7-metalografía cuantitiativa

Capítulo 8

Metalografía Cuantitativa

Microscopía Edwin J. Urday U. 2

Metalografía Cuantitativa (Estereología)

• Establece las relaciones cuantitativas obtenidas por las mediciones hechas sobre el plano bidimensional pulido de la probeta y las magnitudes de las características microestructurales del metal o aleación tridimensional

• Es bien conocida la importancia de la microestructura en el control de las propiedades de los metales y aleaciones, por lo que es necesario especificar y expresar la microestructura en términos cuantitativos


Métodos de Medición de la Fracción Volumétrica

• PP = Fracción de puntos, punto – cuenta• número de elementos puntuales por el número total de puntos de

prueba

• PL = Número de puntos interceptados por unidad de longitud de la línea de prueba,

mm-1

• PA = Número de puntos en las características de la microestructura dividido por el área total de ensayo, mm2

• NL = densidad lineal, nro. partículas/mm• Número de intercepciones de características microestructurales

dividido por la longitud total de línea de ensayo, mm-1

• NA = Densidad de área• Número de intercepciones de las características estructurales

dividido por el área total de prueba, mm-2


Método Punto - Cuenta

• El número total de puntos P, que caen en la fase , dividido por el número total de puntos de prueba, PT, da la relación P/PT, o PP

• Se usan rejillas de 3 x 3, 4 x 4, o 5 x 5 puntos


Método de líneas de Prueba • Es el número de puntos de intersección generados por

unidad de longitud de la línea de prueba, que corresponde a PL

• PL = NL para superficies llenas de granos • P = 2NL para partículas aisladas, sin tener en cuenta su

forma


Problema • (a) Determinar el número de

puntos por unidad de área, PA, si las uniones de los granos (puntos triples) dentro del círculo de 0,5 mm2 de la figura son tomados como puntos.

• (b) Determinar el número de objetos por unidad de área, NA

• Solución:

22- granos/mm eón intersecci de (punto mm 1185,0

59

TA A

PP

2-mm 610,5

5,30

TA A

NN

P= nro.puntos de pruebaN= nro.objetos


Método de Chalkley

• Permite obtener la relación superficie a volumen de partículas– Encapsular las partículas en un

material adecuado y luego seccionarlas.

– Trazar pequeñas líneas de prueba de longitud l, aleatoriamente sobre la microestructura

– Contar dos tipos de puntos: puntos de intersección con los límites de la segunda fase, P, y los puntos finales que caen dentro de las áreas de la segunda fase, h.

lh

P

V

S

4


Método de Saltykov • método combinado para obtener la relación

S/V de partículas

• Realizar un conteo de puntos, PP, y PL con el uso de una rejilla cuadrada

PP

P

V

S 2

PP

P

V

S 2

Para partículas aisladas:

Para partículas en una matriz:


Determinación del Tamaño de Grano • En todos los métodos para expresar el tamaño

de grano es preciso proyectar la imagen de la estructura sobre la pantalla de un equipo metalográfico u obtener una fotomicrografía.

• Los métodos más conocidos y utilizados son:– Método ASTM para aleaciones ferrosas.– Método de Graff - Snynder– Método de Hilliard– Método comparativo ASTM para aleaciones no

ferrosas– Método Planimétrico de Jefferies– Método de Heyn


Método ASTM Para Aleaciones Ferrosas • Obtener una imagen de la microestructura de granos equiaxiales

a 100x.• comparar con una serie de gráficas correspondientes a los

distintos tamaños de grano de la norma ASTM E 112. • El número del gráfico más parecido al aspecto de la probeta

expresa el tamaño de grano. • Cuando la muestra tiene granos de varios tamaños el resultado

se expresar con dos números de tamaños de grano, indicando el porcentaje correspondiente

• Si en la observación a 100x se encuentra tamaño de grano mayores que el número 1 o menores que el número 8 , entonces, los granos mayores que los del número 1, se proyectan a 50x en lugar de 100x y si son comparables al número 2 se designan como de número 0, y si son comparables al gráfico número 1 como tamaño 00.

• Cuando los granos a 100x aparecen más finos que los del gráfico número 8, se proyectan a 200x y se designan como número 9 y 10, si, en estas condiciones son comparables a los gráficos número 7 y 8 respectivamente.


Relación del número ASTM con el número promedio de granos por pulg2

• El tamaño de grano comprendido entre el 1 y el 5 se considera como grano basto o grueso,

• los comprendidos entre el 5 y el 8, como de grano fino.

12 2

100x) (a pulggranos de promedio N N N= nro. ASTM


Método ASTM Para Aleaciones No Ferrosas

• se realiza comparando la microestructura de las probetas desconocidas a 75x con una serie de patrones.

• Los patrones ASTM para aleaciones no ferrosas están en la norma ASTM E 112 y consisten en una serie de 10 fotomicrografías de latón de cartuchería a 75x.

• Cada fotomicrografía se le designa por el diámetro real medio (sin aumento) de los granos y corresponden desde 0,200 mm a 0,010 mm.


Método de Graff-Snyder • Para dterminar el tamaño de grano de aceros

muy aleados y especialmente para aceros de herramientas de alta aleación, que tengan grano austenítico

• Sensible a pequeñas diferencias en el tamaño de grano muy fino.

• Procedimiento:1. Medir los granos cortados por una línea trazada

sobre la probeta de 0,005 pulgadas (0,127 mm).2. Hacer 10 determinaciones de este tipo, con líneas

situadas al azar sobre la probeta, y la media aritmética de los números de grano cortados por cada una, es el índice del tamaño de grano.


• Práctica: generalmente se emplea 1000x: 0.005 x 1000 = 5 pulg.

• 8 granos cortados o menos, tamaño de grano basto o grueso;

• de 9 a 11, grano ligeramente basto,• de 12 a 15, grano moderadamente fino.• por encima de 15, grano fino

NM

Ld

N = nro. totalde granosL = longitud de lìnea (mm)M = aumento utilizado


Método de Hilliard • Es un método rápido y útil para

determinar un equivalente al tamaño de grano ASTM de aceros con la cuenta PL

• Seleccionar uno de los círculos y un aumento hasta obtener más de 6 intersecciones por aplicación del círculo

• Para granos equiaxiales de tamaño uniforme, el círculo se aplica a la microestructura hasta obtener alrededor de 35 intersecciones

3log64,600,10 LG

PM

LL T3

LT = long. Total (cm)P = nro.interseccionesM= Aumento


monografía para la solución gráfica del método Hilliard


Método de Jefferies • Método parecido al de

Hilliard, usa un círculo de 5000 mm2 de área, o

• rectángulos de las dimensiones:– 70.7 x 70.7 mm– 65.0 x 77.0 mm– 60.0 x 83.3 mm– 55.0 x 91.0 mm– 50.0 x 100.0 mm

• aplicable a materiales con granos equiaxiales, (metales y aleaciones recocidas)

• Realizar cuentas mínimo en tres campos hasta contar más de 50 granos

Aumentos Natural 10 25 50 75 100 150 200 250 300 500 750 1000 1500 2000 f 0.0002 0.02 0.125 0.5 1.125 2.0 4.5 8.0 12.5 18.0 50 112.5 200 450.0 800.0

fn

nn

2mm

granos de N 212

50002mm

granos de N 22

12

Mnnn

Valor promedio del área de un grano, mm2: n

a1

Relación entre n del método de Jefferies y el número N de ASTM:

Nn 28


Método de Heyn

• Método adecuada para granos no equiaxiales

• También puede emplearse para granos equiaxiales

• Contar el número de granos cortados por una o más líneas rectas de longitud suficiente hasta contar por lo menos 50 intersecciones.

• Los granos tocados por el extremo de una línea se consideran granos medios

• Con la Tabla ASTMASTM se obtiene el número ASTM tamaño de grano con LM calculado

mm/grano 1

1

nM

LLM

Longitud promedio" de las intersecciones:

Número de granos cortados por milímetro:

granos/mm 1

MLn

L1= long. segmento (mm)n1= nro.granos cortados


Tabla ASTM de patrones de tamaño de grano

Número de granos por

pulgada cuadrada a 100

aumentos

Número de granos por milímetro cuadrado. Sin

aumento

Número de tamaño de

grano ASTM Medio limites

Diámetro calculado de un grano esférico equivalente en mm.

Sin aumento

Sección media calculada de los granos en mm2 Sin aumentos Medio Limites

longitud media

método Heyn

00 0.5640 0.2500 4 3-6 0.4440 0 0.3990 0.1250 8 6-12 0.3130 1 1 0.75-1.5 0.2870 0.0625 16 12-24 0.2220 2 2 1.5-3.0 0.2030 0.0312 32 24-48 0.1560 3 4 3-6 0.1440 0.0156 64 48-96 0.1110 4 8 6-12 0.1010 0.0078 128 96-192 0.0784 5 16 12-24 0.0718 0.0039 256 192-384 0.0543 6 32 24-48 0.0507 0.0019 512 384-768 0.0391 7 64 48-96 0.0359 0.0009 1024 768-1536 0.0271 8 128 96-192 0.0254 0.0004 2048 1536-3072 0.0198 9 0.0176 0.0002 4096 3072-6144 0.0135

10 0.0125 0.0001 8192 6144-12288 0.0099


Medición de la Microdureza: Microdureza Vickers

• Se considera microdureza cuando se emplean cargas de 2 Kg o menos

• Las cargas empleadas son de 1 a 100 g

• Se pueden usar los indentadores Knoop o Vickers

• El número de dureza Vickers es la carga aplicada (kgf) dividida por el área de la superficie de la indentación (mm2)


Microdureza Vickers

F = Carga (kgf)d2= Media aritmetica de d1 y d2 (mm)


Microdureza Knoop

2CL

P

A

FKHN F = carga aplicada , kgf

A = área de la indentación , mm2

L = longitud de la diagonal grande , mm

C = 0.07028


Comparación de la Microdureza VHN y KHN

• El indentador Vickers penetra aproximadamente dos veces más que el indentador Knoop

• La diagonal de indentación Vickers es casi 1/3 de la longitud de la diagonal principal Knoop

• El ensayo Vickers es menos sensible a las condiciones de la superficie que el ensayo Knoop

• El ensayo Vickers es más sensible a los errores de medición que el ensayo knoop

• El ensayo Vickers es mejor para áreas redondeadas pequeñas

• El ensayo Knoop es mejor para áreas alargadas pequeñas

• El ensayo Knoop es adecuado para materiales frágiles bastantes duros y para secciones muy delgadas

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