Microestructura y Propiedades Mecánicas de los Metales: Cómo la Temperatura y la Velocidad de Enfriamiento Afectan la Dureza del Metal

En la industria de la fabricación y la ingeniería, la capacidad de predecir las propiedades mecánicas de los metales es crucial para el éxito del diseño y la producción. La microestructura del metal juega un papel fundamental en la determinación de sus propiedades mecánicas, como la dureza, la resistencia y la ductilidad. Este artículo analiza la relación entre la microestructura de los metales y sus propiedades mecánicas, con un enfoque especial en la influencia de la temperatura y la velocidad de enfriamiento en la microestructura y la dureza del metal.

Introducción

La microestructura del metal se refiere a la estructura de cristal y grano de un metal a nivel microscópico. Está determinada por factores como la composición química del metal, la temperatura y la velocidad de enfriamiento durante el proceso de fabricación. La microestructura afecta directamente las propiedades mecánicas del metal, incluyendo su dureza, resistencia y ductilidad. En este artículo, exploraremos cómo la microestructura del metal influye en sus propiedades mecánicas, centrándonos en la influencia de la temperatura y la velocidad de enfriamiento.

Composición y Estructura de la Microestructura del Metal

La microestructura del metal se compone de tres partes principales: la estructura de cristal, la estructura de grano y la estructura de defectos. La estructura de cristal se refiere a la forma en que los átomos del metal están organizados en su red cristalina. La estructura de grano describe cómo se agrupan los cristales en un metal y la estructura de defectos incluye las imperfecciones en la estructura cristalina, como las vacantes y los dislocaciones.

Influencia de la Temperatura en la Microestructura y Propiedades Mecánicas del Metal

La temperatura de fabricación de un metal tiene una gran influencia en su microestructura y, por lo tanto, en sus propiedades mecánicas. A temperaturas altas, los átomos del metal tienen una mayor movilidad y pueden difundir a través de la estructura cristalina del metal, lo que resulta en la formación de granos más grandes. A bajas temperaturas, los átomos tienen menos movilidad, lo que lleva a la formación de granos más pequeños.

Los granos más grandes tienen menos límites de grano, lo que reduce la resistencia del metal y lo hace más dúctil. Por otro lado, los granos más pequeños tienen más límites de grano, lo que aumenta la resistencia del metal y lo hace más duro y quebradizo. Por lo tanto, la temperatura de fabricación es un factor clave en la determinación de la dureza y la ductilidad del metal.

Influencia de la Velocidad de Enfriamiento en la Microestructura y Propiedades Mecánicas del Metal

La velocidad de enfriamiento también tiene una gran influencia en la microestructura y las propiedades mecánicas del metal. Cuando un metal se enfría rápidamente, los átomos no tienen suficiente tiempo para difundir y formar granos grandes. En su lugar, se forman granos más pequeños y más numerosos, lo que aumenta la resistencia y la dureza del metal.

Por otro lado, cuando un metal se enfría lentamente, los átomos tienen más tiempo para difundir y formar granos más grandes. Esto reduce la resistencia del metal y lo hace más dúctil. Por lo tanto, la velocidad de enfriamiento es un factor importante a considerar al diseñar procesos de fabricación de metales.

Técnicas para Controlar la Microestructura del Metal

Existen varias técnicas para controlar la microestructura del metal y, por lo tanto, sus propiedades mecánicas. Una técnica común es el tratamiento térmico, que implica calentar y enfriar el metal en un proceso controlado para manipular su microestructura. Otras técnicas incluyen la deformación plástica y la aleación controlada.

Conclusión

La microestructura del metal juega un papel crucial en la determinación de sus propiedades mecánicas, como la dureza, la resistencia y la ductilidad. La temperatura y la velocidad de enfriamiento durante el proceso de fabricación son factores clave que afectan la microestructura y, por lo tanto, las propiedades mecánicas del metal. Es importante considerar estos factores al diseñar procesos de fabricación para obtener las propiedades mecánicas deseadas del metal.

Preguntas Frecuentes

  1. ¿Por qué es importante entender la microestructura del metal? Es importante entender la microestructura del metal porque influye directamente en sus propiedades mecánicas, lo que a su vez afecta su uso en la industria.
  2. ¿Qué es la estructura de cristal en la microestructura del metal? La estructura de cristal se refiere a la forma en que los átomos del metal están organizados en su red cristalina.
  3. ¿Cómo afecta la temperatura de fabricación del metal a su microestructura y propiedades mecánicas? A temperaturas altas, los átomos del metal tienen una mayor movilidad y pueden difundir a través de la estructura cristalina del metal, lo que resulta en la formación de granos más grandes. A bajas temperaturas, los átomos tienen menos movilidad, lo que lleva a la formación de granos más pequeños.
  4. ¿Cómo afecta la velocidad de enfriamiento a la microestructura del metal? Cuando un metal se enfría rápidamente, se forman granos más pequeños y más numerosos, lo que aumenta la resistencia y la dureza del metal. Cuando un metal se enfría lentamente, se forman granos más grandes, lo que reduce la resistencia del metal y lo hace más dúctil.
  5. ¿Qué técnicas se utilizan para controlar la microestructura del metal? Algunas técnicas comunes incluyen el tratamiento térmico, la deformación plástica y la aleación controlada.

Introducción a la metalografía: Conceptos básicos de la preparación de muestras, técnicas de observación y análisis de microestructuras

La metalografía es la ciencia que estudia las propiedades de los metales y las aleaciones mediante la observación y análisis de su microestructura. Esta disciplina es esencial en la fabricación y producción de materiales, y es una herramienta clave en la resolución de problemas de calidad y rendimiento. En este artículo, se proporcionará una introducción completa a la metalografía, cubriendo los conceptos básicos de la preparación de muestras, técnicas de observación y análisis de microestructuras.

1. ¿Qué es la metalografía?

La metalografía es la rama de la metalurgia que estudia la estructura interna de los metales y aleaciones, así como las propiedades mecánicas y físicas asociadas a esta estructura. La metalografía es fundamental para entender la relación entre la microestructura de los materiales y sus propiedades, y para determinar cómo se comportarán en diferentes condiciones.

1.1. ¿Por qué es importante la metalografía?

La metalografía es una herramienta indispensable para la fabricación y producción de materiales. Al entender la microestructura de un material, es posible optimizar su rendimiento y calidad, y prevenir fallos y defectos en su uso. La metalografía también es útil para la investigación y el desarrollo de nuevos materiales, así como para la resolución de problemas de calidad y rendimiento en la producción.

1.2. ¿Cómo se estudia la microestructura de los metales?

La microestructura de los metales y aleaciones se estudia mediante técnicas de observación y análisis en el microscopio óptico y electrónico. Estas técnicas permiten visualizar y analizar la estructura interna de los materiales a diferentes escalas, desde micrométricas hasta nanométricas.

2. Preparación de muestras metalográficas

La preparación adecuada de muestras es esencial para la observación y análisis de la microestructura de los metales y aleaciones. El proceso de preparación de muestras involucra varias etapas, incluyendo corte, desbaste, pulido, ataque químico y limpieza.

2.1. Corte de muestras metalográficas

El corte es la primera etapa en la preparación de muestras metalográficas y consiste en la separación de una muestra de metal o aleación de su entorno. El corte se realiza con una sierra de corte diamantada o con una cortadora de disco.

Cortadora metalográfica
Cortadora metalográfica

2.2. Desbaste de muestras metalográficas

El desbaste es la segunda etapa en la preparación de muestras metalográficas y consiste en reducir el tamaño de la muestra mediante la eliminación de material. El desbaste se realiza con una lijadora o esmeriladora.

Pulidora metalográfica
Pulidora metalográfica

2.3. Pulido de muestras metalográficas

El pulido es la tercera etapa en la preparación de muestras metalográficas y consiste en el alisado de la superficie de la muestra. El pulido se realiza con una máquina de pulido y papel de lija de diferentes tamaños de grano.

2.4. Ataque químico de muestras metalográficas

El ataque químico es la cuarta etapa en la preparación de muestras metalográficas y consiste en el uso de ácidos u otros reactivos para revelar la microestructura de la muestra. Los ácidos más comunes utilizados en la metalografía son el ácido nítrico, el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico.

2.5. Limpieza de muestras metalográficas

La limpieza es la última etapa en la preparación de muestras metalográficas y consiste en eliminar cualquier residuo de los procesos anteriores. La limpieza se realiza con alcohol, acetona u otros disolventes.

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Alcohol Isopropílico o acetona para limpiar las muestras metalográficas

3. Técnicas de observación de la microestructura

Una vez preparadas las muestras, se pueden observar y analizar mediante diferentes técnicas.

3.1. Microscopía óptica

La microscopía óptica es la técnica más comúnmente utilizada en la metalografía y consiste en la observación de la muestra a través de un microscopio de luz. Esta técnica permite la observación de la microestructura a una escala macroscópica.

Microsopio metalografico invertido DS para metalografia
Microsopio metalografico invertido DS para metalografia

3.2. Microscopía electrónica

La microscopía electrónica es una técnica más avanzada que permite la observación de la microestructura a una escala microscópica. Existen dos tipos de microscopios electrónicos: el microscopio electrónico de barrido (SEM) y el microscopio electrónico de transmisión (TEM).

3.3. Difracción de rayos X

La difracción de rayos X es una técnica que permite la determinación de la estructura cristalina de los materiales. Esta técnica se utiliza para determinar la presencia de fases cristalinas y para analizar la composición química de las mismas.

4. Análisis de la microestructura

El análisis de la microestructura permite determinar las propiedades mecánicas y físicas de los materiales. Este análisis incluye la observación de la morfología de la microestructura, la determinación de la cantidad y distribución de las fases, la medición de las dimensiones de las fases y la determinación de la composición química de las mismas.

Software de análisis de metalografía

4.1. Morfología de la microestructura

La morfología de la microestructura se refiere a la forma y tamaño de las diferentes fases que componen la muestra. La observación de la morfología permite determinar la forma en que las fases interactúan entre sí.

4.2. Cantidad y distribución de las fases

La cantidad y distribución de las fases se refiere a la proporción de cada fase presente en la muestra y cómo están distribuidas en la misma. Esta información es importante para determinar las propiedades mecánicas y físicas del material.

4.3. Medición de las dimensiones de las fases

La medición de las dimensiones de las fases permite determinar el tamaño y la forma de las mismas. Esto es importante para comprender cómo las fases interactúan y afectan las propiedades del material.

4.4. Composición química de las fases

La determinación de la composición química de las fases permite conocer la presencia de elementos y compuestos en la muestra. Esto es importante para entender las propiedades químicas del material.

Conclusiones

La metalografía es una técnica esencial para la investigación y desarrollo de materiales. La preparación de muestras metalográficas es un proceso clave que requiere atención a los detalles y la aplicación de técnicas específicas. La observación y análisis de la microestructura es fundamental para entender las propiedades mecánicas y físicas de los materiales.

Preguntas frecuentes

  1. ¿Qué es la metalografía? La metalografía es una técnica de estudio de los materiales que se enfoca en la observación de la microestructura de los mismos.
  2. ¿Para qué se utiliza la metalografía? La metalografía se utiliza para entender las propiedades mecánicas y físicas de los materiales, lo que es esencial para su investigación y desarrollo.
  3. ¿Cómo se preparan las muestras metalográficas? Las muestras se preparan mediante una serie de procesos que incluyen el corte, pulido, desbaste y ataque químico.
  4. ¿Qué técnicas se utilizan para la observación de la microestructura? Las técnicas más comunes son la microscopía óptica, la microscopía electrónica y la difracción de rayos X.
  5. ¿Qué información se puede obtener del análisis de la microestructura? Se puede obtener información sobre la morfología, cantidad y distribución de las fases, medición de las dimensiones de las fases y composición química de las mismas.

¿Qué es la metalografía cuantitativa?

En este artículo, vamos a hablar sobre la metalografía cuantitativa, una técnica que se utiliza en el análisis de metales y aleaciones. La metalografía cuantitativa es una herramienta muy útil para los ingenieros y los científicos que trabajan en la industria de los materiales.

La metalografía cuantitativa es una técnica de análisis de materiales que se utiliza para determinar las propiedades de los metales y aleaciones. Esta técnica se basa en el uso de microscopios ópticos y electrónicos para examinar la microestructura de los materiales.

¿Cómo funciona la metalografía cuantitativa?

La metalografía cuantitativa funciona examinando la microestructura de los materiales utilizando microscopios ópticos y electrónicos. La microestructura de un material se refiere a la forma en que están dispuestos los granos, las fases y las inclusiones dentro del material.

Microsopio metalografico invertido DS para metalografia
Microsopio metalografico invertido DS para metalografia

La metalografía cuantitativa se utiliza para determinar la cantidad de fases y las propiedades de cada fase en una muestra de material. Esto se logra mediante el uso de técnicas de análisis de imagen y software de procesamiento de imágenes.

¿Para qué se utiliza la metalografía cuantitativa?

La metalografía cuantitativa se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, como la investigación de materiales, la producción de metales y aleaciones, la inspección de la calidad de los materiales, el control de calidad y el desarrollo de nuevos materiales.

¿Cómo se realiza la metalografía cuantitativa?

La metalografía cuantitativa se realiza mediante la preparación de una muestra de material y su posterior examen utilizando microscopios ópticos y electrónicos. La preparación de la muestra implica el corte, el pulido y el ataque químico de la muestra para exponer su microestructura.

metalografía cuantitativa?

Una vez que la muestra ha sido preparada, se examina utilizando un microscopio óptico para obtener una imagen de la microestructura. Luego se utiliza un software de procesamiento de imágenes para analizar la imagen y determinar la cantidad de fases y las propiedades de cada fase en la muestra.

Conclusión

En conclusión, la metalografía cuantitativa es una técnica de análisis de materiales muy útil que se utiliza para determinar las propiedades de los metales y aleaciones. Esta técnica se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde la investigación de materiales, hasta la producción de metales y aleaciones y el control de calidad.

Esperamos que este artículo haya sido útil para comprender la metalografía cuantitativa y su importancia en la industria de los materiales. Si tiene alguna pregunta o comentario, no dude en ponerse en contacto con nosotros.

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Medidas de tamaño de grano

Los metales, excepto en unos pocos casos, son de naturaleza cristalina y, a excepción de los monocristales, contienen límites internos conocidos como límites de grano. Cuando un nuevo grano se nuclea durante el procesamiento (como en la solidificación o el recocido después del trabajo en frío), los átomos dentro de cada grano en crecimiento se alinean en un patrón específico que depende de la estructura cristalina del metal o la aleación. Con el crecimiento, cada grano eventualmente chocará con otros y formará una interfaz donde las orientaciones atómicas son diferentes.

Tamaño de grano en el acero

Ya en el año 1900, era bien sabido que la mayoría de las propiedades mecánicas mejoraban a medida que disminuía el tamaño de los granos. Existen algunas excepciones notables donde se desea una estructura de grano grueso. La composición y el procesamiento de la aleación deben controlarse para lograr el tamaño de grano deseado. Los metalógrafos examinan secciones transversales pulidas de muestras de ubicaciones apropiadas para determinar el tamaño de grano.

Complicaciones: características del grano

La medición del tamaño de grano se complica por varios factores. Primero, el tamaño tridimensional de los granos no es constante y el plano de sección cortará los granos al azar. Así, en una sección transversal observaremos un rango de tamaños, ninguno mayor que la sección transversal del grano más grande muestreado. La forma del grano también varía, particularmente en función del tamaño del grano. Uno de los primeros estudios sobre la forma del grano fue realizado por Lord Kelvin en 1887. Demostró que la forma óptima del grano que llena el espacio, con un área superficial y una tensión superficial mínimas, es un poliedro conocido como tetracaidecaedro, que tiene 14 caras, 24 esquinas y 36 bordes. Si bien esta forma cumple con la mayoría de los criterios de grano, no satisface los ángulos diedros de 120 grados requeridos entre granos donde tres granos adyacentes se encuentran en un borde, a menos que las caras muestren una pequeña curvatura. Otra forma de grano ideal, el dodecaedro pentagonal, concuerda bien con las observaciones de granos, pero no es una forma de relleno de espacio. Tiene doce caras de cinco lados. Sin embargo, debe reconocerse que estamos muestreando granos con una variedad de tamaños y formas. En la mayoría de los casos, los granos observados en un plano de sección transversal pulido exhiben un rango de tamaños alrededor de una media central y las medidas individuales de áreas de grano, diámetros o longitudes de intersección exhiben una distribución normal. En la gran mayoría de los casos, simplemente determinamos el valor medio del tamaño de grano plano, en lugar de la distribución. Hay casos en los que la distribución del tamaño de grano no es normal sino bimodal o "dúplex". También, Nuestras formas de grano se pueden distorsionar mediante procedimientos de procesamiento de modo que se aplanen y / o alarguen. Diferentes formas de productos y diferentes procedimientos de procesamiento pueden producir una variedad de formas de grano no equiaxiales. Esto, por supuesto, influye en nuestra capacidad para medir el tamaño del grano.

Grano Bimodal o Duplex

La medición del tamaño de grano también se complica por los diferentes tipos de granos que pueden estar presentes en los metales, aunque sus formas fundamentales son las mismas. Por ejemplo, en metales cúbicos centrados en el cuerpo, como Fe, Mo y Cr, tenemos granos de ferrita; en metales cúbicos de caras centradas, como Al, Ni, Cu y ciertos aceros inoxidables, tenemos granos de austenita. Los granos presentan las mismas formas y se miden de la misma manera, pero debemos tener cuidado al describir qué tipo de granos estamos midiendo. En los metales cúbicos centrados en las caras, podemos observar los llamados límites gemelos dentro de los granos ( ver barra lateral sobre tipos de granos). Sin embargo, las aleaciones de aluminio rara vez presentan gemelos. Cuando hay gemelos presentes, se ignoran si estamos tratando de definir el tamaño de grano. Sin embargo, si estamos tratando de establecer una relación entre la microestructura y las propiedades, por ejemplo, la resistencia, debemos considerar los límites gemelos ya que influyen en el movimiento de dislocación, tal como lo hacen los límites de grano. Por lo tanto, debemos reconocer la intención del trabajo que se está realizando.

Estructura de aluminio y de una aleación de aliminio

En los aceros tratados térmicamente, se reconoce que el tamaño de grano del producto del tratamiento térmico, normalmente martensita, no se mide o no se puede medir. Para el acero con bajo contenido de carbono, la martensita se forma en paquetes dentro de los granos de austenita originales. En martensitas con alto contenido de carbono, no observamos ninguna forma estructural conveniente que pueda medirse. En la mayoría de los casos, tratamos de medir el tamaño de los granos de austenita parentales que se formaron durante el mantenimiento a alta temperatura durante el tratamiento térmico. Esto se conoce normalmente como "tamaño de grano de austenita previa" y se ha correlacionado ampliamente con las propiedades de los aceros tratados térmicamente. El proceso más difícil aquí es el procedimiento de grabado necesario para revelar estos límites anteriores. A veces no se pueden revelar, particularmente en aceros con bajo contenido de carbono. En este caso,

Complicaciones --- Diferentes medidas de tamaño

Otro factor de complicación son las diferentes medidas de tamaño de grano. El método planimétrico, que se describe a continuación, produce el número de granos por milímetro cuadrado de área, N A , a partir del cual podemos calcular el área de grano promedio, A. Es una práctica común tomar la raíz cuadrada de A y llamar a esto el diámetro del grano, d , aunque esto supone que la forma de la sección transversal de los granos es un cuadrado, que no lo es. El método de intersección produce una longitud de intersección media, L 3 ; su relación con N A , A od no está excepcionalmente bien definida. También se han desarrollado una variedad de métodos de distribución del tamaño de grano planar para estimar el número de granos por unidad de volumen, N v, a partir del cual se puede calcular el volumen medio de grano, V. La relación entre estas medidas espaciales de tamaño de grano y las medidas planas anteriores también está mal definida.

Ahora es común expresar los tamaños de grano en términos de una ecuación exponencial simple: (Ecuación 1)

n = 2 G - 1

donde:
n = el número de granos por pulgada cuadrada con un aumento de 100X, y
G = el número de tamaño de grano de ASTM.

Este enfoque se desarrolló e introdujo en 1951 con el estreno de la norma ASTM E 91, Métodos para estimar el tamaño de grano promedio de metales no ferrosos, distintos del cobre y sus aleaciones. Aunque los valores N A , d o L 3 se habían utilizado durante muchos años como medidas del tamaño de grano, los valores G se adoptaron fácilmente debido a su simplicidad. Como se muestra en la ecuación. 1, podemos relacionar directamente el número de granos por unidad de área con G, pero la relación entre L 3 y G, o N V y G no están tan claramente definidas. Este problema es uno de los muchos que aborda el Comité E4 de ASTM sobre metalografía.

Métodos de medición

Aunque el Comité E-4 se formó en 1916 con el propósito expreso de establecer aumentos estándar para micrografías, su primer estándar, E 2-17T, Métodos de preparación de micrografías de metales y aleaciones, se dedicó en parte a la medición del tamaño de grano. En ese momento se estaban desarrollando dos enfoques básicos para medir el tamaño del grano. En los Estados Unidos en 1894, Albert Sauveur publicó un enfoque "planimétrico", que fue desarrollado por Zay Jeffries con dos publicaciones de 1916. Este enfoque midió el tamaño de grano en términos del número de granos visibles en una sección transversal dentro de un área fija, el número por pulgada cuadrada a 100X, o el número por milímetro cuadrado a 1X, N A. A partir de este valor, se puede calcular el área de la sección transversal promedio de los granos bisecados. Este no es un promedio del área de sección transversal máxima de cada grano porque el plano de sección no interseca cada grano en su ancho máximo.

En Alemania, en 1904, Emil Heyn publicó un enfoque de intercepción para medir el tamaño de grano. En este método, se superponen una o más líneas sobre la estructura con un aumento conocido. La longitud real de la línea se divide por el número de granos interceptados por la línea. Esto da la longitud promedio de la línea dentro de los granos interceptados. Esta longitud de intersección promedio será menor que el diámetro de grano promedio, pero los dos están interrelacionados.

Emil Heyn

Muchos evaluadores de tamaño de grano expresaron la necesidad de formas más simples de estimar el tamaño de grano. En algunos casos, como la eliminación de calor, se requiere la medición del tamaño de grano. En muchos casos, se requiere que G sea 5 o mayor (es decir, "de grano fino"). Por lo tanto, si el tamaño de grano es sustancialmente más fino, es adecuado un método rápido, que puede no ser tan preciso como una medición real. Un método de tabla de comparación con ejemplos de tamaños de grano satisface esta necesidad de manera adecuada, siempre que la distribución del tamaño de grano sea normal. Además, las muestras deben grabarse de la misma manera que se muestra en la tabla. Si el tamaño de grano está cerca del límite de especificación, se prefiere una medición real debido a la precisión mejorada. La primera tabla de comparación de tamaño de grano se introdujo en los Métodos E 2 en su revisión de 1930; este gráfico era para el cobre.

Tenga en cuenta que estos métodos se aplican sobre la superficie pulida de la muestra, es decir, sobre un plano que atraviesa los granos tridimensionales. Por lo tanto, se trata de medidas planas en lugar de espaciales del tamaño de grano. El método planimétrico, o de Jeffries, define el tamaño de grano en términos de la cantidad de granos por unidad de área, el área de grano promedio o el diámetro de grano promedio, mientras que el método de intersección de Heyn lo define en términos de la longitud de intersección promedio. El método de la tabla de comparación expresa el tamaño de grano solo en términos de G, a excepción de las tablas de cobre, que utilizan d .

Evolución de los métodos de prueba E 112

Los métodos E 2-17T tenían solo un poco más de tres páginas y tenían tres secciones: aumentos estándar, lentes y tamaño de grano. La sección de tamaño de grano en realidad no detallaba el método de medición, simplemente sugirió el método a aplicar dependiendo de si los granos eran equiaxiales (método planimétrico de Jeffries) o alargados (método de intercepción de Heyn). La revisión de 1920 de los Métodos E 2 agregó detalles sobre la realización del método de medición planimétrica de Jeffries. La revisión de 1930 de los Métodos E 2 fue testigo de la adición de la primera tabla estándar del Comité E-4, una tabla de tamaño de grano (diez imágenes) para latón, es decir, una estructura austenítica gemela con un grabado de contraste de grano con un aumento de 75X. La tabla fue desarrollada por un comité especial formado el 28 de junio de 1928, que estaba integrado por: CH Davis, presidente (American Brass Co.); Henry S. Rawdon (Estados Unidos Oficina de Normas); Edgar H. Dix, Jr. (Aluminium Co. of America); y Francis F. Lucas (Bell Telephone Laboratories). Los tipos de estructuras de grano se muestran en la barra lateral sobre tipos de grano .

En 1931 se formó un subcomité especial para estudiar las características del grano de los aceros con Clarence J. Tobin (Laboratorio de Investigación de General Motors) como presidente. Decidieron adoptar la prueba de cementación de McQuaid-Ehn para evaluar las características de crecimiento de grano del acero, nuevamente con la ayuda de una tabla de comparación. El método gráfico propuesto fue aprobado como E 19-33T, Clasificación del tamaño de grano de austenita en aceros. En ese momento, el tamaño de grano se definió en términos del número de granos por pulgada cuadrada a 100X; Los números de tamaño de grano ASTM no se introdujeron hasta mucho más tarde. Sin embargo, esta tabla fue criticada por ser inexacta y finalmente se descartó cuando se introdujo E 112, Métodos de prueba para determinar el tamaño promedio de grano.

Oscar E. Harder se hizo cargo de este subcomité especial en 1936, con la idea de revisar la Clasificación E 19 y agregar un método no carburizante. Al año siguiente, el Dr. Marcus A. Grossman (Carnegie-lllinois Steel Co.) asumió el control de este grupo, que se convirtió en Subcomité Vlll (ahora se utilizan números arábigos) sobre tamaño de grano en 1938. Grossman --- famoso por su trabajo sobre templabilidad --- fue presidente del Subcomité Vlll hasta su muerte en 1952. El Subcomité Vlll formó tres secciones (el término grupo de trabajo no se usó en ese momento), referidas como A, B y C. La Sección A fue presidida por Grossman y se preocupó por mejorar la Clasificación E 19 sobre el tamaño de grano de austenita de los aceros. La Sección B fue presidida por R. Earl Penrod (Planta Bethlehem Steel-Johnstown) y debía desarrollar un método y una tabla de clasificación del tamaño de grano de ferrita. La Sección C fue presidida por Carl Samans (American Optical Co., más tarde con Standard Oil Co. de Indiana) y debía desarrollar tablas para metales no ferrosos y aleaciones que no pudieran ser calificadas por la tabla de latón en los Métodos E 2. El tamaño de grano de latón La tabla y la información de medición del tamaño de grano se eliminó de los Métodos E 2 en la revisión de 1949 y esta información se incorporó a una nueva norma, E 79-49T, Métodos para estimar el tamaño de grano promedio de cobre forjado y aleaciones a base de cobre. Se agregaron dos imágenes al gráfico; más tarde, cuando se transfirió a los métodos de prueba E 112, se agregaron dos imágenes más (14 en total). Los métodos E 2 se suspendieron en 1984 cuando se introdujo la E 883, Guía para fotomicrografía metalográfica. of Indiana) y debía desarrollar tablas para metales no ferrosos y aleaciones que no podían ser calificadas por la tabla de latón en los Métodos E 2. La tabla de tamaño de grano de latón y la información de medición del tamaño de grano se eliminaron de los Métodos E 2 en la revisión de 1949 y esta información se incorporó en una nueva norma, E 79-49T, Métodos para estimar el tamaño de grano promedio de cobre forjado y aleaciones a base de cobre. Se agregaron dos imágenes al gráfico; más tarde, cuando se transfirió a los métodos de prueba E 112, se agregaron dos imágenes más (14 en total). Los métodos E 2 se suspendieron en 1984 cuando se introdujo la E 883, Guía para fotomicrografía metalográfica. of Indiana) y debía desarrollar tablas para metales no ferrosos y aleaciones que no podían ser calificadas por la tabla de latón en los Métodos E 2. La tabla de tamaño de grano de latón y la información de medición del tamaño de grano se eliminaron de los Métodos E 2 en la revisión de 1949 y esta información se incorporó en una nueva norma, E 79-49T, Métodos para estimar el tamaño de grano promedio de cobre forjado y aleaciones a base de cobre. Se agregaron dos imágenes al gráfico; más tarde, cuando se transfirió a los métodos de prueba E 112, se agregaron dos imágenes más (14 en total). Los métodos E 2 se suspendieron en 1984 cuando se introdujo la E 883, Guía para fotomicrografía metalográfica. La tabla de tamaño de grano de latón y la información de medición del tamaño de grano se eliminaron de los Métodos E 2 en la revisión de 1949 y esta información se incorporó a una nueva norma, E 79-49T, Métodos para estimar el tamaño de grano promedio de cobre forjado y aleaciones a base de cobre. . Se agregaron dos imágenes al gráfico; más tarde, cuando se transfirió a los métodos de prueba E 112, se agregaron dos imágenes más (14 en total). Los métodos E 2 se suspendieron en 1984 cuando se introdujo la E 883, Guía para fotomicrografía metalográfica. La tabla de tamaño de grano de latón y la información de medición del tamaño de grano se eliminaron de los Métodos E 2 en la revisión de 1949 y esta información se incorporó a una nueva norma, E 79-49T, Métodos para estimar el tamaño de grano promedio de cobre forjado y aleaciones a base de cobre. . Se agregaron dos imágenes al gráfico; más tarde, cuando se transfirió a los métodos de prueba E 112, se agregaron dos imágenes más (14 en total). Los métodos E 2 se suspendieron en 1984 cuando se introdujo la E 883, Guía para fotomicrografía metalográfica.

La Sección B produjo E 89-50T, Métodos para estimar el tamaño promedio de grano de ferrita de aceros con bajo contenido de carbono, con un gráfico que muestra una estructura de grano ferrítico revelada por el grabado nital. Esta fue la primera tabla (ocho imágenes) para definir el tamaño de grano en términos de los números de tamaño de grano de ASTM ahora familiares (1 a 8 en esta tabla). Los métodos E 89 también marcaron la primera descripción detallada del método de intercepción de Heyn con ecuaciones y un enfoque de conversión para producir números de tamaño de grano ASTM. Las versiones anteriores de los Métodos E 2 solo daban una descripción general de cómo realizar la prueba de intersección sin interrelación con los resultados del método planimétrico. Sin embargo, los métodos E 89 tuvieron una vida corta y se suspendieron cuando se adoptaron los métodos de prueba E112.

La Sección C produjo E 91-51T, Métodos para estimar el tamaño de grano promedio de metales no ferrosos, distintos del cobre, y sus aleaciones. Consistía en dos gráficos, uno para aleaciones macladas y el otro para aleaciones no macladas; ambos gráficos tenían 17 imágenes con tamaños de grano de 2 a 10. Los métodos E 91 también tuvieron una vida corta, y también se suspendieron cuando se adoptaron los métodos de prueba E 112. Ninguno de los gráficos de los métodos E 91 se incorporó en los métodos de prueba E 112.

El resultado neto fue cuatro estándares (métodos E 19, E 79, E 89 y E 91) que tratan varios aspectos de la medición del tamaño de grano. Se reconoció que los cuatro compartían muchos puntos en común y se creía que podían combinarse en un estándar de tamaño de grano general, de ahí el nacimiento de los métodos de prueba E 112. Sin embargo, la historia de ASTM y la medición del tamaño de grano no termina con el adopción de los métodos de prueba E 112 en 1961. Desde entonces, la norma ha sido revisada nueve veces y actualmente se encuentra bajo un intenso escrutinio para un mayor refinamiento. (Nota para webmasters: E112 ha sido actualizado y reeditado como E112-96e3)

Más allá de los métodos de prueba E 112

Métodos de prueba E 112, una de las normas ASTM más citadas, se ocupa principalmente de la medición del tamaño de grano cuando los granos tienen forma equiaxial, es decir, no deformados, aunque contiene alguna información sobre la medición del tamaño de grano cuando los granos se han alargado mediante el procesamiento. Hay otras situaciones en las que los métodos de prueba E 112 no son útiles y se han desarrollado otras normas. Por ejemplo, es posible que ciertas aleaciones no muestren una distribución uniforme de tamaños de grano. En cambio, una distribución bimodal ( consulte la barra lateral sobre distribuciones de tamaño de grano para ver ejemplos) puede existir; se han observado varios tipos. Dos métodos de prueba estándar de ASTM se ocupan de tales estructuras. El estándar E 930, Métodos de prueba para estimar el grano más grande observado en una sección metalográfica (tamaño de grano ALA), se utiliza para medir el tamaño de un grano inusualmente grande en una distribución de tamaño de grano uniformemente fino, mientras que el estándar E 1181, Métodos de prueba para Caracterización de tamaños de grano dúplex, se utiliza para medir el tamaño de grano cuando la distribución no es normal. Con el crecimiento del análisis de imágenes, se deben establecer métodos de prueba para realizar mediciones y una nueva norma, E 1382, Métodos de prueba para determinar el tamaño de grano promedio utilizando análisis de imagen semiautomático y automático, completó el proceso de votación en 1990.

Grano Equiaxial

La escena internacional

El trabajo del Comité E-4 sobre tamaño de grano ha sido seguido de cerca por otros países industriales y la Organización Internacional de Normalización (ISO). Muchos países han adoptado una o más de las tablas de tamaño de grano de los métodos de prueba E 112 de ASTM. Algunos países también han desarrollado tablas muy útiles. Por ejemplo, para calificar las muestras carburizadas de McQuaid-Ehn, la mayoría de los evaluadores estadounidenses graban la matriz perlítica oscura como se muestra en la Placa IV de los Métodos de prueba E 112. Como lo demuestra la barra lateral en las estructuras de grano, es más fácil ver la fase de carburo intergranular si usamos un grabador que oscurece el límite de grano de la cementita. El estándar francés de tamaño de grano, NF A04-102, contiene una tabla de clasificación en la que la cementita del límite del grano se oscureció con picrato de sodio alcalino. El estándar alemán de tamaño de grano SEP 1510 también contiene una tabla muy útil. Ilustra granos no maclados (como los granos de ferrita) que son equiaxiales o deformados (alargados 2 a 1 y 4 a 1) por trabajo en frío. Eq. 1 describí el método utilizado para calcular los números de tamaño de grano de ASTM que, desarrollado en los Estados Unidos a fines de la década de 1940, se basaba en unidades inglesas en lugar de unidades métricas. Los países que utilizaron el sistema métrico en ese momento desarrollaron una ecuación alternativa que produce números de tamaño de grano casi idénticos: (Ecuación 2)

m = 8 (2 Gm )

donde:
m = el número de granos por mm 2 en 1 X, y
m = el número de tamaño de grano métrico.
m es ligeramente mayor que G pero la diferencia es insignificante. Eq. 2 se utiliza en los estándares sueco (SIS 11 11 01), italiano (UNI 3245), ruso (GOST 5639), francés (NF A04-102) e ISO (ISO 643).

El estándar alemán (SEP 1510) también usa el sistema métrico, pero se emplea una ecuación diferente: (Ecuación 3)

K = 3,7 + 3,33 Registro (Z)

donde:
K = el número de serie de la microfotografía (igual que G), y
Z = el número de granos por cm 2 a 100X.

En este caso, K es igual a G. Los estándares japoneses JIS G 0551 y G 0552 también usan el sistema métrico, con una ecuación ligeramente diferente a la Ec. 2 (pero equivalente) que produce los mismos valores que la Ec. 2: (Ecuación 4)

m = 2 (G m + 3 )

donde my G m se definen como antes.

Resumen

El Comité E-4 de ASTM ha sido líder mundial en la estandarización de métodos de medición del tamaño de grano. Inicialmente, los Métodos E 2 recomendaban el método planimétrico efries como el método de medición preferido. Este método es más difícil de aplicar en base a la producción que el método de intercepción debido a la necesidad de marcar los granos a medida que los cuenta para minimizar los errores de conteo. Esto es innecesario con el método de intercepción.

Con la revisión de 1974 de los métodos de prueba E 112, el método de intercepción, modificado por Halle Abrams, se convirtió en la técnica de análisis preferida. El método de intersección de tres círculos, como se describe en los Métodos de prueba E 112 desde 1974, proporciona una estimación más precisa del tamaño de grano en mucho menos tiempo que el requerido por el método planimétrico. En los métodos manuales, es fundamental recomendar el método más eficaz para cualquier medida.

Métodos de prueba E 112 está diseñado para clasificar el tamaño de grano de estructuras de grano equiaxiales con una distribución de tamaño normal; la norma se está revisando actualmente para proporcionar mejores instrucciones para calificar el tamaño de grano de los granos deformados. La E-4 ha introducido otros estándares para manejar la medición de granos ocasionales, muy grandes, presentes en una dispersión de tamaño de grano fino, por lo demás uniforme (E 930, Métodos para estimar el grano más grande observado en una sección metalográfica (tamaño de grano ALA)) o para calificar el tamaño de grano cuando la distribución de tamaño no es normal, por ejemplo, bimodal o "dúplex" (E 1181, Métodos para caracterizar tamaños de grano dúplex). El Comité E-4 ha desarrollado recientemente un estándar de tamaño de grano para las clasificaciones realizadas con analizadores de imágenes semiautomáticos o automáticos (E 1382, Métodos de prueba para determinar el tamaño medio de grano mediante análisis de imagen semiautomático y automático). Ninguna otra organización de redacción de normas ha desarrollado normas similares a los métodos E 930, los métodos E 1181 o los métodos de prueba E1382.

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Segmentación: se detecta fase y se estima su área en base a su escala de grises. Se delinean varias fases y se muestran superposiciones de colores en el mismo campo del histograma.

Grafito laminar: El programa cuantitativo automático de un botón proporciona la longitud del grafito y su clase de tamaño designada por números del 1 al 8, sobre la base de la norma A 247 ASTM. El tipo de grafito se designa con letras mayúsculas de la A a la E y se informa sobre la base de su orientación.

Porosidad: De acuerdo con ASTM B 276, la fase oscura de la porosidad se detecta en el plano de bits rojo. El número total de poros se cuenta con mínimo y máximo. Sobre la base del recuento, se informa el tamaño medio de los poros.

Espesor del recubrimiento: Cuatro métodos cubren la medición del espesor local del recubrimiento de metal y óxidos a través de métodos interactivos o automatizados. Estos métodos están disponibles para espesores rectos, curvos y circulares. El software sigue el método industrial ASTM E 1077.

Esferoidización: el asistente evalúa automáticamente el factor de forma de la perlita en las placas de metal.

Grafito esferoidal: el programa separa los nódulos de los no nódulos en función de su esfericidad. El tamaño se designa con los números arábigos del 1 al 8 y se forma con los números del I al VI. Los nódulos por mm2, ferrita, perlita, grafito, carburo se informan en la muestra recuperada.

Tamaño de grano: El método tiene la opción de varios tipos de análisis, a saber: Jeffries planimétrico, recuento planimétrico, intercepción lineal de Heyns, tres círculos de Abrams y ALA de acuerdo con los métodos ASTM E 112. El asistente informa el número de grano y la longitud media de la intersección con alta precisión.

Descarburación: el módulo proporciona la medición de la descarburación total / parcial de la superficie del acero. El método sigue ASTM E 1077-91.

Inclusión no metálica: el método de prueba requiere un campo de 0,5 mm. La expresión de los resultados se encuentra en el Grupo A, B, C, D junto con la segmentación de delgado / grueso y su nivel de severidad según ASTM E 45.