CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del problema. En metalurgia metalurgia,, el acero inoxidable se define como una aleación de hierro hierro con con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa. Es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión corrosión,, dado ue el cromo cromo,, u otros metales ue contiene, posee gran afinidad afinidad por por el oxígeno y reac reacci cion onaa con con !l forman formando do un unaa capa pasiva pasivadora dora,, evitando así la corrosión del hierro hierro.. "in embargo, esta capa puede ser afectada por algunos #cidos, dando lugar a ue el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos inte interg rgran ranul ulare aress o picad picadur uras as gene general raliz izada adas. s. $lgun $lgunos os tipos tipos de acero acero inox inoxid idab able le cont contie iene nenn adem adem#s #s otro otross elem elemen ento toss alea aleant ntes es los los prin princi cipa pale less son son elníuel el níuel y el molibdeno molibdeno..
&undación la "alle de 'iencias (aturales campus )uayana, establecida en la *+ 10- de "an &!lix, Estado olívar, posee dentro de sus instalaciones la escuela /!cnica de &undación la "alle y el nstituto *niversitario de /ecnología /ecnología del ar 2*/E(3 Extensi Extensión ón )ua )uayana yana.. Este Este 4ltimo 4ltimo proporci proporciona ona formaci formación ón a nivel nivel superi superior or en las especialidades de $dministración, 'ontabilidad y &inanzas en el #rea social adem#s ofrece las carreras de ec#nica, Electricidad, "eguridad ndustrial y etalurgia, caracterizadas por la b4sueda del desarrollo integral, por medio de la educación basada en la excelencia acad!mica y la constitución social s ocial del individuo. "in embargo, embargo, hay ciertos ciertos metales metales con con los los cuales cuales se ha traba5ad traba5adoo muy poco en nuestra institución y ue al hacerlo se podría desarrollar y aplicar toda la
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ense7anza teórica ue se ha aprendido desde el inicio de la carrera. /odo esto llevaría a preparar a los estudiantes para ue puedan desenvolverse de manera adecuada en el campo laboral y afianzarían la confianza en la aplicación de m!todos y procedimientos. 8ste conocimiento es de vital importancia para la siempre evolutiva evolutiva industria, industria, ue paulatinament paulatinamentee se vuelve m#s competitiva, competitiva, por lo cual los profesionales, ue deseen e5ercer una carrera, necesitan tener a su mano !ste tipo de experiencia, ue permite conocer, y por ende, manipular exitosamente los recursos productivos de cualuier empresa del campo 9a inu inuie ietu tudd plan plante tead adaa en este este proye proyect ctoo consi consist stee en real realiz izar ar un ensay ensayoo metalogr#fico a una muestra de plomo en el */E( 9a "alle. 'abe destacar ue generalmente los ensayos metalogr#ficos en la institución se circunscriben a muestras de hierro, acero y aluminio, de5ando por fuera la amplia gama de otros metales como cobre, bronce, latones, plomo, oro, etc., esto debido a ue son los metales extraidos de las empresas b#sicas y se obtienen f#cilmente de ellas, pero al usar otros metales como el plomo se tendr# la posibilidad de ampliar este campo y aprender a desarrollar las t!cnicas metalogr#ficas ue se aplican a este tipo de material o sus aleaciones. :uede pronosticarse ue si se comienzan a estudiar y desarrollar los los m!todos ue se aplican a otros metales de uso com4n, se podría obtener una base o metodología ue serviría de guía para estos tipos de materiales y se ampliaría el campo de acción a los ue los estudiantes podrían acceder en el campo laboral. El poco o inexistente estudio de las propiedades físicas, uímicas, mec#nicas o metalogr#ficas, de este metal, en nuestra institución, 5ustifica el desarrollo de esta investigación y solucionaría ese d!ficit educativo ue se ha tenido durante mucho tiempo por solo realizar estudios a los materiales procesados en las empresas b#sicas.
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1.2 Objetivo eneral. +eterminar +eterminar las fases presentes en una aleación aleación de acero inoxidable, inoxidable, mediante un estudio metalogr#fico, en el 9aboratorio de etalografía del */E$< 9a "alle, en "an &!lix, edo. olívar.
1.2.1 Objetivo! E!pe"#$i"o!.
$condicionar una muestra de acero inoxidable para su ensayo metalogr#fico.
"eleccionar "eleccionar el reactivo indicado para el ataue uímico uímico de la muestra de acero inoxidable.
+ete +e term rmin inar ar las las carac caracte terí ríst stic icas as meta metalo logr# gr#fi fica cass de una mues muestr traa de acer aceroo inoxidable.
'onocer las opiniones de los estudiantes estudiantes del #rea de etalurgia etalurgia con respecto respecto a los ensayos metalogr#ficos en acero inoxidable.
:resentar los resultados obtenidos en el ensayo metalogr#fico.
1.% &elimita"i &elimita"i'n 'n del Problema Problema 9a finalidad de esta investigación es realizar un estudio metalogr#fico a una pieza de acero inoxidable, en el 9aboratorio de etalurgia del */E$< 9a "alle, en "an &!lix, edo. olívar, con miras a establecer una guía con la cual puedan seguirse nuevos estudios de este metal. 9a investigación se llevó a cabo en del */E$< 9a "alle, en "an &!lix, edo. olívar, específicamente en el 9aboratorio de etalografía, durante un lapso de tiempo comprendido desde el xx de octubre al yy de noviembre de 6011.
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CAPÍTULO II MARCO TE(RICO 2.1 Ante"edente! de la In!tit)"i'n En 1=-1 el >ermano )in!s, un 5oven de origen vasco enamorado de la naturaleza y de la gente reunió a un grupo de científicos naturales y 5óvenes entusiastas de caracas, para formar una sociedad ue mas tarde fue conocida como la "ociedad de 'iencias (aturales 9a "alle, fundan una agrupación ue ya cumplió ?@ a7os, la cual esta dedicada al estudio de la naturaleza. Es el primer paso ue conduce, tras a7os de fructífera actividad. +e esta manera, cre#ndose una creciente preparación por los problemas ue se evidencian en cada realidad detectada, y un intenso anhelo de :oder hacer algo para ayudar eficazmente a la b4sueda de soluciones verdaderamente responsables, ese algo, cuya finalidad mas inmediata era traba5ar al servicio de ciertas comunidades ue necesitaban asistencia y estar capacitadas para elaborar su nivel de desenvolvimiento social y económico. /ras una etapa inicial de los a7os dedicados a gestiones sin ning4n capital para iniciar su tarea, con apenas tres personas, dio de ellas a tiempo completo y muy escasa remuneración, el veintiuno de $gosto de mil novecientos cincuenta y siete se redacta el acta de constitución de &undación la "alle de 'iencias (aturales. "e va cumpliendo, gracias al conocimiento ue da la existencia y sentido ue su traba5o y dedicación, contribuyen a los nobles propósitos ue animan a la institución. +icho propósito se ha basado siempre en una idea. >acer del país un icono general para el mundo, un lugar un poco me5or para vivir. $yudando a uienes mas lo necesitan y a toda la comunidad general, esta institución se ha destacado por sobre muchas otras cosas, porue con el tiempo no ha descansado en el cumplimiento de su labor y de los ideales con las ue fue fundada.
A
+urante los días de Enero de 1=A@ se realizan las 5ornadas de inducción al personal ue prestaría sus servicios en el .*./.E..(., en el estado olívar. En el a7o 1=?B la &undación toma a su cargo el nstituto &undación la "alle, estado olívar. $llí se inicia en forma gratuita un programa docente de índole t!cnicos ndustriales a nivel bachillerato t!cnico. En colaboración con el nstituto (acional de 'ooperación Educativo, se dio un impulso especial en el #rea industrial, dict#ndose cursos de Electricidad así como tambi!n de ec#nica y bachilleres t!cnicos industriales en auinas y >erramientas y tambi!n como t!cnico a trav!s de su Escuela /!cnica ndustrial convertida en el instituto de /!cnico de Educación edia. as adelante en 1=?B, nace el nstituto *niversitario de /ecnología ndustrial de )uayana :roporcionando la formación a nivel "uperior en las carreras de Electricidad, ec#nica, etalurgia, $dministración, 'ontabilidad y &inanzas.
*i!i'n "er un campus capaz de dar respuestas proactivas basadas en los principios filósofos institucionales para me5orar los aspectos m#s transcendentales del ser humano y las comunidades acorde al avance científico tecnológicas ba5o una gerencia elevada de eficiencia y calidad innovadora en un clima de cordialidad, exigencia y solidaridad.
Mi!i'n Cfrecer a la comunidad donde estamos inmersos, con preferencia cadenciada, confianza y calidad en la investigación y extensión producción, disponiendo recursos, materiales necesarios para responder a los reuerimientos locales y regionales relacionados con el desarrollo económico, social y cultural promoviendo de forma sostenible el uso de los recursos naturales y el ambiente ue garantice la calidad de vida de las generaciones actuales y futuras.
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E!tr)"t)ra Or+ani,ativa En 9a &undación existen una serie de departamentos ue se encargan de su funcionamiento, estos sonD 9a :residencia, icepresidencia, El 'onse5o idrobiológica de )uayana, +irección del */E(, +irección /!cnica del E/3, 'onsultorio Furídico, $uditoria, )erencia )eneral. 9a :residencia, es la ue se encarga de organizar, planificar y controlar todas las funciones administrativas y gerenciales de todos los campus existentes en enezuela. 9a icepresidencia, es la autorizada para hacer cumplir las órdenes de presidencia. En el 'onse5o idrobiológica, +irección de */E, +irección /!cnica y +irección del E/3. 'onsultorio Furídico, encargado de llevar el control general de los recursos humanos de &undación 9a "alle. 9a )erencia )eneral se encarga de coordinar cuatro departamentos, ue sonD el de personal, de inform#tica, el de biblioteca y de producción. El "C es el "ervicio de Crientación ntegral conformado por cuatro departamentos como lo son el de orientación psicológica, formación humana cristiana, bienestar estudiantil laboral, cultural y el departamento de deporte. +irección administrativa gestiona los recursos humanos y materiales de la institución en general. +irección Estación de nvestigación >idrobiológica, realiza las investigaciones científicas de los ríos. +irección /!cnica es la ue se encarga de la coordinación de los cursos ue se imparten a la 5uventud desocupada. +irección del E/ coordina el de todas. +irección del */E regulariza el #rea social e industrial. En la coordinación del ciclo b#sico funcionan los laboratorios de física y uímica.
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Or+ani+rama de -LAA
&uente suministrada por &undación la "alle
B
2.2 Ante"edente! de la Inve!ti+a"i'n 9os antecedentes de la investigación son auellos ue guardan relación con las tesis, traba5os de grados, traba5os de acenso, artículos e informes científicos ue est#n ligados con el problema planteado. +ichos antecedentes ser#n los ue van ha 5uzgar los hechos ue posteriormente se dar#n en dicha investigación los cuales poseen o contienen estrecha relación bien sea directa o indirecta con la propuesta a desarrollar y siendo así los m#s importantes. "eg4n, $rias 2600?3 G9os antecedentes de la investigación refle5an los avances y el estado actual del conocimiento en un #rea determinada y sirve de modelo o e5emplo para futuras investigacionesH. 2:#g.10?3. 9os bachilleres Edgar 'abello y Edgar
9os resultados obtenidos mediante el estudio metalogr#fico, fueron estructuras granulares de ferrita y perlita, los cuales son diferenciables en su estructura por su color.
ediante el estudio metalogr#fico de cada una de las probetas seleccionadas, su estructura granular no se diferenciaba una de las otras debido a ue sus diferencias en los niveles de carbono no era mucha. 9os bachilleres $le5andro 'ede7o y $rmelis
presentaron el traba5o GEstudio del cambio microestructural de fundiciones grises en el laboratorio de arenas de metalografía 2&9$"$3H para optar por el título de
=
/.".* en etalurgia, en el nstituto *niversitario de /ecnología del ar &undación la "alle, y en el mismo se llego a las siguientes conclusiones /
El estudio realizado por las probetas seleccionadas de fundición gris demostró una microestructura perlítica, con ho5uelas de grafito @B el cual fue realizado en el laboratorio de metalografía de */E(.
"e realizo un segundo an#lisis metalogr#fico a las probetas observ#ndose aumento en el tama7o de las ho5uelas de grafito las cuales alargo en una de ellas el n4mero. 9os traba5os presentados anteriormente guardan relación con la presente
investigación puesto ue en ellos se menciona el proceso metalogr#fico de la microestructuras del acero al igual ue la determinación del mismo ratificando la base de esta investigación presente. 9os cambios microestructurales del acero son estudiados en los traba5os anteriores como la base de la investigación para el estudio de la microestructura se reuiere de unos pasos previos de preparación antes de los ensayos a realizar.
2.% Mar"o Re$eren"ial 9a metalurgia como t!cnica de la preparación industrial de los metales, partiendo de los minerales correspondientes comprende la extracción de estos, así como el refinado de los mismosD tratamientos, aleaciones, estudio de su estructura y propiedades. 'onstituyen una industria muy amplia ue consigue excelentes resultados gracias a la variedad de productos obtenidos y a sus venta5osas aplicaciones. "olo algunos metales se encuentran en grandes cantidades en estado met#lico, cuando ocurre esto se dice ue est#n en estado nativo 2platino y oro3. "mith 21=B63 define la metalurgia comoD
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G'iencia aplicada cuyo ob5eto es el estudio de las operaciones industriales tendientes a la preparación, tratamiento y producción de metales y sus aleaciones. En t!rminos generales, la t!cnica metal4rgica comprende las siguientes fasesD Cbtención del metal a partir de uno de sus minerales 2mena3, $fino o purificación del metal, :reparación de aleaciones0 /ratamientos mec#nicos, t!rmicos o termouímicos para su me5or utilizaciónH 2:#g.B=3.
A"ero El acero es la aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 6,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcenta5es entre el 0,6% y el 0,;%. 9a definición anterior se circunscribe a los aceros al carbono en los ue !ste 4ltimo es el 4nico aleante o los dem#s presentes lo est#n en cantidades muy peue7as, pues de hecho existen multitud de tipos de acero con composiciones muy diversas ue reciben denominaciones específicas en virtud ya sea de los elementos ue predominan en su composición, de su susceptibilidad a ciertos tratamientos, de alguna característica potenciada e incluso en función de su uso. "hacIelford 2600A3, explica ueD G*sualmente estas aleaciones de hierro se engloban ba5o la denominación gen!rica de aceros especiales, razón por la ue auí se ha adoptado la definición de los comunes o Jal carbonoJ. 2:#g. B-3. :or la variedad ya apuntada y por su disponibilidad 2sus dos elementos primordiales abundan en la naturaleza facilitando su producción en cantidades industriales3 los aceros son las aleaciones m#s utilizadas en la construcción de mauinaria, herramientas, edificios y obras p4blicas, habiendo contribuido al alto nivel de desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas. "in embargo, en ciertos sectores, como la construcción aeron#utica, el acero apenas se utiliza debido a ue es un material muy denso, casi tres veces m#s denso ue el aluminio 2@BA0 IgKmL de densidad frente a los 6@00 IgKmL del aluminio3.
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Cara"ter#!ti"a! Me"ni"a! Te"nol'+i"a! del A"ero $unue es difícil establecer las propiedades físicas y mec#nicas del acero 0 debido a ue estas varían con los a5ustes en su composición y los diversos tratamientos t!rmicos, uímicos o mec#nicos, con los ue pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades gen!ricasD
"u densidad media es de @BA0 IgKmL.
En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.
El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcenta5es de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro, es de alrededor de 1A10 M' en estado puro 2sin alear3, sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1;@A M', y en general la tempera necesaria para la fusión aumenta a medida ue se funde 2excepto las aleaciones eut!cticas ue funden de golpe3. :or otra parte el acero r#pido funde a 1?A0 M'.
"u punto de ebullición es de alrededor de ;000 M'. Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.
Es maleable. "e pueden obtener l#minas delgadas llamadas ho5alata. 9a ho5alata es una lamina de acero, de entre 0,A y 0,16 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por esta7o.
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:ermite una buena mecanización en m#uinas y herramientas antes
de recibir un tratamiento t!rmico. $lgunas composiciones y formas del acero mantienen mayor
memoria, y se deforman al sobrepasar su límite el#stico. 9a dureza de los aceros varía entre la del hierro y la ue se puede
lograr mediante su aleación u otros procedimientos t!rmicos o uímicos, entre los cuales uiz# el m#s conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, ue permite, cuando es superficial, conservar un n4cleo tenaz en la pieza ue evite fracturas fr#giles. $ceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los ue se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados
aceros r#pidos ue contienen cantidades
significativas de cromo, Nolframio, molibdeno y vanadio. 9os ensayos tecnológicos para medir la dureza son rinell, icIers y
9a corrosión es la mayor desventa5a de los aceros ya ue el hierro se oxida con suma facilidad, incrementando su volumen y provocando grietas superficiales ue posibilitan el progreso de la oxidación hasta ue se consume la pieza por completo. /radicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. "i bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión me5orada como los aceros inoxidables.
:osee una alta conductividad el!ctrica. $unue depende de su composición es aproximadamente de ; x 10? "Km. En las líneas a!reas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero
1;
proporcionando !ste 4ltimo la resistencia mec#nica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación. "e utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya
ue una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. 9a magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos el!ctricos. En lo ue respecta al acero inoxidable, al ferrítico sí se le pega el im#n, pero al austenítico no se le pega el im#n ya ue la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por los imanes. 9os aceros inoxidables contienen principalmente níuel y cromo en porcenta5es del orden del 10% adem#s de algunos aleantes en menor proporción.
-orma"i'n del a"ero. &ia+rama 3ierro4"arbono 5-e4C6 En el diagrama de euilibro, o de fases, &e' se representan las transformaciones ue sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo ue el calentamiento de la mezcla se realiza muy lentamente de modo ue los procesos de difusión tienen tiempo para completarse. +icho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos 2temperaturas a las ue se producen las sucesivas transformaciones3 por m!todos diversos.
Mi"ro"e!tr)"t)ra El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida ue se incrementa la temperatura desde la ambienteD
>asta los =11 O', el hierro ordinario, cristaliza en el sistema c4bico centrado en el cuerpo 2''3 y recibe la denominación de hierro P o ferrita. Es
1-
un material d4ctil y maleable responsable de la buena for5abilidad de las aleaciones con ba5o contenido en carbono y es ferromagn!tico hasta los @@0 O'.
Entre =11 y 1-00 O' cristaliza en el sistema c4bico centrado en las caras 2&''3 y recibe la denominación de hierro Q o austenita. +ada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagn!tica.
Entre 1-00 y 1A;B O' cristaliza de nuevo en el sistema c4bico centrado en el cuerpo y recibe la denominación de hierro R ue es en esencia el mismo hierro alfa pero con par#metro de red mayor por efecto de la temperatura. "i se a7ade carbono al hierro, sus #tomos podrían situarse simplemente en los
intersticios de la red cristalina de !ste 4ltimo sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro 2&e;'3, es decir, un compuesto uímico definido y ue recibe la denominación de cementita.
Elemento! Aleante! del A"ero Mejora! Obtenida! "on la Alea"i'n $unue la composición uímica de cada fabricante de aceros es casi secreta, certificando a sus clientes solo la resistencia y dureza de los aceros ue producen, sí se conocen los compuestos agregados y sus porcenta5es admisibles.
CromoD es uno de los elementos especiales m#s empleados para la fabricación
de aceros aleados, us#ndose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente. "e emplea en cantidades diversas desde 0,;0% a ;0%, seg4n los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, me5ora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.
1A
&orma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualuier temperatura. "olo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceros características de inoxidables y refractarios tambi!n se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como !mbolos, e5es, etc.
7#8)el/ una de las mayores venta5as ue reporta el empleo del níuel, es
evitar el crecimiento del grano en los tratamientos t!rmicos, lo ue sirve para producir en ellos gran tenacidad. El níuel adem#s hace descender los puntos críticos y por ello los tratamientos pueden hacerse a temperaturas ligeramente m#s ba5as ue la ue corresponde a los aceros ordinarios. Experimentalmente se observa ue con los aceros aleados con níuel se obtiene para una misma dureza, un límite de elasticidad ligeramente m#s elevado y mayores alargamientos y resistencias ue con los aceros al carbono o de ba5a aleación. En la actualidad se ha restringido mucho su empleo, pero sigue siendo un elemento de aleación indiscutible para los aceros de construcción empleados en la fabricación de piezas para m#uinas y motores de gran responsabilidad, se destacan sobre todo en los aceros cromoníuel y cromoníuelmolibdeno. El níuel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas, en los ue adem#s de cromo se emplean porcenta5es de níuel variables de B a 60%.
A"ero Ino9idable 9os aceros inoxidables, se aplican a muchas aleaciones preparadas a base de hierro las cuales contienen por lo menos 16% de cromo, con o sin adiciones de otros elementos de aleación. 9a propiedad notable de los aceros inoxidables es su
1?
resistencia a la corrosión en muchos aunue no en todos los medios corrosivos. $dem#s poseen una adaptabilidad excepcional a los procesos de conformado en frío, en caliente y pueden desarrollar una alta resistencia a la tensión y al movimiento pl#stico. 9a composición de los aceros inoxidables es normalizada y cada aleación posee un n4mero específico de tipo $". El acero inoxidable es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión, dado ue el cromo, u otros metales ue contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con !l formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro 2los metales puramente inoxidables, ue no reaccionan con oxígenos son oro y platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los ue contienen fósforo3. "in embargo, esta capa puede ser afectada por algunos #cidos, dando lugar a ue el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. $lgunos tipos de acero inoxidable contienen adem#s otros elementos aleantes los principales son el níuel y el molibdeno. El acero inoxidable fue inventado a principios del siglo SS cuando se descubrió ue una peue7a cantidad de cromo a7adido al acero com4n, le daba un aspecto brillante y lo hacía altamente resistente a la suciedad y a la oxidación. Esta resistencia a la oxidación, denominada Tresistencia a la corrosiónU, es lo ue hace al acero inoxidable diferente de otros tipos de acero. "u resistencia a la corrosión es lo ue da al acero inoxidable su nombre. "in embargo, 5usto despu!s de su descubrimiento se apreció ue el material tenía otras muchas valiosas propiedades ue lo hacen idóneo para una amplia gama de usos diversos. 9as posibles aplicaciones del acero inoxidable son casi ilimitadas, hecho ue puede comprobarse con tan solo unos e5emplosD
En el hogarD cubertería y mena5e, fregaderos, sartenes y baterías de cocina, hornos y barbacoas, euipamiento de 5ardín y mobiliario.
1@
En la ciudadD paradas de autob4s, cabinas telefónicas y resto de mobiliario urbano, fachadas de edificios, ascensores y escaleras, vagones de metro e infraestructuras de las estaciones.
En la industriaD euipamiento para la fabricación de productos alimentarios y farmac!uticos, plantas para el tratamiento de aguas potables y residuales, plantas uímicas y electrouímicas, componentes para la automoción y aeron#utica, depósitos de combustible y productos uímicos.
9os aceros inoxidables de los tipos ;01, ;06, ;0; y ;0- se emplean con frecuencia para ornamentos aruitectónicos, euipos para restaurantes, fuentes de sodas, herra5es para cocina, tornillos, remaches, partes de m#uinas, partes for5adas, etc.
Mi"roe!tr)"t)ra de lo! A"ero! Ino9idable! 9os aceros inoxidables ue contienen cromo y (i euivalente inferior al B% se llaman ferríticos, ya ue tienen una estructura metalogr#fica formada por ferrita, y con contenidos superiores de (i euivalente, este ser# de composición ferrítica en disminución. 9os aceros ferríticos son magn!ticos 2se distinguen porue son atraídos por un im#n3. 'on porcenta5es de carbono inferiores al 0,1% de ', estos aceros no son endurecibles por tratamiento t!rmico. En cambio, aceros entre 0,1% y 1% en ' sí son templables 2tienen martensita dura, pues con porcenta5es inferiores hay muy poco 'romo para lograr endurecimiento3. "e llaman aceros inoxidables JmartensíticosJ, por tener martensita en su estructura metalogr#fica siendo magn!ticos, para aceros altamente aleados inoxidables, el acero martensítico puro 2sin mezcla con autenítico y ferrítico3 con (i euivalente inferior al 1B% 2'r e de 0%3 a J1;% de 'r euivalente y @% de (ieJ, y hasta B% de 'r e y 0% de (ie 2esto puede ser f#cilmente seguido en el diagrama de "chaeffler de 'r(i euivalentes3.
%(i euivalente V %(iW ;0X 2'W(3W0,An
%'r euivalente V % 'r W o W 1,A X"iW 0,A X 2/i W (b3
1B
9os aceros inoxidables ue contienen m#s de un 16% de níuel euivalente al 1@ % de 'r euivalente, m#s de 6A% de (i euivalente a 0% de 'r euivalente, y menos de ;-% de 'r euivalente a ;0 % de níuel euivalente. "e llaman austeníticos, ya ue tienen una estructura formada b#sicamente por austenita a temperatura ambiente 2el níuel es un elemento Jgamm#genoJ ue estabiliza el campo de la austenita3. (o son magn!ticos. 9os aceros inoxidables austeníticos se pueden endurecer por deformación, pasando su estructura metalogr#fica a contener martensita 2el carbono estabilizado de manera metaestable en forma de hierro gamma, se transforma a la forma estable de hierro alfa y martensita, pues el carbono es menos soluble en la matriz de hierro alfa, y este expulsa el '3. "e convierten en parcialmente magn!ticos 2tanto como porcenta5e de carbono haya sido convertido en martensita3, lo ue en algunos casos dificulta el traba5o en los artefactos el!ctricos. /ambi!n existen los aceros d4plex 260%Y 'r Y ;0%3, 2A%Y (i Y B%3, 2' Y 0,0;%3, no endurecibles por tratamiento t!rmico, muy resistentes a la corrosión por picaduras y con buen comportamiento ba5o tensión. Estructura de ferrita y austenita. $ todos los aceros inoxidables se les puede a7adir un peue7o porcenta5e de molibdeno, para me5orar su resistencia a la corrosión por cloruros y otras propiedades.
In$l)en"ia del "romo "arbono En la &igura 1 se observa ue la ferrita de todas las aleaciones hierro Z cromo cuyo contenido de cromo oscila entre 0 y 16 % se transforma por calentamiento en austenita o fase gamma 23. :or enfriamiento r#pido hasta la temperatura ambiente se consigue transformar la austenita en martensita 2aceros martensíticos3. $dem#s como el límite del bucle gamma corresponde a 1; % del cromo aproximadamente todas las
1=
aleaciones hierroZcromo con contenidos de cromo superiores a 1; % ser#n aleaciones ferríticas al no existir transformación de la fase alfa 2P3 en la fase gamma 23. 9as aleaciones hierroZcromo con contenidos de cromo entre 16 y 1; porciento forman a elevadas temperaturas estructuras bif#sicas 2P W 3 ue enfriadas r#pidamente a temperatura ambiente presentar#n una estructura formada por ferrita y perlita 2aceros martensíticos ferríticos3.
&igura 6. +iagrama >ierro'romo. &uenteD nchaurza, $dri#n. $ceros inoxidables y aceros resistentes al calor. !xicoD Editorial 9*"$, 1=B1. p#g. -A En las aleaciones hierroZcromo con contenidos de este 4ltimo de 6A a -6% y de -B a ?A% a temperaturas comprendidas entre ?00 y =00 O', aparece una fase inter met#lica llamada fase sigma 2[3 ue coexisten con la ferrita. 'on contenidos de cromo de -6 a -B% aproximadamente toda la ferrita puede transformarse en fase sigma 2[3. Esta fase es muy dura, fr#gil y se puede disolver en la ferrita calentando por encima de los =00 O'. $l aumentar el contenido de carbono se amplía el límite del bucle gamma 2 3 siendo un elemento favorecedor de la formación de esta fase.
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In$l)en"ia del n#8)el El níuel amplía el campo de estabilidad de la austenita y reba5a la temperatura a la ue ocurre la transformación P. 9a &igura ; muestra el diagrama &e'r(i, en la ue se indica la formación a temperatura ambiente de las distintas estructuras seg4n el contenido de hierro, cromo y níuel.
&igura ;. +iagrama &e'r(i a temperatura ambiente. &uenteD nchaurza, $dri#n. $ceros inoxidables y aceros resistentes al calor. !xicoD Editorial 9*"$, 1=B1. p#g. 10-
-a!e !i+ma *na de las razones para la formación de la fase sigma en los aceros inoxidables se debe a la presencia de ferrita cuando se mantiene durante largo tiempo a temperaturas comprendidas entre los ?00 y =00 O' transform#ndose en un compuesto intermet#lico de hierro y cromo. Esta fase se caracteriza fundamentalmente por su p!rdida de ductilidad, resiliencia y sus características fundamentales sonD \ +ureza superior \ :rovoca grietas muy finas.
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9a fase sigma no solamente se forma en los aceros con alto contenido de cromo ya ue puede darse en los aceros ferríticos con contenidos de cromo desde 1-%. /ambi!n existe la posibilidad ue se forme en los aceros austeníticos y austeno ferríticos. 9os elementos silicio, molibdeno, niobio y titanio al favorecer la formación de la fase delta favorecen la formación de la fase sigma. 9a precipitación de la fase sigma tambi!n aumenta cuando el acero ha sido sometido previamente a una transformación en frío. "u influencia es notable en las características mec#nicas, resistencia a la corrosión y las propiedades de la soldadura. $ temperaturas ba5o cero la resiliencia de los aceros inoxidables austeníticos se reduce sensiblemente. Aceros inoxidables comerciales
$leaciones de acero inoxidable comerciales m#s comunesD
A"ero ino9idable E9tra !)aveD contiene un 1;% de 'r y un 0,1A% de '. "e utiliza en la fabricación deD elementos de m#uinas, #labes de turbinas, v#lvulas, etc. /iene una resistencia mec#nica de B0 IgKmm] y una dureza de 1@A60A >.
A"ero ino9idable 1:Cr427iD tiene de 0,60% de ', 1?% de 'r y 6% de (i resistencia mec#nica de =A IgKmm] y una dureza de 6@A;00 >. "e suelda con dificultad, y se utiliza para la construcción de #labes de turbinas, e5es de bombas, utensilios de cocina, cuchillería, etc.
A"ero ino9idable al "romo n#8)el 1;4;D tiene un 0,1B% de ', un 1B% de 'r y un B% de (i /iene una resistencia mec#nica de ?0 IgKmm] y una dureza de 1@A600 >, Es un acero inoxidable muy utilizado porue resiste bien el calor hasta -00 O'.
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A"ero ino9idable al Cr4 MnD tiene un 0,1-% de ', un 11% de 'r y un 1B% de n. $lcanza una resistencia mec#nica de ?A IgKmm] y una dureza de 1@A 600>. Es soldable y resiste bien altas temperaturas. Es amagn!tico. "e utiliza en colectores de escape.
Familias de los aceros inoxidables
9a forma original del acero inoxidable todavía es muy utilizada, los ingenieros tienen ahora muchas opciones en cuanto a los diferentes tipos. Est#n clasificados en diferentes GfamiliasH metal4rgicasD
$cero inoxidable ferríticoD $ esta la familia pertenecen los aceros con cromo de 1A a 1B % y 0.16 % m#ximo de carbono. /ienen una resistencia a la corrosión superior a los aceros martensíticos. /ambi!n pertenecen a esta familia los aceros de 6A a ;0 % de cromo con carbono inferior a 0.;A %. En estos aceros cuando el contenido de cromo aumenta la resiliencia disminuye.
$cero inoxidable martensíticoD son los llamados aceros inoxidables altamente aleado con cromo y otros elementos. :resentan buena resistencia a la corrosión y resistencia mec#nica, se endurecen y son magn!ticos. "e llaman martensíticos, porue tienen una estructura metalogr#fica formada b#sicamente por martensita 2ferrita deformada por el carbono ue no pudo difundirse3.
$ceros inoxidables austeníticosD $l igual ue los aceros inoxidables ferríticos no presenta transformación alguna en el calentamiento porue su estructura es austenítica a cualuier temperatura. Engrosan el grano a temperaturas elevadas o con permanencias largas pero la fragilidad ue aduieren no es tan peligrosa como en los aceros ferríticos. *na de las buenas propiedades de los aceros inoxidables austeníticos es la ausencia de fragilidad a ba5as temperaturas, todo lo contrario de lo ue sucede en los martensíticos y ferríticos. antienen resilencias excelentes a temperaturas cercanas al cero absoluto por el contrario
6;
el resto de las características mec#nicas varían notablemente 2aumentan la carga de rotura, el límite el#stico y disminuyen el alargamiento3.
$cero inoxidable +4plex 2austeníticosferrítico3D
Esta distribución de las familias metal4rgicas puede ser f#cilmente reconocida a trav!s del +iagrama de "chaeffler 2+iagrama para aceros muy aleados inoxidables de 'romo y (íuel euivalente, o diagrama de 'r(i euivalente3 $dem#s del cromo, elemento base de los aceros inoxidables, pueden intervenir en su composición otros comoD níuel, molibdeno, volframio, manganeso, aluminio, titanio, niobio, vanadio, cobalto, nitrógeno, etc. y seg4n en las cantidades ue se encuentren aduieren distintas estructuras despu!s de la soldadura.
&igura -. +iagrama de "chaeffler. &uenteD 9ippold Fohn ^ _otecIi +amian. `elding etallurgy and `eldability of "tainless "teel. EE.**D Fohn `iley ^ "ons nc, 600A. p#g. 1= *na forma de valorar el efecto de los distintos elementos en metalurgia de la soldadura consiste en referir al cromo todos los elementos alf#genos y al níuel todos los elementos gamm#genos. Este criterio es usado en el diagrama de "chaeffler ue es muy utilizado debido a ue permite predecir la microestructura del metal soldado basado en la composición uímica de los metales base.
6-
'ada tipo de acero inoxidable tiene sus características mec#nicas y físicas y ser# fabricado de acuerdo con la normativa nacional o internacional establecida. Usos del acero inoxidable
9os aceros inoxidables se utilizan principalmente en cuatro tipos de mercadosD
Electrodom!sticosD grandes electrodom!sticos y peue7os aparatos para el hogar.
$utomociónD especialmente tubos de escape.
'onstrucciónD edificios y mobiliario urbano 2fachadas y material3.
ndustriaD alimentación, productos uímicos y petróleo.
"u resistencia a la corrosión, sus propiedades higi!nicas y sus propiedades est!ticas hacen del acero inoxidable un material muy atractivo para satisfacer diversos tipos de demandas, como lo es la industria m!dica.
2.< Mar"o Con"ept)al A"ero ino9idable/ El acero inoxidable es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión, dado ue el cromo, u otros metales ue contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con !l formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro. 2`iIipedia, la enciclopedia libre3
Alea"i'n/ "e trata de una mezcla sólida homog!nea de dos o m#s metales, o de uno o m#s metales con algunos elementos no met#licos. "e puede observar ue las aleaciones est#n constituidas por elementos met#licos en estado elemental. :ueden contener algunos elementos no met#licos. :ara su fabricación en general se mezclan los elementos llev#ndolos a temperaturas tales ue sus componentes fundan. 2>ill, 1=B@ :#g. 6=3.
6A
Aleante/ "ustancia capaz de combinar con matriz a fin de modificar la composición uímica de la matriz original. 2arreiro 1=B=, :#g. 1=3.
Ata8)e =)#mi"o/ El ue sufre la superficie de un metal en virtud de la acción uímica o electrolítica preferencial a fin de revelar detalles estructurales. 2arreiro 1=B=, :#g. A=3
A)!tenita/ Es una forma de ordenamiento distinta de los #tomos de hierro y carbono. 8sta es la forma estable del hierro puro a temperaturas ue oscilan entre los =00 a 1-00 M'. Est# formado por una disolución sólida del carbono de hierro, lo ue supone un porcenta5e m#ximo de ' del 6,11%. Es d4ctil, blanda y tenaz. 2`iIipedia, la enciclopedia libre3
Cri!tal/ "olio compuesto de #tomos, iones o mol!culas arregladas en un patrón ue es repetitivo en tres dimensiones. 2arreiro 1=B=, :#g. A13
-errita/ Es, en metalurgia una de las estructuras moleculares del hierro. 'ristaliza en el sistema c4bico centrado en el cuerpo 2''3 y tiene propiedades magn!ticas. "e emplea en la fabricación deD imanes permanentes aleados con cobalto y bario en n4cleos de inductancias y transformadores con níuel, zinc o manganeso. 2`iIipedia, la enciclopedia libre3
rano/ 'ristal individual de un metal o una aleación policristalina. 2$vner, 1=B:#g.D @@3
rieta!/ $bertura o uiebra ue surge de forma natural en alguna superficie. 2/erry, 6000, :#g. 1A;3
Marten!ita/ Es el nombre ue recibe la fase cristalina '/, en aleaciones ferrosas. +icha fase se genera a partir de una transformación de fases sin difusión, a una velocidad ue es muy cercana a la velocidad del sonido en el material. 2`iIipedia, la enciclopedia libre3
6?
Metalo+ra$#a/ Es la disciplina ue estudia microscópicamente las características estructurales de un metal o de una aleación. "in duda, el microscopio es la herramienta m#s importante del metalurgista tanto desde el punto de vista científico como desde el t!cnico. Es posible determinar el tama7o de grano, forma y distribución de varias fases e inclusiones ue tienen gran efecto sobre las propiedades mec#nicas del metal. 2$vner, 1=B-, :#g. @?3.
Mi"roe!tr)"t)ra/ Estructura de los metales pulidos y atacados uímicamente, reveladas ya a simple vista o por tales herramientas como ampliación de ba5a resolución o microscopio óptico de electrones de rayos x. 2/erry, 6000, :#g. @?3.
6@
CAPÍTULO III MARCO METO&OL(ICO 9a metodología tiene por ob5etivo desarrollar un estudio analítico y critico ue tiene ue ver con la planeación para la realización de la investigación llegando a la solución del problema por medio de estrategias ue hacen necesario responder al nivel de profundidad ue reuiere llegar, tambi!n las t!cnicas ue han de utilizarse en la recolección de información y las posibles soluciones para responder tentativamente a la problem#tica.
%.1 Tipo de Inve!ti+a"i'n En el desarrollo del proyecto investigativo, fue necesario recurrir a los distintos tipos de investigación, ya ue permiten enfocar el problema planteado desde un punto de vista t!cnico suministrando la solución, empleando t!cnicas e instrumentos necesarios ue puedan ser usados para la comprensión del estudio de la microestructura y dureza de un acero inoxidable.
&e!"riptiva> :ara poder realizar el estudio de la microestructura y dureza de las muestras de acero inoxidable fue necesario obtener toda la referencia de los procedimientos llevados a cabo para preparar la muestra y ue son realizados en el laboratorio de metalurgia del nstituto *niversitario de /ecnología ndustrial. 'on relación a la investigación descriptiva "abino 260063 expresa ueD Gla investigación descriptiva utiliza criterios sistem#ticos ue permiten poner de manifiesto la estructura o el comportamiento de los fenómenos en estudio,
6B
proporcionando de este modo información sistem#tica y comprobable con los de otra fuenteH. 2:#g. B@3.
Apli"ada> :orue la realización de !ste traba5o permite ue los datos e informaciones obtenidas fortifiuen los conocimientos de los procesos metalogr#ficos, aunado al gran beneficio en el campo laboral. $l respecto
%.2 &i!e?o de Inve!ti+a"i'n El desarrollo de !sta investigación reuiere realizar un dise7o, el cual, no es m#s ue una serie de pasos o estrategias generales ue ayuden al investigador a verificar las teorías con hechos, así como tambi!n a esclarecer las fases ue deben seguirse a medida ue se realiza el traba5o investigativo.
&e Campo> 8ste consiste en el desarrollo de diversas acciones ue permitieron en efecto entrar en contacto directo con la problem#tica trazada, tambi!n fue imprescindible la recolección de datos t!cnicos suministrados durante la e5ecución de los ensayos y sobre el tipo de material. En relación a esto $sti era 260003 rese7aD GEl investigador traba5a en el ambiente natural donde se encuentra el problema, de donde se obtendr#n los datos m#s relevantesH. 2:#g. B03.
%.% T@"ni"a! e In!tr)mento! de Re"ole""i'n de &ato! Ob!erva"i'n &ire"ta/ En toda investigación es necesario visualizar las situaciones, pr#cticas, instrumentos, euipos entre otros, con la finalidad de alcanzar datos relevantes para el desarrollo de los ob5etivos planteados. En concordancia /amayo y /amayo 21==03 indica lo siguienteD Ges un proceso
6=
intelectual e intencional ue el investigador realiza sobre hechos, acontecimientos, datos y relaciones ue se7alan la existencia del fenómeno ue pueden explicarse en el marco de la ciencia en la ue se realizaH 2:#g. 1@3
Entrevi!ta E!tr)"t)rada/ "e utilizó este instrumento para recabar información a trav!s de la realización de 16 preguntas de ítems cerrados a los 1A alumnos, referente a la relación entre la microestructura del acero inoxidable y sobre el proceso metalogr#fico. En relación con esta t!cnica, orales 260003 expresa ueD G9as entrevistas se utilizan para recabar información en forma verbal, a trav!s de preguntas ue propone el analista para la comprensión del temaH. 2:#g. 1@13
Revi!i'n Biblio+r$i"a/ !sta es una herramienta de gran importancia para llevar a cabo todo proyecto de investigación, ya ue permite revisar las fuentes documentales tales comoD libros especializados, enciclopedias, tesis, entre otros, los cuales guardan relación con el estudio realizado. $l respecto la *niversidad (acional $bierta 21==03 se7ala ue es unD G/ipo de investigación cuya estrategia est# basada en el an#lisis de los datos obtenidos de las diferentes fuentes de informaciónH 2:#g. ;?3.
%.< -orma de Pre!enta"i'n de Re!)ltado! $uí se puede apreciar la contribución de cada parte a un total. Esta se realiza con gr#ficos y tablas el grafico se puede utilizar de forma creativa de acuerdo con los reuerimientos, para la valoración de la información y el an#lisis correspondiente. En conexión con lo expuesto "aiIind 21==B3 se7ala ueD "e entiende por investigación documental, el estudio del problema con el propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo principalmente, de traba5os previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales y electrónicos, en fuentes bibliogr#ficas y documentales. 9a originalidad del estudio se refle5a en criterios, conceptualizaciones, conclusiones, recomendaciones y en general en el pensamiento del autor. 2103
;0
Re!)ltado! r$i"o!/ :ara la presentación de los resultados se recurrió al grafico debido a ue de esta forma se permite observar el problema planeado, descartar comportamientos e interrelaciones de variables y diferenciaciones en el tiempo. :or lo cual !ndez 260013 expresaD GEl gr#fico permiteD G*na vez tengamos la red neuronal o proyecto entrenada podemos comprobar su capacidad a trav!s del grafico de resultados y mediante el an#lisis del informe e5ecutivoH 2:#g. B?3
ra$i"a en $orma de torta!/ $uí se puede observar la contribución de cada parte a un total. Este grafico se puede utilizar de forma creativa comparando el tama7o de las tartas entre si y el contenido de las mismas. $l respecto atista expresa 260013 un grafico permite a uien lo observa identificar de manera r#pida la distribución de la repuesta de los encuestados. 2:#g. 613
C)adro 7 1 Indi"adore! "i
-re")en"ia A
Por"entaje 100%
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0
0%
Total
1D
ra$i"o 71
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