Tema.- Aceros de baja aleación

1. Resumen.- Se ha realizado el análisis metalográfico de un acero AISI 8620, el cual es un acero de baja aleación

con una composición de 0,55 Ni- 0,5 Cr-0,2 Mo, el cual se encuentra en forma de recocido en el

mercado.

Se ha obtenido un tamaño de grano ASTM 8, una dureza de 230 HB. Se ha obtenido el diagrama de

hierro carbono modificado por los porcentajes de aleantes presentes en este acero, con lo cual se

ha comprobado el porcentaje de ferrita y perlita presentes teórica y experimentalmente lo cual

nos dan valores aproximados lo que indica que el material esta con los contenidos de aleantes

indicados.

Se ha observado zonas amarillentas, rojizas en la perlita a diferencia del acero AISI 1020 que es

negra totalmente, de ahí que se puede notar la diferencia que el acero es aleado

2. Introducción.- Los aceros son los más utilizados en la industria por su bajo costo, pero sus características en

ocasiones especiales ya no son tan buenas, por lo que hay que combinarlos con otros elementos

para que le brinden características especiales, como;

Aumentar la templabilidad

Mejora la resistencia a temperaturas ambiente

Aumenta las propiedades mecánicas para altas como para bajas temperaturas

Aumenta la resistencia al desgaste

Aumenta la resistencia a la corrosión

Mejora la propiedades mecánicas

Los elementos aleantes se los puede dividir como; Elementos disueltos en la ferrita y formando

carburos.

Aleantes disueltos en la ferrita.-

Estos elementos son los que se disuelven en la ferrita y por tener características diferentes

endurecen a la ferrita

Aleantes formando carburos.-

Los carburos presentes en el acero son duros y frágiles, por lo que al añadir elementos formadores

de carburos aumentan la resistencia del material ya que estos carburos son más resistentes que

los del acero, los carburos de cromo y vanadio le dan gran dureza y resistencia al desgate.

Tabla 1.- Comportamiento de los elementos alentes en el acero [1]

Tabla 1.- Comportamiento de los aleantes [1]

Influencia de los elementos de aleación sobre el diagrama Hierro carbono.-

Al añadir elementos de aleación al diagrama hierro carbono ya no sería una representación de

equilibrio, el níquel y el manganeso disminuyen la temperatura eutectoide, en cambio el

molibdeno, el aluminio, el silicio, el tungsteno y el vanadio aumentan la temperatura eutectoide.

El punto eutectoide cambia de posición reduciendo el porcentaje de carbono del eutectoide, todo

los elementos hacen sobre el acero este efecto.

Fig.1.- Efecto de los aleantes en el diagrama hierro – carbono [2]

Efectos de los elementos de aleación en el acero.- Aluminio.- este elemento ayuda en la desoxidación del acero, restringe el tamaño de grano por la formación de óxidos o nitruros, elemento de aleación en la nitruración del acero Cromo.- Lo hace resistente a la corrosión y a la oxidación, aumenta la templabilidad, añade algo de resistencia a altas temperaturas, resiste a la abrasión, y al desgaste Cobalto.- contribuye a mantener la dureza a altas temperaturas, endureciendo la ferrita

Manganeso.- Contrarresta el efecto del azufre, aumenta a bajo costo la templabilidad Molibdeno.- eleva la temperatura de crecimiento de grano, profundiza el endurecimiento, contrarresta la fragilidad producida por el revenido, aumenta la resistencia a altas temperaturas, mejora la resistencia a la corrosión. Niquel.- le da resistencia a los aceros no templados o recocidos, hace tenaces a los aceros perliticos- ferriticos, austeniza las aleaciones de hierro ala alto cromo Silicio.- se emplea como desoxidador, le da propiedades para fabricar laminas eléctricas y magnéticas, mejora la resistencia a la corrosión, aumenta la templabilidad de los aceros que no tienen elementos grafitizadores. Titanio.- forma carburos

3. Experimentación.-

3.1 Métodos.-

3.1.1 De intersección.- Consiste en contar el número de granos cortados por una línea de longitud conocida la cual

pueden ser rectas o circunferencias. Los granos cortados por el centro se cuentan como uno y los

granos cortados por las extremo se cuentan como la mitad.

Con la siguiente ecuación podemos calcular el tamaño de grano:

El tamaño de grano ASTM se calcula con la siguiente expresión:

10log*6439.610

EGASTM

3.2 Procedimiento.-

Medición de tamaño de grano.-

1) Preparar la probeta mediante el proceso metalografico de preparacion de muestras, en la

seccion transversal de la probeta

2) Atacar la probeta con nital al 4% si es acero

3) Praparar el microscopio con el ocular que contien las plantillas de tamano de grano según la

norma ASTM112-96

4) Utilizar una ampliacion de 100x

5) Luego obvservar el el microscopio la microestructura y tomar la fotografia para el respectivo

analisis de tamano de grano

Medicion de Dureza Brinell.-

1) Preparar la probeta mediante el proceso metalografico de preparacion de muestras, en la

seccion transversal de la probeta

2) No atacar la probeta

3) Colocar en el durometro la bola de 2.5mm como identador

4) Aplicar la cerga en el durometro

5) Cargar la porbeta con la carga adecuada, y la precarga

6) Retirar la carga de la probeta despues de 10s, realizar 2 huellas

7) Observar la probeta en el microscopio, y medir la huella con el dispositivo que tiene el

microscopio,obtener las medidas que sean convenientes

8) Realizar un promedio de las medidas obtenidas

9) Aplicar la formula o cosultar en las tablas con el diametro de la huella, para determinar la

dureza del material.

3.3 Equipos y materiales 1) Discotom

2) Lijas

3) Banco de lijas

4) Montadora de muestras

5) Baquelita

6) Pulidora de disco con paño

7) Alúmina

8) Compresor de aire

9) Algodón

10) Nital al 4%

11) Cámara digital

12) Microscopio metalográfico

Fig.2.- Microscopio metalográfico a) con ocular con plantillas de tamaño de grano

b) microscopio con adaptador para cámara digital [3]

Fig. 3.-a) Durómetro, b) Identador bola de 2.5mm de diámetro [3]

4. Resultados.-

4.1. Análisis de un acero AISI 8620.-

4.1.1 Microestructura.-

Fig. .- Acero AISI 8620 atacada con nital 4%, a 100x,

200x, 500x [2 ]

4.1.1.1 Porcentajes experimentales de fases Perliticas y ferriticas

Fig. .- Acero AISI 8620 atacada con nital 4%, a 100x,

Procesada la imagen en ScopePhoto [2]

4.1.1.2 Porcentajes teóricos de fases Perliticas y ferriticas

Fig. .- Modificación de diagrama Fe-C para un

Acero AISI 8620 [1 ]

4.1.1.3 Porcentajes teóricos de fases Perliticas y ferriticas

56,57% de α y 43,43% de P.-

4.1.2 Tamaño de grano.-

4.1.2.1 Método de intersección.-

Fig.4. Metalografía a 100x de acero AISI 8620,

atacada con nital 4% división lineal [2]

Líneas horizontales.-

(

)

Líneas verticales.-

(

)

4.1.3 Dureza Brinell.-

√

( √ )

4.2. Análisis de resultados.- El tamaño de grano del acero AISI 8620 según la norma ASTM es 8

La dureza obtenida en el ensayo es de 230HB

Los porcentajes de ferrita y perlita experimental con el calculado tienen un error del 0,26%, lo

que nos indica que el material tiene los porcentajes de aleantes dentro de norma

5. Conclusiones.- 1) Se ha determinado que el porcentaje de ferrita con el de perlita de un Acero AISI 8620,

calculado es igual al experimental

Recomendaciones.- 2) Calibrar adecuadamente el microscopio para que nos dé un área de 0.5mm2

3) Apagar las luces, para tomar la fotografía de la muestra para obtener una mejor calidad en la

fotografía

4) Realizar el adecuado pulido con la alúmina, y luego el lavado de la muestra para que no

aparezcan colas de cometa

5) Tener en cuenta con qué tipo de aumento se está trabajando con el microscopio y con la

cámara

6) Atacar la probeta de manera adecuada para observar los límites de grano para poder contar

los granos según el método a emplearse para determinar el tamaño de grano

7) Verificar que la probeta estén cortadas la secciones transversales paralelas para que en el

durómetro no esté mal colocada y al aplicar la carga pueda desprenderse y saltar hacia el

cuerpo

Referencias

[1] SMITH, Fundamentos de la ciencia e ingenieria de materiales, cuarta edicion, Mc Graw

Hill.pag. 395

[2] WILLIAM D. CALLISTER, Introduccion a la Ciencia e Ingenieria de los Materiales, Editorial

Reverte, pag.293

[3] Fuente propia, Laboratorio de materiales de la ESPOCH,

[4] ASTM, Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens, ASTM E3-95

[5] ASTM, Standard Test Method Brineel Hardness of Metallic materials, ASTM E10-01