1 Práctica 2. Observación de microestructuras. NEIRA D. Felipe. Abstract—En la práctica de laboratorio realizada, se estudiaron las características generales de la microestructura de aceros y fundiciones, además de los tipos de grafitos e inclusiones. También se observaron al microscopio varias de estas estructuras. Escoria: Mezcla de todas las inclusiones, y frecuentemente, de otros metales, como magnesio o calcio. La presencia de este tipo de estructura en un metal hace que este sea mucho más débil. B. Estructuras Ferrita: Es la estructura ferrítica más maleable y frágil. El tamaño de grano de dicha estructura es mayor comparado al de otras estructuras. Su estructura cristalina está centrada en el cuerpo (BCC) [1] y es el componente que le da al acero y a las fundiciones sus propiedades magnéticas. Es casi hierro puro. I. INTRODUCCION E xisten varios materiales desarrollados a partir de aleaciones. Dos tipos muy especiales de materiales consisten en aleaciones de hierro y carbono; los aceros y las fundiciones. La diferencia entre estas dos radica en la cantidad de carbono presente en la aleación. Las microestructuras presentes en estos tipos de compuestos son la ferrita, la cementita y el grafito (esta última en el caso de las fundiciones). Estas se hallan distribuidas de diferentes maneras, en diferentes patrones, conformando así diferentes tipos de estructuras. La metalografía (como se vio en la anterior práctica) es la encargada de estudiar las microestructuras de los metales, por lo cual esta práctica podría verse como un complemento (o aplicación) de la anterior, ya que esta ciencia es la encargada de identificar y clasificar las diferentes estructuras de los materiales anteriormente mencionados. II. OBJETIVOS 1. 2. 3. Conocer los distintos tipos de microestructuras de los aceros y las fundiciones. Identificar el tipo determinado de la estructura de un acero o una fundición. Deducir las propiedades que podrá tener un material en base a su microestructura. Fig. 1. Ferrita. Puede verse el predominante color blanco que caracteriza a esta estructura, además de la no intromisión de otras microestructuras como cementita. Cementita: Producida por el exceso de carbono sobre el límite de solubilidad. Es dura y frágil, y no es posible su uso para operaciones de laminado o forja. [2] Perlita: Es un microconstituyente formado por la mezcla laminar de ferrita y cementita [3]. Se le da este nombre porque al ser observada en el microscopio a pocos aumentos tiene la apariencia de una perla. La perlita aparece en granos denominados "colonias"; dentro de cada colonia las capas están orientadas en la misma dirección, la cual varía de una colonia a otra. III. BASE TEÓRICA A. Inclusiones Existen tres tipos de inclusiones contaminantes en los aceros, y el grado de presencia de cada una de estas en un material afectará la calidad del mismo: Inclusión de tipo sulfuro: Caracterizada por ser alargada. Inclusión de tipo aluminato: Caracterizada por un camino de puntos. Inclusión de tipo óxido: Caracterizada por estructuras esféricas en forma de manchas. Fig. 2. Perlita. Las capas más claras son de ferrita, y las más oscuras son de cementita. 2 Fig. 3. Clasificación de los diferentes tipos de aceros por la AISI (American Iron and Steel Asociation). Los dos primeros dígitos se refieren a los principales elementos de aleación presentes, y los dos (o tres) últimos al porcentaje de carbono [4]. A medida que la concentración de carbono aumenta, el tamaño de grano del material se va haciendo cada vez más y más fino, cada vez más hay una mayor proporción de perlita y, se obtienen aceros cada vez más duros. Acero 1075: Contiene un 0,75% de contenido de carbono, y se halla en lo que se conoce como el punto eutoide de los aceros. Los aceros con un contenido de carbono menor a 0,75% se conocen como hipoeutectoides, y los que poseen un contenido de carbono mayor a 0,75% se conocen como hipereutectoides. Martensita: La estructura más dura y mecánicamente resistente de los aceros, y también la más frágil y menos dúctil, puede considerarse como una solución sólida de carbono en ferrita sobre saturada y distorsionada. Es bastante difícil de ver al microscopio, por lo que puede ser confundida con otras estructuras. Se puede ver en forma de agujas. Fig. 4. Martensita. Se puede observar la forma de múltiples agujas que toma este tipo de estructura. Austenita: Ésta es la forma estable del hierro puro a temperaturas que oscilan entre los 900 a 1400 ºC. Está formado por una disolución sólida del carbono de hierro, lo que supone un porcentaje máximo de C del 2,11%. Es poco magnética, blanda, muy dúctil y tenaz. Tiene gran resistencia al desgaste, siendo el constituyente más denso de los aceros. En los aceros austeníticos de alta aleación se presenta formando cristales poliédricos parecidos a los de la ferrita, pero se diferencia de estos por ser sus contornos más rectilíneos y ángulos vivos (las líneas de grano tienen forma de polígonos regulares). Fig. 5. Austenita. Se pueden observar las formas poligonales más regulares que las de otras microestructuras. Estructura de Widmanstatten: Es una estructura que tiende a debilitar el acero, comúnmente hallada en materiales soldados. Tiende a confundirse con la martensita, lo cual sea probablemente debido a la dificultad de ver al microscopio dicha estructura. Al calentar el material y luego enfriarlo rápidamente, puede solucionarse el problema causado por este tipo de estructuras. C. Fundiciones. Las hay de dos tipos: gris y blanca. Fundición gris: Nombrada así porque al ser quebrada se puede ver una estructura de color gris. Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2% de carbono y más de 1% de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. Una característica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material [5]. Fundición blanca: A diferencia de la gris, posee una cantidad mínima de silicio, y el carbono aparece en forma de cementita. Si este tipo de fundición posee un contenido de carbono menor a 4,3%, se conoce como fundición blanca de tipo hipoeutéctica; y si posee una cantidad de carbono mayor a 4,3%, se conoce como fundición blanca de tipo hipereutéctica, y posee en su estructura unas estructuras similares a listones, compuestos por cementita. Tipos de grafitos: Tipo A: Láminas de grafito distribuidas uniformemente sin orientación preferente. El tipo más común de grafito. 3 Tipo B: Grafito en rosetas. Asociado a velocidades de enfriamiento más rápidas. IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Tipo C: Láminas de diferentes dimensiones. Tipo D: Grafito interdendrítico de sobrefusión. Se enseñó una presentación en PowerPoint sobre los tipos de microestructuras de aceros y fundiciones, en la cual se mostraron varias imágenes correspondientes a cada tipo de aceros y fundiciones. Posteriormente se tomaron 7 probetas y se procedió a analizar una por una al microscopio, para luego identificar el tipo de estructura al cual pertenecían. Aquí se mencionarán los tipos de estructuras identificadas: Primera muestra: Inclusión tipo sulfuro. Segunda muestra: Inclusión tipo óxido. Tercera muestra: Grafito globular (esferoidal). Cuarta muestra: Ferrita. Quinta muestra: Grafito tipo A. Tipo E: Grafito interdendrítico con orientaciones preferentes. Sexta muestra: Fundición blanca hipereutéctica. Séptima muestra: Fundición blanca hipoeutéctica. V. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Tipo esferoidal: Como su nombre lo indica, posee estructuras en forma de esferas o globos. Como tal, no se podría decir que se obtuvieron otros resultados aparte de los tipos de microestructuras identificados de cada material analizado al microscopio, sin embargo respecto a esto se puede decir que las diferentes disposiciones de material y formas geométricas como líneas, manchas, espirales, esferas, listones, etc. en cada estructura son los que permiten su diferenciación y posterior identificación. VI. CONCLUSIONES 1. Tipo nodular: Proviene de la descomposición de la cementita a altas temperaturas. Se presenta en forma de manchas. 2. 3. Las aleaciones del hierro se clasifican en dos de acuerdo con la cantidad de carbono que poseen; en aceros y fundiciones. Si la cantidad de carbono del material es menor al 2%, el material es un acero, si dicha cantidad está entre el 2% y el 6,68%, el material es una fundición. De acuerdo a la cantidad de carbono también existen diferentes tipos dentro de la categoría de los aceros, así como de las fundiciones. El carbono y el hierro se agrupan de diferentes maneras en las microestructuras, creando una gran variedad de disposiciones, con formas como 4 4. 5. líneas, manchas, esferas, agujas entre otras que permiten distinguir dichas microestructuras entre sí, permitiendo su identificación al ser observadas en el microscopio y posterior clasificación. A mayor cantidad de carbono (en formas como cementita y/o perlita), el material adquirirá una mayor dureza, pero en el caso de las fundiciones hay otros elementos que pueden afectar las propiedades físicas del material. En general todas las propiedades de las aleaciones de hierro dependen de la cantidad de carbono presente en su estructura. VII. REFERENCIAS [1] http://es.wikipedia.org/wiki/Ferrita [2] http://es.wikipedia.org/wiki/Cementita [3] D. R. Askeland y P. P Phulé, “Ciencia e Ingeniería de los Materiales” Cuarta Ed. México D.F., México. Thomson, 2006, pp. 547. [4] D. R. Askeland y P. P Phulé, “Ciencia e Ingeniería de los Materiales” Cuarta Ed. México D.F., México. Thomson, 2006, pp. 547. [5] http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro_fundido
