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METALOGRAFIA DE UN ACERO 1020. METALLOGRAPHY OF STEEL 1020. Brian Yesid Carmona, Cód. 65121007. Javier Cangrejo Guzman Cód. 65111035 Edwin Andres Ramos, Cód. 65112001 Tratamientos Térmicos. Facultad de Ingeniería, Universidad Libre.

RESUMEN En este informe se presenta la experiencia trabajada en el tratamiento térmico empleado en probetas de acero 1020, para lo cual primero se realizó un pulido a término espejo iniciando desde la lija 120 hasta la 1500, seguido de esto, se pasó a un disco de paño para pulir la superficie con abrasivo de alúmina hasta eliminar las líneas que dejó la lija, después se observó la superficie en el microscopio antes de realizarse un ataque químico para determinar qué tipos de carburos están presentes en el material, el ataque químico fue realizado con Nital, nuevamente fue ubicado en el microscopio y se observó la microestructura del acero, por último y para finalizar la práctica se hizo la prueba de dureza. Palabras claves: Nital, pulido, microestructura, tratamiento ABSTRACT This report presents the experience of the heat treatment used in 1020 steel specimens, for which a mirror polishing was first carried out starting from the sandpaper 120 to 1500, followed by a disk of cloth To polish the surface with alumina abrasive until the lines left by the sandpaper were removed, then the surface was observed under a microscope before a chemical attack was carried out to determine what types of carbides are present in the material, etching was carried out with Nital , Was again placed in the microscope and the microstructure of the steel was observed, and to finish the practice was made the hardness test. Keywords: Nital , polishing, microstructure, treatment

1. INTRODUCCION La metalografía estudia la estructura microscópica de los metales y sus aleaciones. Antes de observar un metal al microscopio, es necesario acondicionar la muestra de manera que quede plana y pulida. Plana, porque los sistemas ópticos del microscopio tienen muy poca profundidad de campo y pulida porque así se observara la estructura del metal y no las marcas originadas durante el corte u otros procesos previos.

Básicamente, el procedimiento que se realiza en un ensayo metalográfico incluye la extracción, preparación y ataque químico de la muestra, para terminar en la observación microscópica. A través de este estudio se pueden determinar características como el tamaño de grano, distribución de las fases que componen la aleación, inclusiones no metálicas como sopladuras, micro cavidades de contracción, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecánicas del metal.

2 2. MARCO TEORICO

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Metalografía

Es la rama de la metalurgia que estudia la estructura de un metal-aleación y la relaciona con la composición química, con las propiedades mecánicas y físicas. Este estudio es llevado a cabo con la aplicación de diversas y variadas técnicas especiales. En los comienzos de la metalurgia, se utilizaron para conocer las propiedades físicas y mecánicas de los materiales, los análisis químicos y los ensayos mecánicos. Con estos métodos no quedaba definido completamente el metal o la aleación, con la aparición de la metalografía comenzó una información muy valiosa que se refiere a la forma y tamaño del grano, conformación de los constituyentes capaces de ejercer gran influencia sobre la dureza, resistencia a la tracción resiliencia, fatiga, etc., los cuales pueden ser modificados por los tratamientos térmicos o conformación mecánica. La metalografía no reemplaza a los métodos anteriormente enunciados, sino que se complementan entre sí. En el campo de los tratamientos térmicos, encuentra un amplio campo de aplicación, determinando el metalografo una falla producida en una pieza en servicio o un temple mal realizado. Dentro de este método esta la macrografía en la cual se puede observar un defecto o la orientación de las fibras del material según su laminación o forjado. •

Acero

El acero es una aleación de hierro con carbono en una proporción que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades. Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita,

blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura características, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente 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 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita. •

Tratamientos Térmicos

El Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material, los cuales modifican sus propiedades mecánicas. El objetivo de los tratamientos térmicos es proporcionar a los materiales unas propiedades específicas adecuadas para su conformación o uso final. No modifican la composición química de los materiales, pero si otros factores tales como los constituyentes estructurales y la granulometría, y como consecuencia las propiedades mecánicas. Se pueden realizar Tratamientos Térmicos sobre una parte ó la totalidad de la pieza en uno ó varios pasos de la secuencia de manufactura. En algunos casos, el tratamiento se aplica antes del proceso de formado (recocido para ablandar el metal y ayudar a formarlo mas fácilmente mientras se encuentra caliente). En otros casos, se usa para aliviar los efectos del endurecimiento por deformación. Finalmente, se puede realizar al final de la secuencia de manufactura para lograr resistencia y dureza. 3. DESARROLLO EXPERIMENTAL 3.1 MATERIALES -

Lija de agua número: 120, 180, 240, 320, 400, 600, 1000, 1200 y 1500. Microscopio metalúrgico óptico.

3 -

Probeta de 1 pulgada de diámetro por 1 pulgada de longitud de acero 1020

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Alcohol antiséptico.

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2 máquinas lijadoras. Alúmina Nital al 3%.

6. Se observar por medio del microscopio la superficie que está a brillo espejo que no presente ralladuras profundas y rallas cruzadas o colas de cometa (figura 2)

3.2 PROCEDIMIENTO Pasos: 1. Colocar la lija en el número más bajo en la tabla y llevarlos hasta el lavadero. 2. Verter agua constantemente y empezar a lijar la probeta en una cara cada 90° en una dirección. Cuando se tenga una superficie con rayas de una dirección lijada uniformemente.

3. Cambiar la lija de agua número 80 de la tabla hasta llegar a la lija 1500 y que quede libre de rallones. Cuando se tenga una superficie casi libre de rallones se procede al pulido. 4. En la máquina pulidora que tiene el paño pulidor. Se Prender la máquina a una velocidad angular entre 150 y 230 RPM, aplicar un poco de Alúmina sobre el paño y sostiene la superficie de la probeta que se está dejando a brillo espejo sobre el paño hasta comprobar por microscopio su homogeneidad.

Figura 2 (verificación metalográfica en microscopio) 7. En el microscopio observar que está a brillo espejo y inclusiones a 50X y 100X tratamiento, sin tratamiento, aire, y con agua.

la superficie observar las y 500x con expuesta al

5. Lavar la probeta con alcohol como (figura 1) y secarla muy bien sin dejar residuos.

Figura 3(sin tratamiento a 50 x)

Figura 1 (Probeta limpia a brillo espejo)

4

Figura 4(sin tratamiento a 100 x)

Figura 7(aire sin ataque a 50 x)

Figura 5(sin tratamiento a 200 x)

Figura 8(agua tratada a 50 x)

Figura 6(sin tratamiento a 500 x) Figura 9(agua tratada a 100 x)

5

Figura 10(agua tratada a 200 x)

Figura 12(Ataque por Nital al 3% sobre la probeta por 5 segundos)

Figura 11(agua tratada a 500 x)

8. Colocar un poco de Nital al 3% se ataca para ver la estructura. Con las se tomar la probeta y se sumerge la superficie que está a brillo espejo en el Nital al 3% que está en el recipiente y se realiza el ataque químico por 5 segundos. Lavar con agua la probeta y secar.

Figura 13(aire ataque a 50 x)

6 Figura 14(aire ataque a 100 x)

entonces de perlita abierta o basta) la tonalidad se ira aclarando hasta poder distinguir las diferentes laminas, no por ello la perlita pierde su carácter de microconstituyente.

1.

Nos trasladamos al equipo de durezas al cual realizamos 3 muestras a la probeta logrando realizar una muestra de dureza Rockwell A, aplicando un indentador en forma de cono 120° de apertura, de diamante, 150 Kg de carga

Figura 15(aire ataque a 200 x)

Figura 17. Equipo de dureza Figura 16(aire ataque a 500 x)

En las anteriores figuras se ve mayor cantidad de zonas claras (perlita y en una menor proporción las zonas oscuras (perlita Concluimos que el acero estaba compuesto por cementita y perlita. La perlita es un microconstituyente bifásico. Está formado por granos alargados de cementita en una matriz ferritica, cuando esta estructura laminar es muy fina la perlita se ve al microscopio como negra. Sin embargo, ambas fases, ferrita y cementita, en condiciones normales de ataque son blancas. El color oscuro o negro lo produce el gran número de límites de grano existentes entre la matriz ferritica y las láminas de cementita. Se comprende que cuanto más grandes las láminas (se habla

7 Figura 18. Mesa, indentador y pieza a aplicar ensayo de dureza

Figura 21. Muestra de resultados obtenidos (sin tratamiento) 4. RESULTADOS OBTENIDOS -

Sin tratamiento 𝐻𝑅 = 59.51 HRA

Figura 19. Muestra de resultados obtenidos (aire)

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Enfriado en agua 𝐻𝑅 = 78.85 HRA

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150 Kgf

150 Kgf

Enfriado en aire 𝐻𝑅 = 52.70 HRA

150 Kgf

5. ANALISIS DE RESULTADOS En la observación de inclusiones, óxidos y carburos se da por determinado una característica de Oxido globular en el material. En el momento de atacar el material con ácidos un blanco brillante y aparece como perlita, presentación de 0.5% de carbono, ferrita proeutectoide Figura 20. Muestra de resultados obtenidos (agua)

Los datos obtenidos se anotan y se promedian las durezas obtenidas en todas las indentaciones de cada probeta. Este

8 número se redondea hasta unidades enteras. Se realizarán 3 indentaciones por probeta, teniendo en cuenta la separación del borde de la probeta y de una huella al borde de la otra debe ser mayor a 2,5 veces el diámetro de la huella.

6. CONCLUSIONES

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En este procedimiento se destaca que cualquier rugosidad en un material como el acero evita la observación y aunque parezca homogénea al ojo humano la estructura es deforme. El nital oscurece la pelita y pone en manifiesto los bordes de la ferrita. Es decir, la ferrita y cementita es blanca mientras la perlita es mas oscura. La cantidad de perlita presente en el material indicara la dureza y resistencia mecánica que puede tener. Al realizar un enfriado rápido (en agua) la microestructura no tiene tiempo para reestructurarse generando más gránulos de perlita, por lo que el material es mas duro. Cuando se realiza un enfriamiento lento con aire, el material tiene el suficiente tiempo para que su microestructura se organice con grandes cantidades de ferrita, con una dureza no muy alta.

7. BIBLIOGRAFIA

[1]http://scholar.google.es/scholar?start=7 0&q=imagenes+de+metalografia&hl=es&as _sdt=0 [2]http://www.sisa1.com.mx/catalogof.ht m [3]http://es.wikipedia.org/wiki/Metalografí a [4] http://www.emagister.com/cursometalografia/

[5] ASM Handbook - Vol 09 - Metallography and Microstructures (2733s) [6]190.105.160.51/~material/materiales/la b_metalografía.pdf...