informe metalografía

metalografía para un acero austenítico realizado en laboratorio UIS

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TABLA DE CONTENIDO
1. Varilla delgada Acero Inoxidable Austenítico 5
Aceros austeníticos serie 200 y 300 7
2. Desarrollo experimental para la caracterización de la muestra 8.
2.1 elección de la muestra 8
2.2 preparación de la muestra 8
2.3 análisis microscópico antes del ataque 9
2.4 análisis microscópico después del ataque 9
2.5 prueba de dureza 10
2.6 identificación de la muestra 10
3. Análisis 10
3.1 primera parte 10
3.2 segunda parte 12
3.3 tercera parte 15
4. Conclusiones 16
5. Bibliografía 17

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INTRODUCCIÓN

La metalografía es la ciencia basada en el estudio y observación microscópica de las
características físicas, químicas y microestructurales de un metal o aleación, a su vez brinda
los fundamentos esenciales que permiten la caracterización e identificación de estos
materiales y los tratamientos térmicos a los cuales han sido sometidos.
En el proceso de aprendizaje ingenieril, se hace estrictamente necesaria la fusión de los
conocimientos teóricos con los experimentales debido a que ésta es la forma más óptima de
obtener los mejores resultados, en este caso en el estudio de los materiales y su
caracterización.
En el presente informe se muestra la recopilación teórica y práctica que se obtuvo mediante
el estudio y análisis de una muestra metálica obtenida a partir de una varilla delgada, a la cual
se le aplicaron distintas técnicas regidas por las normas ASTM para finalmente poder
descubrir el tipo de aleación; particularmente se dio el caso de un acero inoxidable
austenítico.

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OBJETIVOS

Objetivo general

 Realizar los respectivos análisis metalográficos a una muestra de un material metálico
siguiendo los procedimientos vistos en el aula, y distinguir las normas que los rigen,
con el fin de determinar el tipo de material del cual se trata.
Objetivos específicos

 Conocer las normas internacionales que se aplican a cada proceso y sus principales
características durante la identificación de piezas.
 Aplicar las diferentes técnicas de preparación para muestras metalográficas siguiendo
las normas ASTM E3.
 Descubrir las inclusiones no metálicas presentes en el material metálico a analizar a
partir de las normas de inclusiones no metálicas ASTM E45.
 Reconocer el procedimiento por medio del cual las muestras son atacadas con el fin
de determinar su microestructura siguiendo las normas internacionales ASTM E407
 Determinar el tamaño de la muestra utilizando las tablas regidas por las normas
ASTM E112.
 Calcular la dureza del material analizado por medio de la escala Rockwell con la
norma ASTM E18.
 Determinar las características de composición química y microestructurales de un
metal o aleación a partir de los ítems analizados.
 Determinar si es posible el proceso de fabricación del material a partir de los análisis
microestructurales.

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MARCO TEÓRICO
Varilla delgada Acero Inoxidable Austenítico

Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen como mínimo 11% de
Cromo, elemento capaz de formar en la superficie del acero una película pasivante,
extremadamente delgada, continua y estable, la cual deja la superficie inerte a las reacciones
químicas, característica por medio de la cual se aumenta la resistencia a la corrosión en los
aceros inoxidables.
El extenso rango de propiedades que ofrecen los hacen muy útiles en la industria, y
dependiendo de las necesidades existen diferentes grupos que se adaptan mejor a cada
necesidad.
Los aceros inoxidables ofrecen resistencia a la corrosión, una adecuada relación resistencia
mecánica - peso, propiedades higiénicas, resistencia a temperaturas elevadas y criogénicas y
valor a largo plazo. Son totalmente reciclables y amigables con el medio ambiente, son
ampliamente utilizados en varios sectores, desde la más sofisticada aplicación industrial hasta
los utensilios domésticos. Contribuyen, de manera indirecta, a satisfacer las necesidades
humanas básicas tales como alimentación, salud, construcción, medio ambiente, transporte y
energía.

Figura 1. Barra de acero
austenítico

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Algunos ejemplos de productos fabricados con aceros inoxidables son los equipos de
procesos químicos y petroquímicos, equipos de proceso de alimentos y bebidas, equipos
farmacéuticos, cámaras de combustión, sistemas de escape y filtros automotrices, vagones
de ferrocarril, aplicaciones arquitectónicas y estructurales, mobiliario urbano, paneles de
aislamiento térmico, intercambiadores de calor, tanques y recipientes, barriles de cerveza,
instrumentos quirúrgicos, agujas hipodérmicas, monedas, tarjas, ollas y sartenes, cubiertos,
lavadoras, lavavajillas y utensilios de cocina. También son usados en la industria química y
petroquímica, debido a que ofrecen elevada resistencia a la corrosión y excelentes
propiedades mecánicas así como un bajo costo de mantenimiento. En la industria de
alimentos y bebidas y en la industria farmacéutica, proveen excelentes condiciones de higiene
y duración a largo plazo
Todos los aceros inoxidables tienen alta resistencia a la corrosión, una gran resistencia
mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas
elevadas y a temperaturas criogénicas; Son fáciles de transformar en gran variedad de
productos y tienen una apariencia estética, que puede variar si han sido sometidos a diferentes
tratamientos superficiales para obtener acabado a espejo, satinado, coloreado, texturizado,
etc. No significa que los aceros inoxidables sean indestructibles, sino que con la secuencia
de varios procesos de transformación y mantenimiento, podrán brindar un mayor rango de
propiedades útiles, aun a temperaturas elevadas o demasiado bajas y en ambientes
sumamente corrosivos.
Existen cinco tipos de aceros inoxidables: martensíticos, ferríticos, austeníticos, dúplex, y los
endurecidos por precipitación, divididos en serie 200, 300 ,400 y PH.
-Aceros inoxidables al cromo: serie 400 ferríticos y martensíticos.
-Aceros inoxidables endurecidos por precipitación series PH
-Aceros austeníticos serie 200 y 300

.

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ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS SERIE 200 Y 300

Los aceros austeníticos forman el grupo principal de aceros inoxidables; la composición más
habitual es 18% Cr y 8% Ni El cromo le proporciona alta resistencia a la corrosión hasta
temperaturas aproximadas de 650°C en una variedad de ambientes y el níquel, y en menor
extensión el manganeso, se adiciona a estos aceros para estabilizar la fase austenítica en un
amplio rango de temperaturas y evitar así su transformación (por ejemplo, aceros 18/8, tipo
304). Se consigue un acero con mejor resistencia a la corrosión añadiendo un 2-3% de
molibdeno, que se suele denominar "acero a prueba de ácidos": (tipo 316). En este grupo
también se incluyen los aceros inoxidables superausteníticos con un contenido de Ni superior
al 20%. Los aceros austeníticos templados por precipitación (PH) tienen estructura
austenítica en estado de solución con tratamiento térmico, y un contenido de Cr >16% y de
Ni >7%, con aprox. 1% de aluminio (Al). Un acero templado por precipitación típico es el
acero 17/7 PH.
Sus propiedades básicas son: Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de
higiene, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico, se pueden utilizar
tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas, tienen alta tenacidad, y buena
formabilidad.
Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310 y 317.

Estos aceros poseen una estructura austenítica compuesta de maclas, con límites de granos
continuos y bien definidos. Estos constituyen la muestra a la cual se le hizo el respectivo
proceso de investigación.
SERIE 200 (CROMO, NIQUEL, MOLIBDENO)
SERIE 300 (CROMO NIQUEL)

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2. DESARROLLO EXPERIM ENTAL PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LA
MUESTRA


Figura 2.diagrama procedimiento de caracterización.

2.1 Elección de la muestra: el primer paso fue la elección de la muestra, a partir de la cual
se realizó la respectiva identificación y caracterización. En este caso la pieza escogida fue
una varilla delgada de acero (figura 2a).
2.2 Preparación de la muestra: en esta parte se procedió a seguir una serie de pasos regidos
bajo la norma de preparación de muestras de análisis metalográfico ASTM (E3), iniciando el
corte en el cual se tomó una sección transversal y una longitudinal los cuales se realizaron a
través de un corte convencional con segueta (figura2b) y con discos abrasivos de marca
(Buehler Ltd.) (figura2c). Luego del corte se realizó el montaje de la muestra, la cual se
a b
c
d
e
g
f
h
j
i

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encontraba completamente limpia, libre de grasas y de suciedad para evitar interferencias en
la adhesión a la baquelita, ya que la muestra fue montada en caliente (figura 2d) . Este proceso
es el que nos facilita el manejo de la muestra en los siguientes pasos de preparación por
ejemplo mientras se realiza el desbaste paso mediante el cual se pasa la muestra por una serie
de lijas de diferentes tamaños que van desde los más gruesos a los más finos (figura 2e), en
este caso se utilizaron lijas de 120, 180, 240, 320, 400, y 600, teniendo en cuenta en girar
90° la dirección de desbaste al cambiar de lija, para evitar la formación de planos y
desaparecer correctamente las líneas y rayones, y así evitar imperfecciones en la muestra
como la deformación plástica, relieves, arranques, separaciones, comas de cometa, el
aplastamiento y la distorsión de bordes. No olvidar el cuidado especial de la pieza para evitar
suciedades. Para dar por finalizada la preparación de la muestra se realiza el pulido
(figura2f), el cual se realiza de forma manual, pasando por paños de los más gruesos a los
más finos y usando alúmina (AL2O3) como abrasivo uno de 0,3 micras y otro de 0,01 micras,
el pulido manual se ha realizado en dirección contraria al sentido de rotación del disco de
pulido. Además la muestra debió ser movida continuamente acercándola y alejándola desde
el centro al borde del disco, asegurando una distribución igual del abrasivo, y así evitar la
aparición de colas de cometa.
2.3 Análisis microestructural antes del ataque: El análisis de la muestra antes del ataque
químico se realizó en un microscopio óptico metalúrgico invertido Olympus GX71 (figura
2g), por medio del cual se hicieron las tomas de las micrografías a 100x, 200x y 500x para
proceder a realizar el respectivo estudio de las inclusiones no metálicas presentes en la
microestructura, basándose en la norma para inclusiones no metálicas en aceros (ASTM
E45).
2.4 Ataque químico y análisis de la muestra: en este proceso se aplica la norma ASTM
E407. A la hora de realizar el proceso de revelación en la estructura de la muestra se
presentaron varios inconvenientes, debido a que la muestra no fue fácilmente atacada,
primero se intentó con Nital y luego con Vilellas, pero fue en vano, entonces se procedió a
realizar el análisis a través de un proceso electrolítico con ácido oxálico (figura 2h) al cual

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se le aplicó primero un voltaje de 2V y una corriente de 1A por aproximadamente treinta (30)
minutos y una distancia entre ánodo y cátodo de dos (2) centímetros, pero no se obtuvo los
resultados deseados, entonces se atacó la muestra por 1 minutos y 38 segundos más variando
el voltaje a 5V y de esta forma se obtuvo las micrografías en las cuales a través de las normas
ASTM E112 se procedió a calcular el tamaño de grano (figura 2i), cabe resaltar que la
muestra fue desmontada de la baquelita para poder cumplir a cabalidad dicho procedimiento,
y se utilizó una lámina de acero como cátodo para montar el circuito.
2.5 Prueba de dureza:
Esta se realiza con el fin de medir la resistencia del material a ser rayados o penetrados
superficialmente por otros cuerpos. Se realizó de acuerdo a la norma (ASTM E18-08b) es
decir con el dispositivo ROCKWELL (figura 2j) donde el equipo o instrumento mide
automáticamente la profundidad de penetración y la transforma en dureza. Se tomó con la
escala A con 60Kg de carga inicial ya que el material es dúctil. Se tomaron tres (3) medidas
con el fin de tener mayor precisión en la dureza del material cada medición con un espacio
de tres milímetros (3mm) entre cada huella y de ellos se sacó el promedio.
2.6 identificación de la muestra.
Como último proceso se realizó la identificación de la muestra a partir de todos los análisis
previos. Se llegó a la conclusión que se trataba de un acero inoxidable de tipo austenítico.

3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
3.1 Primera parte: análisis antes del ataque químico y estudio de las inclusiones no
metálicas basados en la norma ASTM (E45-05). Las inclusiones son elementos extraños a la
matriz metálica que aparecen en los aceros, siendo su presencia muy perjudicial, ya que
reducen las características y propiedades mecánicas de los aceros. Pueden provenir de
escorias, refractarios o de las materias producidas en los procesos de desoxidación y
desulfuración.
La muestra es casi pura. Únicamente contiene algunos óxidos globulares (inclusiones
metálicas tipo D) de severidad 1 tal como se muestra en la figura 3.10 observada en el

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microscopio metalúrgico invertido a 100x, los óxidos se muestran como puntos aislados de
color oscuro.

Imagen 3.10 Inclusiones no metálicas (aumentada 100x).
Al observar la muestra desde la perspectiva 500x, se observan unos pequeños sulfuros de
Manganeso, los cuales representan el tipo A de las inclusiones según la norma ASTM E45
es plástico, de color gris paloma, se deforma y alarga por forja y laminación. Es menos
perjudicial que los óxidos y silicatos. Se reconocen debido a su forma alargada tal como lo
indica la imagen 3.11, además se observa un óxido, el cual tiene mayor precisión que en la
primer fotografía.




Inclusiones de óxidos
globulares
Inclusiones de
sulfuros de
manganeso
Inclusiones de
óxidos
globulares
Imagen 3,11 .Inclusiones no
metálicas (aumentada 500x)

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3.2 Segunda parte: análisis metalográfico de la muestra, después de ser sometida a un
ataque electrolítico norma ASTM E407 con ácido oxálico con el objetivo de obtener la
revelación de la microestructura, y la determinación de tamaño de grano basado en la norma
ASTM E112. El ataque electrolítico a las condiciones realizadas promueve la disolución de
los bordes de grano de la austenita en el material; sin embargo la microestructura obtenida
tras el ataque electrolítico, como se observa en la figura 3.20, devela una matriz compuesta
por granos de austenita y la presencia de precipitados globulares de color negro en la matriz
austenítica. La presencia de dichos precipitados es consecuencia de un proceso de
sensibilización, producto de un enfriamiento lento en el rango de temperaturas de los 425 a
850°C, donde precipita carburo de cromo (Cr23C6); durante el proceso de fabricación.



En la imagen 3,20 se observa el acero inoxidable austenítico a 100 aumentos cuyo tamaño
de grano según la norma ASTM 112 en comparación con las tablas existentes en el
laboratorio para granos equiaxiales (tabla 3.21) corresponde a la tercera, lo cual es un tamaño
relativamente pequeño.
Imagen 3.20
microestructura de la
muestra a 100x después
del ataque con ácido
oxálico.

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El tamaño de grano influye significativamente en las propiedades mecánicas, en este caso un
acero de grano pequeño va tener una mayor dureza, una mayor resistencia mecánica pues las
dislocaciones tendrán menor movilidad, ya que los límites de grano sujetan las dislocaciones
impidiendo su movimiento, y esto también hará que el metal tenga una mayor resistencia a
la tracción, un metal de grano pequeño también será menos susceptibles al agrietamiento y
tendrá menor ductilidad y tenacidad, además de buena resistencia a la fatiga.
Imagen 3.21

Tabla 3.21
(ASTM E112) para la determinación del TAMAÑO DE GRANO
La forma de identificar el acero austenítico, se da debido a la estructura que este presenta.
Primero que todo posee maclas, y sus bordes de grano de alta energía se muestran como
líneas continuas y se hallan muy bien definidos, tal como se puede notar en las micrografías
3.22, 3.23, 3.24 DE 200X, 500X y 1000x respectivamente las cuales fueron tomadas en el
microscopio óptico metalúrgico invertido Olympus GX71 disponible en el laboratorio de
metalografía de la Universidad Industrial de Santander.
.

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Imagen 3.24. Acero inoxidable (1000x),
(Micrografía tomada en microscopio óptico metalúrgico invertido olympus GX71).

En la última micrografía mostrada anteriormente de 1000x se puede observar más claramente
las maclas, la definición de los bordes de grano, y además los carburos de Cromo que se
forman durante la fabricación del material debido a que ha sido expuesto a altas temperaturas

Micrografía 3.22 200x Micrografía 3.23 500x
Gotas de agua
Maclas
Carburos de Cr
Cr26C3
Carburos de Cr
Cr26C3

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3.3 Tercera parte. Dureza de la muestra de acero austenítico según las normas ASTM E18
Como se anotó anteriormente la dureza corresponde a un promedio entre tres valores que
fueron tomados en el durómetro ROCKWELL en la escala A(cono diamante y 60 Kg de
carga). En la tabla 3.30 se muestran los valores obtenidos, y el respectivo promedio que
corresponde 63 HRB.
intentos dureza
1 61
2 63
3 65
promedio 63
Tabla 3.30. Resultados de dureza en escala ROCKWELL A

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Conclusiones

 Gracias al estudio realizado de las técnicas de caracterización a partir de las diversas
normas internacionales ASTM, se hizo posible la identificación y el análisis de las
propiedades y características de un acero inoxidable austenítico.
 Por medio del proceso regido por las normas ASTM E3 se alcanzó una muy buena
preparación de la muestra, la cual no presento ningún tipo de defecto a excepción de
unas rayas que quedaron después del pulido, pero esto no influyo tanto a la hora de
tomar las micrografías.
 A través de las normas ASTM E 45 se determinó que la muestra contenía impurezas
no metálicas que corresponden a óxidos globulares y a sulfuros de manganeso,
aunque en cantidades muy mínimas; además a partir de tablas indicadas en el
laboratorio de metalografía se pudo clasificarlas en cuanto a tamaño y distribución..
 la dureza del acero inoxidable austenítico se realizó por medio del durómetro de
Rockwell en la escala A con un identador de cono de diamante y 60 Kg de carga
inicial siguiendo la norma ASTM E18, esta correspondió a un promedio de 62 HB.
 A partir de los datos y observaciones realizadas en el microscopio metalúrgico
invertido, se pudo determinar las características microestructurales de este acero
austenítico de tipo inoxidable; se pudo apreciar sus maclas y los respectivos bordes
de grano con propiedades diferenciales.
 Se logró realizar satisfactoriamente los procesos por medio de los cuales se
determinaba la dureza de la muestra, a través de un durómetro ROCKWELL
siguiendo las normas ASTM E18.

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BIBLIOGRAFÍA
Libros consultados:

 Valencia Giraldo, Asdrúbal. Tecnología del tratamiento térmico de los metales.
Editorial Universidad de Antioquia
 Askeland, D. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Ed. International Thomson,
1998.

Normas ASTM (American Society for Testing Materials):

 ASTM E112-96 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size. ASTM
International 2004.
 ASTM E45-05. Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of
Steel. ASTM International 2005.

Páginas Web consultadas:

Otros

 Metalografía (II semestre 2013) Temas de clase (Técnicas de caracterización.pdf ;
Clasificación y designación.pdf y Dureza.pdf)
 http://www.multimet.net/pdf/clasificacionaceros.pdf
 http://www.bonnet.es/clasificacionacerinox.pdf
 http://www.ingefilter.com/pdf/Manual%20Acero%20Inoxidable.pdf