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Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería Mecánica

GUÍA DE PRÁCTICAS PARA OBSERVACIÓN EN ELMICROSCOPIO ELECTRÓNICO, EN EL LABORATORIO DE

METALOGRAFÍA

José Migue B!""ie#$os G!"%&! Asesorado por el Ing. Hugo Leonel amíre! "rtí!

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Guatemala# mar!o de $%%&

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U'I(E SI)A) )E SA' CA L"S )E GUA*EMALA

FACUL*A) )E I'GE'IE +A

GUÍA DE PRÁCTICAS PARA OBSERVACIÓN EN ELMICROSCOPIO ELECTRÓNICO, EN EL LABORATORIO DE

METALOGRAFÍA

* A,A-" )E G A)UACI '

/ ESE'*A)" A -U'*A )I EC*I(A )E LAFACUL*A) )E I'GE'IE +A

/" 0

JOS' MIGUEL BARRIENTOS GARCÍA ASES" A)" /" EL I'G. HUG" LE"'EL AM+ E1 " *+1

AL C"'FE + SELE EL *+*UL" )E

INGENIERO MECÁNICO

GUA*EMALA# MA 1" )E $%%&

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U'I(E SI)A) )E SA' CA L"S )E GUA*EMALA

FACUL*A) )E I'GE'IE +A

NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA

)ECA'"("CAL I("CAL II

("CAL III("CAL I(("CAL (SEC E*A IA

Ing. Murp23 "l3mpo /ai! ecinosInga. Glenda /atricia García SoriaInga. Al4a Marit!a Guerrero de L5pe!

Ing. Miguel 6ngel )ávila Calder5n,r. -os7 Milton )e Le5n ,ran,r. Isaac Sultán Me8íaInga. Marcia Iv5nne (7li! (argas

TRIBUNAL (UE PRACTICÓ EL E)AMEN GENERAL PRIVADO

)ECA'"E9AMI'A)"E9AMI'A)"E9AMI'A)"SEC E*A IA

Ing. Murp23 "l3mpo /ai! ecinosIng. o4erto Gu!mán "rti!Ing. Luis Al:redo Asturias 1;

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*ONORABLE TRIBUNAL E)AMINADOR

Cumpliendo con los preceptos =ue esta4lece la le3 de la Universidad de SanCarlos de Guatemala# presento a su consideraci5n mi tra4a8o de graduaci5ntitulado0

GUÍA DE PRÁCTICAS PARA OBSERVACIÓN EN EL

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO, EN EL LABORATORIO DEMETALOGRAFÍA,

tema =ue me :uera asignado por la )irecci5n de la Escuela de Ingeniería

Mecánica# con :ec2a de $& de 8ulio de $%%>.

José Migue B!""ie#$os G!"%&!

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ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES (LISTA DE SÍMBOLOS I9GLOSARIO 9I

RESUMEN 9IIIOBJETIVOS 9(INTRODUCCIÓN 9(II

?. MATERIALES ??.?. Estructura cristalina de los metales ?

?.?.?. Metales ??.?.$. Clasi:icaci5n de los metales $?.?.@. Estructura cristalina de los metales?.?. . edes cristalinas de los metales B

?.$. Acero &?.$.?. Formas alotr5picas del 2ierro &?.$.$. Aleaci5n 2ierro car4ono ???.$.@. )iagrama 2ierro car4ono ?$?.$. . Microestructuras del acero ?@

?.$.B. Clasi:icaci5n de los aceros ?&?.$.B.?. Aceros al car4ono $??.$.B.$. Aceros para 2erramienta $?.$.B.@. Aceros aleados $

?.@. Hierro :undido @%?.@.?. )e:inici5n de 2ierro :undido @%

I

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?.@.$. *ipos de 2ierro :undido @?

?.@.@. Microestructuras del 2ierro :undido %?.@. . /ropiedades mecánicas 3 aplicaciones de las $

:undiciones

$. TRATAMIENTOS T'RMICOS B$.?. Conceptos generales B

$.?.?. Introducci5n B$.?.$. *ipos :undamentales de tratamientos t7rmicos del B

acero$.?.@. Cuatro trans:ormaciones principales del acero $.?. . Etapas de un tratamiento t7rmico &

$.$. *ratamientos t7rmicos B$$.$.?. ecocido total B$$.$.$. ecocido en proceso B$.$.@. Es:eroidi!aci5n BB

$.$. . 'ormali!ado B$.$.B. evenido B>$.$.D. Ausrevenido D?$.$. . *emple D$$.$.>. *empla4ilidad DB

$.@. *ratamientos termo=uímicos DB$.@.?. Cementaci5n DB$.@.$. 'itruraci5n D>$.@.@. Car4onitruraci5n D&

$. . )iagrama *** %

@. MICROSCOPIO ELECTRÓNICO @.?. Metalogra:ía

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II

@.$. Microscopia electr5nica

@.@.*ipos de microscopio electr5nico &@. . Microscopio electr5nico de transmisi5n ME* >$

@.B. Microscopio electr5nico de 4arrido ME,@.B.?. Introducci5n@.B.$. Ca. Componentes principales@.B.&. /reparaci5n de muestras

-. PRÁCTICAS DE METALOGRAFÍA.?. Metalogra:ía 3 microscopio electr5nico.$. /reparaci5n de muestras para análisis metalográ:ico.@. "4servaci5n de :errita# :errita perlita 3 de perlita cementita. . *emple 3 o4servaci5n de martensita 3 4ainita.B. evenido 3 o4servaci5n de martensita revenida.D. 'ormali!ado 3 o4servaci5n de a:inamiento de grano

. . Cementaci5n3di:

er entesti

@. .?. Introducci5n >$@. .$. Ca@. .@. Lentes electromagn7ticos >D@. . . (acío >>@. .B. La electr5nica >&

@. .D. /reparaci5n del esp7cimen &%

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pos de recocido 3 o4servaci5n de estructura de acerosrecocidos

&%

&%

&$

&@

&

&

&B

&B

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&&

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III

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I(

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

? ed c;4ica centrada en el cuerpo D$ ed c;4ica centrada en las caras@ ed 2e agonal compacta >

Estructura de 2ierro al:a 3 4eta ?%B Estructura de 2ierro gamma ?%D )iagrama 2ierro car4ono ?@

Microestructura de la austenita B%% ?> Estructura cristalina ortorr5m4ica ?B& Cementita en acero SAE B$?%% trans:ormado a >?%%C %#%%% ?B

?% Microestructura de la :errita ?%% ?D?? Microestructura de la perlita $B%% ??$ Microestructura de la martensita %% ?>?@ Microestructura de 4ainita superior ?&? Estructura de un acero seg;n su porcenta8e de car4ono $?B Acero al ?$J de cromo B%% a ecocido. 4 *emplado 3 $&

revenido

?D Microestructura de un acero al ?>J de cromo 3 %.DBJ de $&car4ono templado 3 revenido B%%? Estructura de la :undici5n 4lanca ?%% @$?> Estructura de la :undici5n 4lanca %% @@?& Estructura de :undici5n malea4le :errítica ?%% @B$% Estructura de :undici5n malea4le o8o de 4ue3 B% @B$? Estructura de :undici5n gris :errítica ?%% @D

(

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$$ Estructura de :undici5n gris perlítica ?%% @$@ Granos 4lancos de esteadita en :undici5n gris %% @>$ Estructura de :undici5n nodular :errítica ?%% @&$B Matri! perlítica en :undici5n nodular ?%% @&$D Microestructuras 3 :ases del 2ierro :undido ?$ /arte correspondiente al acero del diagrama Fe @ K Fe D$> *emperaturas de trans:ormaci5n de austenita A@3 Acm B%$& Etapas de un tratamiento t7rmico B?@% Etapas de tratamiento t7rmico de un acero 4oni:icado B$

@? Cam4ios en microestructura durante el recocido B@@$ Estructura de un acero recocido con ?.@J de C ?%% BB@@ Acero de %.>J de C con recocido de es:eroidi!aci5n %% BD@ Intervalo de temperaturas de recocido# normali!ado 3 temple B@B Estructura de un acero normali!ado con %.>%J de C %% B>

@D Estructura de un acero revenido a D%%oC con %.@BJ de C %% B&@ /roductos de trans:ormaci5n de martensita en un acero D%

eutectoide

@> /roceso de ausrevenido en el diagrama *** D$@& Intervalo de temple en el diagrama Fe C D@

% Estructura de un acero templado con %.@BJ de C %% D? egímenes de tratamiento t7rmico de las pie!as cementadas D$ Curvas *** para un acero al car4ono eutectoide %@ epresentaci5n diagramática del m7todo usado para descri4ir las @

curvas ***

epresentaci5n de tratamientos t7rmicos en diagrama ***B Microscopio de (an Leeu en2oe >D Microscopio electr5nico de transmisi5n >%

Microscopio electr5nico de 4arrido >?

(I

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> Comparaci5n de tra3ectoria de lu! de un microscopio 5ptico conla de un microscopio electr5nico de transmisi5n

& Es=uema del ca templado visto a %% . Estructura 4ainiticaB> Acero ?%&B templado visto a ?%%% atacado con /icral.

Estructura martensíticaB& Acero con alto car4ono templado 3 revenido. a @%%oC 4 B&B%CD% Estructuras de martensita revenidaD? *emperaturas de normali!aci5n

D$ Acero con %.@BJ de C normali!ado a > %o

C ?%%D@ Acero con %.&BJ de C con recocido total a & %o C %%D Microestructura es:eroidita en matri! de :erritaDB *ipos de inclusiones de car4ono 3 matrices en las :undicionesDD Fundici5n d;ctil con matri! perlítica vista en %%D Fundici5n gris con matri! perlítica vista en %%D> Fundici5n gris importada. B%%D& Fundici5n gris 2ec2a en Guatemala. $%%

% Acero ?% B templado 3 revenido a $B%oC. B%%? Acero SAE "? templado# revenido 3 recocido glo4ular. B%%

$ Acero SAE )@ templado 3 revenido a @%%oC. B%%

>@

>B

>

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&D

?%%?%@

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???

???

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??B

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?$>?$&

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?@>

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?@&

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@ Estructuras de martensita revenida a di:erentes temperaturas en

acero con %. BJ de C. ?B%%%Inter:aces de cementita escalonada $%#%%%

B )iagrama 2ierro K car4ono completo

? %

? ?

? $

TABLAS

I Clasi:icaci5n de los metales @II Características de los sistemas cristalinos BIII Estructuras cristalinas de los metales >I( Clasi:icaci5n de aceros seg;n normas AISI 3 SAE $%

( Clasi:icaci5n de los aceros al car4ono $$(I Especi:icaciones de aceros al car4ono $@(II Clasi:icaci5n de los aceros para 2erramienta AISI $D(III /ropiedades re=ueridas en los aceros para 2erramienta $I9 /ropiedades de :undici5n gris (ersa ,ar ($ $9 /ropiedades de :undici5n nodular (ersa 4ar ( $9I *raducci5n de los t7rminos mostrados en la Figura B9II Estructuras del acero despu7s del revenido ??9III /ro4etas de acero aleado para práctica .> ?$9I( eactivo =uímico para :undiciones ?@9( eactivos =uímicos para aceros al car4ono 3 aleados ?@

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(III

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LISTA DE SÍMBOLOS

S&/0o o

J

%

CNOPQFeCFe@CH CFe@/mmm

R/si

S

Sig#i1i%!2o

/orcenta8e

*emperatura en grados CelsiusHierro al:a o :erritaHierro gamma o austenitaHierro 4etaHierro deltaHierro puroCar4onoCar4uro de 2ierro o cementita)ure!a oc ell CFos:uro de 2ierroMetrosMilímetros

Angstrom T ? ?%?%mLi4ras so4re pulgada cuadradaMicr5metro T %.%%? milímetros

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I9

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GLOSARIO

ALOTROPÍA+

AUSREVENIDO+

AUSTENITI3ADO+

AUSTENITA RETENIDA+

CARBURI3ADO+

CERIO+

/ropiedad =ue tienen ciertos elementos =uímicosde presentarse 4a8o estructuras molecularesdi:erentes# como el car4ono# =ue lo 2ace comogra:ito o diamante. Sus di:erentes estructurasmoleculares de4en presentarse en el mismoestado :ísico.

*ratamiento t7rmico isot7rmico mediante el cual laaustenita se trans:orma en 4ainita.

Calentamiento de un acero o 2ierro :undido a una

temperatura donde puede trans:ormarse enaustenita 2omog7nea.

Austenita =ue no es posi4le trans:ormar enmartensita durante el templado de4ido a lae pansi5n volum7trica asociada a la reacci5n.

Con8unto de t7cnicas de endurecimientosuper:icial# por las cuales el car4ono se di:unde enel acero.

Elemento =uímico =ue se encuentra dentro delgrupo de los lantánidos.

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9I

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ESFEROIDITA+

EUT'CTICO+

EUTECTOIDE+

ESTEADITA+

PRUEBA JOMIN +

TEMPLABILIDAD+

Microconstitu3ente =ue contiene cementita

es:eroidal gruesa en una matri! de :errita#permitiendo e celentes características dema=uina4ilidad en los aceros de alto car4ono.

eacci5n de tres :ases en la cual una :ase lí=uidase trans:orma en dos :ases s5lidas.

eacci5n de tres :ases en la =ue una :ase s5lidase trans:orma en dos :ases s5lidas di:erentes.

Constitu3ente de naturale!a eut7cticaV duro# :rágil

3 de 4a8o punto de :usi5n &D%oC # =ue aparece enlas :undiciones de alto contenido de car4ono en:5s:oro más de %.?BJ de :5s:oro .

/rue4a utili!ada para evaluar la templa4ilidad.Una 4arra de acero austeniti!ada se templa en une tremo con un c2orro de agua# produciendo unintervalo de velocidades de en:riamiento a lo largode la 4arra.

Facilidad con la =ue un acero puede ser templadopara :ormar martensita. Los aceros con altatempla4ilidad :orman martensita a;n conen:riamientos lentos.

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9II

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RESUMEN

Este tra4a8o de graduaci5n consiste en ela4orar una guía de prácticaspara la o4servaci5n en el microscopio electr5nico# en el la4oratorio demetalogra:ía. Esta guía de prácticas se centrará en la o4servaci5n de todas lasestructuras de los aceros 3 2ierro :undido.

Se descri4e como están compuestos cristalinamente los metales# enespecial los aceros. Seguidamente se e plicarán las microestructuras =ue sepueden encontrar en los aceros al car4ono seg;n el diagrama 2ierro K car4onoVademás de conocer la clasi:icaci5n de los aceros. Es importante# tam4i7n#conocer la clasi:icaci5n de las :undiciones 3 las estructuras =ue podemosencontrar en cada una de ellas.

Se desarrollarán los tratamientos t7rmicos más importantes =ue e isten#por=ue de esa manera comprenderemos me8or como la microestructura delacero cam4ia despu7s de 2a4er su:rido un tratamiento t7rmico# 3 =ue es lo =ueesperamos o4servar dentro de ese acero.

Finalmente# el capítulo tres se dedica a la microscopia electr5nica 3 los

dos tipos de microscopios electr5nicos =ue e isten. *odos estos conocimientoslos aplicaremos en las prácticas de metalogra:ía# las cuales se encuentran en el;ltimo capítulo# =ue tienen como o48etivo principal a3udar al estudiante deingeniería a comprender me8or la metalogra:ía 3 entender la importancia =uetiene esta ;ltima en el estudio de los aceros 3 :undiciones# principalmente.

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9I(

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OBJETIVOS

GENERAL

Ela4orar una guía de prácticas para la o4servaci5n en el microscopioelectr5nico# en el la4oratorio de metalogra:ía.

ESPECÍFICOS+

?. Conocer las microestructuras de los aceros 3 las microestructuras de las

:undiciones mostradas en el diagrama 2ierro car4ono.

$. Conocer los principales tratamientos t7rmicos para el acero# 3 entender como estos a:ectan o cam4ian la estructura de los aceros.

@. Lograr o4servar# mediante el microscopio electr5nico# todas lasmicroestructuras =ue se pueden presentar en los aceros# tanto tratados

t7rmicamente como sin tratar.

. "4servar en el microscopio electr5nico las estructuras de las :undiciones=ue se pueden encontrar en el mercado de Guatemala.

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INTRODUCCIÓN

La metalogra:ía es la ciencia =ue se encarga del estudio microsc5pico delos metales 3 aleaciones. La metalogra:ía a3uda# tanto al ingeniero como alestudiante de ingeniería a comprender me8or el comportamiento :ísico 3mecánico de los metales# especialmente del acero.

La metalogra:ía 4asa su estudio en la estructura microsc5pica de losmetales. Esta nos a3uda a ver microsc5picamente como esta compuesto unacero o una :undici5n# además de a3udarnos a sa4er =ue le sucederá a estedespu7s de su:rir alg;n tra4a8o mecánico o tratamiento t7rmico.

/ara o4servar todos estos cam4ios# la metalogra:ía se apo3a en una

2erramienta mu3 ;til =ue nos a3uda a comprender estos cam4iosV esta2erramienta es el microscopio. Ho3 en día podemos encontrar en el mercadomicroscopios con gran resoluci5n 3 aumento# estos son los microscopioselectr5nicos. )e4ido a la a3uda de electrones# 3 no de lu!# estos puedenaumentar su resoluci5n grandemente# 3 nos permiten ver de me8or :orma elesp7cimen =ue estemos anali!ando# =ue para nuestro caso serían los aceros 3:undiciones.

)e4ido a esto# se desarrollará un guía de prácticas =ue a3udará alestudiante de ingeniería a o4tener el má imo 4ene:icio de este instrumento oe=uipo# 3 a la ve!# entender me8or la metalogra:ía 3 comprender me8or elcomportamiento de los aceros.

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4.4.5 C !si1i%!%i6# 2e os /e$! es

Los metales desde el punto de vista tecnol5gico 3 de sus aplicaciones eningeniería# se pueden clasi:icar en0

• Me$! es 1e""osos+a. Aceros4. Fundiciones

• Me$! es #o 1e""osos+a. Aluminio 3 sus aleaciones4. Co4re 3 sus aleacionesc. 1incd. Esta

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$

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a. Metales ligeros0 4erilio# magnesio 3 aluminio# cu3a densidad es pe=ue

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@

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4.4.7 Es$"u%$u"! %"is$! i#! 2e os /e$! es

Como los átomos tienden a adoptar posiciones relativamente :i8as# esto dalugar a la :ormaci5n de cristales en estado s5lido. Los átomos oscilan alrededor de puntos :i8os 3 están en e=uili4rio dinámico# más =ue :i8os estáticamente. Lared tridimensional de líneas imaginarias =ue conecta los átomos se llama redespacial# en tanto =ue la unidad más pe=ue

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T!0 ! II. C!"!%$e"&s$i%!s 2e os sis$e/!s %"is$! i#os

Es$"u%$u"! E8es Á#gu os e#$"e e8es

C;4ica a T 4 T c *odos los ángulos de &%o

*etragonal a T 4 Y c *odos los ángulos de &%o

"rtorr5m4ica a Y 4 Y c *odos los ángulos de &%o

He agonal a T 4 Y c )os ángulos de &%o#un ángulo de ?$%o

om4o7drica *odos los ángulos sona T 4 T c iguales 3 ninguno es de &%o

Monoclínica a Y 4 Y c )os ángulos de &%o

Un ángulo P distinto a &%o

*riclínica a Y 4 Y c *odos los ángulos son

distintos 3 ninguno es de &%o

Fuente0 )onald . As eland. L! %ie#%i! e i#ge#ie"&! 2e os /!$e"i! es. /ág. @D

4.4.- Re2es %"is$! i#!s 2e os /e$! es

Como se mencion5 anteriormente# los metales se pueden agrupar en lossistemas cristalinos siguientes0

a. C90i%! %e#$"!2! e# e %ue":o BCC0 Si los átomos se representan comoes:eras# el átomo del centro toca a cada átomo de las es=uinas# pero7stos no se tocan entre sí. Como cada átomo de las es=uinas locomparten oc2o cu4os ad3acentes 3 el átomo del centro no puedecompartirlo ning;n otro cu4o# la celda unitaria de la estructura ,CCcontiene0

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B

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> átomos en las es=uinas ?Z> T ? átomo

? átomo central T ? átomo*otal T $ átomos

Figu"! 4. Re2 %90i%! %e#$"!2! e# e %ue":o

Fuente0 ;$$:+

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*otal T átomos

D

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Esto indica =ue la estructura FCC está más densamente empa=uetada

=ue la ,CC.

Figu"! 5. Re2 %90i%! %e#$"!2! e# !s %!"!s

Fuente0=e0:!ges.u .es

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C

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Figu"! 7. Re2 ;e !go#! %o/:!%$!

A continuaci5n se muestran *a4la III los tipos de estructura cristalina detodos los metales =ue se encuentran en la ta4la peri5dica.

T!0 ! III. Es$"u%$u"!s %"is$! i#!s 2e os /e$! es

Fuente0 ===.!%ie#%i!sg! i ei.%o/< ui

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4.5 A%e"o

El acero es una aleaci5n de 2ierro con una pe=ueJ de car4ono#es un metal 4lanco a!ulado# d;ctil 3 malea4le# cu3o peso especí:ico es de .> .

Funde de ?B@DoC a ?B@&oC re4landeci7ndose antes de llegar a estatemperatura# lo =ue permite :or8arlo 3 moldearlo con :acilidad.

4.5.4 Fo"/!s ! o$"6:i%!s 2e ;ie""o

El 2ierro cristali!a en la variedad ! 1! 2asta la temperatura de D>\C.La red espacial a la =ue pertenece es la red c;4ica centrada en el cuerpo

BCC. La distancia entre átomos es de $.>D R angstroms . El 2ierro al:a nodisuelve prácticamente en car4ono# llegando a un má imo de %.%%>J de C atemperatura am4iente# teniendo como punto de má ima solu4ilidad a $@\C

%#%$BJ . Este estado reci4e el nom4re de1e""i$!.

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La variedad 2e $! se inicia a los ? %%\C# o4servándose# entonces un

retorno a la estructura BCC. Su má ima solu4ilidad de car4ono es %.%% J a? > \C. Esta variedad es poco interesante desde el punto de vista industrial. Apartir de ?B@ \C se inicia la :usi5n del 2ierro Fe puro.

4.5.5 A e!%i6# ;ie""o %!"0o#o

El 2ierro puro apenas tiene aplicaciones industriales# pero :ormandoaleaciones con el car4ono además de otros elementos # es el metal másutili!ado en la industria moderna. A la temperatura am4iente# salvo una pe=ue

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4.5.7 Di!g"!/! ;ie""o %!"0o#o

En la Figura D se muestra la parte ;til del diagrama de e=uili4rio 2ierro Kcar4ono. )e acuerdo con su composici5n# las aleaciones 2ierro K car4ono sedividen# usualmente# en tres categorías0

?. Hierros# en los =ue el contenido de car4ono es mu3 4a8o 3 su e:ectoso4re las propiedades ordinarias es desprecia4le.

$. Aceros# cu3o contenido de car4ono es importante. Usualmente seencuentran en el intervalo de %.%?%J a ?.BJ con un valor má imo de$.%J.

@. Fundiciones# en las =ue el contenido de car4ono es tal =ue 2aga =ue sesolidi:i=ue parte del lí=uido en la composici5n eut7ctica. El contenido

mínimo de car4ono es# por lo tanto# de apro imadamente $.%J# mientras=ue el má imo práctico es de# apro imadamente# .BJ.

El intervalo de acero se su4divide a;n más con 4ase al contenido decar4ono eutectoide %.>J de C . Los aceros =ue contienen menos del %.>J deC se llaman aceros hipoeutectoides # en tanto =ue los =ue contienen de %.> a$.%J de C se llaman aceros hipereutectoides . El intervalo de 2ierro :undido

tam4i7n puede su4dividirse por el contenido de car4ono eut7ctico .@J de C .Los 2ierros :undidos =ue contienen menos del .@J de C se conocen comohierros fundidos hipoeutécticos # en tanto =ue los =ue contienen más del

.@J de C se llaman hierros fundidos hipereutécticos .

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?$

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Figu"! . Di!g"!/! ;ie""o %!"0o#o

Fuente0 A. /. Guliaev. Me$! og"!1&!, $o/o 4./ág. ?DB.

4.5.- Mi%"oes$"u%$u"!s 2e !%e"o

)ependiendo del porcenta8e de car4ono o el tratamiento t7rmico =ue el

acero 2a3a su:rido# este presentará determinadas estructuras# las cuales se

descri4en a continuaci5n.

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?@

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Aus$e#i$! es el nom4re dado a la soluci5n s5lida O gamma . Es una

soluci5n s5lida intersticial de car45n disuelto en 2ierro O FCC . La má ima

solu4ilidad es del $J de C a ??@%oC. Las propiedades promedio son0

resistencia tensil# ?B%#%%% psiV elongaci5n# ?%J en $ pulgadasV dure!a %

oc ell C# apro imadamenteV 3 tenacidad# alta. Generalmente no es esta4le ala temperatura am4iente# 3 su microestructura se muestra en la :igura .

Figu"! Q. Mi%"oes$"u%$u"! 2e ! !us$e#i$! KK

Fuente0 S3dne3 Avner. I#$"o2u%%i6# ! ! /e$! u"gi! 1&si%!. /ág. $@&.

La %e/e#$i$! o car4uro de 2ierro# :5rmula =uímica Fe@C# contiene D.D Jde C 3 &@.@@J de Fe por peso. Es un compuesto intersticial típicamente duro 3:rágil de 4a8a resistencia tensil apro imadamente B%%%psi # pero de alta

resistencia compresiva. Es la estructura más dura =ue aparece en el diagrama2ierro car4ono. Su estructura cristalina es ortorr5m4ica.

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?

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Figu"! @. Es$"u%$u"! %"is$! i#! o"$o""6/0i%!

Figu"! . Ce/e#$i$! e# !%e"o SAE 54KK $"!#s1o"/!2o ! @4KK

C -K,KKK

Fuente0 George ]rauss. Steels; processing, structure and performance . /ág. B$.

Fe""i$! es el nom4re dado a la soluci5n s5lida al:a . Es una soluci5nintersticial de una pe=ueJ de C atemperatura am4iente. Es la estructura más suave =ue aparece en eldiagrama.

?B

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?D

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Figu"! 45. Mi%"oes$"u%$u"! 2e ! /!"$e#si$! -KK

Fuente0 ===.esi5.us.es

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Figu"! 47. Mi%"oes$"u%$u"! 2e 0!i#i$! su:e"io"

Fuente0===./s/.%!/.!%.u

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Aceros al carbonoAceros al carbono, azufre alto, fósforo bajo 12xx Aceros al carbono, azufre alto, fósforo alto 23xx Ace

Aceros al níquel 5.0%Aceros al níquel 1.25% y cromo 0.60%

Aceros al cromo 0.!5% y mol"b#eno 0.20 o 0.30%Aceros al níquel 1.$3%, cromo 0.50% y mol"b#eno 0.25% 51xxAceros al cromo 0.!5 o 1.0%

Aceros al cromo 0.60 o 0.!5% y ana#"o 0.15%Aceros al níquel 0.55%, cromo 0.50% y mol"b#eno 0.20% !2xxAceros al s"l"c"o 2.0%

Dígitos Signifcado

Las especi:icaciones para los aceros representan los resultados del

es:uer!o con8unto de la American Iron and Steel Institute AISI 3 de laSociety of Automotive Engineers SAE .

El primero de los cuatro o cinco dígitos de la designaci5n num7rica indicael tipo a =ue pertenece el acero. )e este modo# uno indica un acero al car4onoVdos un acero al ní=uel# tres un acero al ní=uel cromo# etc. En el caso de acerode aleaci5n simple# el segundo dígito indica el porcenta8e apro imado delelemento predominante en la aleaci5n. Los dos o tres ;ltimos dígitosgeneralmente indican el contenido de car4ono medio dividido entre ?%%.

Los n;meros 4ásicos para la serie de cuatro dígitos de los diversos gradosde aceros al car4ono 3 de aleaci5n con porcenta8es apro imados de elementosde identi:icaci5n se muestran a continuaci5n en la ta4la I(.

T!0 ! IV. C !si1i%!%i6# 2e !%e"os seg9# #o"/!s AISI SAE

$%

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$?

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T!0 ! V. C !si1i%!%i6# 2e os !%e"os ! %!"0o#o

Ti:o 2e!%e"o

Po"%e#$!8e2e

%!"0o#oA: i%!%io#es

Calmadodulce

%.%B a %.?B Cadenas# estampados# remac2es#alam4re# tu4os soldados# colc2ones.

%.?% a %.$% Aceros estructurales# tornillos# 2o8alata#:or8ados al martillo# tro=uelados.

)ulce%.$% a %.@% *ra4a8o de má=uinas 3 estructural#

engranes# :lec2as# palancas# :or8ados.

%.@% a %. % ,ielas# :lec2as# alam4re# e8es# placas#Medio tu4os de alta tensi5n.car4ono

%. % a %.B% Cig`e% Sierras# martillos# llaves# resortes

laminados# ca4les# tro=ueles.%.>% a %.&% Cinceles en :río# cuc2illas# pun!ones#

taladros de roca.%.&% a ?.%% esortes# alam4re de alta resistencia a la

tensi5n# e8es# cuc2illos# clavos.

Aceros de ?.%% a ?.$% *aladros# mac2uelos# :resas# 4aleros#2erramienta tro=ueles# 2erramientas de torno.

?.$% a ?. % Escariadores# re4a8adores# 2o8as derasurar# 2erramientas para per:orar.

Fuente0 a3mond Higgins. I#ge#ie"&! /e$! 9"gi%!, $o/o 4 . /ág. ?@D.

En la ta4la (I se muestran algunas especi:icaciones de aceros al car4onoseg;n la clasi:icaci5n SAE 3 AISI.

$$

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T!0 ! VI. Es:e%i1i%!%io#es 2e !%e"os ! %!"0o#o

Fuente0 S3dne3 Avner. I#$"o2u%%i6# ! ! /e$! u"gi! 1&si%!. /ág. $ &.

$@

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$

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Ha3 varios m7todos para clasi:icar los aceros para 2erramientas. Uno es

seg;n los medios de templado =ue se usen# como aceros templados en agua#aceros templados en aceite 3 aceros templados en aire. El contenido de laaleaci5n es otro medio de clasi:icaci5n# como aceros al car4ono para2erramientas# aceros de 4a8a aleaci5n para 2erramientas 3 aceros de medianaaleaci5n para 2erramientas. Un ;ltimo m7todo de agrupaci5n es el 4asado enel empleo del acero para 2erramientas# como aceros para tra4a8o en caliente#aceros resistentes al impacto# aceros de alta velocidad 3 aceros para tra4a8o en:río.

El m7todo de identi:icaci5n 3 tipo de clasi:icaci5n de los aceros para2erramientas adoptado por la AISI tiene en cuenta el m7todo de templado#aplicaciones# características particulares 3 aceros para industrias especí:icas.Los aceros para 2erramientas =ue más se utili!an se 2an agrupado en sietegrupos 3 a cada grupo o su4grupo se le 2a asignado una letra del al:a4eto. Laclasi:icaci5n es como se muestra en la ta4la (II.

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$B

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T!0 ! VII. C !si1i%!%i6# 2e os !%e"os :!"! ;e""!/ie#$!s AISI

GRUPO SIMBOLO

*emplados en aguaesistentes al impacto S

*ra4a8o en :río*empla4le en aceite*empla4le en aire

Alto car45n# alto cromo

" A)

*ra4a8o en caliente HH? H?& 4ase cromoH$% H@& 4ase tungstenoH % HB& 4ase moli4deno

Alta velocidad * 4ase tungstenoM 4ase moli4deno

Moldes / Aceros para moldes/rop5sitos especí:icos L 4a8a aleaci5n

F car4ono tungsteno

Fuente0 S3dne3 Avner. I#$"o2u%%i6# ! ! /e$! u"gi! 1&si%!. /ág. @> .

En la ta4la (III# se muestran las propiedades =ue se re=uieren en losaceros para 2erramientas =ue mas se producen# =ue son los de tra4a8o en :río 3de tra4a8o en caliente.

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T!0 ! VIII. P"o:ie2!2es "e ue"i2!s e# os !%e"os :!"! ;e""!/ie#$!

T"!0!8o e# 1"&o T"!0!8o e# %! ie#$e

• esistencia al desgaste• esistencia a la compresi5n• *enacidad• Esta4ilidad dimensional• Ma=uina4ilidad• Facilidad de a:ilar# recti:icar#

pulir

• )ure!a al ro8o• esistencia al revenido• esistencia al impacto• esistencia a la a4rasi5n• esistencia a c2o=ue

t7rmicos• Ma=uina4ilidad

Fuente0===.$e%#i!%e"os.%o/

4.5. .7 A%e"os ! e!2os

Los aceros al car4ono son mu3 satis:actorios donde la resistencia 3 otrosre=uisitos no son mu3 severos. Estos aceros se utili!an tam4i7n con todo 7 itoa las temperaturas comunes 3 en atm5s:eras =ue no son altamente corrosivas#pero su templa4ilidad relativamente 4a8a limita la resistencia =ue puedeo4tenerse# e cepto en secciones regularmente delgadas. Casi todos los acerosendurecidos se revienen para reducir las tensiones internas. Los aceros al

car4ono muestran una marcada suavidad con el incremento de la temperaturade revenido. Este comportamiento disminuirá su aplica4ilidad para pie!as =uere=uieran dure!a por arri4a de la temperatura am4iente. La ma3oría de laslimitaciones de los aceros al car4ono pueden vencerse mediante el uso deelementos de aleaci5n.

$

http://www.tecniaceros.com/http://www.tecniaceros.com/

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Un acero aleado puede de:inirse como a=uel cu3as propiedades

características se de4en a alg;n elemento di:erente del car4ono. Aun=ue todoslos aceros al car4ono contienen moderadas cantidades de manganeso 3 siliciono se consideran aleados# por=ue la :unci5n principal del manganeso 3 delsilicio es actuar como deso idadores. Ellos se com4inan con el o ígeno 3 conel a!u:re# para reducir el e:ecto nocivo de dic2os elementos.

Los elementos de aleaci5n se a

$>

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Figu"! 4 . A%e"o ! 45 2e %"o/o KK . ! Re%o%i2o. 0 Te/: !2o

"e?e#i2o.

Fuente0 S3dne3 Avner. I#$"o2u%%i6# ! ! /e$! u"gi! 1&si%!. /ág. @D$.

Figu"! 4 . Mi%"oes$"u%$u"! 2e u# !%e"o ! 4@ 2e %"o/o K.

2e %!"0o#o, $e/: !2o "e?e#i2o KK .

Fuente0 S3dne3 Avner. I#$"o2u%%i6# ! ! /e$! u"gi! 1&si%!. /ág. @D@.

$&

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4.7 *ie""o 1u#2i2o

4.7.4 De1i#i%i6# 2e ;ie""o 1u#2i2o

Los 2ierros :undidos# como los aceros# son 4ásicamente aleaciones de2ierro car4ono. En relaci5n con el diagrama 2ierro car4ono# los 2ierros:undidos contienen más cantidad de car4ono =ue la necesaria para saturar austenita a la temperatura eut7cticaV por tanto contienen entre $.% 3 D.D J de

car4ono. Como el alto contenido de car4ono tiende a 2acer mu3 :rágil al 2ierro:undido# la ma3oría de los tipos manu:acturados comercialmente están en elintervalo de $.B a .%J de car4ono.

La ma3oría de los 2ierros :undidos no son malea4les a cual=uier temperaturaV sin em4argo# a veces :unden :ácilmente o pueden :undirse en:ormas complicadas =ue generalmente se ma=uinan a dimensiones :inales.Como la :undici5n de pie!as es el ;nico proceso aplicado a estas aleaciones# seconocen como ;ie""os 1u#2i2os .

Aun=ue los 2ierros :undidos comunes son :rágiles 3 tienen más 4a8aspropiedades de resistencia =ue la ma3oría de los aceros# son 4aratos# pueden:undirse más :ácilmente =ue el acero 3 tienen otras propiedades ;tiles.

Además# mediante una aleaci5n apropiada# 4uen control de la :undici5n 3 untratamiento t7rmico adecuado# las propiedades de cual=uier tipo de 2ierro:undido pueden variar ampliamente.

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@%

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4.7.5 Ti:os 2e ;ie""o 1u#2i2o

El me8or m7todo para clasi:icar el 2ierro :undido es de acuerdo con suestructura metalográ:ica. Las varia4les a considerar =ue dan lugar a losdi:erentes tipos de 2ierro :undidos son0 el contenido de car4ono# el contenido dealeaci5n 3 de impure!as# la rapide! de en:riamiento durante o despu7s delcongelamiento# 3 el tratamiento t7rmico despu7s de :undirse. Estas varia4lescontrolan la condici5n del car4ono 3 tam4i7n su :orma :ísica. El car4ono puedeestar com4inado en :orma de car4uro de 2ierro en la cementita# o e istir comocar4ono sin com4inar o li4re en :orma de gra:ito. La :orma 3 distri4uci5n delas partículas de car4ono sin com4inar in:luirá grandemente en las propiedades:ísicas del 2ierro :undido. Los tipos de 2ierro :undido se pueden clasi:icar de lasiguiente manera0

Fu#2i%i6# 0 !#%!. Son a=uellas en la =ue todo el car4ono se encuentracom4inado 4a8o la :orma de cementita. *odas ellas son aleaciones2ipoeut7cticas# 3 las trans:ormaciones =ue tienen lugar durante su en:riamientoson análogas a los de la aleaci5n de $.BJ de car4ono.

La Figura ? muestra la microestructura típica de las :undiciones 4lancas#la cual está :ormada por dendritas de austenita trans:ormada perlita # en unamatri! 4lanca de cementita. En la Figura ?> se ve la Figura ? con másaumentos para ver =ue las áreas oscuras son perlita.

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@?

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Estas :undiciones se caracteri!an por su dure!a 3 resistencia al desgaste#

siendo sumamente =ue4radi!a 3 di:ícil de mecani!ar. Esta :ragilidad 3 :alta dema=uina4ilidad limita la utili!aci5n industrial de las :undiciones totalmente4lancas# =uedando reducido su empleo a a=uellos casos en =ue no se re=uieraductilidad# como en las camisas interiores de las 2ormigoneras# molinos de4olas 3 en las 4o=uillas de e trusi5n. *am4i7n se utili!a como material para la:a4ricaci5n de la :undici5n malea4le.

Figu"! 4Q. Es$"u%$u"! 2e ! 1u#2i%i6# 0 !#%! 4KK

Fuente0 ===.esi5.us.es

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@$

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Figu"! 4@. Es$"u%$u"! 2e ! 1u#2i%i6# 0 !#%! -KK

Fuente0===.esi5.us.es

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En la primera :ase del recocido# la :undici5n 4lanca se calienta lentamente

a una temperatura comprendida entre > % 3 &>%\C. )urante el calentamiento# laperlita se trans:orma en austenita al alcan!ar la línea crítica in:erior 3# a medida=ue aumenta la temperatura# la austenita :ormada disuelve algo más decementita.

La segunda :ase del recocido consiste en un en:riamiento mu3 lento alatravesar la !ona crítica en =ue tiene lugar la reacci5n eutectoide. Esto permitea la austenita descomponerse en las :ases esta4les de :errita 3 gra:ito. Una ve!reali!ada la gra:iti!aci5n# la estructura no su:re ninguna nueva modi:icaci5ndurante el en:riamiento a temperatura am4iente# =uedando constituida por n5dulos de car4ono de revenido rosetas en una matri! :errítica. Este tipo de:undici5n se denomina normal o :errítica.

Si durante el temple al aire se consigue =ue el en:riamiento a trav7s de laregi5n eutectoide se realice con la su:iciente rapide!# la matri! presentará una

estructura totalmente perlítica.

Si el en:riamiento en la regi5n eutectoide no se reali!a a la velocidadnecesaria para =ue todo el car4ono =uede en :orma com4inada# las !onas =uerodean los n5dulos de car4ono revenido estarán totalmente gra:iti!adas#mientras =ue las más distantes presentarán una estructura totalmente perlítica.)e4ido al aspecto =ue presenta esta estructura al microscopio# se conoce como

estructura de o8o 2e 0ue .

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@

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Figu"! 4 . Es$"u%$u"! 2e 1u#2i%i6# /! e!0 e 1e""&$i%! 4KK

Fuente0===.esi5.us.es

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Fu#2i%i6# g"is. La ma3oría de las :undiciones grises son aleaciones

2ipoeut7cticas =ue contienen entre $.B 3 .%J de car4ono. El proceso degra:iti!aci5n se reali!a con ma3or :acilidad si el contenido de car4ono eselevado# las temperaturas elevadas 3 si la cantidad de elementos gra:iti!antespresentes# especialmente el silicio# es la adecuada.

/ara =ue gra:iticen la cementita eut7ctica 3 la proeutectoide# 3 así o4tener una estructura :inal perlítica 2a3 =ue controlar cuidadosamente el contenido desilicio 3 la velocidad de en:riamiento. El gra:ito adopta la :orma de numerosaslaminillas curvadas# =ue son las =ue proporcionan a la :undici5n gris sucaracterística :ractura grisácea o negru!ca.

Si la composici5n 3 la velocidad de en:riamiento son tales =ue la cementitaeutectoide se gra:iti!a# presentará entonces una estructura totalmente :errítica

Figura $? . /or el contrario# si se impide la gra:iti!aci5n de la cementitaeutectoide# la matri! será totalmente perlítica Figura $$ .

Figu"! 54. Es$"u%$u"! 2e 1u#2i%i6# g"is 1e""&$i%! 4KK

@D

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La ma3oría de las :undiciones contienen :os:oro procedente del mineral de

2ierro en cantidades varia4les entre %.?% 3 %.&%J# el cual se com4ina en suma3or parte con el 2ierro# :ormando :os:uro de 2ierro Fe@/ . Este :os:uro :ormaun eut7ctico ternario con la cementita 3 la austenita conocida como esteadita# lacual es uno de los constitu3entes normales de las :undiciones.

Figu"! 55. Es$"u%$u"! 2e 1u#2i%i6# g"is :e" &$i%! 4KK

Fuente0===.esi5.us.es

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@

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Figu"! 57. G"!#os 0 !#%os 2e es$e!2i$! e# 1u#2i%i6# g"is -KK

Fu#2i%i6# #o2u !" . Al encontrarse el car4ono en :orma es:eroidal# la

continuidad de la matri! se interrumpe muc2o menos =ue cuando se encuentraen :orma laminarV esto da lugar a una resistencia a la tracci5n 3 tenacidadma3or =ue en la :undici5n gris ordinaria. La :undici5n nodular se di:erencia dela :undici5n malea4le en =ue normalmente se o4tiene directamente en 4ruto#por :usi5n# sin necesidad de tratamiento t7rmico posterior. Además los n5dulospresentan una :orma más es:7rica =ue los aglomerados de gra:ito# más omenos irregulares# =ue aparecen en la :undici5n gris.

El contenido total de car4ono en la :undici5n nodular es igual al de la:undici5n gris. Las partículas es:eroidales de gra:ito se :orman durante lasolidi:icaci5n# de4ido a la presencia de pe=ue

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Las :undiciones :erríticas son las =ue proporcionan la má ima ductilidad#

tenacidad 3 ma=uina4ilidad.

Figu"! 5-. Es$"u%$u"! 2e 1u#2i%i6# #o2u !" 1e""&$i%! 4KK

Estas :undiciones# 4ien en 4ruto de :undici5n o tras 2a4er su:rido unnormali!ado# pueden presentar tam4i7n una matri! constituida en gran parte por perlita# como se muestra en la Figura $B.

Figu"! 5 . M!$"i> :e" &$i%! e# 1u#2i%i6# #o2u !" 4KK

@&

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4.7.7 Mi%"oes$"u%$u"!s 2e ;ie""o 1u#2i2o

Los 2ierros :undidos pueden presentar las siguientes estructuras0

a Cementita primaria 3 perlita solamente. Este tipo de estructura es típicade los 2ierros duros# 4lancos# de 4a8o silicio 3 alto a!u:re# 3 se encuentratam4i7n en otros tipos de 2ierro =ue 2an sido en:riados.

4 Cementita primaria# gra:ito 3 perlita. Los 2ierros nodulares# en los cualesparte de la cementita primaria se 2a descompuesto# :ormando gra:ito#son de este tipo.

c Gra:ito 3 perlita. Esta estructura es típica de un 2ierro de serviciopesado# en el cual toda la cementita primaria se 2a trans:ormado engra:ito.

d Gra:ito# perlita 3 :errita. Hierro gris de estructura ma3or# =ue será másd74il 3 4landa.

e Gra:ito 3 :errita. A=uí# toda la cementita :errítica# así como la cementitaprimaria# se 2a disociado en gra:ito. Esto se de4e generalmente a ungran contenido de silicio. Este 2ierro vaciado será mu3 4lando 3 :ácil de

ma=uinar. La :errita presente contendrá silicio 3 manganeso disueltos.

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%

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Figu"! 5 . Mi%"oes$"u%$u"!s 1!ses 2e ;ie""o 1u#2i2o

Fuente0 S3dne3 Avner. I#$"o2u%%i6# ! ! /e$! u"gi! 1&si%!. /ág. B%.

?

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4.7.- P"o:ie2!2es /e% #i%!s !: i%!%io#es 2e !s 1u#2i%io#es

En las siguientes ta4las se muestran las propiedades de dos tipos de:undiciones de 2ierro =ue se pueden encontrar en el mercado de Guatemala.

T!0 ! I). P"o:ie2!2es 2e 1u#2i%i6# g"is Ve"s! B!" V5

*IERRO GRIS VERSA BAR V 5

esistencia a la tensi5n %#%%% psiesistencia a la compresi5n ?B#%%% psiesistencia a la carga lateral0 %#%%% psi

)e:le i5n %.$BX K %.@ XMicroestructura en estado :undido Esencialmente /erlítica

*ratamiento t7rmico En aceite desde >B> ^ C para o4tener H C B% mín. en la super:icieMa=uina4ilidad Mu3 4uenaEspeci:icaci5n AS*M A > Clase %

Fuente0 ===.$e%#i!%e"os.%o/

T!0 ! ). P"o:ie2!2es 2e 1u#2i%i6# #o2u !" Ve"s! 0!" V-

*IERRO NODULAR VERSA BAR V -esistencia a la tensi5n >%#%%% psi

Límite de cedencia BB#%%% psiElongaci5n D J

ango de dure!a ,rinell ?> Z$D& ,H'Microestructura en estado :undido /erlítica*ratamiento t7rmico ecocido 5 'ormali!adoMa=uina4ilidad ,uenaEspeci:icaci5n AS*M A B@D

Fuente0 ===.$e%#i!%e"os.%o/

http://www.tecniaceros.com/http://www.tecniaceros.com/http://www.tecniaceros.com/http://www.tecniaceros.com/http://www.tecniaceros.com/http://www.tecniaceros.com/

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$

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Los 2ierros :undidos presentan además las siguientes venta8as0

a esistencia :ísica como el acero4 Super:icie de desli!amiento con alto gra:itoc Sin de:ormaciones por el calor d etenci5n del aceite por su estructura de gra:ito en copoe 'o contamina el aceite lu4ricante: Facilidad de corte li4re manteniendo tolerancias estrec2as

g Alta resistencia a la compresi5n 3 carga lateral2 Se puede o4tener super:icies mu3 4ien pulidasi Suprime las vi4raciones

)e4ido a las propiedades de los 2ierros :undidos estos tienen una granaplicaci5n industrial# tales como0

a Hidráulica 3 neumática0 mani:olds# 7m4olos# tapas de cilindros.4 En la industria del vidrio0 moldes# :ormas# 4u!os.c En má=uinas 3 e=uipos0 poleas# rodillos# e8es# gr;as.d Ma=uinaria agrícola0 soportes# 4ra!os# co8inetes.e Herramientas0 gr;as# su:rideras# postes# matrices.

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@

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5. TRATAMIENTOS T'RMICOS

5.4 Co#%e:$os ge#e"! es

5.4.4 I#$"o2u%%i6#

La de:inici5n de tratamiento t7rmico dada en el Metals Handbook es0 WUnacom4inaci5n de operaciones de calentamiento 3 en:riamiento# de tiemposdeterminados 3 aplicadas a un metal o aleaci5n en el estado s5lido en una:orma tal =ue producirá propiedades deseadasX. *odos los procesos 4ásicos detratamientos t7rmicos para aceros inclu3en la trans:ormaci5n o descomposici5nde la austenita.

5.4.5 Ti:os 1u#2!/e#$! es 2e $"!$!/ie#$os $é"/i%os 2e !%e"o

Si la 4ase para el estudio del tratamiento t7rmico de las aleaciones es eldiagrama de estado correspondiente# es evidente =ue la 4ase para el estudiodel tratamiento t7rmico del acero será el diagrama 2ierro K car4ono. Como setrata de estudiar el tratamiento t7rmico del acero# s5lo nos interesarán lasaleaciones cu3a concentraci5n sea de 2asta $J de C 3# respectivamente# laregi5n del diagrama 2ierro K car4ono correspondiente a las concentraciones de2asta el $J.

Como es natural# el límite superior de temperatura en el tratamientot7rmico es la línea de s5lido# por lo =ue los procesos de cristali!aci5n primaria 3#por consiguiente# la parte superior del diagrama no tiene en este caso granimportancia para nosotros.

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B

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La parte del diagrama de 2ierro K car4ono =ue vamos a considerar es la

representada en la Figura $ .

Figu"! 5Q. P!"$e %o""es:o#2ie#$e ! !%e"o 2e 2i!g"!/! Fe 7C Fe

Fuente0 A./. Guliaev. Me$! og"!1&!#?o u/e# 4 . /ág. $$&.

(amos a dar las denominaciones generalmente aceptadas de los puntoscríticos. Los puntos críticos se designan con la letra A.

El punto crítico in:erior# =ue se designa por A?# se encuentra en la línea/S] 3 corresponde a la trans:ormaci5n austenita perlita. El punto críticosuperior A@ se 2alla en la línea GSE 3 corresponde al principio de laprecipitaci5n o al :inal de la disoluci5n de la :errita en los aceros 2ipoeutectoideso de la cementita secundaria en los aceros 2ipereutectoides.

/ara poder di:erenciar el punto crítico durante el calentamiento del puntocrítico durante el en:riamiento# 8unto a la letra A se pone unac en el primer caso3 una r en el segundo.

D

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/or consiguiente# el punto crítico de la trans:ormaci5n de la austenita en

perlita se designará por Ar ? 3 el de la perlita en austenita# por Ac?V el comien!ode la segregaci5n de :errita de la austenita se designará por Ar @# 3 al :inal de ladisoluci5n de la :errita en la austenita# por Ac@. El principio de la segregaci5n decementita de la austenita tam4i7n se denominará Ar @# 3 el :in de la disoluci5n dela cementita secundaria en la austenita# Ac@ este punto se designa:recuentemente por Acm .

En este capítulo se e plicaran los principales tratamientos t7rmicos =ue sele pueden reali!ar al acero# los cuales son los siguientes0

• *emple• evenido• ecocido• 'ormali!ado• Ausrevenido o Austempering• Cementado

5.4.7 Cu!$"o $"!#s1o"/!%io#es :"i#%i:! es 2e !%e"o

Las trans:ormaciones de :ase =ue se cumplen en el acero tam4i7n sede4en a =ue# como consecuencia del cam4io de las condiciones# por e8emplo#

de la temperatura# un estado resulta ser menos esta4le =ue otro. Esto es lo =ueprovoca las trans:ormaciones =ue se desarrollan en el acero.

E aminando las trans:ormaciones estructurales del acero de4emos decir en primer lugar# =ue las estructuras :undamentales son tres 3 =ue lastransiciones entre ellas caracteri!an las trans:ormaciones principales.

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Estas estructuras son0

• La austenita A # soluci5n s5lida de car4ono en 2ierro O# FeO C .• La martensita M # soluci5n s5lida de car4ono en 2ierro N# FeN C .• La perlita / # me!cla eutectoide de :errita 3 car4uro# FeN Fe@C.

En el tratamiento t7rmico del acero se o4servan cuatro trans:ormacionesprincipales0

?. La trans:ormaci5n de la perlita en austenita# =ue transcurre por encima delpunto A?# a una temperatura superior a la del e=uili4rio esta4le austenita KperlitaV a estas temperaturas# de las tres estructuras :undamentales# laaustenita es la =ue posee la energía li4re mínima0

Fe Fe7C Fe C o P A

$. La trans:ormaci5n de la austenita en perlita# =ue se desarrolla por de4a8o de A?0

Fe C Fe Fe7C o A P

@. La trans:ormaci5n de la austenita en martensita0

Fe C Fe C o A M

. La trans:ormaci5n de la martensita en perlita o# más e actamente# enme!cla de :errita 3 car4uro0

Fe C Fe Fe7C o M P

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>

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Esta trans:ormaci5n se e:ect;a a todas las temperaturas# 3a =ue a todas las

temperaturas es ma3or la energía li4re de la martensita =ue la de la perlita.

5.4.- E$!:!s 2e u# $"!$!/ie#$o $é"/i%o

En todo tratamiento t7rmico se distinguen tres etapas0

?. Calentamiento 2asta la temperatura adecuada.

$. Mantenimiento a esa temperatura 2asta o4tener uni:ormidad t7rmica.@. En:riamiento a la velocidad adecuada.

)e acuerdo con las variantes de estas :ases se o4tienen los distintostratamientos t7rmicos. A2ora# veamos la e plicaci5n de cada una de las tres:ases0

E$!:! 4. Si en esta :ase se llega a la temperatura de trans:ormaci5nsuperior# toda la estructura se convierte en austenita. Si el calentamiento essu:icientemente lento# la trans:ormaci5n se logra a las temperaturas =ue semuestran en la :igura $>.

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&

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B%

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Si esta :ase se 2ace escalonadamente# es decir# en:riando rápidamente

2asta una cierta temperatura 3 luego se la mantiene a esa misma temperaturadurante el tiempo su:iciente# se comprue4a =ue tam4i7n se logra latrans:ormaci5n. Se dice de estas trans:ormaciones =ue son a temperaturaconstante o isot7rmica. Las trans:ormaciones isot7rmicas tienen la venta8a#so4re las logradas en el en:riamiento continuo# de =ue la estructura resulta mu32omog7nea# mientras =ue en el en:riamiento continuo pueden resultar variostipos de cristales.

Figu"! 5 . E$!:!s 2e u# $"!$!/ie#$o $é"/i%o

Fuente0L!0o"!$o"io 2e $"!$!/ie#$os $é"/i%os. I'*ECA/.

En la Figura @% se muestran las tres etapas de un tratamiento t7rmico deun acero 4oni:icado. En este caso# es un tratamiento de temple 3posteriormente# de revenido.

B?

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Figu"! 7K. E$!:!s 2e $"!$!/ie#$o $é"/i%o 2e u# !%e"o 0o#i1i%!2o

Fuente0L!0o"!$o"io 2e $"!$!/ie#$os $é"/i%os . I'*ECA/.

5.5 T"!$!/ie#$os $é"/i%os

5.5.4 Re%o%i2o $o$!

Este proceso consiste en calentar el acero a la temperatura adecuada 3luego en:riar lentamente a lo largo del intervalo de trans:ormaci5n#pre:erentemente en el 2orno o en cual=uier material =ue sea 4uen aislante alcalor. /or lo general# el en:riamiento lento contin;a a temperaturas más 4a8as.

El prop5sito del recocido puede ser re:inar el grano# proporcionar suavidad# me8orar las propiedades el7ctricas 3 magn7ticas 3# en algunos casos#me8orar el ma=uinado.

El recocido puede e plicarse mediante el siguiente diagrama mostrado enla :igura @?.

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B$

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Figu"! 74. C!/0ios e# /i%"oes$"u%$u"! 2u"!#$e e "e%o%i2o

Sup5ngase =ue 2a3 un acero al %.$%J de C 3 =ue se desea re:inar el

tama

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5.5.5 Re%o%i2o e# :"o%eso

Frecuentemente de4emos aplicar una cantidad considera4le de tra4a8o en:río a los aceros dulces como# por e8emplo# en el estirado de alam4res. Elrecocido para aliviar es:uer!os se 2ace entonces necesario para a4landar elmetal# de manera =ue puedan llevarse a ca4o operaciones posteriores de

estirado. Este recocido generalmente se lleva a ca4o a DB%oC. /uesto =ueesta temperatura se encuentra por encima de la temperatura de recristali!aci5n

de B%%o

C# la recristali!aci5n se verá acelerada de manera =ue será completa encuesti5n de minutos# al alcan!ar la temperatura má ima.

Un recocido prolongado puede causar un deterioro en las propiedades#puesto =ue# aun cuando la ductilidad puede aumentar# 2a4rá una p7rdida deresistencia. )e4e notarse =ue el recocido del proceso es una operaci5n

su4críticaV esto es# tiene lugar de4a8o de la temperatura crítica in:erior. /or estara!5n# aun cuando se estimula la recristali!aci5n# no 2a3 cam4io de :ase 3 lasconstitu3entes :errita 3 cementita contin;an presentes en la estructura duranteel proceso.

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B

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Figu"! 75. Es$"u%$u"! 2e u# !%e"o "e%o%i2o %o# 4.7 2e C 4KK

Fuente0===.esi5.us.es!%i6#

Un proceso de tratamiento t7rmico =ue me8orará la ma=uina4ilidad se

conoce como recocido de es:eroidi!aci5n. Este proceso producirá :orma decar4uro es:eroidal o glo4ular en una matri! :erríticaV puede emplearse uno delos m7todos siguientes0

?. Mantener durante un tiempo prolongado a una temperatura 8ustamentepor de4a8o de la línea crítica in:erior.

$. Calentar 3 en:riar alternadamente entre las temperaturas =ue están 8ustamente por encima o por de4a8o de la línea crítica in:erior.

@. Calentar a una temperatura por encima de la línea crítica in:erior 3 luegoen:riar mu3 lentamente en el 2orno# o mantener a una temperatura 8ustopor de4a8o de la línea crítica in:erior.

BB

http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-20.htmlhttp://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-20.html

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Mantener durante un tiempo prolongado a elevada temperatura

despeda!ará completamente la estructura perlítica 3 la red de cementita. Lacementita se convertirá en es:eras# =ue es la :orma geom7trica de ma3or e=uili4rio con sus alrededores.

La estructura es:eroidi!ada es desea4le cuando es importante una mínimadure!a# una má ima ductilidad o una má ima ma=uina4ilidad en acero al altocar4ono. Los aceros al 4a8o car4ono rara ve! se es:eroidi!an por ma=uinado#por=ue en la condici5n es:eroidi!ada son e cesivamente suaves 3 gomosos.

Algunas veces# los aceros al medio car4ono se es:eroidi!an mediante recocidopara o4tener má ima ductilidad para ciertas operaciones de tra4a8o.

Figu"! 77. A%e"o 2e K.@ 2e C %o# "e%o%i2o 2e es1e"oi2i>!%i6# -KK

Fuente0 ===.esi5.us.es

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5.5.- No"/! i>!2o

El normali!ado se aseme8a al recocido total en =ue la temperatura má imaalcan!ada es similar. La di:erencia se encuentra en el m7todo de en:riamiento.Mientras =ue en el recocido se retarda el en:riamiento# en el normali!ado elacero se retira del 2orno 3 se permite su en:riamiento en aire =uieto. Estem7todo de en:riamiento# relativamente rápido# limita el crecimiento del grano enel normali!ado# de manera =ue las propiedades mecánicas son algo me8ores=ue en la componente recocida. Además# el aca4ado de la super:icie de unapie!a normali!ada es con :recuencia superior al de la misma recocida alma=uinarse# 3a =ue la :alta de ductilidad de esta ;ltima# da con :recuencia# lugar a un desgarramiento local de la super:icie.

Figu"! 7-. I#$e"?! o 2e $e/:e"!$u"!s 2e #o"/! i>!2o, "e%o%i2o $e/: e

Fuente0 a3mond Higgins. I#ge#ie"&! /e$! 9"gi%!, $o/o 4 . /ág. $?%.

B

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El tipo de estructura =ue se o4tiene por el normali!ado dependerá muc2o

del espesor de la secci5n transversal# 3a =ue esto a:ecta la rapide! deen:riamiento. Las secciones delgadas darán un grano muc2o más :ino =ue lasgruesas# 3 estas ;ltimas di:ieren poco en su estructura# de una secci5nrecocida.

Figu"! 7 . Es$"u%$u"! 2e u# !%e"o #o"/! i>!2o %o# K.@K 2e C -KK

5.5. Re?e#i2o

En la condici5n martensítica sin tratamiento t7rmico posterior# el acero es

demasiado :rágil para la ma3oría de las aplicaciones. La :ormaci5n demartensita origina grandes tensiones residuales en el aceroV por tanto# elendurecimiento casi siempre sigue de un tratamiento de revenido# el cualconsiste en calentar el acero a alguna temperatura menor =ue la crítica in:erior.El prop5sito del revenido es li4erar los es:uer!os residuales 3 me8orar laductilidad 3 tenacidad del acero. Este aumento en ductilidad generalmente seo4tiene a costa de la disminuci5n de dure!a o de la resistencia.

B>

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El revenido causa una trans:ormaci5n de la martensita. Mientras más alta

sea la temperatura del revenido# más tenderá la estructura a convertirsenuevamente a perlítica# esta4le a esta temperatura# puesto =ue el revenidosiempre se lleva a ca4o de4a8o de la temperatura crítica in:erior.

El revenido a temperaturas de 2asta $%%o C# solamente alivia los es:uer!os2asta cierto puntoV pero# entre $@%o 3 $ %oC# la martensita cam4ia en ciertogrado# para :ormar un constitu3ente 4lanco de ata=ue rápido. Esta nuevaestructura# llamada troostita secundaria# tiene :orma granular 3 es# de 2ec2o#una me!cla de :errita e tremadamente :ina 3 cementita. La troostita es muc2omás tena!# pero algo más suave =ue la martensita# lo =ue la 2ace más ;til encasos en =ue la resistencia 3 la uni:ormidad son más importantes =ue unadure!a e trema.

Figu"! 7 . Es$"u%$u"! 2e u# !%e"o "e?e#i2o ! KKoC %o# K.7 2e C -KK

Fuente0===.esi5.us.es

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El revenido a temperaturas superiores a %%oC# 2ace =ue se produ!ca la

:usi5n de partículas de cementita# a tal grado =ue pueden ser vistas :ácilmentecon ampli:icaciones del orden de B%%. Este tipo de estructura se conoce como

so"0i$! 3 la di:erencia entre la sor4ita 3 la troostita se encuentra solamenteen el tama

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D?

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Figu"! 7@. P"o%eso 2e !us"e?e#i2o e# e 2i!g"!/! TTT

Fuente0i#1o. u.1!"/i#g2! e.e2u

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El prop5sito 4ásico del temple es producir una estructura totalmente

martensítica# 3 la mínima rapide! de en:riamiento =ue evitará la :ormaci5n decual=uiera de los productos más suaves de trans:ormaci5n se conoce comorapide! crítica de en:riamiento. La rapide! crítica de en:riamiento determinadapor la composici5n =uímica 3 el tama .

D@

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La estructura martensítica se logra o4tener ;nicamente con en:riamientos

e tremadamente rápidos. La martensita es la más dura de las :ases =ue se

encuentran en el acero 3 puede considerarse más convenientemente como una

soluci5n s5lida so4resaturada de car4ono en 2ierro c;4ico centrado. Mientras

=ue la soluci5n s5lida de car4ono en el 2ierro c;4ico de caras centradas

austenita es suave 3 malea4le# esta soluci5n supersaturada# martensita# es

mu3 dura 3 :rágil. Un en:riamiento menos severo# da lugar a una estructura

conocida como 4ainita.

En la :igura % se muestra la estructura martensítica =ue se logra en el

acero con el temple.

Figu"! -K. Es$"u%$u"! 2e u# !%e"o $e/: !2o %o# K.7 2e C -KK

Fuente0 ===.esi5.us.es

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D

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5.5.@ Te/: !0i i2!2

La templa4ilidad de un acero es la propiedad =ue determina la pro:undidad3 distri4uci5n producida por el templeV o tam4i7n podría de:inirse como la:acilidad =ue tiene el acero para :ormar martensita di:icultando la aparici5n deproductos de trans:ormaci5n.

La templa4ilidad depende de0

• La composici5n =uímica del acero• *ama

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DB

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Ha3 dos tipos de cementaci5n0 s5lida 3 gaseosa.

En nuestro caso solamente e plicaremos la cementaci5n s5lida# 3a =ueeste tipo de cementaci5n es la más utili!ada 3 sencilla de reali!ar.

En la cementaci5n s5lida las pie!as se entierran en una ca8a llena decar4urante o cementante. Este es car45n vegetal con algunos aditivos. En laca8a# en los intervalos entre los tro!os de car45n# 2a3 aire# cu3o o ígeno a la

temperatura del proceso &%% K &B%oC se com4ina con el car4ono :ormando

mon5 ido de car4ono C" .

El proceso de cementaci5n s5lida es una operaci5n larga 3 =ue# seg;nsea la pro:undidad de cementaci5n =ue sea necesaria# suele re=uerir muc2as2oras. Incluso para =ue se :orme una capa de poca pro:undidad# por e8emplo#de ? mm# la cementaci5n de4e durar varias 2oras. Esta duraci5n tan larga del

proceso se de4e principalmente a la pe=ue

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En todos los casos las pie!as cementadas# despu7s del temple# se

someten a revenidos a 4a8as temperaturas ?B% K$%%oC para eliminar las

tensiones internas. Como resultado de este tratamiento temple revenido a

4a8a temperatura la super:icie de4erá tener la dure!a H C B> K D$# 3 el n;cleouna muc2o menor# del orden de H C $B K @B en los aceros aleados 3 a;n más4a8a en los aceros al car4ono.

Figu"! -4. Reg&/e#es 2e $"!$!/ie#$o $é"/i%o 2e !s :ie>!s %e/e#$!2!s

Fuente0 A./. Guliaev. Me$! og"!1&!, ?o u/e# 4./ág. @$B.

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5.7.5 Ni$"u"!%i6#

Se llama nitruraci5n al proceso de saturaci5n del acero con nitr5geno.Este proceso# comparado con la cementaci5n# se utili!a desde 2acerelativamente poco.

La nitruraci5n se aseme8a a la cementaci5n en =ue el acero se calientadurante un tiempo considera4le en el medio endurecedor# mientras =ue en la

cementaci5n usan car4ono como medio# en la nitruraci5n se emplea nitr5genogaseoso.

/uesto =ue se lleva a ca4o a una temperatura relativamente 4a8a# lanitruraci5n constitu3e la operaci5n :inal en la manu:actura de la componente#2a4iendo sido llevados a ca4o previamente todo el ma=uinado 3 procesos de

tratamiento del centro. Las partes se mantienen a B%%oC por lapsos de % a?%% 2oras# seg;n la pro:undidad re=uerida# en la cu4ierta en una cámaraestanca a trav7s de la cual puede circular el amoniaco.

Antes de ser nitrurado# las componentes se tratan t7rmicamente paraproducir las propiedades re=ueridas en el centro. La :recuencia normal deoperaci5n será0

a *emplados en aceite entre >B% 3 &%%oC# seguido de revenido a entre D%%

3 %%oCV

4 Ma=uinado de des4aste# seguido de un recocido esta4ili!ador a B%oC por cinco 2oras para eliminar es:uer!os internosV

c Ma=uinado 3 aca4ado# seguido de nitruraci5n.

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D>

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Las venta8as de la nitruraci5n son las siguientes0

a /uesto =ue no se re=uiere el templado despu7s de la nitruraci5n# sonpoco pro4a4les el agrietamiento o la distorsi5n.

4 Se puede o4tener una dure!a super:icial mu3 alta# del orden de H C %con los aceros de nitruraci5n Nitralloy .

c La resistencia a la corrosi5n es 4uena si la super:icie nitrurada se de8asin pulir.

d La resistencia a la :atiga es 4uena.

5.7.7 C!"0o#i$"u"!%i6#

La car4onitruraci5n es un proceso de endurecimiento super:icial en el cualun acero se calienta en una atm5s:era gaseosa de tal composici5n =ue elcar4ono 3 el nitr5geno se a4sor4en simultáneamente. El proceso tam4i7n se

conoce como cianuraci5n seca 3 cianuraci5n por gas.

Las atm5s:eras utili!adas en car4onitruraci5n generalmente inclu3en uname!cla de gas portador# gas enri=uecedor 3 amoníaco. El gas portador sueleser una me!cla de nitr5geno# 2idr5geno 3 mon5 ido de car4ono producido enun generador endot7rmico. El gas portador se proporciona al 2orno 4a8opresi5n positiva a :in de prevenir in:iltraci5n por aire 3 act;a como una sustancia

inerte para los gases activos# 2aciendo de este modo =ue el proceso sea más:ácil de controlar. El gas enri=uecedor es generalmente propano o gas natural 3constitu3e la principal :uente para el car4ono a

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D&

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%

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Estas curvas se constru3en tomando varias pro4etas del acero en

cuesti5n# calentándolas en la !ona austenítica 3 luego en:riándolas en 4a

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La línea 2ori!ontal =ue representa la temperatura de $@oC es la

temperatura crítica in:erior arri4a de la cual la estructura del acero eutectoide encuesti5n consiste enteramente de austenita esta4le. A4a8o de esta línea laaustenita es inesta4le 3 las dos curvas con :orma apro imada de C indican eltiempo necesario para =ue se inicie la trans:ormaci5n austenita en :errita cementita 3 se complete despu7s de un en:riamiento rápido a cual=uier temperatura predeterminada.

La trans:ormaci5n es lenta a temperaturas inmediatamente de4a8o de lacrítica in:eriorV pero la aleaci5n en la iniciaci5n 3 el tiempo re=uerido para su

terminaci5n# disminu3e al descender la temperatura 2acia BB%oC. En esta !ona#mientras ma3or sea el grado de su4en:riamiento# ma3or es la tendencia de laaustenita a trans:ormarse 3 la rapide! de trans:ormaci5n alcan!a un má imo de

BB%oC. A temperaturas inmediatamente de4a8o de $@oC# donde latrans:ormaci5n se produce directamente# la estructura :ormada será perlitagrande# puesto =ue e iste su:iciente tiempo para =ue tenga lugar la di:usi5n. En

la regi5n inmediatamente arri4a de B%%oC# sin em4argo# una rápidatrans:ormaci5n resulta en la :ormaci5n de la perlita :ina. A temperaturas entre

BB% 3 $$%oC# la trans:ormaci5n se 2ace más lenta al descender la temperaturaVen esta !ona de temperatura# el producto de trans:ormaci5n es 4ainita.

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$

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Figu"! -7. Re:"ese#$!%i6# 2i!g"!/ $i%! 2e /é$o2o us!2o :!"! 2es%"i0i"

!s %u"?!s TTT

Fuente0 a3mond Higgins. I#ge#ie"&! /e$! 9"gi%!, $o/o 4. /ág. $$@.

Laslíneas 2ori!ontales al pie del diagrama no son# 2a4lando

estrictamente# parte de las curvas ***# sino =ue representan las temperaturas a

las cuales se inicia Ms 3 aca4a M: la :ormaci5n de martensita durante el

en:riamiento de la austenita en esta !ona.

Las curvas *** ilustradas en la Figura $ corresponden a un acero de

composici5n eutectoide %.>@J C . Si el contenido de car4ono es superior o

in:erior a 7ste# las curvas se despla!arán a la i!=uierda# de manera =ue el ritmo

de en:riamiento crítico necesario paraenteramente martensítica# será ma3or.

producir una estructura =ue sea

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@

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A:ortunadamente# la adici5n de elementos de aleaci5n tiene el e:ecto de

mover las curvas *** 2acia la derec2a del diagrama. Esto indica =ue puedenusarse ritmos de en:riamiento más lentos# en :orma de en:riamiento en aceite 3a;n en aire# 3 todavía se podrá retener una estructura martensítica. En estesentido# son e:ectivas pe=ue

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T!0 ! )I. T"!2u%%i6# 2e os $é"/i#os /os$"!2os e# ! Figu"! --

Té"/i#o e# i#g és Sig#i1i%!2o e# es:!Wo

Furnace cool En:riado dentro del 2orno recocido Air cool En:riado al aire normali!ado"il =uenc2 *emple en aceite

ater =uenc2 *emple en agua*rans:ormation starts Empie!a trans:ormaci5n

*rans:ormation :inis2es *ermina trans:ormaci5nMartensite trans:ormation starts Empie!a trans:ormaci5n martensíticaMartensite trans:ormation :inis2es *ermina trans:ormaci5n martensítica

Austenite Austenita/earlite /erlita,ainite ,ainita

Austempering AusrevenidoMartempering Martemplado

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B

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7. MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

7.4 Me$! og"!1&!

La metalogra:ía es la disciplina =ue estudia microsc5picamente lascaracterísticas estructurales de un metal o de una aleaci5n. Sin duda# elmicroscopio es la 2erramienta más importante del metalurgista# tanto desde elpunto de vista cientí:ico como del t7cnico. Es posi4le determinar el tama

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Figu"! - . Mi%"os%o:io 2e V!# Leeu=e#;oe

El :actor limitante en el microscopio de (an Leeu en2oe era la calidadde la lente conve a. El pro4lema se pudo resolver con la adici5n de otra lente#para ampliar la imagen producida por la primera lente. Este microscopiocompuesto K :ormado por una lente o48etiva 3 un ocular# 8unto con medio para elen:o=ue# un espe8o o una :uente de lu! 3 un soporte para su8etar 3 colocar elesp7cimen K es la 4ase de los microscopios 5pticos actuales.

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>

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Un microscopio 5ptico moderno o:rece una ampliaci5n má ima de ?%%% #

3 permite al o8o resolver o48etos separados %.%%%$ mm. En un es:uer!ocontinuo para o4tener una me8or resoluci5n# se encontr5 =ue el poder deresoluci5n del microscopio esta4a limitado no s5lo por el n;mero 3 la calidad delas lentes sino# tam4i7n# por la longitud de onda de la lu! utili!ada para lailuminaci5n. Era imposi4le resolver puntos del o48eto =ue estuviesen máspr5 imos =ue unos cientos de nan5metros. El uso de lu! de longitud de ondacorta a!ul o ultravioleta # proporcion5 una ligera me8ora.

En los a

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Mi%"os%o:io e e%$"6#i%o 2e 0!""i2o+En este microscopio la muestra es

recu4ierta con una capa de metal delgada# 3 es 4arrida con electrones enviadosdesde un ca

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En los pr5 imos dos su4títulos# dentro de este mismo capítulo# veremos

con más detalle cada uno de estos dos microscopios.

7.- Mi%"os%o:io e e%$"6#i%o 2e $"!#s/isi6# MET

7.-.4 I#$"o2u%%i6#

Un microscopio electr5nico de transmisi5n esta :ormado por cuatrocomponentes principales0 una columna de 5ptica electr5nica# un sistema devacío# la electr5nica necesaria 3 el so:t are de control.

La columna es el elemento principal. Consta de los mismos elementos=ue el microscopio 5ptico# como su puede ver en las tra3ectorias de los ra3osde lu! 3 de los electrones Figura > .

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>$

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Figu"! -@. Co/:!"!%i6# 2e $"! e%$o"i! 2e u> 2e u# /i%"os%o:io

6:$i%o %o# ! 2e u# /i%"os%o:io e e%$"6#i%o 2e $"!#s/isi6#

Fuente0M!#u! /i%"os%o:&! e e%$"6#i%!.FEI Compan3.

>@

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La :uente de lu! del microscopio 5ptico es sustituida por un ca

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El 2a! de electrones =ue sale del ca

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>B

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7.-.7 Le#$es e e%$"o/!g#é$i%!s

La :igura B% muestra una secci5n transversal de una lenteelectromagn7tica. Cuando pasa una corriente el7ctrica por las 4o4inas C # secrea un campo electromagn7tico entre las pie!as polares / # =ue :orman unentre2ierro en el circuito magn7tico. (ariando la corriente =ue pasa por la4o4inas# se puede modi:icar el aumento de las lentes. Esta es la di:erenciaesencial entre las lentes magn7ticas 3 las lentes de vidrio. /or lo demás# secomportan de la misma :orma 3 tienen los mismos tipos de a4erraciones.

)entro de los tipos de a4erraciones =ue e isten# están0 la a4erraci5nes:7rica# =ue consiste en =ue el aumento en el centro de la lente es di:erentedel aumento de los 4ordesV la a4erraci5n cromática# sucede cuando el aumentode la lente varía con la longitud de onda de los electrones del 2a!V 3 por ;ltimo#el estigmatismo# =ue es# cuando un círculo en el esp7cimen se convierte en unaelipse en la imagen.

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Figu"! K. Se%%i6# $"!#s?e"s! 2e u#! e#$e e e%$"o/!g#é$i%!

Fuente0M!#u! /i%"os%o:&! e e%$"6#i%!.FEI Compan3.

El sistema de lentes condensadorasen:oca el 2a! electr5nico so4re el

esp7cimen a investigar todo lo =ue sea necesario para lograr la iluminaci5n

adecuada. La lente o48etiva produce una imagen del esp7cimen =ue es

posteriormente ampliada por el resto de las lentes de :ormaci5n de la imagen 3pro3ectada en la pantalla :luorescente. /ara garanti!ar una gran esta4ilidad 3conseguir el ma3or aumento posi4le# las lentes de un ME* moderno sonre:rigeradas con agua.

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>

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En su tra3ectoria desde el :ilamento 2asta la pantalla :luorescente# el 2a!

electr5nico pasa a trav7s de una serie de dia:ragmas de di:erentes diámetros.Estos dia:ragmas detienen los electrones =ue no son necesarios para la:ormaci5n de la imagen. Usando un sistema mecánico especial con cuatrodia:ragmas di:erentes se pueden seleccionar desde el e terior de la columna losdiámetros del dia:ragma de la lente condensadora# de la lente o48etiva 3 de lalente de di:racci5n# seg;n sean re=ueridos por las circunstancias.

7.-.- V!%&o

Los electrones se comportan como la lu! solamente cuando se manipulanen el vacío. Como se 2a mencionado anteriormente# toda la columna# desde elca

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>>

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7.-. L! e e%$"6#i%!

/ara o4tener la resoluci5n tan elevada =ue permiten los modernosmicroscopios electr5nicos de transmisi5n# el volta8e de aceleraci5n 3 lacorriente de las lentes de4e ser e tremadamente esta4le. La unidad de la:uente de alimentaci5n contiene varias :uentes de suministro cu3a tensi5n ocorriente de salida no se desvía más de una millon7sima del valor seleccionadopara una :inalidad determinada. )ic2as esta4ilidades re=uieren circuitoselectr5nicos mu3 so:isticados.

El dise

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>&

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7.-. P"e:!"!%i6# 2e es:é%i/e#

El microscopio electr5nico de transmisi5n se puede usar en cual=uier rama de la ciencia 3 de la tecnología en la =ue se desee estudiar la estructurainterna de especímenes 2asta el nivel at5mico. El esp7cimen se de4e poder esta4ili!ar 3 2acer lo su:icientemente pe=ue

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La cámara del esp7cimen# por otra parte# es ma3or de4ido a =ue la t7cnica

ME, no impone otras restricciones so4re el tama

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Figu"! 4. Di!g"!/! es ue/ $i%o 2e u# MEB /os$"!#2o ! %o u/#!

%6/o se 1o"/! ! i/!ge# e# e /o#i$o"

7. .5 C!W6# e e%$"6#i%o

El ca

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Las di:erencias más importantes entre el microscopio electr5nico de

4arrido 3 el de transmisi5n son0

a. El 2a! no es estático como en el ME*0 con la a3uda de un campoelectromagn7tico# producido por las 4o4inas de 4arrido# el 2a! e ploralínea por línea so4re un área e tremadamente pe=ue

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&

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)entro de las me8oras =ue se puede 2acer a la imagen están# me8ora del

contraste# inversi5n el 4lanco es convertido en negro# etc. # me!cla deimágenes procedentes de varios detectores# sustracci5n de imágenesproducidas por di:erentes detectores# codi:icaci5n de colores 3 análisis deimagen. *odas estas t7cnicas pueden ser aplicadas si se adecuan a la :inalidadprimaria de e traer la me8or in:ormaci5n posi4le del esp7cimen.

7. . V!%&o

En general se produce un vacío lo su:icientemente 4a8o para elmicroscopio electr5nico de 4arrido# mediante una 4om4a de di:usi5n de aceite#o una 4om4a tur4omolecular# asistida en cada caso por una 4om4a rotativapara 2acer el vacío previsto. Estas com4inaciones tam4i7n proporcionantiempos de cam4io ra!ona4les del esp7cimen# :ilamento 3 dia:ragma menos de$ minutos sin necesidad de usar e clusas de vacío. El sistema de vacío delmicroscopio electr5nico de 4arrido es controlado de :orma totalmenteautomática 3 protegido contra :allas de operaci5n.

7. .Q E e%$"6#i%!

En el microscopio electr5nico de 4arrido# el volta8e de aceleraci5n 3 lascorrientes necesarias para el :uncionamiento del ca

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&B

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*odas las unidades electr5nicas van alo8adas en la consola del

microscopio 3 son controladas por una computadora personal /C # usando unteclado 3 un rat5n.

7. .@ Co/:o#e#$es :"i#%i:! es

En la Figura B$ se muestran las partes más importantes de un microscopioelectr5nico de 4arrido# 3 c5mo es =ue estas pueden producir la imagen del

esp7cimen.

Figu"! 5. Di!g"!/! 2e os %o/:o#e#$es 2e u# /i%"os%o:ioe e%$"6#i%o 2e 0!""i2o

&D

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A continuaci5n se muestra la traducci5n de los t7rminos de la :igura B$0

• Electron gun T /istola de electrones• Electron 4eam T Ha! de electrones• Anode T 6nodo• Magnetic lens T Lentes magn7ticas• Scanning coils T )etector del 2a! de electrones• ,ac scattered electron detector T )etector de electrones

retrodispersados• Secondar3 electron detector T )etector de electrones secundarios• Stage T /lata:orma• Specimen T Esp7cimen• *o *( scanner T Hacia pantalla de *(

El microscopio electr5nico de 4arrido es un instrumento =ue produceimágenes con gran aumento# usando electrones en ve! de lu! para producir laimagen. Un 2a! de electrones es producido por medio de una pistola deelectrones en la parte superior de la columna del microscopio. El 2a! deelectrones via8a por toda la columna del microscopio# la cual esta 4a8o vacío. El2a! pasa por campos 3 lentes electromagn7ticas# los cuales en:ocan el 2a!2acia el esp7cimen. Una ve! =ue el 2a! c2oca contra el esp7cimen# electrones3 ra3os 9 son disparados de este.

)i:erentes detectores colectan los ra3os 9# los electrones retrodispersados3 los electrones secundarios# 3 convierten a todos estos en una se

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&

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7. . P"e:!"!%i6# 2e /ues$"!s

Se puede usar un microscopio electr5nico de 4arrido siempre =ue sere=uiera in:ormaci5n so4re la super:icie de un esp7cimen. Esto se aplica amuc2as ramas de la ciencia 3 de la tecnología# así como a las ciencias de lavida. El ;nico re=uisito es =ue el esp7cimen pueda soportar el vacío de lacámara 3 el 4om4ardeo electr5nico.

Muc2os especímenes se pueden introducir en la cámara sin preparaci5nde ninguna clase. Si el esp7cimen contiene componentes volátiles# como agua#será necesario eliminarla mediante un proceso de secado o# en algunascircunstancias# puede ser un s5lido congelado . Los especímenes noconductores se cargarán por el 4om4ardeo electr5nico 3 necesitan ser recu4iertos de una capa conductora. )e4ido a =ue un elemento pesado# comoel oro# tam4i7n proporciona una 4uena producci5n de electrones secundarios 3#por lo tanto# una 4uena calidad de imagen# este es el elemento :avorito para elrecu4rimiento. Además produce un recu4rimiento de grano :ino 3 se aplica:ácilmente en un metali!ador por 4om4ardeo i5nico. La capa necesaria paragaranti!ar la conducti4ilidad es 4astante delgada unos ?% nan5metros .Considerándolo todo# la preparaci5n de los especímenes a ser investigadosmediante ME, no es tan complicada como la preparaci5n de los especímenespara el ME*.

En el caso de los metales# de4ido a =ue son 4uenos conductores# nore=uieren de ninguna preparaci5n para ser anali!ados en el microscopioelectr5nico de 4arrido.

&>

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-.PRÁCTICAS DE METALOGRAFÍA

-.4 Me$! og"!1&! /i%"os%o:io e e%$"6#i%o

! O08e$i?os

• Conocer la importancia de la metalogra:ía dentro de la ingeniería.• Conocer el :uncionamiento del microscopio electr5nico de 4arrido.• Aprender a utili!ar el microscopio electr5nico de 4arrido.

0 M!$e"i! es e ui:o ! u$i i>!"

• /ro4eta de acero al car4ono ?% % de $B. mm de diámetro por ?Bmm dealtura.

• Microscopio electr5nico de 4arrido.

% M!"%o $e6"i%o

Me$! og"!1&!+Consiste en el estudio de la constituci5n 3 estructura de losmetales 3 aleaciones. Los estudios 5pticos microsc5picos producen resultados=ue no solo son ;tiles a los investigadores# sino tam4i7n a los ingenieros. Ele amen de la microestructura es mu3 ;til para determinar si un metal o aleaci5nsatis:ace las especi:icaciones en relaci5n a tra4a8os mecánicos anteriores#tratamientos t7rmicos 3 composici5n general. La microestructura es uninstrumento para anali!ar las :allas mecánicas 3 controlar procesos industriales.

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2 Re! i>!%i6# 2e ! :" %$i%!

?. Aprender de =ue partes esta compuesto el microscopio electr5nico de4arrido.

$. Aprender a colocar la muestra o pro4eta dentro de la cámara de vacio.@. Aprender a en:ocar la imagen de la pro4eta con el microscopio

electr5nico.. Familiari!arse con el uso del so:t are del microscopio electr5nico de

4arrido.B. Aprender a o4tener :otomicrogra:ías con el microscopio electr5nico de

4arrido.

-.5 P"e:!"!%i6# 2e /ues$"!s :!"! !# isis /e$! og" 1i%o

! O08e$i?os

• Aprender a preparar una pro4eta para su e amen metalográ:ico.• Sa4er la importancia de una 4uena preparaci5n de la muestra

metalográ:ica.• Conocer los reactivos de ata=ue para e amen microsc5pico =ue se

utili!an para los aceros al car4ono# aceros aleados 3 2ierro :undido.

0 M!$e"i! es e ui:o ! u$i i>!"

• /ro4eta de acero SAE ?%?> de $B. mm de diámetro por $% mm dealtura.

• Li8as 'o. ?%%# 'o. $$%# 'o. @$%# 'o. %%# 'o. D%%# 'o. >%% 3 'o. ?$%%.

• Ma=uina para micropulido.• Al;mina o pasta de pulir.

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?%?

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204/268

• $ a B ml de acido nítrico.

• &B a &> ml de alco2ol industrial.• /ro4eta con graduaci5n de ?%% ml.• ? 8eringa de ?% ml.• ? par de guantes =uir;rgicos.• Mascarilla 3 algod5n.• Secador de aire caliente.• Microscopio electr5nico de 4arrido.

% M!"%o $e6"i%o

La clave para o4tener una interpretaci5n acertada de una microestructura#es una adecuada preparaci5n del esp7cimen o pro4eta del acero# o cual=uier otro metal# =ue va a ser e aminado.

Una super:icie de una pro4eta de4idamente preparada de4e cumplir conlos siguientes re=uisitos0

• La super:icie de4e de ser totalmente plana# li4re de ra3ones# manc2as uotras imper:ecciones =ue puedan arruinar la super:icie.

• *ener las inclusiones no metálicas intactas.

/ara asegurarse de lograr una 4uena super:icie# la preparaci5n nosolamente de4e ser reali!ada correctamente# sino tam4i7n con una claracomprensi5n de lo =ue de4e logarse durante cada etapa del proceso.

Los pasos a seguir para la preparaci5n de una super:icie de una pro4etapara ser e aminada microsc5picamente# son los siguientes0

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E $"!%%i6#+La muestra de4e de e traerse de :orma =ue sea

representativa e identi:icar de alguna :orma la orientaci5n de la :a4ricaci5n delmaterial# tratando en todo momento de evitar calentamientos :uertes de lapro4eta.

Des0!s$e+ Mediante el des4aste se consigue poner al descu4ierto lasuper:icie del material# eliminando todo lo =ue pudiera o4staculi!ar su e amen#a la ve! =ue se o4tiene una super:icie plana con pe=ue

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Pu i2o+El pulido de una pro4eta metalográ:ica tiene por o48eto eliminar

las ra3as producidas en la :ase de des4aste 3 o4tener una super:icie especular como un espe8o . Se pueden utili!ar diversos tipos de a4rasivos0 polvo de

diamante ?%# ?# %.B 3 %.$B micras # al;mina B# ?# %.B# %.? 3 %.%?