Estructuras MetalográficasLa 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 las propiedades mecánicas y el comportamiento general de un metal.

ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS.

SU MECANISMO DE FORMACION:

Cuando tenemos un metal líquido, que se enfría lentamente, la solidificación comienza en distintos puntos del seno de la masa metálica y comienzan a generarse porciones de cristal que se llaman granos. Es un lugar con equilibrio estable.

Figura 1. Grano y borde de grano

El límite entre dos granos, se llama “borde de grano”, contiene átomos no ordenados, impurezas, etc. Lo que lo hace 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. P.ej. Nital en aceros.

Se origina una estructura llamada metalográfica.

Cuando existen varios constituyentes, los granos de uno de ellos se atacan mas que otros, destacándose así la estructura metalográfica de donde se puede deducir el comportamiento del material.

La técnica 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.

CLASIFICACION DE LAS DIFERENTES ESTRUCTURAS METALOGRÁFICAS.

1. Estructuras de nucleación y crecimiento (Regulares e irregulares)2. Estructuras eutécticas o de coprecipitación.3. Estructuras martensíticas.4. Estructuras de compuestos íntermetálicos.

Erick Joel Claudio Chacón III MECATRÓNICA

Cada tipo de estructura supone un comportamiento determinado de la aleación

Si conocemos el mecanismo de formación de las estructuras, podemos modificarlas, utilizando un proceso llamado tratamiento térmico.

ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO

Casos en los que se presenta:

Metal puro Soluciones sólidas Estructuras de colada Estructuras producidas por deformación plástica Estructuras producidas por recristalización y crecimiento Estructuras producidas por recristalización alotrópica.

Se trata del proceso en el que se forma una fase sólida en el seno de un líquido. Para que se forme esta fase sólida se necesita que las partículas varíen su energía.

La energía de volumen ΔFv, depende del cubo del radio del grano que se está gestando, es exotérmica, la energía de superficie del mismo grano, es función del cuadrado del radio y es endotérmica, la diferencia entre ambas energías, es lo que hace crecer o no al grano Existe un radio crítico r*, a valores menores de r*el grano queda líquido, con valores mayores de r* el grano crece.

ΔFv + ΔFs = ΔFt

La solidificación puede comenzar en distintos puntos simultáneamente, normalmente alrededor de impurezas, cuanto menos impurezas, menos centros de nucleación, tenemos granos gruesos. En el caso de materiales muy impuros los centros de nucleación son muchos, los granos son chicos. Por ejemplo en los aceros, se usa aluminio como desoxidante, y se forma oxido de aluminio, (Al2O3), como el óxido de Al no se diluye en el acero, se forman muchas impurezas y por lo tanto grano chico, el Al es un achicador de grano.

En el caso de un metal puro todos los granos tienen la misma composición, la solidificación comienza a la misma temperatura.

Si tenemos pocas impurezas: granos grandes.

Si tenemos muchas impurezas: granos chicos.

Figura 2. Grano fino y grano grueso

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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 comenzara a solidificar antes que el otro, tendremos dos estructuras una formada por el componente α y el otro por el componente β, el tamaño de grano estará dado por la cantidad de impurezas que haya 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

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Recristalizacion

Es el caso de nucleación y crecimiento de una fase sólida dentro de otra fase sólida ya existente.

Si se quiere eliminar rastros de tratamientos anteriores, colada o deformaciones plásticas tales como forja, laminación, traficación, estampado en frío, hay que provocar un calentamiento para dotar a los átomos de la energía cinética necesaria para que se produzca el reacomodamiento de los granos, aparecen nuevos granos equiaxiales a partir de los granos pequeños rotos.

Figura 6. Proceso de Recristalización

Enfriamientos incorrectos

Quedan vestigios de la deformación plástica, se observan en el microscopio franjas que atraviesan los granos: se llaman maclas.

Figura 7. Granos grandes equiaxiales maclados

Las propiedades mecánicas correspondientes a estas estructuras de granos poligonales, constituyentes de nucleación y crecimiento: son de baja dureza, altos valores de alargamiento (plasticidad) y poca resistencia mecánica. A medida que aumenta el soluto baja la plasticidad y aumenta la resistencia

ESTRUCTURAS EUTECTICAS O DE COPRECIPITACION

Existen aleaciones que en determinadas condiciones de concentración y temperatura producen una precipitación conjunta de dos o más constituyentes métalo gráficos. La estructura que se obtiene se llama eutéctica.

Esto se produce solamente para una determinada concentración de elementos químicos de la aleación y a una determinada temperatura. P/e. 30% de A, 70 % de B y Tº C.

La concentración se llama EUTECTICA.

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La temperatura se llama EUTECTICA, ambas son únicas para esa aleación.

La cristalización eutéctica no es instantánea y mientras se realiza la temperatura permanece constante y ocurre en toda la masa metálica, los granos que se forman son pequeños.

Figura 8. Eutectoide parcialmente globulizado

Figura 9. Eutectoide Laminar

Figura 10. Eutectoide Laminar con red de compuesto intermetálico

Figura 11. Glóbulos de compuesto intermetálico

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Figura 12. Estructura eutéctica formada por un compuesto intermetálico

Figura 13. Estructura de granos reticulares de solución sólida

ESTRUCTURAS MARTENSITICAS

Provienen de tratamientos térmicos, de aleaciones que presentan diferentes alotrópicos a distintas temperaturas. P/e, Fe α – Fe Υ, la recristalización puede hacerse sin deformación plástica.

En esta recristalización intervienen dos mecanismos:

La transposición de la estructura cristalográfica y la difusión.

La transposición cristalográfica, es muy rápida, se produce cuando la estructura alcanza la alta temperatura adecuada y se homogeniza, entonces la estructura α pasa a ser Υ.

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 alcanza a producirse, entonces la estructura que resulta es una red distorsionada e inestable. El tratamiento térmico que se produce se llama transformación martensitica, y la estructura resultante es martensita.

La martensita es una transformación sin difusión.

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Figura 14. Estructura martesítica

Figura 15. Estructura martesítica gruesa y solución sólida

La estructura martensitica es muy dura y muy fragil, para disminuir esa fragilidad se hace un tratamiento a baja temperatura llamado revenido

Figura 16. Martensita Revenida

ESTRUCTURAS DE COMPUESTOS INTERMETALICOS

Son compuestos químicos de gran dureza y resistencia a la abrasión, corresponden a los componentes que presentan el punto de fusión más alto.

Cuando provienen de un líquido se presentan en forma de agujas o placas muy duras con interfaces de poca cohesión, con el resto del material. Las aleaciones que las contienen son frágiles, duras y difíciles de maquinar

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Figura 17. Compuesto intermetálico

Si se logra su precipitación en forma de cristales aislados de pequeño volumen pueden usarse como elementos resistentes a la abrasión o cortantes.

Figura 18. Carburos Complejos

Figura 19. Compuesto intermetálico en matriz eutéctica

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