Estructuras Metalográficas Metalográficas La metalografía ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas. Entre las características estructurales están el tamaño de grano, el tamaño, forma y distribución de las fases que comprenden la aleación y de las inclusiones no metálicas, así corno la presencia de segregaciones y otras irregularidades que profundamente pueden modificar modificar las propiedades mecánicas mecánicas y el el comportamiento general general de un metal. EST!"T!#S $ET#L%&#'("#S. S! $E"#)(S$% *E '%$#"(%)+ "uando tenemos un metal líquido, que se enfría lentamente, la solidificación comiena en distintos puntos del seno de la masa metálica y comienan a generarse porciones de cristal que se llaman granos. Es un lugar con equilibrio estable.
Figura 1. Grano y borde borde de grano
El límite entre dos granos, se llama -borde de grano, contiene átomos no ordenados, impureas, etc. Lo que lo /ace un lugar con equilibrio inestable, y tiene mayor energía libre que el grano. El borde de grano por sus características es el sitio de mayor reactividad a los ácidos. Si pulimos una superficie metálica y la atacamos con un reactivo acido, los bordes de granos se atacaran más rápidamente que el resto del material. 0.e1. 0.e1. )ital en aceros. Se origina una estructura llamada metalográfica. "uando e2isten varios constituyentes, los granos de uno de ellos se atacan mas que otros, otros, destac destacánd ándose ose así la estru estructu ctura ra metal metalogr ográfic áficaa de donde donde se pue puede de ded deduci ucirr el comportamiento del material. La t3cnica metalográfica consiste en poner en evidencia los distintos tipos de granos, llamados constituyentes metalográficos, su tamaño, forma, distribución, característica, etc. define la estructura del material. "L#S('("#"(%) *E L#S *('EE)TES EST!"T!#S $ET#L%&4'("#S. $ET#L%&4'("#S. 5. 8. 9. :.
Estructura Estructurass de nucleació nucleaciónn y crecim crecimiento iento 6egulare 6egularess e irregu irregulares lares77 Estructura Estructurass eut3ct eut3cticas icas o de de coprec coprecipitac ipitación. ión. Estruc Estructur turas as marten martensít sítica icas. s. Estructura Estructurass de compuest compuestos os íntermetálic íntermetálicos. os.
Eric;
"ada tipo de estructura supone un comportamiento determinado de la aleación Si conocemos el mecanismo de formación de las estructuras, podemos modificarlas, utiliando un proceso llamado tratamiento t3rmico. EST!"T!#S *E )!"LE#"(%) > "E"($(E)T% "asos en los que se presenta+ • • • • • •
$etal puro Soluciones sólidas Estructuras de colada Estructuras producidas por deformación plástica Estructuras producidas por recristaliación y crecimiento Estructuras producidas por recristaliación alotrópica.
Se trata del proceso en el que se forma una fase sólida en el seno de un líquido. 0ara que se forme esta fase sólida se necesita que las partículas varíen su energía. La energía de volumen ?'v, depende del cubo del radio del grano que se está gestando, es e2ot3rmica, la energía de superficie del mismo grano, es función del cuadrado del radio y es endot3rmica, la diferencia entre ambas energías, es lo que /ace crecer o no al grano E2iste un radio crítico r@, a valores menores de r@el grano queda líquido, con valores mayores de r@ el grano crece. ?'v A ?'s B ?'t La solidificación puede comenar en distintos puntos simultáneamente, normalmente alrededor de impureas, cuanto menos impureas, menos centros de nucleación, tenemos granos gruesos. En el caso de materiales muy impuros los centros de nucleación son muc/os, los granos son c/icos. 0or e1emplo en los aceros, se usa aluminio como deso2idante, y se forma o2ido de aluminio, 6#l8%97, como el ó2ido de #l no se diluye en el acero, se forman muc/as impureas y por lo tanto grano c/ico, el #l es un ac/icador de grano. En el caso de un metal puro todos los granos tienen la misma composición, la solidificación comiena a la misma temperatura. Si tenemos pocas impureas+ granos grandes. Si tenemos muc/as impureas+ granos c/icos.
Figura 2. Grano fino y grano grueso
Eric;
En el caso de solución sólida, aleación formada por la unión de dos metales, o un metal y un no metal, tendremos un intervalo de solidificación, quiere decir que uno comenara a solidificar antes que el otro, tendremos dos estructuras una formada por el componente C y el otro por el componente D, el tamaño de grano estará dado por la cantidad de impureas que /aya en el seno del líquido.
Figura 3. Solución Sólida
Estructuras de colada
Las estructuras de colada son aquellas que se forman al enfriarse el metal en forma arborescente, formando dendritas. Se enfrían preferentemente en los bordes de los moldes, o en moldes finos. El enfriamiento se produce muy rápidamente
Figura 4. Dibujo
Figura 5. Fotomicrografía
Eric;
Recristalizacion
Es el caso de nucleación y crecimiento de una fase sólida dentro de otra fase sólida ya e2istente. Si se quiere eliminar rastros de tratamientos anteriores, colada o deformaciones plásticas tales como for1a, laminación, traficación, estampado en frío, /ay que provocar un calentamiento para dotar a los átomos de la energía cin3tica necesaria para que se produca el reacomodamiento de los granos, aparecen nuevos granos equia2iales a partir de los granos pequeños rotos.
Figura . !roceso de "ecristali#ación Enfriamientos incorrectos
uedan vestigios de la deformación plástica, se observan en el microscopio fran1as que atraviesan los granos+ se llaman maclas.
Figura $. Granos grandes e%uia&iales maclados
Las propiedades mecánicas correspondientes a estas estructuras de granos poligonales, constituyentes de nucleación y crecimiento+ son de ba1a durea, altos valores de alargamiento 6plasticidad7 y poca resistencia mecánica. # medida que aumenta el soluto ba1a la plasticidad y aumenta la resistencia EST!"T!#S E!TE"T("#S % *E "%0E"(0(T#"(%) E2isten aleaciones que en determinadas condiciones de concentración y temperatura producen una precipitación con1unta de dos o más constituyentes m3talo gráficos. La estructura que se obtiene se llama eut3ctica. Esto se produce solamente para una determinada concentración de elementos químicos de la aleación y a una determinada temperatura. 0Fe. 9GH de #, IG H de J y TK ". La concentración se llama E!TE"T("#. Eric;
La temperatura se llama E!TE"T("#, ambas son nicas para esa aleación. La cristaliación eut3ctica no es instantánea y mientras se realia la temperatura permanece constante y ocurre en toda la masa metálica, los granos que se forman son pequeños.
Figura '. (utectoide )arcialmente globuli#ado
Figura *. (utectoide +aminar
Figura 1,. (utectoide +aminar con red de com)uesto intermet-lico
Figura 11. Glóbulos de com)uesto intermet-lico
Eric;
Figura 12. (structura eutctica formada )or un com)uesto intermet-lico
Figura 13. (structura de granos reticulares de solución sólida
EST!"T!#S $#TE)S(T("#S 0rovienen de tratamientos t3rmicos, de aleaciones que presentan diferentes alotrópicos a distintas temperaturas. 0Fe, 'e C M 'e N, la recristaliación puede /acerse sin deformación plástica. En esta recristaliación intervienen dos mecanismos+ La transposición de la estructura cristalográfica y la difusión. La transposición cristalográfica, es muy rápida, se produce cuando la estructura alcana la alta temperatura adecuada y se /omogenia, entonces la estructura C pasa a ser N. Si el enfriamiento es muy lento entonces, los átomos del soluto tienen tiempo para difundir y tomar la configuración de equilibrio. El mecanismo se llama difusión. Si en cambio el enfriamiento es rápido, la transformación se cumple, pero la difusión, que es lenta, no alcana a producirse, entonces la estructura que resulta es una red distorsionada e inestable. El tratamiento t3rmico que se produce se llama transformación martensitica, y la estructura resultante es martensita. La martensita es una transformación sin difusión.
Eric;
igura 14. (structura martesítica
F
Figura 15. (structura martesítica gruesa y solución sólida
La estructura martensitica es muy dura y muy fragil, para disminuir esa fragilidad se /ace un tratamiento a ba1a temperatura llamado revenido
Figura 1. /artensita "e0enida
EST!"T!#S *E "%$0!EST%S ()TE$ET#L("%S Son compuestos químicos de gran durea y resistencia a la abrasión, corresponden a los componentes que presentan el punto de fusión más alto. "uando provienen de un líquido se presentan en forma de agu1as o placas muy duras con interfaces de poca co/esión, con el resto del material. Las aleaciones que las contienen son frágiles, duras y difíciles de maquinar
Eric;
Figura 1$. om)uesto intermet-lico
Si se logra su precipitación en forma de cristales aislados de pequeño volumen pueden usarse como elementos resistentes a la abrasión o cortantes.
Figura 1'. arburos om)lejos
Figura 1*. om)uesto intermet-lico en matri# eutctica
Eric;
