Metalografía

CARATERIZACIÓN DE MATERIALES

METÁLICOS

ELVER SANTOS RÍOS

Informe:

Caracterización de una pieza de acero,

parte de un tubo de pared gruesa.

Profesora

Ana Emilse Coy Echeverría.

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍA METALURGICA

BUCARAMANGA

2013

2

1. OBJETIVOS

1.1 GENERAL

 Caracterizar un acero que hace parte de una tubería de pared gruesa.

1.2 ESPECÍFICOS

 Interpretar y aplicar las normas ASTM en cada una de las etapas del proceso de caracterización de una muestra de acero.

 Aprender a manipular, de manera adecuada, los implementos de laboratorio como una herramienta básica para obtener datos y resultados.

 Analizar las micrografías obtenidas a través de los microscopios ópticos.

 Determinar las cantidades de carbono, ferrita y perlita presentes en una muestra de acero.

 Deducir las posibles aplicaciones de un acero, después del análisis de una muestra.

2. MARCO TEÓRICO

En la actualidad los aceros y las fundiciones de hierro constituyen uno de grupos de materiales metálicos usados con mayor frecuencia en la industria, dado que se pueden fabricar en grandes cantidades y con costes relativamente bajos. Sumado a lo anterior, tienen amplia gama de características, las mecánicas en particular, que van desde ductilidades altas hasta aquellos caracterizados por resistencias mecánicas mayores en el amplio mundo de las aleaciones metálicas.

Uno de los sistemas de aleaciones binario más importante es el de hierro carbono. La clasificación de estas aleaciones está basada en el contenido de carbono. Según Gómez1, existen tres grandes grupos: hierro, cuando tiene menos del 0.008% en peso de C; acero, cuando la aleación Fe-C posee más de 0.008%, pero menos de 2.11% en peso; por último, fundición, cuando el sistema Fe-C tiene un contenido de C superior al 2.11%. En el comercio, los aceros no superan el 1% de contenido de C, mientras que las fundiciones generalmente contienen entre el 3.5 y el 4% de C en peso.

1 GÓMEZ, Moreno José. Aleaciones Hierro-Carbono. Universidad Industrial de Santander; Bucaramanga 1993. p.5

3

2.1 DIAGRAMA HIERRO CARBONO (Fe-C)

En el diagrama de la figura 1 se representan las diferentes transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, también se puede apreciar la clasificación de las aleaciones de hierro mencionada anteriormente.

En el diagrama de Fe-C ocurren reacciones en estado sólido: la eutéctica y la eutectoide, que descritas con base en el diagrama hierro-carbono indican que la transformación eutéctica tiene lugar a 1147° C, en la cual el líquido de composición 4.3% C se descompone en Austenita (2.0%) y cementita ( ). Por su lado, la transformación eutectoide se produce a 723° C y corresponde a la transformación de la austenita de composición 0.8% C en ferrita (0.025% C) y cementita, en forma de constituyente denominado perlita. Los aceros tienen otra clasificación de acuerdo con el contenido de perlita: aceros hipoeutectoides y hipereutectoides. Una descripción sencilla de las fases y constituyentes la brinda F.R, Morral, E, Jimeneo y P, Molera2, según la siguiente relación:

Nombre

Descripción

Solución sólida Delta

Solución sólida de carbono en hierro cúbico centrado en el cuerpo o hierro delta (Fe δ)

Austenita

Solución sólida de carbono en hierro cúbico centrada en las caras o hierro gama (Fe γ)

Ferrita

Solución sólida de carbono en hierro cúbico centrado en el cuerpo o hierro alfa (Feα)

Cementita

Compuesto intermetálico ( )

Perlita

Eutectoide de Ferrita y Cementita

Ledeburita

Mezcla eutéctica de austenita y cementita

2 F.R, Morral, E, Jimeneo y P, Molera. Metalurgia General. Barcelona, Editorial Reverte S.A. 1985. p. 1068.

4

Figura 1.1 Diagrama de aceros hipoecutectoides con 0.4 % de C

Fuente: http://cosmolinux.no-ip.org/uned/unedcurset23.html

Figura 1.2 Estructura típica de un acero hipoeutectoide

Fuente: http://cosmolinux.no-ip.org/uned/unedcurset23.html

Figura 1. Diagrama hierro carbono.

En este informe se hace hincapié en los aceros hipoeutectoides, los cuales corresponden a un porcentaje en peso de C mayor al 0.008% y menor al 0.80%, esto debido que a priori se sabe que la pieza que se analiza corresponde a un acero con altas probabilidades de ser hipoectectoide. Estos aceros están formados por una mezcla de perlita y ferrita.

En la figura 1.1 se muestra un esquema de la evolución en un acero hipoeutectoide (0.4% de C) a medida que desciende la temperatura; comienza con una sola fase, austenita (γ) para temperaturas mayores a 800° C; por último, se presenta en dos fases: ferrita y cementita. Una evidencia de lo anterior se manifiesta en la figura 1.2, en la cual el componente claro es la ferrita, mientras que el opaco es la perlita (ferrita + cementita en forma de láminas).

5

Los aceros hipoeuctectoides pueden ser usados en diversos campos (elementos de máquinas, elementos estructurales, entre otros). Algunas de las características3 de estos aceros son: su capacidad para alearse con otros elementos, su buena ductilidad y su resistencia mecánica. Por otro lado, se pueden clasificar en tres grupos: aceros de bajo, de medio y de alto carbono. Acero de bajo carbono: El porcentaje de carbono de estos aceros no supera el 0.2%. Reciben el nombre de aceros ferríticos; son suaves, dúctiles, deformables y de baja resistencia. Aceros de medio carbono: A este grupo pertenece la mayoría de acero comercial que se produce. Su porcentaje de carbono está comprendido entre 0.2 y el 0.5%; sus propiedades dependen de la cantidad de ferrita y de perlita que varían sus prestaciones en un rango muy amplio. Aceros de alto carbono: Estos aceros tienen un porcentaje de carbono comprendido entre el 0.5% y el 0.77%; se denominan aceros perlíticos. Su resistencia y su dureza son elevadas, pero su ductilidad y tenacidad son bajas.

3. PROCEDIMIENTO

Diagrama general del procedimiento

3 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA. Diagrama Hierro Carbono [en línea] < http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/28/5-5-diagrama-hierro-carbono-puntos-criticos-y-ejemplos-de-regla-de-la-palanca-2-2/ > [citado el 15 de octubre de 2013]

Preparación de la muestra

•Selección y corte

•Montaje

•Desbaste y pulido

Análisis sin atacar la muestra

•Análisis de iclusiones

•Preparación para el ataque

Análsis posterior al ataque

•Revelación de microestructura

...