Introducción En el presente informe a realizar tiene relación sobre los métodos a utilizar para la medición del tamaño del grano, se presentarán distintos procedimientos según la ASTM (American Society for Testing Materials) las cuales representan las normas estándares a nivel mundial que se utilizan para determinar las dimensiones de granos que posee una muestra determinada. Durante el desarrollo de este informe utilizaremos tres métodos distintos según la ASTM con el objetivo de determinar el Número G que define al tamaño del grano, tomando en cuenta las especificaciones que detalla la norma para cada método a estudiar.
Objetivos:
Conocer las normas ASTM con respecto a la medición de grano Determinar el numero G de una muestra m uestra dada en clases Emplear 3 métodos distintos para determinar el tamaño de grano.
Objetivos Específicos
Mediante el método método de comparación, planimétrico planimétrico de Jeffrey Jeffrey y de intersección de Heyne determinar el número G de la muestra dada. Diferenciar ventajas y desventajas de cada método usado.
Materiales
Muestra facilitada por el orientador (Acero Inoxidable Autenítico) Normas ASTM Láminas Lápiz Compás Calculadora
Procedimiento Durante esta práctica se escogieron 3 métodos distintos para la medición del tamaño de grano, empezaremos con el método de comparación. c omparación. Método de comparación: 1. Se escoge la muestra a comparar, para este caso es una micrografía que fue dada por el preparador. 2. Debemos tomar en cuenta que los granos sean equiaxiales, y que la magnificación sea de 100x 3. Luego se debe conocer el material de la muestra ya que la Norma ASTM E-112 nos indica que debemos saber el tipo de material y que debe tener una ampliación de 100x para realizar este tipo de método. 4. Nos dirigimos a la norma ASTM E-112, en el marco del método de comparación donde nos sugieren irnos a la tabla nº1 (Gráficas de Comparación sugeridas para Materiales Metálicos) donde al Acero Inoxidable Autenítico le corresponde la placa o lámina II o la placa IV ya que también entra en el rango de comparación por ser la muestra un Acero Inoxidable tomando en cuenta el aumento de 100x 5. Se busca la lámina o placa II, se compara la muestra y se escoge la que más se asemeje a la muestra.
6. El Número de granos a elegir es el número que acompañar a la muestra que se encuentran en la placa. Método planimétrico (o de Jeffrey) 1. Como primer paso, se inscribe una figura de área conocida, por conveniencia se escogió un circulo y con la ayuda de un compas se traza un área la cual debe tener 5000 mm2 para poder simplificar los cálculos ya que debe proporcionar al menos 50 granos en el área donde se va a trabajar con el fin de tener un resultado confiable. 2. Se debe conocer el aumento, es un aspecto muy importante en este método ya que es un dato que se debe añadir en la fórmula para conocer el número de granos. 3. Como siguiente paso, se procedió a realizar un conteo de los granos internos del círculo más un medio del número de granos interceptados por el mismo, esta operación da como resultado el número de todos los granos equivalentes, medidos al aumento utilizado dentro del área. 4. El número obtenido en el paso anterior se multiplica por el multiplicador Jeffries ( f), el cual es un número estandarizado por la norma ASTM, éste se obtiene de la tabla n5 (Relación entre el Aumento utilizado y el Multiplicador Jeffries, f, para un Área de 5000 mm2) de dicha norma E 112-96, el resultado será el número de granos por milímetro cuadrado N A. 5. Como último paso, para conocer el numero de tamaño de grano ASTM (G), debe ser calculado a partir de N A (Número de Granos por mm 2 a 1X) utilizando la ecuación (1) en la Nº 6 ( Ecuaciones De Tamaño De Grano Relacionando Parámetros Medidos Con El Tamaño De Grano ASTM Determinado Microscópicamente, G). Método de Intersección 1. Se tiene la muestra se debe conocer la ampliación que se le aplico en este caso 100x. 2. Con una regla se procede a trazar una línea recta que intercepte por los menos 50 granos de la muestra, se recomienda que se tracen por lo menos 3 rectas para lograr un promedio. 3. Al trazar las líneas se procede a contar los granos que fueron interceptados por las líneas, la forma al contar los granos está normalizada por la ASTM la cual nos indica lo siguiente: Cuando se cuentan intercepciones, los segmentos al extremo de una línea de prueba que penetran dentro de un grano son anotados como medias intercepciones. Cuando se cuentan intersecciones, los puntos extremos de una línea de prueba no son intersecciones y no son contados excepto cuando el extremo parece tocar exactamente el contorno de un grano, cuando ½ intersección debería ser anotada.. Una intersección tangencial con un contorno de grano debería ser anotada como una intersección. Una intersección que aparentemente coincide con la unión de tres granos debería ser anotada como 1½ .1 Los números de granos contados se designan como 4. Se mide las longitudes de las líneas trazadas en mm 5. Se saca una longitud promedio con la siguiente formula,
6. Luego de tener todos los datos necesarios se sustituyen en una fórmula que viene estipulada por la ASTM en tabla Nº 6 para el método de intersección (Ecuaciones De Tamaño De Grano Relacionando Parámetros Medidos Con El Tamaño De Grano ASTM Determinado Microscópicamente, G).
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Extraído de la Norma ASTM E-112
Presentación de Resultados Método de Comparación: Para el método de comparación se utilizó la placa o lamina II, ya que la placa IV se descarta al ser un acero austenitico, según la norma ASTM E-112 el número de granos (G) es el número que acompaña la muestra que se encuentra en la lamina por lo tanto para nuestro caso se eligió la lámina II tomando la muestra que tiene un número de granos de 5. Se debe tener en cuenta que posee un margen de error de +/-1 número de tamaño de grano. Método planimetrico (Jeffries) Al haber realizado el procedimiento planteado anteriormente correspondiente al método planimetrico de Jeffries, en el cual se trazo una circunferencia de 5000 mm 2 o 79.8mm de diámetro, se obtuvo durante el conteo el número de granos dentro del área ( ) y el número de granos cortados por el circulo ( ), fueron los siguientes:
= 132 granos = 42 granos
Como ya sabemos para conocer nuestro es necesario saber cual factor multiplicador Jeffries ( ) se va a utilizar, el cual depende directamente de la amplitud o magnificación empleada.
En nuestro caso, al ser una amplitud de 100X nos apoyamos en la tabla Nº5 (Relación entre el Aumento utilizado y el Multiplicador Jeffries, para un Área de 5000 mm2). La cual nos indica que para una amplitud de 100X el multiplicador (f) debe ser: = 2.0
Utilizando una fórmula para el cálculo del número de granos equivalentes (
), la cual es:
( ) Y sustituyendo los datos obtenidos en dicha fórmula obtuvimos una cantidad de granos equivalentes de: = 306 granos.
Por último se procedió a calcular el número de tamaño de grano ASTM ( G), el cual empleando el N A previamente calculado e incluyendo este dato en la ecuación Nº1 de la Tabla 6 (Ecuaciones De Tamaño De Grano Relacionando Parámetros Medidos Con El Tamaño De Grano ASTM Determinado Microscópicamente, G) la cual es: G = (3.321928 log10N A) – 2.954 Se obtuvo un resultado para G = 5.303387607 Al ser este un resultado que se aproxima más a 5.5 que 5.0, se considera aplicando un redondeo a tomar como resultado final: G = 5.5
Método de Intersección Según los procedimientos planteados con relación al método de intersección, se realizaron 3 líneas ya que según la norma ASTM es recomendable hacer 1 o más líneas para obtener un promedio obteniendo así las longitudes promedios . El aumento dado es de 100x Recta 1:
Recta 2:
Recta 3:
Calculando un promedio de las longitudes obtenemos un en la formula de la tabla Nº6
promedio necesario para utilizarlo
Al tener ya la longitud promedio procedemos a sustituir este dato obtenido analíticamente en la ecuación que corresponde para el cálculo del número de granos que posee la muestra, el cual debe corresponder al método de intersección. La ecuación, que se encuentra en la tabla Nº6 de la Norma ASTM, es la siguiente: G = (-6.643856 log10 ) – 3.288 Mediantes esta fórmula obtuvimos un G final: G = 5,354623 Al ser este un resultado que se aproxima más a 5.5 que 5.0, se considera aplicando un redondeo a tomar como resultado final: G = 5.5
Análisis de Resultados Al haber culminado los 3 distintos métodos que plantea la ASTM, podemos concluir los siguientes detalles. Para el método de comparación debemos conocer de forma obligatoria del material de la muestra y la amplificación, ya que sin estos datos es incorrecto realizar dicho método según las normas de la ASTM. Para el otro método, el método Planimetrico, a diferencia del primer método no es necesario conocer como dato primordial el tipo de material, en este caso es más relevante la ampliación de la muestra para poder aplicar las pautas y los pasos correspondientes que indica la norma de la ASTM. Como último, pero no menos importante, respecto al método de intersección este al igual que el método planimetrico no toma importancia el tipo de material que se usa en la muestra, prevalece el aumento como dato fundamental para llevar a cabo el método. En ambos métodos, se requiere que en la muestra haya por lo menos 50 granos para poder desarrollarlos.
¿Cuál es el método más adecuado? Analizando grupalmente, una vez discutidos los pros y contras de los métodos, en líneas generales el método de comparación se presenta de manera más sencilla para el investigador, debido a que no presenta muchas dificultades a la hora de desarrollarlo porque no incluye cálculos extensos ni otras inconveniencias que pueda traer. Siempre y cuando se suministre como dato el tipo de material y el aumento de 100X, los estudiantes o investigadores deberían recurrir a este método por lo que se acaba de concluir. Sin embargo, según los estudios realizados por la ASTM, en la norma E112 (norma que está editada bajo la designación E 112; el número que le sigue inmediatamente a la designación indica el año de adopción original o, en el caso de revisión, el año de la última revisión) se señala que el método de intercepción supera por mucho a los otros métodos por la eficiencia que presenta dicho método, ya que es más preciso a la hora de buscar el tamaño del grano de una muestra a estudiar.
¿Qué método se emplearía para un microestructura de un Latón 70-30 recocida? El recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero u otros metales, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frío, teniendo en consideración que el latón a estudiar ha sido sometido a este tipo de tratamiento se tiene que tomar en cuenta que los granos de la microestructura de dicho latón serán o tenderán a ser equiaxiales, (factor que se pudo comprobar al observar imágenes de un latón 70-30 recocido en el libro “ Handbook vol. 7 ”) es decir, los granos poseerán una forma ideal para su estudio y por ende lograr determinar el tamaño de grano por cualquiera de los métodos. Se debe tomar como consideración que no se conoce la amplificación de la microestructura ya que no nos la suministran como dato, por lo tanto el método de comparación quedaría descartado dejando como únicas opciones para calcular el tamaño el método de Intercepción y el Planimetrico.
¿Qué método se emplearía para un microestructura de un Latón 70-30 laminado en frio sin recocer? Al poder observar la microestructura de un latón 70-30 laminado en frio sin recocer en el libro “Handbook vol. 7” se pudo visuali zar que la respuesta a esta pregunta puede ser muy variada ya que el método a emplear para determinar el tamaño de grano va a depender directamente del porcentaje de tratamiento en frio en el cual ha sido sometido el latón, en otras palabras, dependiendo de dicho porcentaje la microestructura podrá o no ser estudiada, ya que de esto dependerá que tan deforme resulten los granos. Se concluyó que para una microestructura de latón con poco porcentaje de laminado en frio sus granos prácticamente están intactos permitiéndonos calcular el tamaño por el método Planimetrico o Intercepcion e incluso por el de comparación si conocemos la ampliación determinada. Para una microestructura con un poco mas de porcentaje de laminado en frío notamos que sus granos han cambiando de forma dejando de ser equiaxiales haciendo así el estudio más limitado y dejando como única opción el método de intercepción ya que es el método más indicado para el estudio del tamaño de granos deformados. Por último cuando vemos una microestructura con un alto porcentaje de laminado, el cálculo del tamaño del grano es imposible de saber por cualquiera de los métodos ya que los granos han llegado a un punto de deformación que ni el método de intercepción nos serviría para saberlo.
Conclusión Al finalizar este informe, se cumplieron los objetivos planteados al investigar y aprender sobre los diferentes métodos que existen referentes al cálculo del tamaño de grano de una determinada muestra, para ello se investigó a fondo sobre la norma ASTM E112 que explica detalladamente cada una de las pautas de los métodos. Por lo tanto pudimos determinar el número G de la muestra dada que resultó como un promedio de todos los métodos aplicados 5,5 (comparación, planimetrico e intersección). La aplicación realizada a esta muestra para la determinación del número de grano fue correcta ya que por los 3 métodos evaluando sus límites de toleración han resultados cercanos entre sí. Debemos tomar en cuenta que el método de comparación tiene una tolerancia de ±1 número de granos. En conclusión, podemos reafirmar que el método de intercepción es el método más completo ya que satisface la mayoría de las necesidades de un investigador metalográfico, siendo una de las más importantes, la precisión que arroja en los resultados que se pueden obtener debido a que a pesar de tener sus limitaciones, como todos los métodos, este puede ser utilizado con gran facilidad y exactitud por los investigadores.
Glosario. Acero: es la denominación que comúnmente se le da en ingeniería metalúrgica a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,1 y el 2,1% en peso de su composición, aunque normalmente estos valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%.
Fundición de metales: es el proceso de fabricación de piezas mediante el colado del material derretido en un molde. Los mismos que son elaborados en arena y arcilla debido a la abundancia de este material y también a la resistencia que tiene al calor
Método: Se llama método (del griego meta (más allá) y hodos (camino), literalmente camino o vía para llegar más lejos) al modo ordenado y sistemático de proceder para llegar a un resultado o fin determinado. Metalografía: es la ciencia que estudia las características micro estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas, químicas y mecánicas.
Ferrita o hierro-α (alfa): es en metalurgia una de las estructuras cristalinas del hierro. Cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y tiene propiedades magnéticas.
Perlita: Se denomina perlita a la microestructura formada por capas o láminas alternas de las dos fases (α y cementita) durante el enfriamiento lento de un acero a temperatura eutectoide. Se le da este nombre porque tiene la apariencia de una perla al observarse microscópicamente a pocos aumentos. ASTM o ASTM International: es un organismo de normalización de los Estados Unidos de América.
Aumento: Incremento, crecimiento en tamaño, respecto a la muestra metalografica.
Hierro: elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos.
Microestructura: La microestructura es la estructura más fina de un material que es detectada con la ayuda de un microscopio. Esta puede ser modificada, lo que le permite al ingeniero escoger una combinación con las propiedades más adecuadas según la aplicación a emplear, tomando en cuenta que sea un material el cual lleve un proceso de producción industrial.
Grano: El grano cristalino hace referencia a la estructura cristalina de los materiales y por tanto a un nivel microscópico. Los cristales se forman como consecuencia del proceso de enfriamiento de
la masa líquida de los metales. Este proceso se puede dividir en dos etapas: una primera etapa sería la de nucleación y la segunda, la etapa de cristalización o de crecimiento.
Anexos Método planimetrico (Jeffrie)
Método de Intersección Fotos extraídas del Handbook vol. 7
