Laboratorio Metales
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INFORME DE LABORATORIOPRACTICA DE METALES
MARTHA ELIZABETH BECERRA
PEDRO DALLOS LARA
KAREN MORENO
UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA
FACULTAD SECCIONAL DUITAMA
ESCUELA INGENIERA ELECTROMECANCA
METALES Y TRATAMIENTOS TERMICOS
DUITAMA
2005
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INFORME DE LABORATORIOPRACTICA DE METALES
MARTHA ELIZABETH BECERRA
Cod. 5!0"#
PEDRO DALLOS LARA
Cod. 5!0"20$
KEREN MORENO
Cod. 5!0"#
INGENIERO
AMADEO AGUDELO PEREZ
UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA
FACULTAD SECCIONAL DUITAMA
ESCUELA INGENIERA ELECTROMECANCA
METALES Y TRATAMIENTOS TERMICOS
DUITAMA
2005
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OB%ETIVOS
- Obtener una superficie plana en las probetas por medio del desbaste.
- Lograr una superficie especular o reflectante en las probetas por medio
del pulido.
- Observar la superficie de las probetas, identificar impurezas e inclusiones
no metlicas por medio del microscopio metalogrfico.
- Conocer y realizar la prueba de dureza Rockwell C, sobre probetas de
acero.
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MARCO TERICO
GENERALIDADES
Los aceros son aleaciones de hierrocarbono, aptas para ser deformadas en
fr!o y en caliente. "eneralmente, el porcenta#e de carbono no e$cede del
%,&'(.
E&'()*')(+ d,- A*,(o
Las propiedades f!sicas de los aceros y su comportamiento a distintas
temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su
distribuci)n en el hierro. *ntes del tratamiento t+rmico, la mayor parte de los
aceros son una mezcla de tres sustancias ferrita, perlita y cementita.
La ferrita, blanda y d-ctil, es hierro con peue/as cantidades de carbono y
otros elementos en disoluci)n. La cementita, un compuesto de hierro con el
&( de carbono apro$imadamente, es de gran dureza y muy uebradiza. La
perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composici)n
espec!fica y una estructura caracter!stica, y sus propiedades f!sicas son
intermedias entre las de sus dos componentes.
La resistencia y dureza de un acero ue no ha sido tratado t+rmicamentedepende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el
contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la
de perlita cuando el acero tiene un 0,1( de carbono, est por completo
compuesto de perlita. 2l acero con cantidades de carbono a-n mayores es
una mezcla de perlita y cementita.
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*l elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en
una forma alotr)pica de aleaci)n de hierro y carbono conocida como
austenita, ue tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presenteen el metal.
3i el acero se enfr!a despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y
perlita, pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en
martensita, una modificaci)n alotr)pica de gran dureza similar a la ferrita
pero con carbono en soluci)n s)lida.
T(+'+/,'o T1(/*o d,- A*,(o
2l proceso bsico para endurecer el acero mediante tratamiento t+rmico
consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la ue se forma
austenita, generalmente entre los &40 y 140 5C, y despu+s enfriarlo con
rapidez sumergi+ndolo en agua o aceite. 2stos tratamientos de
endurecimiento, ue forman martensita, crean grandes tensiones internas en
el metal, ue se eliminan mediante el temple o el recocido, ue consiste en
volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. 2l temple reduce la
dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.
2l ob#etivo fundamental del proceso de tratamiento t+rmico es controlar la
cantidad, tama/o, forma y distribuci)n de las part!culas de cementita
contenidas en la ferrita, ue a su vez determinan las propiedades f!sicas del
acero.
6ay muchas variaciones del proceso bsico. Los ingenieros metal-rgicos
han descubierto ue el cambio de austenita a martensita se produce en la
-ltima fase del enfriamiento, y ue la transformaci)n se ve acompa/ada de
un cambio de volumen ue puede agrietar el metal si el enfriamiento es
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demasiado rpido.
3e han desarrollado tres procesos relativamente nuevos para evitar el
agrietamiento. 2n el templado prolongado, el acero se retira del ba/o deenfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la ue empieza a
formarse la martensita, y a continuaci)n se enfr!a despacio en el aire.
2n el martemplado, el acero se retira del ba/o en el mismo momento ue el
templado prolongado y se coloca en un ba/o de temperatura constante hasta
ue alcanza una temperatura uniforme en toda su secci)n transversal.
7espu+s se de#a enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturasde formaci)n de la martensita, ue en la mayor!a de los aceros va desde
unos 800 5C hasta la temperatura ambiente.
2n el austemplado, el acero se enfr!a en un ba/o de metal o sal mantenido
de forma constante a la temperatura en ue se produce el cambio estructural
deseado, y se conserva en ese ba/o hasta ue el cambio es completo, antes
de pasar al enfriado final.
6ay tambi+n otros m+todos de tratamiento t+rmico para endurecer el acero.
2n la cementaci)n, las superficies de las piezas de acero terminadas se
endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitr)geno. 2stos
compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono o
forman nitruros en su capa superficial.
2n la carburizaci)n la pieza se calienta cuando se mantiene rodeada decarb)n vegetal, coue o de gases de carbono como metano o mon)$ido de
carbono. La cianurizaci)n consiste en endurecer el metal en un ba/o de
sales de cianuro fundidas para formar carburos y nitruros. La nitrurizaci)n se
emplea para endurecer aceros de composici)n especial mediante su
calentamiento en amon!aco gaseoso para formar nitruros de aleaci)n.
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H/&'o(/+
9o se conoce con e$actitud la fecha en ue se descubri) la t+cnica de fundir
mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Losprimeros utensilios de hierro descubiertos por los arue)logos en 2gipto
datan del a/o 8000 a.C., y se sabe ue antes de esa +poca se empleaban
adornos de hierro. Los griegos ya conoc!an hacia el %000 a.C. la t+cnica, de
cierta comple#idad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento
t+rmico.
Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro :y, de hecho,todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo ; se
clasificar!an en la actualidad como hierro for#ado. ?ara producir esas
aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carb)n vegetal en
un horno o for#a con tiro forzado. 2se tratamiento reduc!a el mineral a una
masa espon#osa de hierro metlico llena de una escoria formada por
impurezas metlicas y cenizas de carb)n vegetal. 2sta espon#a de hierro se
retiraba mientras permanec!a incandescente y se golpeaba con pesados
martillos para e$pulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. 2l hierro
producido en esas condiciones sol!a contener un 8( de part!culas de escoria
y un 0,%( de otras impurezas. 2n ocasiones esta t+cnica de fabricaci)n
produc!a accidentalmente aut+ntico acero en lugar de hierro for#ado. Los
artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro for#ado y
carb)n vegetal en recipientes de arcilla durante varios d!as, con lo ue el
hierro absorb!a suficiente carbono para convertirse en acero aut+ntico.
7espu+s del siglo ;
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gases ue lo atravesaban. 2l producto de estos hornos era el llamado
arrabio, una aleaci)n ue funde a una temperatura menor ue el acero o el
hierro for#ado. 2l arrabio se refinaba despu+s para fabricar acero.
La producci)n moderna de acero emplea altos hornos ue son modelos
perfeccionados de los usados antiguamente. 2l proceso de refinado del
arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor britnico 6enry
@essemer, ue en %144 desarroll) el horno o convertidor ue lleva su
nombre. 7esde la d+cada de %A'0 funcionan varios minihornos ue emplean
electricidad para producir acero a partir de material de chatarra. 3in
embargo, las grandes instalaciones de altos hornos contin-an siendoesenciales para producir acero a partir de mineral de hierro.
P(od)**/ d, A((+3/o
Los materiales bsicos empleados para fabricar arrabio son mineral de
hierro, coue y caliza. 2l coue se uema como combustible para calentar el
horno, y al arder libera mon)$ido de carbono, ue se combina con los )$idos
de hierro del mineral y los reduce a hierro metlico. La ecuaci)n de la
reacci)n u!mica fundamental de un alto horno es
BeO8 D 8 CO E 8 CO D Be
La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de
mon)$ido de carbono y como sustancia fundente. 2ste material se combina
con la s!lice presente en el mineral :ue no se funde a las temperaturas delhorno> para formar silicato de calcio, de menor punto de fusi)n. 3in la caliza
se formar!a silicato de hierro, con lo ue se perder!a hierro metlico. 2l
silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria ue flota sobre el
metal fundido en la parte inferior del horno. 2l arrabio producido en los altos
hornos tiene la siguiente composici)n un A( de hierro, un 8 o F( de
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carbono, entre 0,4 y 8( de silicio, del 0,4( al ,4( de manganeso, del 0,0F
al ( de f)sforo y algunas part!culas de azufre.
Gn alto horno t!pico est formado por una cpsula cil!ndrica de acero forradacon un material no metlico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos
refractarios. 2l dimetro de la cpsula disminuye hacia arriba y hacia aba#o, y
es m$imo en un punto situado apro$imadamente a una cuarta parte de su
altura total. La parte inferior del horno est dotada de varias aberturas
tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del
fondo se encuentra un orificio por el ue fluye el arrabio cuando se sangra :o
vac!a> el alto horno. 2ncima de ese orificio, pero deba#o de las toberas, hayotro agu#ero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es
de unos 80 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de
tolvas redondas, cerradas por vlvulas en forma de campana, por las ue se
introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en
peue/as vagonetas o cucharas ue se suben por un elevador inclinado
situado en el e$terior del horno.
Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima ue se va a
introducir en el horno se divide en un determinado n-mero de peue/as
cargas ue se introducen a intervalos de entre %0 y %4 minutos. La escoria
ue flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el hierro
se sangra cinco veces al d!a.
2l aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura
comprendida entre los 440 y los A00 5C. 2l calentamiento se realiza en lasllamadas estufas, cilindros con estructuras de ladrillo refractario. 2l ladrillo se
calienta durante varias horas uemando gas de alto horno, ue son los
gases de escape ue salen de la parte superior del horno. 7espu+s se apaga
la llama y se hace pasar el aire a presi)n por la estufa. 2l peso del aire
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empleado en un alto horno supera el peso total de las dems materias
primas.
7espu+s de la
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O'(o& M1'odo& d, R,4/+do d,- H/,((o
*unue casi todo el hierro y el acero ue se fabrica en el mundo se obtiene a
partir de arrabio producido en altos hornos, hay otros m+todos de refinadodel hierro ue se han practicado de forma limitada. Gno de ellos es el
denominado m+todo directo para fabricar hierro y acero a partir del mineral,
sin producir arrabio. 2n este proceso se mezclan mineral de hierro y coue
en un horno de calcinaci)n rotatorio y se calientan a una temperatura de
unos A40 5C. 2l coue caliente desprende mon)$ido de carbono, igual ue
en un alto horno, y reduce los )$idos del mineral a hierro metlico. 3in
embargo, no tienen lugar las reacciones secundarias ue ocurren en un altohorno, y el horno de calcinaci)n produce la llamada espon#a de hierro, de
mucha mayor pureza ue el arrabio. Iambi+n puede producirse hierro
prcticamente puro mediante electr)lisis :ver 2lectrou!mica> haciendo pasar
una corriente el+ctrica a trav+s de una disoluci)n de cloruro de hierro :
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2l horno propiamente dicho suele ser un crisol de ladrillo plano y rectangular
de unos ' J %0 m, con un techo de unos ,4 m de altura. Gna serie de
puertas da a una planta de traba#o situada delante del crisol. Iodo el crisol yla planta de traba#o estn situados a una altura determinada por encima del
suelo, y el espacio situado ba#o el crisol lo ocupan las cmaras de
regeneraci)n de calor del horno. Gn horno del tama/o indicado produce unas
%00 toneladas de acero cada %% horas.
2l horno se carga con una mezcla de arrabio :fundido o fr!o>, chatarra de
acero y mineral de hierro, ue proporciona o$!geno adicional. 3e a/adecaliza como fundente y fluorita para hacer ue la escoria sea ms fluida. Las
proporciones de la carga var!an mucho, pero una carga t!pica podr!a consistir
en '0.000 kg de chatarra de acero, %%.000 kg de arrabio fr!o, F4.000 kg de
arrabio fundido, %.000 kg de caliza, %.000 kg de mineral de hierro y 00 kg
de fluorita. Gna vez cargado el horno, se enciende, y las llamas oscilan de un
lado a otro del crisol a medida ue el operario invierte su direcci)n para
regenerar el calor.
7esde el punto de vista u!mico, la acci)n del horno de crisol abierto
consiste en reducir por o$idaci)n el contenido de carbono de la carga y
eliminar impurezas como silicio, f)sforo, manganeso y azufre, ue se
combinan con la caliza y forman la escoria. 2stas reacciones tienen lugar
mientras el metal del horno se encuentra a la temperatura de fusi)n, y el
horno se mantiene entre %.440 y %.'40 5C durante varias horas hasta ue el
metal fundido tenga el contenido de carbono deseado. Gn operario e$pertopuede #uzgar el contenido de carbono del metal a partir de su aspecto, pero
por lo general se prueba la fundici)n e$trayendo una peue/a cantidad de
metal del horno, enfrindola y someti+ndola a e$amen f!sico o anlisis
u!mico. Cuando el contenido en carbono de la fundici)n alcanza el nivel
deseado, se sangra el horno a trav+s de un orificio situado en la parte
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trasera. 2l acero fundido fluye por un canal corto hasta una gran cuchara
situada a ras de suelo, por deba#o del horno. 7esde la cuchara se vierte el
acero en moldes de hierro colado para formar lingotes, ue suelen tener una
secci)n cuadrada de unos 40 cm de lado, y una longitud de %,4 m. 2stoslingotes Kla materia prima para todas las formas de fabricaci)n del aceroK
pesan algo menos de 8 toneladas. Recientemente se han puesto en prctica
m+todos para procesar el acero de forma continua sin tener ue pasar por el
proceso de fabricaci)n de lingotes.
P(o*,&o B&/*o d, O678,o
2l proceso ms antiguo para fabricar acero en grandes cantidades es el
proceso @essemer, ue empleaba un horno de gran altura en forma de pera,
denominado convertidor @essemer, ue pod!a inclinarse en sentido lateral
para la carga y el vertido. *l hacer pasar grandes cantidades de aire a trav+s
del metal fundido, el o$!geno del aire se combinaba u!micamente con las
impurezas y las eliminaba.
2n el proceso bsico de o$!geno, el acero tambi+n se refina en un horno en
forma de pera ue se puede inclinar en sentido lateral. 3in embargo, el aire
se sustituye por un chorro de o$!geno casi puro a alta presi)n. Cuando el
horno se ha cargado y colocado en posici)n vertical, se hace descender en
su interior una lanza de o$!geno. La punta de la lanza, refrigerada por agua,
suele estar situada a unos m por encima de la carga, aunue esta distancia
se puede variar seg-n interese. * continuaci)n se inyectan en el horno miles
de metros c-bicos de o$!geno a velocidades supers)nicas. 2l o$!geno secombina con el carbono y otros elementos no deseados e inicia una reacci)n
de agitaci)n ue uema con rapidez las impurezas del arrabio y lo
transforma en acero. 2l proceso de refinado tarda 40 minutos o menos, y es
posible fabricar unas &4 toneladas de acero en una hora.
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A*,(o d, Ho(o E-1*'(/*o
2n algunos hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la
electricidad y no de la combusti)n de gas. Como las condiciones de refinadode estos hornos se pueden regular ms estrictamente ue las de los hornos
de crisol abierto o los hornos bsicos de o$!geno, los hornos el+ctricos son
sobre todo -tiles para producir acero ino$idable y aceros aleados ue deben
ser fabricados seg-n unas especificaciones muy e$igentes. 2l refinado se
produce en una cmara herm+tica, donde la temperatura y otras condiciones
se controlan de forma rigurosa mediante dispositivos automticos. 2n las
primeras fases de este proceso de refinado se inyecta o$!geno de altapureza a trav+s de una lanza, lo ue aumenta la temperatura del horno y
disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de o$!geno
ue entra en el horno puede regularse con precisi)n en todo momento, lo
ue evita reacciones de o$idaci)n no deseadas.
2n la mayor!a de los casos, la carga est formada casi e$clusivamente por
material de chatarra. *ntes de poder utilizarla, la chatarra debe ser analizada
y clasificada, porue su contenido en aleaciones afecta a la composici)n del
metal refinado. Iambi+n se a/aden otros materiales, como peue/as
cantidades de mineral de hierro y cal seca, para contribuir a eliminar el
carbono y otras impurezas. Los elementos adicionales para la aleaci)n se
introducen con la carga o despu+s, cuando se vierte a la cuchara el acero
refinado.
Gna vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta lasuperficie del metal. La corriente el+ctrica fluye por uno de los electrodos,
forma un arco el+ctrico hasta la carga metlica, recorre el metal y vuelve a
formar un arco hasta el siguiente electrodo. La resistencia del metal al flu#o
de corriente genera calor, ue K#unto con el producido por el arco el+ctricoK
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funde el metal con rapidez. 6ay otros tipos de horno el+ctrico donde se
emplea una espiral para generar calor.
P(o*,&o& d, A*+3+do
2l acero se vende en una gran variedad de formas y tama/os, como varillas,
tubos, ra!les :rieles> de ferrocarril o perfiles en 6 o en I. 2stas formas se
obtienen en las instalaciones sider-rgicas laminando los lingotes calientes o
modelndolos de alg-n otro modo. 2l acabado del acero me#ora tambi+n su
calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia.
2l m+todo principal de traba#ar el acero se conoce como laminado en
caliente. 2n este proceso, el lingote colado se calienta al ro#o vivo en un
horno denominado foso de termodifusi)n y a continuaci)n se hace pasar
entre una serie de rodillos metlicos colocados en pares ue lo aplastan
hasta darle la forma y tama/o deseados. La distancia entre los rodillos va
disminuyendo a medida ue se reduce el espesor del acero.
2l primer par de rodillos por el ue pasa el lingote se conoce como tren de
desbaste o de eliminaci)n de asperezas. 7espu+s del tren de desbaste, el
acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado ue lo
reducen a lminas con la secci)n transversal correcta. Los rodillos para
producir ra!les o rieles de ferrocarril o perfiles en 6, en I o en L tienen estr!as
para proporcionar la forma adecuada.
Los procesos modernos de fabricaci)n reuieren gran cantidad de chapa deacero delgada. Los trenes o rodillos de laminado continuo producen tiras y
lminas con anchuras de hasta ,4 m. 2stos laminadores procesan con
rapidez la chapa de acero antes de ue se enfr!e y no pueda ser traba#ada.
Las planchas de acero caliente de ms de %0 cm de espesor se pasan por
una serie de cilindros ue reducen progresivamente su espesor hasta unos
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0,% cm y aumentan su longitud de F a 8&0 metros. Los trenes de laminado
continuo estn euipados con una serie de accesorios como rodillos de
borde, aparatos de decapado o eliminaci)n y dispositivos para enrollar de
modo automtico la chapa cuando llega al final del tren. Los rodillos de bordeson grupos de rodillos verticales situados a ambos lados de la lmina para
mantener su anchura. Los aparatos de decapado eliminan la costra ue se
forma en la superficie de la lmina apartndola mecnicamente, retirndola
mediante un chorro de aire o doblando de forma abrupta la chapa en alg-n
punto del recorrido. Las bobinas de chapa terminadas se colocan sobre una
cinta transportadora y se llevan a otro lugar para ser recocidas y cortadas en
chapas individuales. Gna forma ms eficiente para producir chapa de acerodelgada es hacer pasar por los rodillos planchas de menor espesor. Con los
m+todos convencionales de fundici)n sigue siendo necesario pasar los
lingotes por un tren de desbaste para producir planchas lo bastante delgadas
para el tren de laminado continuo.
2l sistema de colada continua, en cambio, produce una plancha continua de
acero con un espesor inferior a 4 cm, lo ue elimina la necesidad de trenes
de desbaste y laminado en bruto.
Otro procedimiento para dar forma al acero es el de mecanizaci)n por
muinas herramientas. 2l proceso de mecanizado del acero est basado en
dar forma y dimensiones precisas mediante herramientas de corte mientras
ue la pieza est sometida a una rotaci)n :principio de funcionamiento del
torno> o al rev+s, es decir, gira la herramienta y la pieza a mecanizar est fi#a
o se desplaza linealmente. 2ste proceso suele estar refrigerado en el puntode corte entre la pieza y la herramienta debido al gran desprendimiento de
calor ue se produce.
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T)3o&
Los tubos ms baratos se forman doblando una tira plana de acero caliente
en forma cil!ndrica y soldando los bordes para cerrar el tubo. 2n los tubosms peue/os, los bordes de la tira suelen superponerse y se pasan entre
un par de rodillos curvados seg-n el dimetro e$terno del tubo. La presi)n de
los rodillos es suficiente para soldar los bordes. Los tubos sin soldaduras se
fabrican a partir de barras s)lidas haci+ndolas pasar entre un par de rodillos
inclinados entre los ue est situada una barra metlica con punta, llamada
mandril, ue perfora las barras y forma el interior del tubo mientras los
rodillos forman el e$terior.
Ho9+-+'+
2l producto de acero recubierto ms importante es la ho#alata esta/ada ue
se emplea para la fabricaci)n de latas y envases. 2l material de las latas
contiene ms de un AA( de acero. 2n algunas instalaciones, las lminas de
acero se pasan por un ba/o de esta/o fundido :despu+s de laminarlas
primero en caliente y luego en fr!o> para esta/arlas. 2l m+todo de
recubrimiento ms com-n es el proceso electrol!tico. La chapa de acero se
desenrolla poco a poco de la bobina y se le aplica una soluci)n u!mica. *l
mismo tiempo se hace pasar una corriente el+ctrica a trav+s de un trozo de
esta/o puro situado en esa misma soluci)n, lo ue hace ue el esta/o se
disuelva poco a poco y se deposite sobre el acero. Con este sistema, medio
kilogramo de esta/o basta para recubrir 0 metros cuadrados de acero. 2n la
ho#alata delgada, la chapa recibe un segundo laminado en fr!o antes derecubrirla de esta/o, lo ue aumenta la resistencia de la chapa adems de su
delgadez. Las latas hechas de ho#alata delgada tienen una resistencia similar
a las ordinarias, pero contienen menos acero, con lo ue se reduce su peso y
su coste. Iambi+n pueden fabricarse envases ligeros adhiriendo una
delgad!sima lmina de acero esta/ado sobre papel o cart)n.
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Otros procesos de fabricaci)n de acero son la for#a, la fundici)n y el uso de
troueles.
H/,((o Fo(9+do
2l proceso antiguo para fabricar la aleaci)n resistente y maleable conocida
como hierro for#ado se diferencia con claridad de otras formas de fabricaci)n
de acero. 7ebido a ue el proceso, conocido como pudelizaci)n, e$ig!a un
mayor traba#o manual, era imposible producir hierro for#ado en grandes
cantidades. 2l desarrollo de nuevos sistemas con convertidores @essemer yhornos de crisol abierto permitieron producir un volumen mayor de hierro
for#ado.
3in embargo, el hierro for#ado ya no se fabrica habitualmente con fines
comerciales, debido a ue se puede sustituir en casi todas las aplicaciones
por acero de ba#o contenido en carbono, con menor costo de producci)n y
calidad ms uniforme.
2l horno de pudelizaci)n empleado en el proceso antiguo tiene un techo
abovedado de poca altura y un crisol c)ncavo en el ue se coloca el metal en
bruto, separado por una pared de la cmara de combusti)n donde se uema
carb)n bituminoso. La llama de la cmara de combusti)n asciende por
encima de la pared, incide en el techo abovedado y reverbera sobre el
contenido del crisol. Cuando el horno ha aduirido un calor moderado, el
operario ue mane#a el horno recubre el crisol y las paredes con una pastade )$ido de hierro, por lo general hematites. * continuaci)n, el horno se
carga con unos 40 kg de arrabio y se cierra la puerta. *l cabo de unos 80
minutos, el arrabio se ha fundido, y el operario a/ade a la carga ms )$ido
de hierro o residuos de laminado, mezclndolos con el hierro mediante una
barra de hierro curvada. 2l silicio y la mayor parte del manganeso contenidos
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en el hierro se o$idan, y se elimina parte del azufre y el f)sforo. *
continuaci)n se eleva un poco la temperatura del horno, y el carbono
empieza a uemarse formando )$idos de carbono gaseosos. 3eg-n se
desprende gas, la escoria aumenta de volumen y el nivel de la carga sube. *luemarse el carbono, la temperatura de fusi)n aumenta, y la carga se vuelve
cada vez ms pastosa y vuelve a su nivel anterior. * medida ue se
incrementa la pureza del hierro, el operario remueve la carga con la barra
para garantizar una composici)n uniforme y una cohesi)n adecuada de las
part!culas. La masa resultante, pastosa y espon#osa, se divide en pedazos o
bolas de unos 10 o A0 kg. Las bolas se retiran del horno con unas tenazas y
se colocan directamente en una prensa ue e$pulsa de la bola la mayorparte de la escoria de silicio mezclada y suelda entre s! los granos de hierro
puro. * continuaci)n se corta el hierro en piezas planas ue se apilan unas
sobre otras, se calientan hasta la temperatura de soldadura y se laminan
para formar una sola pieza. * veces se repite el proceso de laminado para
me#orar la calidad del producto.
La t+cnica moderna para fabricar hierro for#ado emplea hierro fundido
procedente de un convertidor @essemer y escoria fundida, ue suele
prepararse fundiendo mineral de hierro, residuos de laminado y arena en un
horno de crisol abierto. Cuando el hierro fundido, ue lleva disuelta una gran
cantidad de gas, se vierte en la cuchara ue contiene la escoria fundida, el
metal se solidifica de modo casi instantneo y libera el gas disuelto. La
fuerza e#ercida por el gas hace estallar el metal en part!culas diminutas ue
son ms pesadas ue la escoria y se acumulan en el fondo de la cuchara,
donde se aglomeran formando una masa espon#osa similar a las bolasproducidas en un horno de pudelizaci)n. Cuando se vierte la escoria de la
parte superior de la cuchara se retira la bola de hierro y se la somete al
mismo tratamiento ue el producto del horno de pudelizaci)n.
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E&'()*')(+ d,- A*,(o
Las propiedades f!sicas de los aceros y su comportamiento a distintas
temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de sudistribuci)n en el hierro. *ntes del tratamiento t+rmico, la mayor parte de los
aceros son una mezcla de tres sustancias ferrita, perlita y cementita. La
ferrita, blanda y d-ctil, es hierro con peue/as cantidades de carbono y otros
elementos en disoluci)n. La cementita, un compuesto de hierro con el &( de
carbono apro$imadamente, es de gran dureza y muy uebradiza. La perlita
es una mezcla de ferrita y cementita, con una composici)n espec!fica y una
estructura caracter!stica, y sus propiedades f!sicas son intermedias entre lasde sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero ue no ha sido
tratado t+rmicamente depende de las proporciones de estos tres
ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor
es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita cuando el acero tiene un 0,1(
de carbono, est por completo compuesto de perlita. 2l acero con cantidades
de carbono a-n mayores es una mezcla de perlita y cementita. *l elevarse la
temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma
alotr)pica de aleaci)n de hierro y carbono conocida como austenita, ue
tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. 3i el
acero se enfr!a despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita,
pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita,
una modificaci)n alotr)pica de gran dureza similar a la ferrita pero con
carbono en disoluci)n s)lida.
T(+'+/,'o T1(/*o d,- A*,(o
2l proceso bsico para endurecer el acero mediante tratamiento t+rmico
consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la ue se forma
austenita, generalmente entre los &40 y 140 5C, y despu+s enfriarlo con
rapidez sumergi+ndolo en agua o aceite. 2stos tratamientos de
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endurecimiento, ue forman martensita, crean grandes tensiones internas en
el metal, ue se eliminan mediante el temple o el recocido, ue consiste en
volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. 2l temple reduce la
dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.
2l ob#etivo fundamental del proceso de tratamiento t+rmico es controlar la
cantidad, tama/o, forma y distribuci)n de las part!culas de cementita
contenidas en la ferrita, ue a su vez determinan las propiedades f!sicas del
acero.
6ay muchas variaciones del proceso bsico. Los ingenieros metal-rgicoshan descubierto ue el cambio de austenita a martensita se produce en la
-ltima fase del enfriamiento, y ue la transformaci)n se ve acompa/ada de
un cambio de volumen ue puede agrietar el metal si el enfriamiento es
demasiado rpido. 3e han desarrollado tres procesos relativamente nuevos
para evitar el agrietamiento. 2n el templado prolongado, el acero se retira del
ba/o de enfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la ue empieza
a formarse la martensita, y a continuaci)n se enfr!a despacio en el aire. 2n el
martemplado, el acero se retira del ba/o en el mismo momento ue el
templado prolongado y se coloca en un ba/o de temperatura constante hasta
ue alcanza una temperatura uniforme en toda su secci)n transversal.
7espu+s se de#a enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturas
de formaci)n de la martensita, ue en la mayor!a de los aceros va desde
unos 800 5C hasta la temperatura ambiente. 2n el austemplado, el acero se
enfr!a en un ba/o de metal o sal ue se mantiene a la temperatura en ue se
produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese ba/o hasta ueel cambio es completo, antes de pasar al enfriado final.
6ay tambi+n otros m+todos de tratamiento t+rmico para endurecer el acero.
2n la cementaci)n, las superficies de las piezas de acero terminadas se
endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitr)geno. 2stos
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compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido en carbono o
forman nitruros en su capa superficial. 2n la carburizaci)n la pieza se
calienta cuando se mantiene rodeada de carb)n vegetal, coue o de gases
de carbono como metano o mon)$ido de carbono. La cianurizaci)n consisteen endurecer el metal en un ba/o de sales de cianuro fundidas para formar
carburos y nitruros. La nitrurizaci)n se emplea para endurecer aceros de
composici)n especial mediante su calentamiento en amon!aco gaseoso para
formar nitruros de aleaci)n.
D)(,:+
2s la capacidad de una sustancia s)lida para resistir deformaci)n o abrasi)n
de su superficie. 3e aplican varias interpretaciones al t+rmino en funci)n de
su uso. 2n mineralog!a, la dureza se define como la resistencia al rayado de
la superficie lisa de un mineral. Gna superficie blanda se raya con ms
facilidad ue una dura de esta forma un mineral duro, como el diamante,
rayar uno blando, como el grafito, mientras ue la situaci)n inversa nunca
se producir. La dureza relativa de los minerales se determina gracias a la
escala de dureza de Hohs, nombre del mineralogista alemn Briedrich Hohs
ue la ide). 2n esta escala, diez minerales comunes estn clasificados en
orden de creciente dureza recibiendo un !ndice talco, % yeso, calcita, 8
fluorita, F apatito, 4 ortosa :feldespato>, ' cuarzo, & topacio, 1 corind)n, A,
y diamante, %0. La dureza de una muestra se obtiene determinando u+
mineral de la escala de Hohs lo raya. *s!, la galena, ue tiene una dureza de
,4, puede rayar el yeso y es rayado por la calcita. La dureza de un mineral
determina en gran medida su durabilidad.
2n metalurgia e ingenier!a, la dureza se determina presionando una bolita o
un cono de material duro sobre la superficie estudiada y midiendo el tama/o
de la indentaci)n. Los metales duros se indentan menos ue los blandos.
2ste m+todo para establecer la dureza de una superficie metlica se conoce
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como prueba de @rinell, en honor al ingeniero sueco Mohann @rinell, ue
invent) la muina de @rinell para medidas de dureza de metales y
aleaciones.
La dureza est relacionada con la solidez, la durabilidad y la resistencia de
sustancias s)lidas, y, en sentido amplio, este t+rmino suele e$tenderse para
incluir todas estas propiedades.
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PRACTICA ;
MONTA%E DE PROBETAS METALOGRAFICAS
P(o3,'+
Constituye la representaci)n del material a utilizarse su obtenci)n puede
llevarse a cabo por medio de una cortadora de disco o de sierra el+ctrica, en
ambos casos se debe a/adir en el corte algunos refrigerantes para evitar ue
la estructura interna del metal se altere por cambios en la temperatura.
Dimensiones de la probeta. "eneralmente las probetas utilizan de 4 mmde
altura por 4 mmde dimetro en cil!ndricas y 4 mmde lado en c-bicas, o
cualuier otra dimensi)n de fcil manipulaci)n.
Mo'+9, d, P(o3,'+&
Cuando las probetas no son fciles de manipular durante el proceso de
preparaci)n, e$isten compresores ue unen solidariamente a la muestra
metlica con un metal adherente formado generalmente por plsticos
sint+ticos, de estos unos son termoplsticos y otros son termoendurecidos.
2ntre estos -ltimos figura uno de los ms utilizados, la bakelita, ue es de
color oscuro. 2l monta#e para obtener la su#eci)n )ptima consiste en
comprimir un plstico fundido sobre una cara de la probeta metalogrfica y
luego de#ar enfriar el monta#e ba#o presi)n, permitiendo as! una e$tensi)n
plstica de la cual asirse para la preparaci)n respectiva.
Montajes fusibles. 2$isten muchos materiales fusibles ue son adecuados
con algunas limitaciones para el monta#e de probetas metalogrficas, tales
como el azufre, el lacre, plsticos dentales y las aleaciones de ba#o punto de
fusi)n. Los puntos de fusi)n de estos materiales difieren mucho y deben
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seleccionarse de modo ue el calentamiento reuerido para la sustancia no
altere la estructura de la probeta.
3ustancias para monta#e de probetas.
Montaje en plsticos sintticos. 2l monta#e de las probetas peue/as en
materiales plsticos sint+ticos como bakelita, lucite, etc. es uno de los
m+todos ms satisfactorios ue se emplean hoy en d!a para facilitar el
mane#o de tales probetas, su manipulaci)n es sencilla, pero es preciso
aplicar calor y presi)n simultneamente. 3e reuiere de una prensa
montadora especial o rudimentariamente con una prensa hidrulica com-n y
unos cilindros adecuados, es claro ue no se tienen los mismos resultados
con el primer mecanismo pero si no se cuenta con este se pueden montarcon el segundo.
?rensa montadora de probetas.
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Resinas termoendurecibles. Los plsticos termoendurecibles como la
bakelita y los compuestos de anilina y formaldeh!dos, son los ms populares
entre los empleados para montar probetas metalogrficas. Los polvos de
moldeo de bakelita se encuentran en el comercio en gran variedad decolores y esta circunstancia es de inter+s, porue simplifica la identificaci)n y
archivo de las probetas.
Los plsticos termoendurecibles, endurecen durante el moldeo a la
temperatura y presi)n adecuada porue sufren un cambio u!mico. 2l estado
ms duro aduirido no se altera a pesar ue la temperatura se apro$ime a la
ue pueda carbonizar la resina. ?ara la mayor!a de los polvos de moldeo debakelita, la temperatura reuerida para el endurecimiento es de %84 a %405C,
con#untamente a una presi)n de 400 a 8400 libras por pulgada cuadrada :
psi >
Resinas termoplsticas. Las resinas termoplsticas de este tipo, tales como
el poliestireno, compuestos de metacrilato de metilo :lucite> y materiales a
base de celulosa, tienen la propiedad de ser claras y transparentes como el
cristal, si se las moldea correctamente. Las resinas termoplsticas no
endurecen durante el moldeo sino ue por el contrario, se reblandecen y
fluyen cada vez ue se les aplica una combinaci)n adecuada de temperatura
y presi)n. 2l monta#e se realiza satisfactoriamente moldeando a una presi)n
de 400 a 8400 psi y una temperatura de %F0 a %'45C.
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CUESTIONARIO
%. N?or u+ no se puede utilizar bakelita en el procedimiento opcional,
e$pliue su respuesta.
Rta para realizar este procedimiento se tienen ue utilizar termoplasticos
debido a ue no se endurecen durante el proceso de moldeo, mientras ue la
bakelita es un termoendurecido.
. NPu+ suceder!a si la presi)n y la temperatura no son las adecuadas para
montar una probeta
Rta si no son las adecuadas las propiedades, caracter!sticas y estructura de
la probeta no son las reueridas para su mane#o.
8. N7e u+ altura debe uedar finalmente la probeta montada, Npor u+
Rta la probeta montada debe uedar de 4 mm de altura y 4 mm de
dimetro para su fcil manipulaci)n y posterior tratamiento.
F. N*dems de la temperatura, ue otro factor puede alterar la estructura de
la probeta
Rta adems de la temperatura la presi)n tambi+n puede alterar la estructura
de la probeta.
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PRACTICA 2
DESBASTE< PULIDO Y OBSERVACION DE PROBETAS
METALOGRAFICAS
La preparaci)n de una probeta consiste generalmente en montar
adecuadamente una resina sint+tica, luego se debe obtener una superficie lo
ms plana posible por medio de abrasivos comerciales, enseguida se debe
lograr un pulido final con el cual se obtiene una superficie especular, la cual
es reuerida para la observaci)n microsc)pica de su estructura. 2n esta
prctica el estudiante debe instruirse en la adecuaci)n de las probetas pormedio del desbaste y pulido de las mismas.
D,&3+&', d, P(o3,'+& M,'+-o8(4/*+&
3e realiza con papel abrasivo, el cual se caracteriza por la composici)n y
tama/o de sus granos, su porosidad o estructura y por el grado de
adherencia de los granos. 7urante el desbaste de la superficie metlica con
el papel abrasivo, se desprenden granos ue deben ser eliminados con
agua. 2l desbaste se puede clasificar en
7esbaste a mano 2ste tiene tres fases, desbaste burdo, desbaste
intermedio y desbaste final.
7esbaste mecnico ?ara realizar esta labor se emplean desbastadoras
con papel abrasivo o con discos de parafina.
Desbaste a mano.
La superficie ue va a observarse debe desbastarse para aplanarse
ligeramente mediante un desbaste preliminar. 2n cualuier operaci)n de
desbaste no se debe aplicar a la probeta una presi)n demasiado grande
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contra el medio abrasivo, ya ue una presi)n e$cesiva no s)lo produce rayas
muy profundas, dif!ciles de eliminar despu+s, sino ue tambi+n distorsiona
intensamente el metal de la superficie de la probeta.
Desbaste mecnico.
Desbastadoras con papel. Hecnicamente se puede realizar un desbaste
ms eficaz. La desbastadora posee un disco giratorio, ue se recubre con
papeles de esmeril. 2l papel se su#eta mediante un anillo de fi#aci)n. 2l disco
gira a unas '00 rpmpara el papel ms grueso y a velocidades ms ba#as
cuando se utilizan papeles ms finos. 2n el desbaste mecnico es precisoevitar el sobrecalentamiento para impedir ue las probetas puedan llegar a
alterar su estructura.
7esbastadoras con papel.
Discos con parafina. 3on discos para pulidora recubiertos con una capa de
parafina de alto punto de fusi)n o con un pa/o de billar o lona ue se han
impregnado con parafina.
Los discos para el desbaste se cargan, antes y durante la operaci)n, con
suspensiones, en una soluci)n acuosa de #ab)n, de polvos abrasivos.
P)-/do d, P(o3,'+& M,'+-o8(4/*+&
Hediante el pulido se aumenta la observaci)n metalogrfica, eliminando las
huellas e irregularidades producidas en el desbaste. 3e apoya la cara
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desbastada sobre un pa/o empapado con una suspensi)n de abrasivo ue
puede ser una suspensi)n acuosa de al-mina :o$ido de aluminio>, polvo de
diamante, alundum u o$ido de aluminio. 2l tama/o de la part!cula de
abrasivo en suspensi)n puede regularse mediante sedimentaci)n ydecantaciones adecuadas. La probeta despu+s de ser e$puesta a las
suspensiones de abrasivo se somete a un pulido final, efectuado por pa/os
apropiados, hasta obtener una superficie limpia, brillante y lo ms especular
posible. 2l pulido se puede realizar tanto a mano como con pulidoras
metalogrficas. 2l pulido de probetas se puede clasificar en
?ulido mecnico 2ste puede ser pulido preliminar o pulido final. ?ulido electrol!tico.
Pulido mecnico.
Pulidoras metalogrficas. 2l pulido de una probeta metalogrfica se realiza
con ayuda de uno o ms discos. 2stos son bsicamente platos de bronce de
0 a 4 mm de dimetro, generalmente estn cubiertos con un pa/o de
calidad apropiada.
?ulidora mecnica.
Abrasivos para el pulido metalogrfico. 3on elementos ue poseen una
dureza relativamente alta, las part!culas presentan aristas agudas y v+rtices
cortantes. La naturaleza del abrasivo debe ser adecuada para permitir una
buena clasificaci)n de las part!culas por tama/os mediante levigaci)n,
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despu+s de ue se haya realizado una buena pulverizaci)n. Los abrasivos
mas utilizados son
?olvo de diamante.
*l-ndum.
O$ido de magnesio.
Paos para pulir. Los pa/os para pulir poseen una te$tura superficial muy
variada, desde los ue no tienen pelo :seda natural y el te#ido empleado para
cubrir las alas de aeroplanos>, hasta auellos con pelo relativamente largo
:como el terciopelo y la pana>, ue son de aplicaci)n muy general. 2n el casointermedio se encuentran los pa/os de mesa de billar, los pa/os de lana de
distintas finuras y las lonas de diferentes pesos.
?a/os para pulir.
Pulido preliminar. Con esta operaci)n se pretende desaparecer las rayas
finas producidas en la -ltima operaci)n de desbaste. 2l disco de la pulidora
se cubre con pa/o de lana, pa/o de billar o una lona de poco peso, y se le
hace girar a unas F00 a 400 rpm. Como abrasivo se emplea al-ndum ocarborundo de '00 mallas, o productos euivalentes. ?ara realizar la
operaci)n, se mantiene la probeta desbastada firmemente, sobre el disco
giratorio, movi+ndola continuamente desde el centro al borde del disco, y a la
inversa.
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Pulido final. 3e pretende eliminar las rayas producidas en el pulido preliminar
producir una superficie pulida uniformemente y libre de rayas. 7urante el
pulido se aplica a la probeta una presi)n moderada y se la mueve
continuamente del centro a la periferia del disco. 2ventualmente, y enparticular al final de la operaci)n, se gira la probeta en sentido contrario al de
la rotaci)n del disco.
Pulido electroltico.
Fundamentos y aparatos. La probeta a ser desbastada se sumerge en una
soluci)n electrol!tica. 2n la celda electrol!tica la probeta desbastada sirve denodo, y como ctodo se emplea un metal adecuado a trav+s del electrolito
se hace pasar una corriente continua, ue es transportada de nodo a
ctodo por los iones del metal de la probeta ue se pule. 2l factor ms
importante para el +$ito del pulido electrol!tico es la relaci)n entre densidad
de corriente y volta#e, para cada electrolito y disposici)n general de la celda
electrol!tica.
I*-)&/o,& No M,'-/*+&
3on elementos e$tra/os al metal base ue aparecen en los aceros, siendo
per#udicial su presencia ya ue reducen las caracter!sticas y propiedades.
2stas inclusiones pueden provenir del proceso metal-rgico usado para
obtenci)n de dicho acero, en el cual pueden intervenir accidentalmente
escorias, refractarios o sustancias producidas por o$idaci)n o deso$idaci)n.
3e pueden clasificar en sulfuros, )$idos y silicatos.
Sulfuros. 2l ms importante es el sulfuro de manganeso, es plstico, de color
gris un tanto claro, se forma y alarga durante la laminaci)n o la for#a. 2s
menos per#udicial ue los )$idos y silicatos.
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!idos. 2l o$ido de mayor frecuencia de aparici)n en los aceros es la
al-mina :o$ido de aluminio>. 2s muy dura y frgil, durante la laminaci)n o la
for#a se rompe y se dispersa apareciendo de color oscuro, de peue/o
tama/o, en forma de grupos. 3e presenta mayormente en los acerosdeso$idados con aluminio.
Silicatos. 3on inclusiones muy nocivas, puesto ue son las ue ms reducen
las caracter!sticas de los aceros. 3e presentan silicatos comple#os como los
de manganeso, hierro, cromo, etc., estos se alargan y se rompen durante la
laminaci)n o for#a dando como origen dos clases t!picas
3ilicatos ue al deformarse presentan estructuras angulares seme#antes a
las de los )$idos.
3ilicatos de carcter v!treo, ue se alarga ms fcilmente y se rompen
menos ue los anteriores.
2n muchas ocasiones se presentan estructuras, las cuales no se puede
clasificar en los dos grupos anteriores, puesto ue son de color variable,
oscuro casi negro o a veces pardo, esto debido a heterogeneidades de
composici)n.
CUESTIONARIO
%. N7e ue depende la presencia de inclusiones no metlicas en la
estructura de las probetas
Rta pueden provenir del proceso metalurgico para la obtenci)n de dicho
acero en el cual pueden intervenir accidentalmente estas inclusiones.
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. N2$iste alguna inclusi)n o forma ue no se puede clasificar fcilmente,
si es as!, Na u+ sustancia pertenece
Rta si, las ue no son de color variable oscuro casi negro o a veces pardo,
esto debido a heterogeneidades de composici)n.
8. *dems de las inclusiones metlicas, Nu+ otras irregularidades se
presentan en la superficie de la probeta, Na u+ se debe su aparici)n
Rta tambi+n se presentan grietas, debido a un enfriamiento brusco.
F. 7urante el desbaste, por ue es necesaria la rotaci)n de A05 de la
probeta al pasar de un papel abrasivo a otro
Rta porue se pueden oAcasionar rayones profundos en la pieza.
4. NC)mo se debe obtener una muestra representativa de un determinado
metal, e$pliue el procedimiento a seguir.
Rta 7esbastado
?ulido
?ulido final con pa/o
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PRACTICA "
ESTUDIO DEL MICROSCOPIO METALOGR=FICO
?ara lograr observar las microestructuras de los metales, ya sean puros o
aleaciones, se reuiere de un aparato ue ba#o leyes f!sicas de )ptica
permite magnificar las imgenes de dichas estructuras o defectos de ellas, ya
ue simple vista ser!a imposible determinar, este aparato es el microscopio
metalogrfico. Qste se constituye como una de las herramientas ms
importantes en el estudio de metales y aleaciones, por lo cual el estudiante
debe conocer su principio de funcionamiento y sus variables para ue luegosean aplicables cuando les reuiera.
E- M/*(o&*o>/o M,'+-o8(4/*o
Los microscopios metalogrficos no son ms ue un con#unto de lentes ue
permiten ampliar una imagen de un determinado ob#eto ba#o observaci)n.
Las lentes principales del microscopio )ptico son, el ocular, el cual como su
nombre lo indica se encuentra cerca del o#o del observador y el ob#etivo, ue
se encuentra muy cerca del ob#eto a observar, adems de los anteriores se
constituye por un sistema complementario, el cual es bsicamente un
dispositivo de iluminaci)n, un vidrio plano o prisma de refle$i)n y en algunas
variantes una cmara fotogrfica ue permite tomar micrograf!as de las
estructuras metlicas.
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Hicroscopio Hetalogrfico.
2l principio de funcionamiento, se basa en la refle$i)n de haces luminosos
provenientes de una fuente luminosa sobre la probeta metalogrfica, luego la
imagen ampliada llega al o#o del observador o a la pel!cula fotogrfica,
algunos microscopios metalogrficos adems de las partes elementales
contienen dispositivos polarizadores, euipos de fluorescencia,
interferometr!a y de contraste u oculares microm+tricos con los cuales se
logran medidas a escalas de : m >, ue a simple vista ser!a imposible medir,
todos estos elementos anteriores se reuieren para aplicaciones muy
especiales.
Variables del microscopio metalogrfico.
Aumentos. 2l aumento del microscopio metalogrfico est su#eto al aumento
individual de cada lente ocular y ob#etivo y a la distancia entre ellos, ademsa la distancia a la ue la imagen est formada y a las distancias focales de
las lentes.
*lgunos fabricantes de las lentes imprimen sus aumentos respectivos sobre
ellas, generalmente se dice ue el aumento total del microscopio es igual al
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producto entre el aumento del ob#etivo y el aumento del ocular. Otros
fabricantes en cambio pueden imprimir sobre las lentes las distancias focales
o algunas letras o c)digos especiales los cuales remiten a una tabla provista
tambi+n por el fabricante para obtener buenos resultados en lasobservaciones. La m$ima ampliaci)n ue se consigue con estos
microscopios es de apro$imadamente %400 aumentos. ?ero se puede
e$tender hasta 000 utilizando lentes ba/adas en aceite.
Poder resolvente. 2s la m$ima o m!nima capacidad de proporcionar una
buena imagen de la probeta metalogrfica por parte del microscopio. 2l
poder separador depende directamente de la longitud de onda de la luzemitida por la fuente de iluminaci)n. 3e dice ue la distancia entre dos
puntos de una superficie ue no pueden verse separadamente est dada
por
)2(sen2 uN
AD = :2c. %>
7onde Des la distancia,Ala longitud de onda de la fuente de iluminaci)n, "
este !ndice de refracci)n del material entre ob#etivo y probeta y # es elngulo de apertura del ob#etivo. *lgunos microscopios usan fuentes de
iluminaci)n monocromticas ue confieren a-n mayor poder separador.
Poder de contraste. 2s la capacidad de mostrar en mayor o menor grado las
reas brillantes yo opacas de la probeta metalogrfica. 2l poder me#ora
considerablemente si se usan elementos constitutivos del microscopio ue
no produzcan p+rdidas en la trayectoria )ptica, hacia y desde la probeta.
Filtros de lu$. 3on dispositivos ue logran combinar el tipo e intensidad de luz
seg-n si se uiere variar a su vez el poder de contraste con poder separador,
por e#emplo si se usa una mayor cantidad de luz aumenta el poder de
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contraste, lo ue por lo general reduce el poder separador del microscopio,
estos filtros reducen las p+rdidas de luz a lo largo de la trayectoria )ptica.
CUESTIONARIO
%. NCules otras variables del microscopio metalogrfico se deben tener en
cuenta para una observaci)n, e$pliu+.
Rta *umentos es el aumento individual de cada lente.
?oder Resolverte es la ma$ima o minima capacidad de proporcionar
una buena imagen. 2l poder separador depende de la longitud de onda de la
luz emitida por la fuente de iluminaci)n.
?oder de Contraste capacidad de mostrar en mayor o menor grado
las areas brillantes yo las areas opacas de la probeta.
Biltros de Luz dispositivos ue controlan la intensidad de la luz con el
poder de contraste y el poder separador.
. 7escriba el microscopio utilizado, su gama de aumentos y sus partes
principales.
Rta el microscopio metalografico es un microscopio comun, pero ue llevaun arreglo tal ue permite observar la luz refle#ada por la superficie del metal.
2l microscopio esta constituido esencialmente por un ob#etivo y un ocular. 2l
ob#etivo es un sistema de lentes de distancia focal corta, de
apro$imadamente algunos mil!metros, ue da del ob#eto una primera imagen
real y ampliada. 2l ocular es un sistema de lentes de distancia focal mas
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grande, del orden de cm, ue da de la imagen precedente una imagen
definitiva ampliada, virtual :lupa> o real :ocular de proyeccion>.
8. 2$pliu+ el funcionamiento del microscopio electr)nico y describa cada
una de sus partes.
Rta el microscopio electr)nico utiliza electrones para iluminar un ob#eto.
7ado ue los electrones tienen una longitud de onda mucho menor ue la de
la luz, pueden mostrar estructuras mucho ms peue/as. La longitud de
onda ms corta de la luz visible es de alrededor de F.000 angstroms :%ngstrom euivale a 0,000000000% metros>. La longitud de onda de los
electrones ue se utilizan en los microscopios electr)nicos es de alrededor
de 0,4 angstroms. 7isponen de un ca/)n de electrones ue emite los
electrones ue chocan contra el esp+cimen, creando una imagen
aumentada. 3e utilizan lentes magn+ticas para crear campos ue dirigen y
enfocan el haz de electrones, ya ue las lentes convencionales utilizadas en
los microscopios )pticos no funcionan con los electrones. 2l sistema de vac!o
es una parte relevante del microscopio electr)nico. ?or -ltimo, todos los
microscopios electr)nicos cuentan con un sistema ue registra o muestra la
imagen ue producen los electrones.
F. 2$pliu+ venta#as y desventa#as del microscopio electr)nico sobre el
microscopio )ptico metalogrfico.
Rta el microscopio electr)nico produce imgenes ms n!tidas y puede
mostrar estructuras mucho ms peue/as pero el )ptico genera imgenes
mas utilices para reconocer estructuras tridimensionales de ob#etos
peue/os.
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PRACTICA
OBSERVACIN MICROSCPICA DE METALES PUROS Y ALEACIONES
METALICAS
Los metales puros en aplicaciones mecnicas son muy poco utilizados por
sus escasas caracter!sticas, para hacerlos -tiles y me#orar sus propiedades
se a/aden componentes u!micos ue las refuerzan, convirti+ndose en
aleaciones, a las cuales se les controla su composici)n y proceso de
obtenci)n para determinados usos. Gna de las aleaciones ue por largo
tiempo ha sido empleada es el acero, el cual concede propiedades -nicaspara infinidad de usos a relativo ba#o costo.
So-/d/4/*+*/ d, -o& M,'+-,& P)(o&
La solidificaci)n de metales puros reuiere de dos pasos fundamentales,
nucleaci)n y crecimiento.
%. 9ucleaci)n 3ucede cuando una parte s)lida se forma dentro del l!uido,
+sta puede ser de dos formas
9ucleaci)n homog+nea Ocurre cuando los tomos se re-nen para
formar una especie de pepita ue e$cede un tama/o llamado radio cr!tico.
9ucleaci)n heterog+nea 2s la ms usual, sucede cuando un s)lido se
forma sobre la superficie de una impureza suspendida dentro del l!uido.Iodos los metales y aleaciones de usos en ingenier!a nuclean
heterog+neamente. "eneralmente se a/aden impurezas
intencionalmente para obtener un refinamiento del grano o producir una
mayor cantidad de ellos.
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. Crecimiento Cuando ya se ha formado el n-cleo s)lido, los tomos se
adhieren a la superficie s)lida desencadenando una solidificaci)n hasta
llegar a la total, en este proceso pueden suceder dos tipos de
crecimiento
Crecimiento planar 3e forma por una peue/a protuberancia s)lida ue
empieza a crecer rodeada por metal l!uido, solidificndose todo el metal
l!uido de manera uniforme.
Crecimiento dendr!tico Ocurre cuando el l!uido puede subenfriarse a
una temperatura menor a la de solidificaci)n apareciendo peue/asprotuberancias s)lidas desiguales llamadas dendritas por su forma
caracter!stica. 2ste crecimiento contin-a hasta ue el l!uido subenfriado
llega a la temperatura de solidificaci)n y cualuier l!uido faltante
solidifica de forma planar.
%urvas de enfriamiento de metales puros. 2n los metales puros pueden
ocurrir dos tipos de enfriamiento a saber
Cuando en el metal l!uido, despu+s de vaciado en el molde se presenta
una nucleaci)n heterog+nea, la solidificaci)n se iniciar a la temperatura
de transici)n del estado s)lido, en la cual se produce una estabilizaci)n
t+rmica, el crecimiento presente ba#o estas condiciones es planar.
Cuando en el metal l!uido, se presenta una escasa nucleaci)n y se
desarrolla un subenfriamiento por deba#o de la temperatura de
solidificaci)n, ocurre crecimiento dendr!tico, luego el calor latente es
absorbido por el l!uido subenfriado, subi+ndolo a la temperatura de
solidificaci)n esto se denomina autocalentamiento, luego estabiliza
peri)dicamente hasta ue se concluye la solidificaci)n mediante
crecimiento planar.
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:a> Crecimiento planar, :b> Crecimiento dendr!tico.
Curvas de enfriamiento. :a> 3in subenfriamiento, :b> Con subenfriamiento.
Macroestructura de los metales. Como resultado de la solidificaci)n el metal
presenta estructuras ya sean dendr!ticas o planares ue crecen uniformes,
hasta ue se encuentran con otra estructura ue tambi+n ha estado
creciendo durante la solidificaci)n, en +ste punto se delimitan los granos de
los materiales. 2ntre ms lento solidifiue un material, mayor uniformidad en
los granos y estos sern de menor tama/o.
Gn material con granos peue/os ser ms duro ue uno con granos
grandes, debido a ue los granos grandes tienden a fracturarse o a
deslizarse uno sobre otro lo ue no ocurre con los granos peue/os.
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2n la macroestructura de un material pueden aparecer tres distintas zonas a
saber
%. Sona fr!a 2s una regi)n estrecha de granos orientados al azar en lasuperficie de la fundici)n, esto ocurre porue el material se enfr!a primero
en las paredes ue del molde.
. Sona columnar Qsta contiene granos alargados orientados en una
direcci)n cristalogrfica particular. Los granos pueden crecer en direcci)n
desde reas ms fr!as a las ms calientes de la fundici)n. 2n metales de
estructura c-bica, los granos crecen en direcci)n perpendicular a la pareddel molde, al final de la solidificaci)n aparecen granos paralelos entre s!.
Los granos pueden componerse de muchas dendritas, si el l!uido es
subenfriado o solidifica en forma planar si no e$iste subenfriamiento.
8. Sona euia$ial "eneralmente est formada por granos orientados al azar
originados por elementos aleantes, refinadores de granos o ba#as
temperaturas de vaciado. 2stos granos son de forma redonda o euia$ial.
La forma de direccionarse no genera el crecimiento de granos
columnares.
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Sonas en una fundici)n solidificada.
A-,+*/o,& d, M,'+-,&
Los metales puros en ingenier!a casi no se utilizan puesto ue sus
propiedades mecnicas no son las adecuadas, por esto se combinan
u!micamente dos o ms metales :aleaci)n>, con lo cual me#oran laspropiedades de los metales o conforman un nuevo material con
caracter!sticas propias, las cuales dependen de los distintos elementos ue
las constituyen. *lgunas de las aleaciones ms usadas en la industria son
Lat)n ro#o o amarillo :cobrezinc>
@ronce :cobre, esta/o, zinc, plomo>
*luminio, cobre, magnesio, silicio y zinc. 6ierro, carbono, cobalto, tungsteno, molibdeno, vanadio, etc. o aceros
Cobre, oro, plata.
2$isten normas ue especifican las proporciones de elementos ue se usan
en cada aleaci)n. 2n la figura F se observa el diagrama de enfriamiento de
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un acero de ba#o carbono, dicha curva var!a a la de los metales puros. 2sta
variaci)n se debe a la aleaci)n con el carbono el cual permite variadas
estructuras.
*dems de las curvas de enfriamiento, las aleaciones son muy -tiles los
diagramas de fases isomorfos, con los cuales se obtiene informaci)n sobre
las fases, temperaturas, composici)n, estructura, etc. de una aleaci)n en
particular.
Curvas de enfriamiento de una aleaci)n hierrocarbono de ba#o porcenta#e en
carbono.
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7iagrama de fases para una aleaci)n cobren!uel.
?ero uno de los diagramas de fases ms ampliamente utilizados es el
diagrama hierrocarbono el cual proporciona informaci)n para todos y cada
uno de los aceros y fundiciones. Con el diagrama hierrocarbono se pueden
estimar temperaturas y porcenta#es de carbono en los ue el metal cambia
su estructura cristalina o cambia de fase. 2n el e#e horizontal del diagrama
hierrocarbono est ubicado el porcenta#e de carbono ue se encuentra
diluido en el hierro y en el e#e vertical se encuentran las temperatura a las
ue suceden los cambios mostrados por las curvas representadas. * las
aleaciones de hierrocarbono ue se encuentran por deba#o de 0.1( de
carbono se les denomina hipoeutectoides. 2l punto eutectico representa la
m$ima diluci)n de carbono en el hierro a la menor temperatura. 3eg-n la
concentraci)n de carbono, las aleaciones se clasifican en
%. 7e 0.001( de C a 0.08( de C, se denomina hierro dulce.
. 0.08( de C a %.&'( de C, se denomina aceros, los cuales se subdividen
en
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*cero hipoeutectoide, de 0.08( de C a 0.1A( de C.
*cero hipereutectoide, de0.1A( de C a %.&'( de C.
8. 7e %.&'( de C a '.'&( de C, se denominan fundiciones, ue se
subdividen en
Bundici)n hipoeut+ctica, de %.&'( de C a F.8'( de C.
Bundici)n eutectica, de F.8'( de C, funde a ms ba#a temperatura.
Bundici)n hipoeutectica, de F.8'( de C a '.'&(.
Las aleaciones de hierrocarbono se componen de diversos constituyentes
ue var!an seg-n las proporciones de aleaci)n y sus temperaturas, estos
constituyentes principales son, ferrita, cementita, austenita, martensita,
perlita y otros compuestos ue posteriormente en otra prctica se describirn
con ms detalle.
CUESTIONARIO
%. N7e ue depende el tama/o del grano de un acero
Rta el tama/o de grano de un acero depende de la velocidad de
enfriamiento en el proceso de cristalizaci)n, incrustaciones creadas en el
acero al adicionar agentes deso$idantes usuales, tratamientos t+rmicos del
acero solid) antes de su calentamiento para el tratamiento t+rmico final y
proceso de deformaci)n.
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. NCules caracter!sticas mecnicas concede el tama/o del grano a un
material, e$pl!uelas.
Rta concede dureza si el material posee granos peue/os, debido a ue los
granos grandes tienden a fracturarse o a deslizarse uno sobre otro,
resistencia a la tension y a la fluencia. Los granos finos aumentan la
tenacidad del impacto, me#oran los acabados de mauinado y mitigan la
formaci)n de grietas en el enfriamiento.
8. NComo se e$traen los diagramas isomorfos o de euilibrio de un
material
Rta determinando las temperaturas iniciales y finales de solidificacion,
calentando y enfriando rapidamente muestras y verificar esos cambios de
estructura, midiendo dimensiones de los metales, comprobando cambios de
fase.
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PRACTICA 5
RECONOCIMIENTO DE MICROCONSTITUYENTES EN ACEROS AL
CARBONO
2n las aleaciones ferrosas y principalmente en los aceros al carbono se
presentan unos constituyentes, los cuales le conceden caracter!sticas y
propiedades particulares. 3u presencia depende del tratamiento t+rmico al
cual se somete dicha aleaci)n. 2s de evidente importancia ue el estudiante
reconozca seg-n sus formas, colores, composiciones y caracter!sticas
propias, cada uno de los microconstituyentes ue se encuentren presentesen una muestra, dada por medio del microscopio.
M/*(o*o&'/')?,',& d, -o& A*,(o&
Ferrita. *parece s)lo en aceros recocidos y es ms llamada hierro alfa : Fe
>, es hierro casi puro, se encuentra en soluci)n s)lida y puede contener
peue/as cantidades de silicio, f)sforo y otras impurezas o tambi+n en esta
soluci)n se puede encontrar n!uel, manganeso, cobre o aluminio. Iiene
apro$imadamente una resistencia de 1 2mmkg , 84 a F0( de alargamiento
y una dureza de A0 6@ :unidades @rinell>, siendo el ms blando y todos los
constituyentes del acero, muy d-ctil y maleable, es magn+tico y posee poca
dureza coercitiva. 2n los aceros puede aparecer en formas diversas as!
%. Como elemento proeutectoide ue acompa/a a la perlita, en este caso se
presenta en varias formas
2n forma de cristales mezclados con perlita en aceros de menos de
0.44( de carbono.
Bormando una red ue limita los granos de perlita en aceros de 0.44 a
0.14( de carbono.
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2n forma de agu#as orientadas en direcci)n de los planos
cristalogrficos de la austenita, es t!pica en aceros en bruto de colada
donde la ferrita se precipita como agu#as dirigidas al interior de los
granos. 2s llamada estructura de &idmanst'tten.
. Como elemento eutectiode de la perlita, formando lminas paralelas
separadas por lminas de cementita.
8. *parece formando la matriz ue rodea a gl)bulos de cementita, +sta es
caracter!stica de aceros para herramientas de 0.A a %. F( de carbono
recocidos.
F. *parece mezclada con martensita o con elementos de transici)n
formando zonas blancas irregulares o agu#as finas cuando ocurre
calentamiento y posterior enfriamiento deficiente, en aceros
hipoeutectoides templados.
%ementita. 2ste constituyente es al igual ue la ferrita, caracter!stico de losaceros recocidos, es carburo de hierro : 3CFe > con '.'&( de carbono y
A8.88( de hierro. 2s el ms duro y frgil de todos los constituyentes de los
aceros al carbono, su dureza est por encima de los '1 6RC :RowellC>, es
magn+tica a temperatura ambiente pero pierde su magnetismo a los %15C.
2n los aceros se puede apreciar
%. Bormando una red envolvente a los granos de perlita en aceros con ms
de 0.A( de carbono y aparece como cementita proeutectoide, tambi+n en
forma de agu#as finas dirigidas al interior de los cristales en estructuras en
bruto de colada.
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. Bormando parte de la perlita, ue se denomina como cementita perlitica o
eutectiode y su forma particular es la de lminas paralelas separadas por
otras de ferrita.
8. 2n aceros recocidos de 0.A a %.F( de carbono se presenta como
cementita globular con peue/os gl)bulos dispersos sobre una matriz
ferritica.
F. 2n aceros y hipoeutectoides templados con calentamiento insuficiente
aparece la cementita rodeada de martensita u otros constituyentes de
transici)n.
4. 2n forma de gusano semicircular como cementita terciaria en las uniones
de los granos en aceros de ba#o contenido de carbono, menos de 0.4(
de carbono. 2n aceros de alto carbono se puede confundir con la
cementita eutectiode.
Perlita. 2s un constituyente presente en los aceros recocidos y est formado
por capas alternadas de ferrita y cementita, tiene una resistencia de 102mmkg tiene un alargamiento de %4( apro$imadamente, la ferrita y
cementita componentes de la perlita aparecen formando lminas paralelas y
alternadas ue tienen refle#os nacarados, de au! su nombre. 3eg-n la
distancia interlaminar la perlita se puede clasificarse en
%. ?erlita gruesa, con una separaci)n entre lminas de F00 :millon+simas
de mm>, una dureza de 00 6@, se obtiene por enfriamiento lento dentrodel horno, para observarlas es necesario 400 aumentos del microscopio.
. ?erlita norma, con una separaci)n de 840 y 0 6@ de dureza.
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8. ?erlita fina, en una separaci)n de 40 y 800 6@ de dureza, se obtiene
por enfriamiento al aire.
Austenita. 2s una soluci)n s)lida de carbono o carburo de hierro, es hierro
gama : Fe > puede contener desde 0 a %.&( de carbono, es un
constituyente de composici)n variable, se encuentra en aceros templados.
2n aceros con alto contenido en manganeso :%(>, este constituyente
aparece con el simple enfriamiento al aire. 2n aceros austen!ticos de alta
aleaci)n se presenta formando cristales poli+dricos parecidos a los de la
ferrita, diferencindose porue los contornos son ms rectil!neos y menos
pronunciados en la austenita, su resistencia es de 11 a %04 2
mmkg
apro$imadamente 800 6@ de dureza y un alargamiento del 80 al '0(, poco
magn+tica, blanda, d-ctil y tenaz, gran resistencia al desgaste, siendo el
constituyente ms denso de los aceros.
Martensita. 2s t!pico de los aceros templados, se considera una soluci)n
s)lida sobresaturada de carburo de hierro o carbono en hierro alfa : Fe >.
3e obtiene por enfriamiento rpido desde alta temperatura, el contenido de
carbono puede variar con lo cual var!a su dureza, resistencia y fragilidad.
7espu+s de los carburos y la cementita es el constituyente ms duro de los
aceros, en una resistencia de %&0 a 40 2mmkg , dureza de 40 a '1 6RC y
un alargamiento de .4 a 0.4(, es magn+tica. 3e presenta en forma de
agu#as en zigzag con ngulos de '05.
(roostita. 2s un con#unto e$tremadamente fino de cementita y hierro alfa :
Fe >. 3e produce por enfriamiento de austenita a velocidades un poco
menores a las de enfriamiento por transformaci)n isot+rmica de la austenita
a temperatura de 400 a '005C, seg-n el tipo sus propiedades se encuentran
entre las de la martensita y la sorbita, en una resistencia de %F0 a %&42mmkg , F00 a 400 6@ de dureza, alargamiento de 4 a %0( y es magn+tica.
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3u forma es nodular de color oscuro con estructura radial, aparece
generalmente en compa/!a de la martensita y la austenita.
Sorbita. 2s un con#unto fino de cementita y hierro alfa : Fe >, se obtiene porenfriamiento de la austenita a una velocidad menor ue la del temple o por
transformaci)n isot+rmica de la austenita en temperaturas de '00 a '405C.
?osee una resistencia de 11 a %F0 2mmkg , su dureza es de 40 F00 6@ y
su alargamiento es de %0 a 0(, es el microconstituyente de mayor
resistencia de los aceros. ?ara su observaci)n se reuiere de grandes
aumentos donde se distingue en forma de peue/os gusanillos y a veces
como granos blancos finos sobre un fondo oscuro, se puede confundir aveces con la perlita en aceros hipo e hipereutectiodes normalizados o
recocidos pero se diferencia por su aspecto muy difuso. La distancia
interlaminar ue forma la sorbita es de %00 a 40 apro$imadamente, al
igual ue la austenita, martensita y troostita, este constituyente es
caracter!stico de los aceros templados.
)ainita. 2s el constituyente caracter!stico de los aceros sometidos al
T*ustemperingU, se forma por transformaci)n isot+rmica de la austenita, la
temperatura de enfriamiento est entre 40 y '005C apro$imadamente. La
bainita se puede dividir en dos tipos de estructura.
%. @ainita superior. 2s de aspecto arborescente :forma de rbol>, se forma a
400 o 4405C y est constituida por una matriz perlitica con contenido de
carburos, en aceros al carbono, contiene cementita.
. @ainita interior. 2s de aspecto acicular :forma de agu#as> muy similar a la
martensita. Con agu#as alargadas ue contienen placas delgadas de
carburos, estas placas son paralelas entre s! y forman ngulos de '05 con
el e#e de las agu#as de ferrita.
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Vltimamente se ha se/alado la adici)n de un tipo intermedio de bainita
donde su forma es muy similar a la bainita superior, pero donde sus carburos
son ms peue/os y con orientaciones diferentes.
%arburos. 3on los constituyentes ms duros de los aceros al carbono, de
acuerdo con su constituci)n se dividen en tres clases as!
1. Carburos simples. 2stn formados por un elemento especial combinado
con el carbono.
2. Carburos dobles. 2stn formados por un elemento especial hierro y
carbono.
8. Carburos constituidos. 2stn formados por mezclas isomorfas de un
carburo simple con el carburo de hierro.
2stos constituyentes se presentan principalmente en los aceros rpidos, los
aceros con carburos conservan la dureza a-n cuando se calientan atemperaturas elevadas. La forma estructural de los carburos es la de granos
con l)bulos de color blanco brillante, muy similares a la cementita globular.
2stos microconstituyentes se observan en el diagrama hierrocarbono.
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7iagrama hierrocarbono.
A'+@), d, P(o3,'+&
Con una probeta solamente pulida y luego puesta ba#o el microscopio s)lo se
podrn observar las inclusiones no metlicas dentro de una masa blanca y
brillante y desde luego no se podr observar ning-n microconstituyente
destacado del tipo de aceros del cual esta hecha la probeta, por eso se hace
necesario atacar la superficie de la probeta con ms reactivos ue ba#o
tiempos apropiados hacen ue aparezca la estructura cristalina del acero.
Los reactivos ms utilizados para descubrir la estructura cristalina de los
aceros son soluciones alcoh)licas de cidos n!trico y p!crico.
?ara la preparaci)n de estos reactivos se procede as!
?icral F F partes de cido p!crico y A' partes de alcohol et!lico
9ital % % parte de cido n!trico y AA partes de alcohol et!lico
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9ital partes de cido n!trico y A1 partes de alcohol et!lico
9ital 8 8 partes de cido n!trico y A& partes de alcohol et!lico
9ital F F partes de cido n!trico y A' partes de alcohol et!lico
9ital 4 4 partes de cido n!trico y A4 partes de alcohol et!lico
Las venta#as de cada reactivo anteriormente mencionado son
?icral F
Huestra los m$imos detalles de la perlita, martensita, bainita, martensita
revenida y cementita globular. 6ace visibles los carburos sin disolver en la martensita.
2s indicado para diferenciar la ferrita, martensita y las masas de carburo.
3e utiliza para diferenciar la bainita de la perlita fina.
6ace visibles part!culas de carburo en las envolventes de cristales en
aceros ba#os en carbono.
9ital %, , 8, F y 4
6ace visibles los cristales de ferrita en los ret!culos de los aceros de ba#o
carbono.
7iferencia claramente la perlita de los constituyentes proeutectoides
cementita y ferrita.
3e utiliza para observar las envolventes de los cristales en los aceros de
F( en silicio.
7eben usarse en aceros al cromo para co#inetes de bolas y aceros de
ba#a aleaci)n resistentes a la acci)n del ?icral F.
7estacan los cristales de ferrita en estructuras martens!ticas en las ue
aparece algo de ferrita.
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2l tiempo de ataue var!a seg-n la estructura a observar.
?ara aceros perliticos con 9ital 8, %0 segundos y con ?icral F, 0
segundos.
?ara aceros sorbiticos con 9ital 8, 1 segundos y con ?icral F, %4
segundos.
?ara aceros troostiticos con 9ital 8, 8 segundos y con ?icral F, 4
segundos.
?ara aceros martensiticos con 9ital 4, 4 segundos y con ?icral F, %0
segundos.
2stos tiempos son para aceros al carbono, si se trata de aceros especiales
se debe prolongar o modificar el tipo de ataue.
* continuaci)n se muestran las fotografias metalograficas tomadas a las
probetas en el laboratorio atacadas con 9ital al 4( por 4 segundos.
?robetas% %00 ?atr)n %00 Revenido8 %0F4 ?atr)nF %0F0 Iemplado4 %0F4 Iemplado' %00 Iemplado& %0F4 Iemplado1 F%F0 IempladoA %00 Iemplado%0 O% Iemplado
%% F%F0 Iemplado% F%F0 ?atr)n%8 O% Iemplado%F F%F0 Iemplado%4 O% Revenido%'%& F%F0 ?atr)n%1 O% Revenido
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*cero %00 ?atr)n
*cero %00 Revenido
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*cero %0F4 ?atron
*cero %0F0 Iemplado
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*cero %0F4 Iemplado
*cero %00 Iemplado
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*cero %0F4 Iemplado
*cero F%F0 Iemplado
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*cero %00 Iemplado
*cero O% Iemplado
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*cero F%F0 Iemplado
*cero F%F0 ?atron
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*cero O% Iemplado
*cero F%F0 Iemplado
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*cero O% Revenido
*cero
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*cero F%F0 ?atron
*cero O% Revenido
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CUESTIONARIO
%. N7e u+ depende el tama/o de grano en un acero
Rta depende de su m+todo de manufactura, tratamiento t+rmico, cantidad de
tiempo de traba#o en caliente y en fr!o y los elementos de aleaci)n.
. N3+ puede modificar el tama/o del grano de un acero, #ustifiue
respuesta.
Rta si se puede modificar, ya ue un metal al ser sometido a tratamientos
termicos cambia su tama/o de grano dependiendo de la temperatura y del
tratamiento llevado a cabo.
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8. 2$pliue la transformaci)n de una estructura cristalina en los
microconstituyentes hallados en cada una de las muestras de acero
observadas.
Rta la transformaci)n se debe al calentamiento de las piezas en los
procesos de templado, revenido y normalizado, ya ue al suceder esto la
estructura cristalina cambia sus propiedades. 2n el revenido aparece la
ferrita, cementita y perlita mientras ue en el templado aparecen la austenita,
martensita, troostita bainita y sorbita.
F. Con los valores de dureza de cada muestra de la tabla 8, e$pliue la
relaci)n ue +sta tiene con los microconstituyentes presentes en cada
probeta.
Rta las durezas tomadas fueron mayores en probetas en donde se encontr)
cementita y martensita ya ue estas son muy duras y fueron menores en
donde se encontr) ferrita y austenita teniendo lo anterior relaci)n con laspropiedades de estos microconstituyentes.
4. N2n u+ caso :s> no fue fcil la identificaci)n de los microconstituyentes,
Npor u+ ocurre esto
Rtala identificaci)n no fue facil al haber un sobreataue de la muestra,rayones en la pieza y probetas mal tratadas.
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PRACTICA
ENSAYO DE DUREZA
7entro del mbito de los metales e$isten muchas variables ue intervienen
en las condiciones finales de los metales en alguna aplicaci)n en especial,
una de +stas variables es la dureza, la cual est asociada al tipo de metal o
aleaci)n y ms espec!ficamente a su microestructura, +sta -ltima a su vez
depende del tratamiento t+rmico al ue haya sido sometido el metal o
aleaci)n, si se reuieren piezas de dureza espec!ficas esta variable debe
medirse cuidadosamente ba#o cualuiera de los m+todos e$istentes, ya sea@rinell, Rockwell, =icker, etc. dependiendo de la disponibilidad del ensayo.
?or todo lo anterior se hace imprescindible para el estudiante el conocimiento
de las pruebas de dureza ms utilizadas para cada metal o aleaci)n.
E&+?o d, D)(,:+ B(/,--
2sta prueba es utilizada desde el a/o %A00 y se aplica principalmente para
determinar la dureza de piezas como elementos for#ados o colados, es el
m+todo ue menos necesita de la preparaci)n de la pieza, s)lo reuiere ue
la superficie sea relativamente lisa y libre de suciedad.
2l m+todo consiste en comprimir una bola de acero templado de carburo de
tungsteno de %0 mm de dimetro con una carga de 8000 fkg sobre la
superficie del metal a ensayar, durante un tiempo por lo general es de %4 o
80 segundos. ?ara metales no ferrosos la carga se reduce a 400 fkg . Luego
de mantener dicha carga se mide el dimetro promedio de la impresi)n
de#ada por la bola y por medio de la ecuaci)n % se determina el n-mero de
dureza @rinell :97@>, as!
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( )
=
222
2
mm
kg
dDDD
PNDB
f
:2c. %>
7onde Pes la carga aplicada en fkg , Del dimetro de la esfera en mm y d
el dimetro de la impresi)n enmm .
2n la prctica real no es necesario realizar los clculos puesto ue e$isten
tablas en la cuales se pueden leer los valores de 97@ ue corresponden a
dichos dimetros de impresi)n o se pueden leer directamente con ayuda de
una escala graduada, dispuesta en las muinas actuales. Los usos ms
frecuentes del n-mero de dureza @rinell son
?ara determinar apro$imadamente el porcenta#e de carbono de un acero
:s)lo valido para aceros al carbono>, as!
141
80%
=NDB
C :2c. >
?ara el clculo apro$imado de la resistencia a la tracci)n : uS >
)(35.0 2cmkgNDBSu ) )(500 psiNDBSu :2c. 8>
?ara un acero cuando 400200
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E&+?o d, D)(,:+ Ro*,--
2s una de las pruebas ms ampliamente realizadas en el mundo, e$isten
variaciones de la prueba bsica ue permiten probar una variedad grande de
materiales. 2sta prueba utiliza la penetraci)n ba#o carga constante como una
determinante de la dureza. 2l m+todo consiste en aplicar una carga peue/a
de %0 fkg para asentar el esp+cimen, luego se aplica una carga mayor y se
registra en un instrumento el incremento en la penetraci)n, se emplean dos
tipos de penetradores, un cono de punta de diamante o un penetrador
esf+rico, para cada uno de ellos e$isten relaciones matemticas las cuales
proporcionan el n-mero de dureza Rockwell :97R>. 7ependiendo de la carga
y el tipo de penetrador este n-mero de dureza se puede especificar as!
Rockwell * :97R*> Cono de diamante, carga kg5010 + . 3e usa para
metales duros como el carburo de tungsteno.
Rockwell @ :97R@> @ola de %.41& mm, carga kg9010 + , se emplea para
metales semiblandos, por e#emplo en aleaciones de cobre y acero suave.
Rockwell C :97RC> Cono de diamante, carga kg14010 + , para metales
duros como aceros duros o templados.
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Rockwell 7 :97R7> Cono de diamante, carga kg9010 + , se emplea
algunas veces metales con endurecimiento superficial.
Rockwell 2 :97R2> @ola de 8.%&4 mm, carga kg9010 + , se utiliza para
metales blandos como magnesio y metales para co#inetes.
Rockwell B :97RB> @ola de %.41& mm, utilizado para materiales blandos
al