlico llena de una escoria formada por

impurezas metlicas y cenizas de carb)n vegetal. 2sta espon#a de hierro se

retiraba mientras permanec!a incandescente y se golpeaba con pesados

martillos para e$pulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. 2l hierro

producido en esas condiciones sol!a contener un 8( de part!culas de escoria

y un 0,%( de otras impurezas. 2n ocasiones esta t+cnica de fabricaci)n

produc!a accidentalmente aut+ntico acero en lugar de hierro for#ado. Los

artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro for#ado y

carb)n vegetal en recipientes de arcilla durante varios d!as, con lo ue el

hierro absorb!a suficiente carbono para convertirse en acero aut+ntico.

7espu+s del siglo ;


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gases ue lo atravesaban. 2l producto de estos hornos era el llamado

arrabio, una aleaci)n ue funde a una temperatura menor ue el acero o el

hierro for#ado. 2l arrabio se refinaba despu+s para fabricar acero.

La producci)n moderna de acero emplea altos hornos ue son modelos

perfeccionados de los usados antiguamente. 2l proceso de refinado del

arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor britnico 6enry

@essemer, ue en %144 desarroll) el horno o convertidor ue lleva su

nombre. 7esde la d+cada de %A'0 funcionan varios minihornos ue emplean

electricidad para producir acero a partir de material de chatarra. 3in

embargo, las grandes instalaciones de altos hornos contin-an siendoesenciales para producir acero a partir de mineral de hierro.

P(od)**/ d, A((+3/o

Los materiales bsicos empleados para fabricar arrabio son mineral de

hierro, coue y caliza. 2l coue se uema como combustible para calentar el

horno, y al arder libera mon)$ido de carbono, ue se combina con los )$idos

de hierro del mineral y los reduce a hierro metlico. La ecuaci)n de la

reacci)n u!mica fundamental de un alto horno es

BeO8 D 8 CO E 8 CO D Be

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de

mon)$ido de carbono y como sustancia fundente. 2ste material se combina

con la s!lice presente en el mineral :ue no se funde a las temperaturas delhorno> para formar silicato de calcio, de menor punto de fusi)n. 3in la caliza

se formar!a silicato de hierro, con lo ue se perder!a hierro metlico. 2l

silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria ue flota sobre el

metal fundido en la parte inferior del horno. 2l arrabio producido en los altos

hornos tiene la siguiente composici)n un A( de hierro, un 8 o F( de


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carbono, entre 0,4 y 8( de silicio, del 0,4( al ,4( de manganeso, del 0,0F

al ( de f)sforo y algunas part!culas de azufre.

Gn alto horno t!pico est formado por una cpsula cil!ndrica de acero forradacon un material no metlico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos

refractarios. 2l dimetro de la cpsula disminuye hacia arriba y hacia aba#o, y

es m$imo en un punto situado apro$imadamente a una cuarta parte de su

altura total. La parte inferior del horno est dotada de varias aberturas

tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del

fondo se encuentra un orificio por el ue fluye el arrabio cuando se sangra :o

vac!a> el alto horno. 2ncima de ese orificio, pero deba#o de las toberas, hayotro agu#ero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es

de unos 80 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de

tolvas redondas, cerradas por vlvulas en forma de campana, por las ue se

introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en

peue/as vagonetas o cucharas ue se suben por un elevador inclinado

situado en el e$terior del horno.

Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima ue se va a

introducir en el horno se divide en un determinado n-mero de peue/as

cargas ue se introducen a intervalos de entre %0 y %4 minutos. La escoria

ue flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el hierro

se sangra cinco veces al d!a.

2l aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura

comprendida entre los 440 y los A00 5C. 2l calentamiento se realiza en lasllamadas estufas, cilindros con estructuras de ladrillo refractario. 2l ladrillo se

calienta durante varias horas uemando gas de alto horno, ue son los

gases de escape ue salen de la parte superior del horno. 7espu+s se apaga

la llama y se hace pasar el aire a presi)n por la estufa. 2l peso del aire


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empleado en un alto horno supera el peso total de las dems materias

primas.

7espu+s de la


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O'(o& M1'odo& d, R,4/+do d,- H/,((o

*unue casi todo el hierro y el acero ue se fabrica en el mundo se obtiene a

partir de arrabio producido en altos hornos, hay otros m+todos de refinadodel hierro ue se han practicado de forma limitada. Gno de ellos es el

denominado m+todo directo para fabricar hierro y acero a partir del mineral,

sin producir arrabio. 2n este proceso se mezclan mineral de hierro y coue

en un horno de calcinaci)n rotatorio y se calientan a una temperatura de

unos A40 5C. 2l coue caliente desprende mon)$ido de carbono, igual ue

en un alto horno, y reduce los )$idos del mineral a hierro metlico. 3in

embargo, no tienen lugar las reacciones secundarias ue ocurren en un altohorno, y el horno de calcinaci)n produce la llamada espon#a de hierro, de

mucha mayor pureza ue el arrabio. Iambi+n puede producirse hierro

prcticamente puro mediante electr)lisis :ver 2lectrou!mica> haciendo pasar

una corriente el+ctrica a trav+s de una disoluci)n de cloruro de hierro :


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2l horno propiamente dicho suele ser un crisol de ladrillo plano y rectangular

de unos ' J %0 m, con un techo de unos ,4 m de altura. Gna serie de

puertas da a una planta de traba#o situada delante del crisol. Iodo el crisol yla planta de traba#o estn situados a una altura determinada por encima del

suelo, y el espacio situado ba#o el crisol lo ocupan las cmaras de

regeneraci)n de calor del horno. Gn horno del tama/o indicado produce unas

%00 toneladas de acero cada %% horas.

2l horno se carga con una mezcla de arrabio :fundido o fr!o>, chatarra de

acero y mineral de hierro, ue proporciona o$!geno adicional. 3e a/adecaliza como fundente y fluorita para hacer ue la escoria sea ms fluida. Las

proporciones de la carga var!an mucho, pero una carga t!pica podr!a consistir

en '0.000 kg de chatarra de acero, %%.000 kg de arrabio fr!o, F4.000 kg de

arrabio fundido, %.000 kg de caliza, %.000 kg de mineral de hierro y 00 kg

de fluorita. Gna vez cargado el horno, se enciende, y las llamas oscilan de un

lado a otro del crisol a medida ue el operario invierte su direcci)n para

regenerar el calor.

7esde el punto de vista u!mico, la acci)n del horno de crisol abierto

consiste en reducir por o$idaci)n el contenido de carbono de la carga y

eliminar impurezas como silicio, f)sforo, manganeso y azufre, ue se

combinan con la caliza y forman la escoria. 2stas reacciones tienen lugar

mientras el metal del horno se encuentra a la temperatura de fusi)n, y el

horno se mantiene entre %.440 y %.'40 5C durante varias horas hasta ue el

metal fundido tenga el contenido de carbono deseado. Gn operario e$pertopuede #uzgar el contenido de carbono del metal a partir de su aspecto, pero

por lo general se prueba la fundici)n e$trayendo una peue/a cantidad de

metal del horno, enfrindola y someti+ndola a e$amen f!sico o anlisis

u!mico. Cuando el contenido en carbono de la fundici)n alcanza el nivel

deseado, se sangra el horno a trav+s de un orificio situado en la parte


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trasera. 2l acero fundido fluye por un canal corto hasta una gran cuchara

situada a ras de suelo, por deba#o del horno. 7esde la cuchara se vierte el

acero en moldes de hierro colado para formar lingotes, ue suelen tener una

secci)n cuadrada de unos 40 cm de lado, y una longitud de %,4 m. 2stoslingotes Kla materia prima para todas las formas de fabricaci)n del aceroK

pesan algo menos de 8 toneladas. Recientemente se han puesto en prctica

m+todos para procesar el acero de forma continua sin tener ue pasar por el

proceso de fabricaci)n de lingotes.

P(o*,&o B&/*o d, O678,o

2l proceso ms antiguo para fabricar acero en grandes cantidades es el

proceso @essemer, ue empleaba un horno de gran altura en forma de pera,

denominado convertidor @essemer, ue pod!a inclinarse en sentido lateral

para la carga y el vertido. *l hacer pasar grandes cantidades de aire a trav+s

del metal fundido, el o$!geno del aire se combinaba u!micamente con las

impurezas y las eliminaba.

2n el proceso bsico de o$!geno, el acero tambi+n se refina en un horno en

forma de pera ue se puede inclinar en sentido lateral. 3in embargo, el aire

se sustituye por un chorro de o$!geno casi puro a alta presi)n. Cuando el

horno se ha cargado y colocado en posici)n vertical, se hace descender en

su interior una lanza de o$!geno. La punta de la lanza, refrigerada por agua,

suele estar situada a unos m por encima de la carga, aunue esta distancia

se puede variar seg-n interese. * continuaci)n se inyectan en el horno miles

de metros c-bicos de o$!geno a velocidades supers)nicas. 2l o$!geno secombina con el carbono y otros elementos no deseados e inicia una reacci)n

de agitaci)n ue uema con rapidez las impurezas del arrabio y lo

transforma en acero. 2l proceso de refinado tarda 40 minutos o menos, y es

posible fabricar unas &4 toneladas de acero en una hora.


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A*,(o d, Ho(o E-1*'(/*o

2n algunos hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la

electricidad y no de la combusti)n de gas. Como las condiciones de refinadode estos hornos se pueden regular ms estrictamente ue las de los hornos

de crisol abierto o los hornos bsicos de o$!geno, los hornos el+ctricos son

sobre todo -tiles para producir acero ino$idable y aceros aleados ue deben

ser fabricados seg-n unas especificaciones muy e$igentes. 2l refinado se

produce en una cmara herm+tica, donde la temperatura y otras condiciones

se controlan de forma rigurosa mediante dispositivos automticos. 2n las

primeras fases de este proceso de refinado se inyecta o$!geno de altapureza a trav+s de una lanza, lo ue aumenta la temperatura del horno y

disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de o$!geno

ue entra en el horno puede regularse con precisi)n en todo momento, lo

ue evita reacciones de o$idaci)n no deseadas.

2n la mayor!a de los casos, la carga est formada casi e$clusivamente por

material de chatarra. *ntes de poder utilizarla, la chatarra debe ser analizada

y clasificada, porue su contenido en aleaciones afecta a la composici)n del

metal refinado. Iambi+n se a/aden otros materiales, como peue/as

cantidades de mineral de hierro y cal seca, para contribuir a eliminar el

carbono y otras impurezas. Los elementos adicionales para la aleaci)n se

introducen con la carga o despu+s, cuando se vierte a la cuchara el acero

refinado.

Gna vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta lasuperficie del metal. La corriente el+ctrica fluye por uno de los electrodos,

forma un arco el+ctrico hasta la carga metlica, recorre el metal y vuelve a

formar un arco hasta el siguiente electrodo. La resistencia del metal al flu#o

de corriente genera calor, ue K#unto con el producido por el arco el+ctricoK


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funde el metal con rapidez. 6ay otros tipos de horno el+ctrico donde se

emplea una espiral para generar calor.

P(o*,&o& d, A*+3+do

2l acero se vende en una gran variedad de formas y tama/os, como varillas,

tubos, ra!les :rieles> de ferrocarril o perfiles en 6 o en I. 2stas formas se

obtienen en las instalaciones sider-rgicas laminando los lingotes calientes o

modelndolos de alg-n otro modo. 2l acabado del acero me#ora tambi+n su

calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia.

2l m+todo principal de traba#ar el acero se conoce como laminado en

caliente. 2n este proceso, el lingote colado se calienta al ro#o vivo en un

horno denominado foso de termodifusi)n y a continuaci)n se hace pasar

entre una serie de rodillos metlicos colocados en pares ue lo aplastan

hasta darle la forma y tama/o deseados. La distancia entre los rodillos va

disminuyendo a medida ue se reduce el espesor del acero.

2l primer par de rodillos por el ue pasa el lingote se conoce como tren de

desbaste o de eliminaci)n de asperezas. 7espu+s del tren de desbaste, el

acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado ue lo

reducen a lminas con la secci)n transversal correcta. Los rodillos para

producir ra!les o rieles de ferrocarril o perfiles en 6, en I o en L tienen estr!as

para proporcionar la forma adecuada.

Los procesos modernos de fabricaci)n reuieren gran cantidad de chapa deacero delgada. Los trenes o rodillos de laminado continuo producen tiras y

lminas con anchuras de hasta ,4 m. 2stos laminadores procesan con

rapidez la chapa de acero antes de ue se enfr!e y no pueda ser traba#ada.

Las planchas de acero caliente de ms de %0 cm de espesor se pasan por

una serie de cilindros ue reducen progresivamente su espesor hasta unos


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0,% cm y aumentan su longitud de F a 8&0 metros. Los trenes de laminado

continuo estn euipados con una serie de accesorios como rodillos de

borde, aparatos de decapado o eliminaci)n y dispositivos para enrollar de

modo automtico la chapa cuando llega al final del tren. Los rodillos de bordeson grupos de rodillos verticales situados a ambos lados de la lmina para

mantener su anchura. Los aparatos de decapado eliminan la costra ue se

forma en la superficie de la lmina apartndola mecnicamente, retirndola

mediante un chorro de aire o doblando de forma abrupta la chapa en alg-n

punto del recorrido. Las bobinas de chapa terminadas se colocan sobre una

cinta transportadora y se llevan a otro lugar para ser recocidas y cortadas en

chapas individuales. Gna forma ms eficiente para producir chapa de acerodelgada es hacer pasar por los rodillos planchas de menor espesor. Con los

m+todos convencionales de fundici)n sigue siendo necesario pasar los

lingotes por un tren de desbaste para producir planchas lo bastante delgadas

para el tren de laminado continuo.

2l sistema de colada continua, en cambio, produce una plancha continua de

acero con un espesor inferior a 4 cm, lo ue elimina la necesidad de trenes

de desbaste y laminado en bruto.

Otro procedimiento para dar forma al acero es el de mecanizaci)n por

muinas herramientas. 2l proceso de mecanizado del acero est basado en

dar forma y dimensiones precisas mediante herramientas de corte mientras

ue la pieza est sometida a una rotaci)n :principio de funcionamiento del

torno> o al rev+s, es decir, gira la herramienta y la pieza a mecanizar est fi#a

o se desplaza linealmente. 2ste proceso suele estar refrigerado en el puntode corte entre la pieza y la herramienta debido al gran desprendimiento de

calor ue se produce.


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T)3o&

Los tubos ms baratos se forman doblando una tira plana de acero caliente

en forma cil!ndrica y soldando los bordes para cerrar el tubo. 2n los tubosms peue/os, los bordes de la tira suelen superponerse y se pasan entre

un par de rodillos curvados seg-n el dimetro e$terno del tubo. La presi)n de

los rodillos es suficiente para soldar los bordes. Los tubos sin soldaduras se

fabrican a partir de barras s)lidas haci+ndolas pasar entre un par de rodillos

inclinados entre los ue est situada una barra metlica con punta, llamada

mandril, ue perfora las barras y forma el interior del tubo mientras los

rodillos forman el e$terior.

Ho9+-+'+

2l producto de acero recubierto ms importante es la ho#alata esta/ada ue

se emplea para la fabricaci)n de latas y envases. 2l material de las latas

contiene ms de un AA( de acero. 2n algunas instalaciones, las lminas de

acero se pasan por un ba/o de esta/o fundido :despu+s de laminarlas

primero en caliente y luego en fr!o> para esta/arlas. 2l m+todo de

recubrimiento ms com-n es el proceso electrol!tico. La chapa de acero se

desenrolla poco a poco de la bobina y se le aplica una soluci)n u!mica. *l

mismo tiempo se hace pasar una corriente el+ctrica a trav+s de un trozo de

esta/o puro situado en esa misma soluci)n, lo ue hace ue el esta/o se

disuelva poco a poco y se deposite sobre el acero. Con este sistema, medio

kilogramo de esta/o basta para recubrir 0 metros cuadrados de acero. 2n la

ho#alata delgada, la chapa recibe un segundo laminado en fr!o antes derecubrirla de esta/o, lo ue aumenta la resistencia de la chapa adems de su

delgadez. Las latas hechas de ho#alata delgada tienen una resistencia similar

a las ordinarias, pero contienen menos acero, con lo ue se reduce su peso y

su coste. Iambi+n pueden fabricarse envases ligeros adhiriendo una

delgad!sima lmina de acero esta/ado sobre papel o cart)n.


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Otros procesos de fabricaci)n de acero son la for#a, la fundici)n y el uso de

troueles.

H/,((o Fo(9+do

2l proceso antiguo para fabricar la aleaci)n resistente y maleable conocida

como hierro for#ado se diferencia con claridad de otras formas de fabricaci)n

de acero. 7ebido a ue el proceso, conocido como pudelizaci)n, e$ig!a un

mayor traba#o manual, era imposible producir hierro for#ado en grandes

cantidades. 2l desarrollo de nuevos sistemas con convertidores @essemer yhornos de crisol abierto permitieron producir un volumen mayor de hierro

for#ado.

3in embargo, el hierro for#ado ya no se fabrica habitualmente con fines

comerciales, debido a ue se puede sustituir en casi todas las aplicaciones

por acero de ba#o contenido en carbono, con menor costo de producci)n y

calidad ms uniforme.

2l horno de pudelizaci)n empleado en el proceso antiguo tiene un techo

abovedado de poca altura y un crisol c)ncavo en el ue se coloca el metal en

bruto, separado por una pared de la cmara de combusti)n donde se uema

carb)n bituminoso. La llama de la cmara de combusti)n asciende por

encima de la pared, incide en el techo abovedado y reverbera sobre el

contenido del crisol. Cuando el horno ha aduirido un calor moderado, el

operario ue mane#a el horno recubre el crisol y las paredes con una pastade )$ido de hierro, por lo general hematites. * continuaci)n, el horno se

carga con unos 40 kg de arrabio y se cierra la puerta. *l cabo de unos 80

minutos, el arrabio se ha fundido, y el operario a/ade a la carga ms )$ido

de hierro o residuos de laminado, mezclndolos con el hierro mediante una

barra de hierro curvada. 2l silicio y la mayor parte del manganeso contenidos


19/87

en el hierro se o$idan, y se elimina parte del azufre y el f)sforo. *

continuaci)n se eleva un poco la temperatura del horno, y el carbono

empieza a uemarse formando )$idos de carbono gaseosos. 3eg-n se

desprende gas, la escoria aumenta de volumen y el nivel de la carga sube. *luemarse el carbono, la temperatura de fusi)n aumenta, y la carga se vuelve

cada vez ms pastosa y vuelve a su nivel anterior. * medida ue se

incrementa la pureza del hierro, el operario remueve la carga con la barra

para garantizar una composici)n uniforme y una cohesi)n adecuada de las

part!culas. La masa resultante, pastosa y espon#osa, se divide en pedazos o

bolas de unos 10 o A0 kg. Las bolas se retiran del horno con unas tenazas y

se colocan directamente en una prensa ue e$pulsa de la bola la mayorparte de la escoria de silicio mezclada y suelda entre s! los granos de hierro

puro. * continuaci)n se corta el hierro en piezas planas ue se apilan unas

sobre otras, se calientan hasta la temperatura de soldadura y se laminan

para formar una sola pieza. * veces se repite el proceso de laminado para

me#orar la calidad del producto.

La t+cnica moderna para fabricar hierro for#ado emplea hierro fundido

procedente de un convertidor @essemer y escoria fundida, ue suele

prepararse fundiendo mineral de hierro, residuos de laminado y arena en un

horno de crisol abierto. Cuando el hierro fundido, ue lleva disuelta una gran

cantidad de gas, se vierte en la cuchara ue contiene la escoria fundida, el

metal se solidifica de modo casi instantneo y libera el gas disuelto. La

fuerza e#ercida por el gas hace estallar el metal en part!culas diminutas ue

son ms pesadas ue la escoria y se acumulan en el fondo de la cuchara,

donde se aglomeran formando una masa espon#osa similar a las bolasproducidas en un horno de pudelizaci)n. Cuando se vierte la escoria de la

parte superior de la cuchara se retira la bola de hierro y se la somete al

mismo tratamiento ue el producto del horno de pudelizaci)n.


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E&'()*')(+ d,- A*,(o

Las propiedades f!sicas de los aceros y su comportamiento a distintas

temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de sudistribuci)n en el hierro. *ntes del tratamiento t+rmico, la mayor parte de los

aceros son una mezcla de tres sustancias ferrita, perlita y cementita. La

ferrita, blanda y d-ctil, es hierro con peue/as cantidades de carbono y otros

elementos en disoluci)n. La cementita, un compuesto de hierro con el &( de

carbono apro$imadamente, es de gran dureza y muy uebradiza. La perlita

es una mezcla de ferrita y cementita, con una composici)n espec!fica y una

estructura caracter!stica, y sus propiedades f!sicas son intermedias entre lasde sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero ue no ha sido

tratado t+rmicamente depende de las proporciones de estos tres

ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor

es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita cuando el acero tiene un 0,1(

de carbono, est por completo compuesto de perlita. 2l acero con cantidades

de carbono a-n mayores es una mezcla de perlita y cementita. *l elevarse la

temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma

alotr)pica de aleaci)n de hierro y carbono conocida como austenita, ue

tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. 3i el

acero se enfr!a despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita,

pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita,

una modificaci)n alotr)pica de gran dureza similar a la ferrita pero con

carbono en disoluci)n s)lida.

T(+'+/,'o T1(/*o d,- A*,(o

2l proceso bsico para endurecer el acero mediante tratamiento t+rmico

consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la ue se forma

austenita, generalmente entre los &40 y 140 5C, y despu+s enfriarlo con

rapidez sumergi+ndolo en agua o aceite. 2stos tratamientos de


21/87

endurecimiento, ue forman martensita, crean grandes tensiones internas en

el metal, ue se eliminan mediante el temple o el recocido, ue consiste en

volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. 2l temple reduce la

dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.

2l ob#etivo fundamental del proceso de tratamiento t+rmico es controlar la

cantidad, tama/o, forma y distribuci)n de las part!culas de cementita

contenidas en la ferrita, ue a su vez determinan las propiedades f!sicas del

acero.

6ay muchas variaciones del proceso bsico. Los ingenieros metal-rgicoshan descubierto ue el cambio de austenita a martensita se produce en la

-ltima fase del enfriamiento, y ue la transformaci)n se ve acompa/ada de

un cambio de volumen ue puede agrietar el metal si el enfriamiento es

demasiado rpido. 3e han desarrollado tres procesos relativamente nuevos

para evitar el agrietamiento. 2n el templado prolongado, el acero se retira del

ba/o de enfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la ue empieza

a formarse la martensita, y a continuaci)n se enfr!a despacio en el aire. 2n el

martemplado, el acero se retira del ba/o en el mismo momento ue el

templado prolongado y se coloca en un ba/o de temperatura constante hasta

ue alcanza una temperatura uniforme en toda su secci)n transversal.

7espu+s se de#a enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturas

de formaci)n de la martensita, ue en la mayor!a de los aceros va desde

unos 800 5C hasta la temperatura ambiente. 2n el austemplado, el acero se

enfr!a en un ba/o de metal o sal ue se mantiene a la temperatura en ue se

produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese ba/o hasta ueel cambio es completo, antes de pasar al enfriado final.

6ay tambi+n otros m+todos de tratamiento t+rmico para endurecer el acero.

2n la cementaci)n, las superficies de las piezas de acero terminadas se

endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitr)geno. 2stos


22/87

compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido en carbono o

forman nitruros en su capa superficial. 2n la carburizaci)n la pieza se

calienta cuando se mantiene rodeada de carb)n vegetal, coue o de gases

de carbono como metano o mon)$ido de carbono. La cianurizaci)n consisteen endurecer el metal en un ba/o de sales de cianuro fundidas para formar

carburos y nitruros. La nitrurizaci)n se emplea para endurecer aceros de

composici)n especial mediante su calentamiento en amon!aco gaseoso para

formar nitruros de aleaci)n.

D)(,:+

2s la capacidad de una sustancia s)lida para resistir deformaci)n o abrasi)n

de su superficie. 3e aplican varias interpretaciones al t+rmino en funci)n de

su uso. 2n mineralog!a, la dureza se define como la resistencia al rayado de

la superficie lisa de un mineral. Gna superficie blanda se raya con ms

facilidad ue una dura de esta forma un mineral duro, como el diamante,

rayar uno blando, como el grafito, mientras ue la situaci)n inversa nunca

se producir. La dureza relativa de los minerales se determina gracias a la

escala de dureza de Hohs, nombre del mineralogista alemn Briedrich Hohs

ue la ide). 2n esta escala, diez minerales comunes estn clasificados en

orden de creciente dureza recibiendo un !ndice talco, % yeso, calcita, 8

fluorita, F apatito, 4 ortosa :feldespato>, ' cuarzo, & topacio, 1 corind)n, A,

y diamante, %0. La dureza de una muestra se obtiene determinando u+

mineral de la escala de Hohs lo raya. *s!, la galena, ue tiene una dureza de

,4, puede rayar el yeso y es rayado por la calcita. La dureza de un mineral

determina en gran medida su durabilidad.

2n metalurgia e ingenier!a, la dureza se determina presionando una bolita o

un cono de material duro sobre la superficie estudiada y midiendo el tama/o

de la indentaci)n. Los metales duros se indentan menos ue los blandos.

2ste m+todo para establecer la dureza de una superficie metlica se conoce


23/87

como prueba de @rinell, en honor al ingeniero sueco Mohann @rinell, ue

invent) la muina de @rinell para medidas de dureza de metales y

aleaciones.

La dureza est relacionada con la solidez, la durabilidad y la resistencia de

sustancias s)lidas, y, en sentido amplio, este t+rmino suele e$tenderse para

incluir todas estas propiedades.


24/87

PRACTICA ;

MONTA%E DE PROBETAS METALOGRAFICAS

P(o3,'+

Constituye la representaci)n del material a utilizarse su obtenci)n puede

llevarse a cabo por medio de una cortadora de disco o de sierra el+ctrica, en

ambos casos se debe a/adir en el corte algunos refrigerantes para evitar ue

la estructura interna del metal se altere por cambios en la temperatura.

Dimensiones de la probeta. "eneralmente las probetas utilizan de 4 mmde

altura por 4 mmde dimetro en cil!ndricas y 4 mmde lado en c-bicas, o

cualuier otra dimensi)n de fcil manipulaci)n.

Mo'+9, d, P(o3,'+&

Cuando las probetas no son fciles de manipular durante el proceso de

preparaci)n, e$isten compresores ue unen solidariamente a la muestra

metlica con un metal adherente formado generalmente por plsticos

sint+ticos, de estos unos son termoplsticos y otros son termoendurecidos.

2ntre estos -ltimos figura uno de los ms utilizados, la bakelita, ue es de

color oscuro. 2l monta#e para obtener la su#eci)n )ptima consiste en

comprimir un plstico fundido sobre una cara de la probeta metalogrfica y

luego de#ar enfriar el monta#e ba#o presi)n, permitiendo as! una e$tensi)n

plstica de la cual asirse para la preparaci)n respectiva.

Montajes fusibles. 2$isten muchos materiales fusibles ue son adecuados

con algunas limitaciones para el monta#e de probetas metalogrficas, tales

como el azufre, el lacre, plsticos dentales y las aleaciones de ba#o punto de

fusi)n. Los puntos de fusi)n de estos materiales difieren mucho y deben


25/87

seleccionarse de modo ue el calentamiento reuerido para la sustancia no

altere la estructura de la probeta.

3ustancias para monta#e de probetas.

Montaje en plsticos sintticos. 2l monta#e de las probetas peue/as en

materiales plsticos sint+ticos como bakelita, lucite, etc. es uno de los

m+todos ms satisfactorios ue se emplean hoy en d!a para facilitar el

mane#o de tales probetas, su manipulaci)n es sencilla, pero es preciso

aplicar calor y presi)n simultneamente. 3e reuiere de una prensa

montadora especial o rudimentariamente con una prensa hidrulica com-n y

unos cilindros adecuados, es claro ue no se tienen los mismos resultados

con el primer mecanismo pero si no se cuenta con este se pueden montarcon el segundo.

?rensa montadora de probetas.


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Resinas termoendurecibles. Los plsticos termoendurecibles como la

bakelita y los compuestos de anilina y formaldeh!dos, son los ms populares

entre los empleados para montar probetas metalogrficas. Los polvos de

moldeo de bakelita se encuentran en el comercio en gran variedad decolores y esta circunstancia es de inter+s, porue simplifica la identificaci)n y

archivo de las probetas.

Los plsticos termoendurecibles, endurecen durante el moldeo a la

temperatura y presi)n adecuada porue sufren un cambio u!mico. 2l estado

ms duro aduirido no se altera a pesar ue la temperatura se apro$ime a la

ue pueda carbonizar la resina. ?ara la mayor!a de los polvos de moldeo debakelita, la temperatura reuerida para el endurecimiento es de %84 a %405C,

con#untamente a una presi)n de 400 a 8400 libras por pulgada cuadrada :

psi >

Resinas termoplsticas. Las resinas termoplsticas de este tipo, tales como

el poliestireno, compuestos de metacrilato de metilo :lucite> y materiales a

base de celulosa, tienen la propiedad de ser claras y transparentes como el

cristal, si se las moldea correctamente. Las resinas termoplsticas no

endurecen durante el moldeo sino ue por el contrario, se reblandecen y

fluyen cada vez ue se les aplica una combinaci)n adecuada de temperatura

y presi)n. 2l monta#e se realiza satisfactoriamente moldeando a una presi)n

de 400 a 8400 psi y una temperatura de %F0 a %'45C.


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CUESTIONARIO

%. N?or u+ no se puede utilizar bakelita en el procedimiento opcional,

e$pliue su respuesta.

Rta para realizar este procedimiento se tienen ue utilizar termoplasticos

debido a ue no se endurecen durante el proceso de moldeo, mientras ue la

bakelita es un termoendurecido.

. NPu+ suceder!a si la presi)n y la temperatura no son las adecuadas para

montar una probeta

Rta si no son las adecuadas las propiedades, caracter!sticas y estructura de

la probeta no son las reueridas para su mane#o.

8. N7e u+ altura debe uedar finalmente la probeta montada, Npor u+

Rta la probeta montada debe uedar de 4 mm de altura y 4 mm de

dimetro para su fcil manipulaci)n y posterior tratamiento.

F. N*dems de la temperatura, ue otro factor puede alterar la estructura de

la probeta

Rta adems de la temperatura la presi)n tambi+n puede alterar la estructura

de la probeta.


28/87

PRACTICA 2

DESBASTE< PULIDO Y OBSERVACION DE PROBETAS

METALOGRAFICAS

La preparaci)n de una probeta consiste generalmente en montar

adecuadamente una resina sint+tica, luego se debe obtener una superficie lo

ms plana posible por medio de abrasivos comerciales, enseguida se debe

lograr un pulido final con el cual se obtiene una superficie especular, la cual

es reuerida para la observaci)n microsc)pica de su estructura. 2n esta

prctica el estudiante debe instruirse en la adecuaci)n de las probetas pormedio del desbaste y pulido de las mismas.

D,&3+&', d, P(o3,'+& M,'+-o8(4/*+&

3e realiza con papel abrasivo, el cual se caracteriza por la composici)n y

tama/o de sus granos, su porosidad o estructura y por el grado de

adherencia de los granos. 7urante el desbaste de la superficie metlica con

el papel abrasivo, se desprenden granos ue deben ser eliminados con

agua. 2l desbaste se puede clasificar en

7esbaste a mano 2ste tiene tres fases, desbaste burdo, desbaste

intermedio y desbaste final.

7esbaste mecnico ?ara realizar esta labor se emplean desbastadoras

con papel abrasivo o con discos de parafina.

Desbaste a mano.

La superficie ue va a observarse debe desbastarse para aplanarse

ligeramente mediante un desbaste preliminar. 2n cualuier operaci)n de

desbaste no se debe aplicar a la probeta una presi)n demasiado grande


29/87

contra el medio abrasivo, ya ue una presi)n e$cesiva no s)lo produce rayas

muy profundas, dif!ciles de eliminar despu+s, sino ue tambi+n distorsiona

intensamente el metal de la superficie de la probeta.

Desbaste mecnico.

Desbastadoras con papel. Hecnicamente se puede realizar un desbaste

ms eficaz. La desbastadora posee un disco giratorio, ue se recubre con

papeles de esmeril. 2l papel se su#eta mediante un anillo de fi#aci)n. 2l disco

gira a unas '00 rpmpara el papel ms grueso y a velocidades ms ba#as

cuando se utilizan papeles ms finos. 2n el desbaste mecnico es precisoevitar el sobrecalentamiento para impedir ue las probetas puedan llegar a

alterar su estructura.

7esbastadoras con papel.

Discos con parafina. 3on discos para pulidora recubiertos con una capa de

parafina de alto punto de fusi)n o con un pa/o de billar o lona ue se han

impregnado con parafina.

Los discos para el desbaste se cargan, antes y durante la operaci)n, con

suspensiones, en una soluci)n acuosa de #ab)n, de polvos abrasivos.

P)-/do d, P(o3,'+& M,'+-o8(4/*+&

Hediante el pulido se aumenta la observaci)n metalogrfica, eliminando las

huellas e irregularidades producidas en el desbaste. 3e apoya la cara


30/87

desbastada sobre un pa/o empapado con una suspensi)n de abrasivo ue

puede ser una suspensi)n acuosa de al-mina :o$ido de aluminio>, polvo de

diamante, alundum u o$ido de aluminio. 2l tama/o de la part!cula de

abrasivo en suspensi)n puede regularse mediante sedimentaci)n ydecantaciones adecuadas. La probeta despu+s de ser e$puesta a las

suspensiones de abrasivo se somete a un pulido final, efectuado por pa/os

apropiados, hasta obtener una superficie limpia, brillante y lo ms especular

posible. 2l pulido se puede realizar tanto a mano como con pulidoras

metalogrficas. 2l pulido de probetas se puede clasificar en

?ulido mecnico 2ste puede ser pulido preliminar o pulido final. ?ulido electrol!tico.

Pulido mecnico.

Pulidoras metalogrficas. 2l pulido de una probeta metalogrfica se realiza

con ayuda de uno o ms discos. 2stos son bsicamente platos de bronce de

0 a 4 mm de dimetro, generalmente estn cubiertos con un pa/o de

calidad apropiada.

?ulidora mecnica.

Abrasivos para el pulido metalogrfico. 3on elementos ue poseen una

dureza relativamente alta, las part!culas presentan aristas agudas y v+rtices

cortantes. La naturaleza del abrasivo debe ser adecuada para permitir una

buena clasificaci)n de las part!culas por tama/os mediante levigaci)n,


31/87

despu+s de ue se haya realizado una buena pulverizaci)n. Los abrasivos

mas utilizados son

?olvo de diamante.

*l-ndum.

O$ido de magnesio.

Paos para pulir. Los pa/os para pulir poseen una te$tura superficial muy

variada, desde los ue no tienen pelo :seda natural y el te#ido empleado para

cubrir las alas de aeroplanos>, hasta auellos con pelo relativamente largo

:como el terciopelo y la pana>, ue son de aplicaci)n muy general. 2n el casointermedio se encuentran los pa/os de mesa de billar, los pa/os de lana de

distintas finuras y las lonas de diferentes pesos.

?a/os para pulir.

Pulido preliminar. Con esta operaci)n se pretende desaparecer las rayas

finas producidas en la -ltima operaci)n de desbaste. 2l disco de la pulidora

se cubre con pa/o de lana, pa/o de billar o una lona de poco peso, y se le

hace girar a unas F00 a 400 rpm. Como abrasivo se emplea al-ndum ocarborundo de '00 mallas, o productos euivalentes. ?ara realizar la

operaci)n, se mantiene la probeta desbastada firmemente, sobre el disco

giratorio, movi+ndola continuamente desde el centro al borde del disco, y a la

inversa.


32/87

Pulido final. 3e pretende eliminar las rayas producidas en el pulido preliminar

producir una superficie pulida uniformemente y libre de rayas. 7urante el

pulido se aplica a la probeta una presi)n moderada y se la mueve

continuamente del centro a la periferia del disco. 2ventualmente, y enparticular al final de la operaci)n, se gira la probeta en sentido contrario al de

la rotaci)n del disco.

Pulido electroltico.

Fundamentos y aparatos. La probeta a ser desbastada se sumerge en una

soluci)n electrol!tica. 2n la celda electrol!tica la probeta desbastada sirve denodo, y como ctodo se emplea un metal adecuado a trav+s del electrolito

se hace pasar una corriente continua, ue es transportada de nodo a

ctodo por los iones del metal de la probeta ue se pule. 2l factor ms

importante para el +$ito del pulido electrol!tico es la relaci)n entre densidad

de corriente y volta#e, para cada electrolito y disposici)n general de la celda

electrol!tica.

I*-)&/o,& No M,'-/*+&

3on elementos e$tra/os al metal base ue aparecen en los aceros, siendo

per#udicial su presencia ya ue reducen las caracter!sticas y propiedades.

2stas inclusiones pueden provenir del proceso metal-rgico usado para

obtenci)n de dicho acero, en el cual pueden intervenir accidentalmente

escorias, refractarios o sustancias producidas por o$idaci)n o deso$idaci)n.

3e pueden clasificar en sulfuros, )$idos y silicatos.

Sulfuros. 2l ms importante es el sulfuro de manganeso, es plstico, de color

gris un tanto claro, se forma y alarga durante la laminaci)n o la for#a. 2s

menos per#udicial ue los )$idos y silicatos.


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!idos. 2l o$ido de mayor frecuencia de aparici)n en los aceros es la

al-mina :o$ido de aluminio>. 2s muy dura y frgil, durante la laminaci)n o la

for#a se rompe y se dispersa apareciendo de color oscuro, de peue/o

tama/o, en forma de grupos. 3e presenta mayormente en los acerosdeso$idados con aluminio.

Silicatos. 3on inclusiones muy nocivas, puesto ue son las ue ms reducen

las caracter!sticas de los aceros. 3e presentan silicatos comple#os como los

de manganeso, hierro, cromo, etc., estos se alargan y se rompen durante la

laminaci)n o for#a dando como origen dos clases t!picas

3ilicatos ue al deformarse presentan estructuras angulares seme#antes a

las de los )$idos.

3ilicatos de carcter v!treo, ue se alarga ms fcilmente y se rompen

menos ue los anteriores.

2n muchas ocasiones se presentan estructuras, las cuales no se puede

clasificar en los dos grupos anteriores, puesto ue son de color variable,

oscuro casi negro o a veces pardo, esto debido a heterogeneidades de

composici)n.

CUESTIONARIO

%. N7e ue depende la presencia de inclusiones no metlicas en la

estructura de las probetas

Rta pueden provenir del proceso metalurgico para la obtenci)n de dicho

acero en el cual pueden intervenir accidentalmente estas inclusiones.


34/87

. N2$iste alguna inclusi)n o forma ue no se puede clasificar fcilmente,

si es as!, Na u+ sustancia pertenece

Rta si, las ue no son de color variable oscuro casi negro o a veces pardo,

esto debido a heterogeneidades de composici)n.

8. *dems de las inclusiones metlicas, Nu+ otras irregularidades se

presentan en la superficie de la probeta, Na u+ se debe su aparici)n

Rta tambi+n se presentan grietas, debido a un enfriamiento brusco.

F. 7urante el desbaste, por ue es necesaria la rotaci)n de A05 de la

probeta al pasar de un papel abrasivo a otro

Rta porue se pueden oAcasionar rayones profundos en la pieza.

4. NC)mo se debe obtener una muestra representativa de un determinado

metal, e$pliue el procedimiento a seguir.

Rta 7esbastado

?ulido

?ulido final con pa/o


35/87

PRACTICA "

ESTUDIO DEL MICROSCOPIO METALOGR=FICO

?ara lograr observar las microestructuras de los metales, ya sean puros o

aleaciones, se reuiere de un aparato ue ba#o leyes f!sicas de )ptica

permite magnificar las imgenes de dichas estructuras o defectos de ellas, ya

ue simple vista ser!a imposible determinar, este aparato es el microscopio

metalogrfico. Qste se constituye como una de las herramientas ms

importantes en el estudio de metales y aleaciones, por lo cual el estudiante

debe conocer su principio de funcionamiento y sus variables para ue luegosean aplicables cuando les reuiera.

E- M/*(o&*o>/o M,'+-o8(4/*o

Los microscopios metalogrficos no son ms ue un con#unto de lentes ue

permiten ampliar una imagen de un determinado ob#eto ba#o observaci)n.

Las lentes principales del microscopio )ptico son, el ocular, el cual como su

nombre lo indica se encuentra cerca del o#o del observador y el ob#etivo, ue

se encuentra muy cerca del ob#eto a observar, adems de los anteriores se

constituye por un sistema complementario, el cual es bsicamente un

dispositivo de iluminaci)n, un vidrio plano o prisma de refle$i)n y en algunas

variantes una cmara fotogrfica ue permite tomar micrograf!as de las

estructuras metlicas.


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Hicroscopio Hetalogrfico.

2l principio de funcionamiento, se basa en la refle$i)n de haces luminosos

provenientes de una fuente luminosa sobre la probeta metalogrfica, luego la

imagen ampliada llega al o#o del observador o a la pel!cula fotogrfica,

algunos microscopios metalogrficos adems de las partes elementales

contienen dispositivos polarizadores, euipos de fluorescencia,

interferometr!a y de contraste u oculares microm+tricos con los cuales se

logran medidas a escalas de : m >, ue a simple vista ser!a imposible medir,

todos estos elementos anteriores se reuieren para aplicaciones muy

especiales.

Variables del microscopio metalogrfico.

Aumentos. 2l aumento del microscopio metalogrfico est su#eto al aumento

individual de cada lente ocular y ob#etivo y a la distancia entre ellos, ademsa la distancia a la ue la imagen est formada y a las distancias focales de

las lentes.

*lgunos fabricantes de las lentes imprimen sus aumentos respectivos sobre

ellas, generalmente se dice ue el aumento total del microscopio es igual al


37/87

producto entre el aumento del ob#etivo y el aumento del ocular. Otros

fabricantes en cambio pueden imprimir sobre las lentes las distancias focales

o algunas letras o c)digos especiales los cuales remiten a una tabla provista

tambi+n por el fabricante para obtener buenos resultados en lasobservaciones. La m$ima ampliaci)n ue se consigue con estos

microscopios es de apro$imadamente %400 aumentos. ?ero se puede

e$tender hasta 000 utilizando lentes ba/adas en aceite.

Poder resolvente. 2s la m$ima o m!nima capacidad de proporcionar una

buena imagen de la probeta metalogrfica por parte del microscopio. 2l

poder separador depende directamente de la longitud de onda de la luzemitida por la fuente de iluminaci)n. 3e dice ue la distancia entre dos

puntos de una superficie ue no pueden verse separadamente est dada

por

)2(sen2 uN

AD = :2c. %>

7onde Des la distancia,Ala longitud de onda de la fuente de iluminaci)n, "

este !ndice de refracci)n del material entre ob#etivo y probeta y # es elngulo de apertura del ob#etivo. *lgunos microscopios usan fuentes de

iluminaci)n monocromticas ue confieren a-n mayor poder separador.

Poder de contraste. 2s la capacidad de mostrar en mayor o menor grado las

reas brillantes yo opacas de la probeta metalogrfica. 2l poder me#ora

considerablemente si se usan elementos constitutivos del microscopio ue

no produzcan p+rdidas en la trayectoria )ptica, hacia y desde la probeta.

Filtros de lu$. 3on dispositivos ue logran combinar el tipo e intensidad de luz

seg-n si se uiere variar a su vez el poder de contraste con poder separador,

por e#emplo si se usa una mayor cantidad de luz aumenta el poder de


38/87

contraste, lo ue por lo general reduce el poder separador del microscopio,

estos filtros reducen las p+rdidas de luz a lo largo de la trayectoria )ptica.

CUESTIONARIO

%. NCules otras variables del microscopio metalogrfico se deben tener en

cuenta para una observaci)n, e$pliu+.

Rta *umentos es el aumento individual de cada lente.

?oder Resolverte es la ma$ima o minima capacidad de proporcionar

una buena imagen. 2l poder separador depende de la longitud de onda de la

luz emitida por la fuente de iluminaci)n.

?oder de Contraste capacidad de mostrar en mayor o menor grado

las areas brillantes yo las areas opacas de la probeta.

Biltros de Luz dispositivos ue controlan la intensidad de la luz con el

poder de contraste y el poder separador.

. 7escriba el microscopio utilizado, su gama de aumentos y sus partes

principales.

Rta el microscopio metalografico es un microscopio comun, pero ue llevaun arreglo tal ue permite observar la luz refle#ada por la superficie del metal.

2l microscopio esta constituido esencialmente por un ob#etivo y un ocular. 2l

ob#etivo es un sistema de lentes de distancia focal corta, de

apro$imadamente algunos mil!metros, ue da del ob#eto una primera imagen

real y ampliada. 2l ocular es un sistema de lentes de distancia focal mas


39/87

grande, del orden de cm, ue da de la imagen precedente una imagen

definitiva ampliada, virtual :lupa> o real :ocular de proyeccion>.

8. 2$pliu+ el funcionamiento del microscopio electr)nico y describa cada

una de sus partes.

Rta el microscopio electr)nico utiliza electrones para iluminar un ob#eto.

7ado ue los electrones tienen una longitud de onda mucho menor ue la de

la luz, pueden mostrar estructuras mucho ms peue/as. La longitud de

onda ms corta de la luz visible es de alrededor de F.000 angstroms :%ngstrom euivale a 0,000000000% metros>. La longitud de onda de los

electrones ue se utilizan en los microscopios electr)nicos es de alrededor

de 0,4 angstroms. 7isponen de un ca/)n de electrones ue emite los

electrones ue chocan contra el esp+cimen, creando una imagen

aumentada. 3e utilizan lentes magn+ticas para crear campos ue dirigen y

enfocan el haz de electrones, ya ue las lentes convencionales utilizadas en

los microscopios )pticos no funcionan con los electrones. 2l sistema de vac!o

es una parte relevante del microscopio electr)nico. ?or -ltimo, todos los

microscopios electr)nicos cuentan con un sistema ue registra o muestra la

imagen ue producen los electrones.

F. 2$pliu+ venta#as y desventa#as del microscopio electr)nico sobre el

microscopio )ptico metalogrfico.

Rta el microscopio electr)nico produce imgenes ms n!tidas y puede

mostrar estructuras mucho ms peue/as pero el )ptico genera imgenes

mas utilices para reconocer estructuras tridimensionales de ob#etos

peue/os.


40/87

PRACTICA

OBSERVACIN MICROSCPICA DE METALES PUROS Y ALEACIONES

METALICAS

Los metales puros en aplicaciones mecnicas son muy poco utilizados por

sus escasas caracter!sticas, para hacerlos -tiles y me#orar sus propiedades

se a/aden componentes u!micos ue las refuerzan, convirti+ndose en

aleaciones, a las cuales se les controla su composici)n y proceso de

obtenci)n para determinados usos. Gna de las aleaciones ue por largo

tiempo ha sido empleada es el acero, el cual concede propiedades -nicaspara infinidad de usos a relativo ba#o costo.

So-/d/4/*+*/ d, -o& M,'+-,& P)(o&

La solidificaci)n de metales puros reuiere de dos pasos fundamentales,

nucleaci)n y crecimiento.

%. 9ucleaci)n 3ucede cuando una parte s)lida se forma dentro del l!uido,

+sta puede ser de dos formas

9ucleaci)n homog+nea Ocurre cuando los tomos se re-nen para

formar una especie de pepita ue e$cede un tama/o llamado radio cr!tico.

9ucleaci)n heterog+nea 2s la ms usual, sucede cuando un s)lido se

forma sobre la superficie de una impureza suspendida dentro del l!uido.Iodos los metales y aleaciones de usos en ingenier!a nuclean

heterog+neamente. "eneralmente se a/aden impurezas

intencionalmente para obtener un refinamiento del grano o producir una

mayor cantidad de ellos.


41/87

. Crecimiento Cuando ya se ha formado el n-cleo s)lido, los tomos se

adhieren a la superficie s)lida desencadenando una solidificaci)n hasta

llegar a la total, en este proceso pueden suceder dos tipos de

crecimiento

Crecimiento planar 3e forma por una peue/a protuberancia s)lida ue

empieza a crecer rodeada por metal l!uido, solidificndose todo el metal

l!uido de manera uniforme.

Crecimiento dendr!tico Ocurre cuando el l!uido puede subenfriarse a

una temperatura menor a la de solidificaci)n apareciendo peue/asprotuberancias s)lidas desiguales llamadas dendritas por su forma

caracter!stica. 2ste crecimiento contin-a hasta ue el l!uido subenfriado

llega a la temperatura de solidificaci)n y cualuier l!uido faltante

solidifica de forma planar.

%urvas de enfriamiento de metales puros. 2n los metales puros pueden

ocurrir dos tipos de enfriamiento a saber

Cuando en el metal l!uido, despu+s de vaciado en el molde se presenta

una nucleaci)n heterog+nea, la solidificaci)n se iniciar a la temperatura

de transici)n del estado s)lido, en la cual se produce una estabilizaci)n

t+rmica, el crecimiento presente ba#o estas condiciones es planar.

Cuando en el metal l!uido, se presenta una escasa nucleaci)n y se

desarrolla un subenfriamiento por deba#o de la temperatura de

solidificaci)n, ocurre crecimiento dendr!tico, luego el calor latente es

absorbido por el l!uido subenfriado, subi+ndolo a la temperatura de

solidificaci)n esto se denomina autocalentamiento, luego estabiliza

peri)dicamente hasta ue se concluye la solidificaci)n mediante

crecimiento planar.


42/87

:a> Crecimiento planar, :b> Crecimiento dendr!tico.

Curvas de enfriamiento. :a> 3in subenfriamiento, :b> Con subenfriamiento.

Macroestructura de los metales. Como resultado de la solidificaci)n el metal

presenta estructuras ya sean dendr!ticas o planares ue crecen uniformes,

hasta ue se encuentran con otra estructura ue tambi+n ha estado

creciendo durante la solidificaci)n, en +ste punto se delimitan los granos de

los materiales. 2ntre ms lento solidifiue un material, mayor uniformidad en

los granos y estos sern de menor tama/o.

Gn material con granos peue/os ser ms duro ue uno con granos

grandes, debido a ue los granos grandes tienden a fracturarse o a

deslizarse uno sobre otro lo ue no ocurre con los granos peue/os.


43/87

2n la macroestructura de un material pueden aparecer tres distintas zonas a

saber

%. Sona fr!a 2s una regi)n estrecha de granos orientados al azar en lasuperficie de la fundici)n, esto ocurre porue el material se enfr!a primero

en las paredes ue del molde.

. Sona columnar Qsta contiene granos alargados orientados en una

direcci)n cristalogrfica particular. Los granos pueden crecer en direcci)n

desde reas ms fr!as a las ms calientes de la fundici)n. 2n metales de

estructura c-bica, los granos crecen en direcci)n perpendicular a la pareddel molde, al final de la solidificaci)n aparecen granos paralelos entre s!.

Los granos pueden componerse de muchas dendritas, si el l!uido es

subenfriado o solidifica en forma planar si no e$iste subenfriamiento.

8. Sona euia$ial "eneralmente est formada por granos orientados al azar

originados por elementos aleantes, refinadores de granos o ba#as

temperaturas de vaciado. 2stos granos son de forma redonda o euia$ial.

La forma de direccionarse no genera el crecimiento de granos

columnares.


44/87

Sonas en una fundici)n solidificada.

A-,+*/o,& d, M,'+-,&

Los metales puros en ingenier!a casi no se utilizan puesto ue sus

propiedades mecnicas no son las adecuadas, por esto se combinan

u!micamente dos o ms metales :aleaci)n>, con lo cual me#oran laspropiedades de los metales o conforman un nuevo material con

caracter!sticas propias, las cuales dependen de los distintos elementos ue

las constituyen. *lgunas de las aleaciones ms usadas en la industria son

Lat)n ro#o o amarillo :cobrezinc>

@ronce :cobre, esta/o, zinc, plomo>

*luminio, cobre, magnesio, silicio y zinc. 6ierro, carbono, cobalto, tungsteno, molibdeno, vanadio, etc. o aceros

Cobre, oro, plata.

2$isten normas ue especifican las proporciones de elementos ue se usan

en cada aleaci)n. 2n la figura F se observa el diagrama de enfriamiento de


45/87

un acero de ba#o carbono, dicha curva var!a a la de los metales puros. 2sta

variaci)n se debe a la aleaci)n con el carbono el cual permite variadas

estructuras.

*dems de las curvas de enfriamiento, las aleaciones son muy -tiles los

diagramas de fases isomorfos, con los cuales se obtiene informaci)n sobre

las fases, temperaturas, composici)n, estructura, etc. de una aleaci)n en

particular.

Curvas de enfriamiento de una aleaci)n hierrocarbono de ba#o porcenta#e en

carbono.


46/87

7iagrama de fases para una aleaci)n cobren!uel.

?ero uno de los diagramas de fases ms ampliamente utilizados es el

diagrama hierrocarbono el cual proporciona informaci)n para todos y cada

uno de los aceros y fundiciones. Con el diagrama hierrocarbono se pueden

estimar temperaturas y porcenta#es de carbono en los ue el metal cambia

su estructura cristalina o cambia de fase. 2n el e#e horizontal del diagrama

hierrocarbono est ubicado el porcenta#e de carbono ue se encuentra

diluido en el hierro y en el e#e vertical se encuentran las temperatura a las

ue suceden los cambios mostrados por las curvas representadas. * las

aleaciones de hierrocarbono ue se encuentran por deba#o de 0.1( de

carbono se les denomina hipoeutectoides. 2l punto eutectico representa la

m$ima diluci)n de carbono en el hierro a la menor temperatura. 3eg-n la

concentraci)n de carbono, las aleaciones se clasifican en

%. 7e 0.001( de C a 0.08( de C, se denomina hierro dulce.

. 0.08( de C a %.&'( de C, se denomina aceros, los cuales se subdividen

en


47/87

*cero hipoeutectoide, de 0.08( de C a 0.1A( de C.

*cero hipereutectoide, de0.1A( de C a %.&'( de C.

8. 7e %.&'( de C a '.'&( de C, se denominan fundiciones, ue se

subdividen en

Bundici)n hipoeut+ctica, de %.&'( de C a F.8'( de C.

Bundici)n eutectica, de F.8'( de C, funde a ms ba#a temperatura.

Bundici)n hipoeutectica, de F.8'( de C a '.'&(.

Las aleaciones de hierrocarbono se componen de diversos constituyentes

ue var!an seg-n las proporciones de aleaci)n y sus temperaturas, estos

constituyentes principales son, ferrita, cementita, austenita, martensita,

perlita y otros compuestos ue posteriormente en otra prctica se describirn

con ms detalle.

CUESTIONARIO

%. N7e ue depende el tama/o del grano de un acero

Rta el tama/o de grano de un acero depende de la velocidad de

enfriamiento en el proceso de cristalizaci)n, incrustaciones creadas en el

acero al adicionar agentes deso$idantes usuales, tratamientos t+rmicos del

acero solid) antes de su calentamiento para el tratamiento t+rmico final y

proceso de deformaci)n.


48/87

. NCules caracter!sticas mecnicas concede el tama/o del grano a un

material, e$pl!uelas.

Rta concede dureza si el material posee granos peue/os, debido a ue los

granos grandes tienden a fracturarse o a deslizarse uno sobre otro,

resistencia a la tension y a la fluencia. Los granos finos aumentan la

tenacidad del impacto, me#oran los acabados de mauinado y mitigan la

formaci)n de grietas en el enfriamiento.

8. NComo se e$traen los diagramas isomorfos o de euilibrio de un

material

Rta determinando las temperaturas iniciales y finales de solidificacion,

calentando y enfriando rapidamente muestras y verificar esos cambios de

estructura, midiendo dimensiones de los metales, comprobando cambios de

fase.


49/87

PRACTICA 5

RECONOCIMIENTO DE MICROCONSTITUYENTES EN ACEROS AL

CARBONO

2n las aleaciones ferrosas y principalmente en los aceros al carbono se

presentan unos constituyentes, los cuales le conceden caracter!sticas y

propiedades particulares. 3u presencia depende del tratamiento t+rmico al

cual se somete dicha aleaci)n. 2s de evidente importancia ue el estudiante

reconozca seg-n sus formas, colores, composiciones y caracter!sticas

propias, cada uno de los microconstituyentes ue se encuentren presentesen una muestra, dada por medio del microscopio.

M/*(o*o&'/')?,',& d, -o& A*,(o&

Ferrita. *parece s)lo en aceros recocidos y es ms llamada hierro alfa : Fe

>, es hierro casi puro, se encuentra en soluci)n s)lida y puede contener

peue/as cantidades de silicio, f)sforo y otras impurezas o tambi+n en esta

soluci)n se puede encontrar n!uel, manganeso, cobre o aluminio. Iiene

apro$imadamente una resistencia de 1 2mmkg , 84 a F0( de alargamiento

y una dureza de A0 6@ :unidades @rinell>, siendo el ms blando y todos los

constituyentes del acero, muy d-ctil y maleable, es magn+tico y posee poca

dureza coercitiva. 2n los aceros puede aparecer en formas diversas as!

%. Como elemento proeutectoide ue acompa/a a la perlita, en este caso se

presenta en varias formas

2n forma de cristales mezclados con perlita en aceros de menos de

0.44( de carbono.

Bormando una red ue limita los granos de perlita en aceros de 0.44 a

0.14( de carbono.


50/87

2n forma de agu#as orientadas en direcci)n de los planos

cristalogrficos de la austenita, es t!pica en aceros en bruto de colada

donde la ferrita se precipita como agu#as dirigidas al interior de los

granos. 2s llamada estructura de &idmanst'tten.

. Como elemento eutectiode de la perlita, formando lminas paralelas

separadas por lminas de cementita.

8. *parece formando la matriz ue rodea a gl)bulos de cementita, +sta es

caracter!stica de aceros para herramientas de 0.A a %. F( de carbono

recocidos.

F. *parece mezclada con martensita o con elementos de transici)n

formando zonas blancas irregulares o agu#as finas cuando ocurre

calentamiento y posterior enfriamiento deficiente, en aceros

hipoeutectoides templados.

%ementita. 2ste constituyente es al igual ue la ferrita, caracter!stico de losaceros recocidos, es carburo de hierro : 3CFe > con '.'&( de carbono y

A8.88( de hierro. 2s el ms duro y frgil de todos los constituyentes de los

aceros al carbono, su dureza est por encima de los '1 6RC :RowellC>, es

magn+tica a temperatura ambiente pero pierde su magnetismo a los %15C.

2n los aceros se puede apreciar

%. Bormando una red envolvente a los granos de perlita en aceros con ms

de 0.A( de carbono y aparece como cementita proeutectoide, tambi+n en

forma de agu#as finas dirigidas al interior de los cristales en estructuras en

bruto de colada.


51/87

. Bormando parte de la perlita, ue se denomina como cementita perlitica o

eutectiode y su forma particular es la de lminas paralelas separadas por

otras de ferrita.

8. 2n aceros recocidos de 0.A a %.F( de carbono se presenta como

cementita globular con peue/os gl)bulos dispersos sobre una matriz

ferritica.

F. 2n aceros y hipoeutectoides templados con calentamiento insuficiente

aparece la cementita rodeada de martensita u otros constituyentes de

transici)n.

4. 2n forma de gusano semicircular como cementita terciaria en las uniones

de los granos en aceros de ba#o contenido de carbono, menos de 0.4(

de carbono. 2n aceros de alto carbono se puede confundir con la

cementita eutectiode.

Perlita. 2s un constituyente presente en los aceros recocidos y est formado

por capas alternadas de ferrita y cementita, tiene una resistencia de 102mmkg tiene un alargamiento de %4( apro$imadamente, la ferrita y

cementita componentes de la perlita aparecen formando lminas paralelas y

alternadas ue tienen refle#os nacarados, de au! su nombre. 3eg-n la

distancia interlaminar la perlita se puede clasificarse en

%. ?erlita gruesa, con una separaci)n entre lminas de F00 :millon+simas

de mm>, una dureza de 00 6@, se obtiene por enfriamiento lento dentrodel horno, para observarlas es necesario 400 aumentos del microscopio.

. ?erlita norma, con una separaci)n de 840 y 0 6@ de dureza.


52/87

8. ?erlita fina, en una separaci)n de 40 y 800 6@ de dureza, se obtiene

por enfriamiento al aire.

Austenita. 2s una soluci)n s)lida de carbono o carburo de hierro, es hierro

gama : Fe > puede contener desde 0 a %.&( de carbono, es un

constituyente de composici)n variable, se encuentra en aceros templados.

2n aceros con alto contenido en manganeso :%(>, este constituyente

aparece con el simple enfriamiento al aire. 2n aceros austen!ticos de alta

aleaci)n se presenta formando cristales poli+dricos parecidos a los de la

ferrita, diferencindose porue los contornos son ms rectil!neos y menos

pronunciados en la austenita, su resistencia es de 11 a %04 2

mmkg

apro$imadamente 800 6@ de dureza y un alargamiento del 80 al '0(, poco

magn+tica, blanda, d-ctil y tenaz, gran resistencia al desgaste, siendo el

constituyente ms denso de los aceros.

Martensita. 2s t!pico de los aceros templados, se considera una soluci)n

s)lida sobresaturada de carburo de hierro o carbono en hierro alfa : Fe >.

3e obtiene por enfriamiento rpido desde alta temperatura, el contenido de

carbono puede variar con lo cual var!a su dureza, resistencia y fragilidad.

7espu+s de los carburos y la cementita es el constituyente ms duro de los

aceros, en una resistencia de %&0 a 40 2mmkg , dureza de 40 a '1 6RC y

un alargamiento de .4 a 0.4(, es magn+tica. 3e presenta en forma de

agu#as en zigzag con ngulos de '05.

(roostita. 2s un con#unto e$tremadamente fino de cementita y hierro alfa :

Fe >. 3e produce por enfriamiento de austenita a velocidades un poco

menores a las de enfriamiento por transformaci)n isot+rmica de la austenita

a temperatura de 400 a '005C, seg-n el tipo sus propiedades se encuentran

entre las de la martensita y la sorbita, en una resistencia de %F0 a %&42mmkg , F00 a 400 6@ de dureza, alargamiento de 4 a %0( y es magn+tica.


53/87

3u forma es nodular de color oscuro con estructura radial, aparece

generalmente en compa/!a de la martensita y la austenita.

Sorbita. 2s un con#unto fino de cementita y hierro alfa : Fe >, se obtiene porenfriamiento de la austenita a una velocidad menor ue la del temple o por

transformaci)n isot+rmica de la austenita en temperaturas de '00 a '405C.

?osee una resistencia de 11 a %F0 2mmkg , su dureza es de 40 F00 6@ y

su alargamiento es de %0 a 0(, es el microconstituyente de mayor

resistencia de los aceros. ?ara su observaci)n se reuiere de grandes

aumentos donde se distingue en forma de peue/os gusanillos y a veces

como granos blancos finos sobre un fondo oscuro, se puede confundir aveces con la perlita en aceros hipo e hipereutectiodes normalizados o

recocidos pero se diferencia por su aspecto muy difuso. La distancia

interlaminar ue forma la sorbita es de %00 a 40 apro$imadamente, al

igual ue la austenita, martensita y troostita, este constituyente es

caracter!stico de los aceros templados.

)ainita. 2s el constituyente caracter!stico de los aceros sometidos al

T*ustemperingU, se forma por transformaci)n isot+rmica de la austenita, la

temperatura de enfriamiento est entre 40 y '005C apro$imadamente. La

bainita se puede dividir en dos tipos de estructura.

%. @ainita superior. 2s de aspecto arborescente :forma de rbol>, se forma a

400 o 4405C y est constituida por una matriz perlitica con contenido de

carburos, en aceros al carbono, contiene cementita.

. @ainita interior. 2s de aspecto acicular :forma de agu#as> muy similar a la

martensita. Con agu#as alargadas ue contienen placas delgadas de

carburos, estas placas son paralelas entre s! y forman ngulos de '05 con

el e#e de las agu#as de ferrita.


54/87

Vltimamente se ha se/alado la adici)n de un tipo intermedio de bainita

donde su forma es muy similar a la bainita superior, pero donde sus carburos

son ms peue/os y con orientaciones diferentes.

%arburos. 3on los constituyentes ms duros de los aceros al carbono, de

acuerdo con su constituci)n se dividen en tres clases as!

1. Carburos simples. 2stn formados por un elemento especial combinado

con el carbono.

2. Carburos dobles. 2stn formados por un elemento especial hierro y

carbono.

8. Carburos constituidos. 2stn formados por mezclas isomorfas de un

carburo simple con el carburo de hierro.

2stos constituyentes se presentan principalmente en los aceros rpidos, los

aceros con carburos conservan la dureza a-n cuando se calientan atemperaturas elevadas. La forma estructural de los carburos es la de granos

con l)bulos de color blanco brillante, muy similares a la cementita globular.

2stos microconstituyentes se observan en el diagrama hierrocarbono.


55/87

7iagrama hierrocarbono.

A'+@), d, P(o3,'+&

Con una probeta solamente pulida y luego puesta ba#o el microscopio s)lo se

podrn observar las inclusiones no metlicas dentro de una masa blanca y

brillante y desde luego no se podr observar ning-n microconstituyente

destacado del tipo de aceros del cual esta hecha la probeta, por eso se hace

necesario atacar la superficie de la probeta con ms reactivos ue ba#o

tiempos apropiados hacen ue aparezca la estructura cristalina del acero.

Los reactivos ms utilizados para descubrir la estructura cristalina de los

aceros son soluciones alcoh)licas de cidos n!trico y p!crico.

?ara la preparaci)n de estos reactivos se procede as!

?icral F F partes de cido p!crico y A' partes de alcohol et!lico

9ital % % parte de cido n!trico y AA partes de alcohol et!lico


56/87

9ital partes de cido n!trico y A1 partes de alcohol et!lico

9ital 8 8 partes de cido n!trico y A& partes de alcohol et!lico

9ital F F partes de cido n!trico y A' partes de alcohol et!lico

9ital 4 4 partes de cido n!trico y A4 partes de alcohol et!lico

Las venta#as de cada reactivo anteriormente mencionado son

?icral F

Huestra los m$imos detalles de la perlita, martensita, bainita, martensita

revenida y cementita globular. 6ace visibles los carburos sin disolver en la martensita.

2s indicado para diferenciar la ferrita, martensita y las masas de carburo.

3e utiliza para diferenciar la bainita de la perlita fina.

6ace visibles part!culas de carburo en las envolventes de cristales en

aceros ba#os en carbono.

9ital %, , 8, F y 4

6ace visibles los cristales de ferrita en los ret!culos de los aceros de ba#o

carbono.

7iferencia claramente la perlita de los constituyentes proeutectoides

cementita y ferrita.

3e utiliza para observar las envolventes de los cristales en los aceros de

F( en silicio.

7eben usarse en aceros al cromo para co#inetes de bolas y aceros de

ba#a aleaci)n resistentes a la acci)n del ?icral F.

7estacan los cristales de ferrita en estructuras martens!ticas en las ue

aparece algo de ferrita.


57/87

2l tiempo de ataue var!a seg-n la estructura a observar.

?ara aceros perliticos con 9ital 8, %0 segundos y con ?icral F, 0

segundos.

?ara aceros sorbiticos con 9ital 8, 1 segundos y con ?icral F, %4

segundos.

?ara aceros troostiticos con 9ital 8, 8 segundos y con ?icral F, 4

segundos.

?ara aceros martensiticos con 9ital 4, 4 segundos y con ?icral F, %0

segundos.

2stos tiempos son para aceros al carbono, si se trata de aceros especiales

se debe prolongar o modificar el tipo de ataue.

* continuaci)n se muestran las fotografias metalograficas tomadas a las

probetas en el laboratorio atacadas con 9ital al 4( por 4 segundos.

?robetas% %00 ?atr)n %00 Revenido8 %0F4 ?atr)nF %0F0 Iemplado4 %0F4 Iemplado' %00 Iemplado& %0F4 Iemplado1 F%F0 IempladoA %00 Iemplado%0 O% Iemplado

%% F%F0 Iemplado% F%F0 ?atr)n%8 O% Iemplado%F F%F0 Iemplado%4 O% Revenido%'%& F%F0 ?atr)n%1 O% Revenido


58/87

*cero %00 ?atr)n

*cero %00 Revenido


59/87

*cero %0F4 ?atron

*cero %0F0 Iemplado


60/87

*cero %0F4 Iemplado

*cero %00 Iemplado


61/87

*cero %0F4 Iemplado

*cero F%F0 Iemplado


62/87

*cero %00 Iemplado

*cero O% Iemplado


63/87

*cero F%F0 Iemplado

*cero F%F0 ?atron


64/87

*cero O% Iemplado

*cero F%F0 Iemplado


65/87

*cero O% Revenido

*cero


66/87

*cero F%F0 ?atron

*cero O% Revenido


67/87

CUESTIONARIO

%. N7e u+ depende el tama/o de grano en un acero

Rta depende de su m+todo de manufactura, tratamiento t+rmico, cantidad de

tiempo de traba#o en caliente y en fr!o y los elementos de aleaci)n.

. N3+ puede modificar el tama/o del grano de un acero, #ustifiue

respuesta.

Rta si se puede modificar, ya ue un metal al ser sometido a tratamientos

termicos cambia su tama/o de grano dependiendo de la temperatura y del

tratamiento llevado a cabo.


68/87

8. 2$pliue la transformaci)n de una estructura cristalina en los

microconstituyentes hallados en cada una de las muestras de acero

observadas.

Rta la transformaci)n se debe al calentamiento de las piezas en los

procesos de templado, revenido y normalizado, ya ue al suceder esto la

estructura cristalina cambia sus propiedades. 2n el revenido aparece la

ferrita, cementita y perlita mientras ue en el templado aparecen la austenita,

martensita, troostita bainita y sorbita.

F. Con los valores de dureza de cada muestra de la tabla 8, e$pliue la

relaci)n ue +sta tiene con los microconstituyentes presentes en cada

probeta.

Rta las durezas tomadas fueron mayores en probetas en donde se encontr)

cementita y martensita ya ue estas son muy duras y fueron menores en

donde se encontr) ferrita y austenita teniendo lo anterior relaci)n con laspropiedades de estos microconstituyentes.

4. N2n u+ caso :s> no fue fcil la identificaci)n de los microconstituyentes,

Npor u+ ocurre esto

Rtala identificaci)n no fue facil al haber un sobreataue de la muestra,rayones en la pieza y probetas mal tratadas.


69/87

PRACTICA

ENSAYO DE DUREZA

7entro del mbito de los metales e$isten muchas variables ue intervienen

en las condiciones finales de los metales en alguna aplicaci)n en especial,

una de +stas variables es la dureza, la cual est asociada al tipo de metal o

aleaci)n y ms espec!ficamente a su microestructura, +sta -ltima a su vez

depende del tratamiento t+rmico al ue haya sido sometido el metal o

aleaci)n, si se reuieren piezas de dureza espec!ficas esta variable debe

medirse cuidadosamente ba#o cualuiera de los m+todos e$istentes, ya sea@rinell, Rockwell, =icker, etc. dependiendo de la disponibilidad del ensayo.

?or todo lo anterior se hace imprescindible para el estudiante el conocimiento

de las pruebas de dureza ms utilizadas para cada metal o aleaci)n.

E&+?o d, D)(,:+ B(/,--

2sta prueba es utilizada desde el a/o %A00 y se aplica principalmente para

determinar la dureza de piezas como elementos for#ados o colados, es el

m+todo ue menos necesita de la preparaci)n de la pieza, s)lo reuiere ue

la superficie sea relativamente lisa y libre de suciedad.

2l m+todo consiste en comprimir una bola de acero templado de carburo de

tungsteno de %0 mm de dimetro con una carga de 8000 fkg sobre la

superficie del metal a ensayar, durante un tiempo por lo general es de %4 o

80 segundos. ?ara metales no ferrosos la carga se reduce a 400 fkg . Luego

de mantener dicha carga se mide el dimetro promedio de la impresi)n

de#ada por la bola y por medio de la ecuaci)n % se determina el n-mero de

dureza @rinell :97@>, as!


70/87

( )

=

222

2

mm

kg

dDDD

PNDB

f

:2c. %>

7onde Pes la carga aplicada en fkg , Del dimetro de la esfera en mm y d

el dimetro de la impresi)n enmm .

2n la prctica real no es necesario realizar los clculos puesto ue e$isten

tablas en la cuales se pueden leer los valores de 97@ ue corresponden a

dichos dimetros de impresi)n o se pueden leer directamente con ayuda de

una escala graduada, dispuesta en las muinas actuales. Los usos ms

frecuentes del n-mero de dureza @rinell son

?ara determinar apro$imadamente el porcenta#e de carbono de un acero

:s)lo valido para aceros al carbono>, as!

141

80%

=NDB

C :2c. >

?ara el clculo apro$imado de la resistencia a la tracci)n : uS >

)(35.0 2cmkgNDBSu ) )(500 psiNDBSu :2c. 8>

?ara un acero cuando 400200


71/87

E&+?o d, D)(,:+ Ro*,--

2s una de las pruebas ms ampliamente realizadas en el mundo, e$isten

variaciones de la prueba bsica ue permiten probar una variedad grande de

materiales. 2sta prueba utiliza la penetraci)n ba#o carga constante como una

determinante de la dureza. 2l m+todo consiste en aplicar una carga peue/a

de %0 fkg para asentar el esp+cimen, luego se aplica una carga mayor y se

registra en un instrumento el incremento en la penetraci)n, se emplean dos

tipos de penetradores, un cono de punta de diamante o un penetrador

esf+rico, para cada uno de ellos e$isten relaciones matemticas las cuales

proporcionan el n-mero de dureza Rockwell :97R>. 7ependiendo de la carga

y el tipo de penetrador este n-mero de dureza se puede especificar as!

Rockwell * :97R*> Cono de diamante, carga kg5010 + . 3e usa para

metales duros como el carburo de tungsteno.

Rockwell @ :97R@> @ola de %.41& mm, carga kg9010 + , se emplea para

metales semiblandos, por e#emplo en aleaciones de cobre y acero suave.

Rockwell C :97RC> Cono de diamante, carga kg14010 + , para metales

duros como aceros duros o templados.


72/87

Rockwell 7 :97R7> Cono de diamante, carga kg9010 + , se emplea

algunas veces metales con endurecimiento superficial.

Rockwell 2 :97R2> @ola de 8.%&4 mm, carga kg9010 + , se utiliza para

metales blandos como magnesio y metales para co#inetes.

Rockwell B :97RB> @ola de %.41& mm, utilizado para materiales blandos

al

laboratorio metales

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