a. Describir todos los métodos de medición de tamaño de grano para aleaciones ferrosas.

Existen técnicas que especifican el tamaño de grano en función del promedio del volumen, del diámetro o del área del grano.

Se puede calcular el tamaño de grano utilizando el método de intersección: en varias fotomicrografías que muestran la estructura granular del material, se trazan líneas rectas de igual longitud y se cuenta la cantidad de granos atravesados por cada línea. Luego, se divide la longitud de la línea por el número medio de granos cortados por cada segmento. El diámetro medio del grano se obtiene dividiendo el resultado anterior por el aumento de las fotomicrografías.

Otro método, muy utilizado, es el método de comparación, desarrollado por la American Society for testing and Materials (ASTM). La ASTM tiene preparadas 10 cartas normalizadas con granos de diferente tamaño medio de grano. Se le ha asignado a cada carta un índice del 1 al 10, denominado índice de tamaño de grano; el mayor índice se corresponde con el mayor tamaño de grano. Para utilizar este método, las probetas se tienen que preparar cuidadosamente para revelar la estructura granular fotografiada a 100X (aumentos). El tamaño del grano se asigna por comparación con el índice de grano de la carta más parecida a la fotomicrografía. Este método es muy utilizado en siderurgia.

Y el último es el método planimétrico: Es el más antiguo procedimiento para medir el tamaño de grano de los metales. El cual consiste en que un circulo de tamaño conocido (generalmente 19.8 mm f, 5000 mm2 de área) es extendido sobre una microfotografía o usado como un patán sobre una pantalla de proyección. Se cuenta el número de granos que están completamente dentro del círculo n1 y el número de granos que interceptan el circulo n2 para un conteo exacto los granos deben ser marcados cuando son contados lo que hace lento este método.

1

b. Determinar el tamaño de grano, en mm de las micrografías que se reproduce en las figuras suponiendo un aumento de 100X por el método de la intersección media de una línea.

Micrografía 1:Longitud de línea: L=5Número de granos por línea:Línea 1: 7 granos; línea 2: 4 granos; línea 3: 7 granos.Número medio de granos por línea: N=6Aumento: A=100 XDiámetro medio de grano:

Φ1=NL÷ AΦ1=

65÷100Φ1=0,012mm

Micrografía 2:Longitud de línea: L=6Número de granos por línea:Línea 1: 10 granos; línea 2: 7 granos; línea 3: 12 granos.Número medio de granos por línea: N=9.67Aumento: A=100 XDiámetro medio de grano:

Φ2=NL÷ AΦ2=

9.676÷100Φ2=2,24×10

−4mm

c. En una fotomicrografía de un metal a 100X se calculó que el número medio de granos por pulgada cuadrada es 24. Calcular el número ASTM para el tamaño del grano de esta aleación.

2

La asignación del índice del tamaño de grano mediante las diferentes cartas se realiza como sigue. El índice del tamaño de grano se designa por n y el número medio de granos por pulgada cuadrada a 100 aumentos por N. ambos parámetros están relacionados por la siguiente expresión:

N=2n−1

Tengo como dato en número medio de granos por pulgada cuadrada: N=24 por lo tanto,

24=2n−1

Aplico logaritmo en ambos miembros y despejo n:

ln (24 )=ln (2n−1)=(n−1 ) ln (2 )

ln (24 ) / ln (2 )+1=n

Número ATSM para el tamaño del grano de la aleación:

n=5,585

d. Teoría de los defectos en las estructuras cristalinas (desde los puntuales hasta los volumétricos). Identificar los defectos cristalinos en las siguientes micrografías:

Teoría de defectos en las estructuras cristalinas:

Defectos de punto (sin elementos extraños):

El más simple de los defectos puntuales es la vacante, o vacante de red, lugar normalmente ocupado por un átomo ahora ausente. Las vacantes se producen durante la solidificación y también como consecuencia de las vibraciones, que desplazan los átomos de sus posiciones reticulares normales. El número de vacantes crece exponencialmente según la ecuación:

3

N v=N exp(−QvkT )Donde N es el número total de lugares ocupados por átomos, Qv es la energía de activación, T la temperatura absoluta y k es la constante de Boltzman (de los gases).

Un defecto autointersticial es un átomo en un cristal que se ha desplazado un lugar intersticial, un espacio vacío pequeño que normalmente no está ocupado. En los metales, estos defectos introducen distenciones relativamente grandes en los alrededores de la red debido a que los átomos suelen ser mucho mayores que los espacios intersticiales donde se sitúan.

Figura 1: Defectos puntuales sin objetos extraños

Defectos de punto (con elementos extraños):

Se crea un defecto sustitucional cuando se reemplaza un átomo por otro de un tipo distinto. El átomo permanece en la posición original. Cuando su tamaño es mayor al de los demás átomos de la red, los átomos circundantes se comprimen; en cambio si son más pequeños, quedan en distensión. Para que ocurra la sustitución, los radios atómicos no deben diferir en un 15%, las estructuras cristalinas deben ser las mismas y las electronegatividades similares.

También pueden ocurrir defectos intersticiales, cuando átomos extraños (muchas veces llamados impurezas) llenan un vació o los intersticios atómicos de la red cristalina. Para que esto ocurra, los diámetros atómicos de las impurezas intersticiales deben ser considerablemente menores que los de los átomos de la red.

4

Figura 2: Defectos puntuales con objetos extraños

Defectos lineales:

Una dislocación es un defecto lineal o unidimensional en torno a algunos átomos alineados. Existen dos tipos básicos de defectos lineales:La dislocación de cuña o de arista, que es un defecto lineal centrado alrededor de la línea definida por el extremo del semiplano de átomos extra (figura 3). A veces se denomina dislocación de línea.

Figura 3: Dislocación de línea

Los átomos situados arriba de la dislocación de línea están comprimidos, mientras que los situados abajo están sometidos a tracción; eso se refleja en la ligera curvatura de los planos verticales de átomos, alrededor del semiplano extra. El semiplano también puede estar en la parte inferior del cristal y se designa como T.La distancia de desplazamiento de los átomos en torno a una dislocación se llama vector de Burgers y es perpendicular a la línea de dislocación de cuña.

Otro tipo de dislocación lineal, es la llamada dislocación helicoidal. Se forma al aplicar un esfuerzo cizallante, como se ve en la figura 4:

5

Figura 4: Dislocación helicoidal dentro de un cristal

La parte superior de la región frontal del cristal desliza una unidad atómica a la derecha respecto a la parte inferior. Aquí el vector de Burgers o de desplazamiento es paralelo a la línea de dislocación.

Las mayorías de las dislocaciones que existen en materiales cristalinos no son propiamente ni de cuña ni de hélice, sino que presentan componentes de ambos tipos. De denominan dislocaciones mixtas.

Defectos superficiales:

La superficie externa constituye uno de los límites más evidentes, se considera una imperfección puesto que representa el límite de la estructura cristalina, donde termina. Los átomos de la superficie no están enlazados con el máximo de vecinos más próximos y, por lo tanto, se encuentran en un estado superior de energía que los átomos de las posiciones interiores.

Otro defecto de superficie es el límite de grano, es el límite que separa dos pequeños granos o cristales que tienen diferentes orientaciones cristalográficas en metales policristalinos (figura 5).

Figura 5: Límites de grano

6

Son posibles varios grados de desalineamiento cristalográfico entre granos vecinos. Cuando la diferencia de orientaciones es pequeña (del orden de unos pocos grados), de denomina límite de grano de ángulo pequeño (figura 6).

Figura 6: Límite de grano de ángulo pequeño

Un límite de macla es un tipo especial de límite de grano a través del cual existe una simetría de red especular; esto es, los átomos de un lado del límite son como imágenes especulares de los átomos del otro lado (figura 7). La región de material entre estos límites se denomina macla. Las maclas se generan por desplazamientos atómicos producidos al aplicar fuerzas mecánicas cizallantes y también durante tratamientos térmicos. El maclaje ocurre en un plano cristalográfico y dirección definidos, ambos dependen de la estructura cristalina.

Figura 7: Límite de macla

Otros defectos superficiales son los fallos de apilamiento, límites de fase y paredes de dominios ferromagnéticos. Los defectos de apilamiento en FCC aparecen cuando se interrumpe la secuencia ABCABCABC… de apilamiento de planos atómicos. Lis límites de fase aparecen en materiales polifásicos donde aparece un cambio radican en las características físicas y/o químicas. En los materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticos, los límites que separan regiones que tienen diferentes direcciones de magnetización se denominan paredes de dominio.

7

Defectos de volumen:

Son defectos de tres dimensiones, distorsionan fuertemente la red. Por lo general, están formados por agrupaciones de defectos puntuales.

Los poros y grietas son huecos generados por la oclusión de gases, contracciones durante la solidificación o tensiones causadas en el proceso de fabricación de la pieza (figura 8).

Las inclusiones se forman por la reacción de impurezas proveniente de la materia prima, se clasifican por su origen, tamaño y composición química, se pueden observar (como puntos) en la figura 8.

Figura 8: Poros, grietas e inclusiones

Las otras fases ó fases secundarias se forman en las aleaciones metálicas debido a la disminución de solubilidad de las soluciones sólidas (figura 9).

Figura 9: Fases secundarias

Defectos identificadosMicrografía 1 Micrografía 2 Micrografía 3

Límite de granoMaclasInclusiones

Poros Límite de granoGrietaMaclasInclusiones

8

e. Indicar cuáles son los reactivos que se utilizan para macro y microataque químico de muestras de aleación de cobre, aluminio y aceros – consultar normas ASTM E-340 y E-407.

9

10

f. Describir el método mediante el cual se determina el nivel de inclusiones. Clasificar las diferentes inclusiones no metálicas en las siguientes micrografías:

11

CORRECCIONES

2. Determinar el tamaño de grano, en mm de las micrografías que se reproduce en las figuras suponiendo un aumento de 100X por el método de la intersección media de una línea.

Micrografía 2:Longitud de línea: L=6Número de granos por línea:Línea 1: 10 granos; línea 2: 7 granos; línea 3: 12 granos.Número medio de granos por línea: N=9.67Aumento: A=100 XDiámetro medio de grano:

Φ2=NL÷ AΦ2=

9.676÷100Φ2=0,0161mm

6. Describir el método mediante el cual se determina el nivel de inclusiones. Clasificar las diferentes inclusiones no metálicas en las siguientes micrografías:

El acero contiene inclusiones no metálicas debido a la naturaleza del proceso de elaboración en el estado líquido. Estas inclusiones pueden ser óxidos, sulfuros, nitruros, carburos, etc.

Según la norma IRAM-IAS U500-126, para medir el nivel de inclusiones no metálicas están el método 1, 2 y 3. Para el método 1 y 2 se utilizan láminas de referencia que muestran campos de observación tipo. Se determina el nivel de inclusiones a partir de la comparación de la probeta con imágenes tipo de las láminas Jernkontoret (láminas JK). Las imágenes correspondes a campos de visión de 0,8mm de diámetro tomados de un corte longitudinal y con un aumento de 100X. El método 3 es para inclusiones no metálicas en aceros laminados o forjados utilizando laminas de referencia que muestran campos de observación tipo, y se entiende que las inclusiones microscópicas tienen un área de 0,03mm2 sobre la superficie pulida, y son de un corte longitudinal con un aumento de 100X.

Inclusiones no metálicas en micrografías:a. Sulfuros de magnesio.b. Óxidos de aluminio.c. Silicatos complejos de hierro.d. No se puede determinar ya que el corte es transversal.

12