Microestructura de una dendrita en 3D

Hola amigos en este año nuevo les deseo mucha dicha y prosperidad en sus proyectos de vida como verán seguimos evaluando microestructuras y en esta ocasión como indique en el articulo de diciembre vamos a analizar esta fotografía cortesía del estudiante de doctorado Bryan Crossman que utilizando un microscopio electrónico nos muestra como las dendritas crecen a partir de un metal fundido que empieza a solidificar.

Fig. 1 Microestructura de una dendrita utilizando SEM. Cortesía Bryan Crossman 

Cuando un metal fundido entra en contacto con la superficie del molde el gradiente de temperatura entre ambas superficies crea una zona denominada zona Chill a partir de ahí se forman núcleos que empiezan a crecer acumulando todo el liquido posible y siguiendo las direcciones de crecimiento tal como se muestra en la foto lo que ven es una competencia para ver quien logra acumular más y crecer persiguiendo la fuete de calor que en un lingote por ejemplo se encuentra en el centro. Este crecimiento en algunas bibliografías las denominan crecimiento arborescente porque parece un pequeño árbol.

Si analizamos químicamente esta estructura se encontrara que cada "rama" tiene una composición diferente. Ustedes pueden ir calculado la regla de la palanca para una aleación de composición X que se esta enfriando y se darán cuenta que todos los granos formados no tienen la misma composición química, es por eso que desde el punto de vista de propiedades mecánicas esta estructura es suficientemente pobre siendo el tratamiento térmico una de las herramientas para corregir este heterogeneidad en la composición química pero este no solo es la única solución también hay otras tecnicas.

¿Que información podemos sacar de esta imagen?

1. Las dendritas estan en todos los metales y aleaciones que son coladas
2. Quimicamente carecen de uniformidad y en propiedades mecánicas son debiles
3. No se le puede determinar tamaño de grano 
4. El tratamiento térmico permite mejorar la microestructura al igual que el conformado en caliente  

 

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Preparación Metalografica de un acero al carbono SAE 1020 vista longitudinal y transversal

 Hola amigos bievenidos a nuestra ultima publicacion por este año 2025, gracias a todos los que este año han participado en este blog interactuando y haciendo consultas, estoy sumamente agradecido por eso y para terminar este año con éxito aquí les dejo una microestructura cortesía de Demmys de Souza que nos muestra un detalle interesante. Usando un Microscopio Electrónico, De Souza nos muestra como se ve una muestra de acero SAE 1020 cuando es preparada en el plano horizontal como en el plano vertical. 

Fig. 1 Microestructura de un acero SAE 1020 corte longitudinal y transversal

Que información se puede obtener de ambos planos el primero permite hacer evaluación de inclusiones y tamaño de grano mientras que, en el otro se puede evaluar el efecto de la laminación (por ejemplo). Nótese como el grano de perlita que se observa en todo el centro de la figura pareciera doblarse en el borde pero esto es solo un efecto visual lo que realmente ocurre es que los granos crecen tridimensional y lo que se observa es un bloque de perlita rodeado de bloques de ferrita. En una proxima publicación mostraré como se observa una estructura dendrítica vista de forma tridimensional.

De parte de este Blog les deseo una feliz navidad 2025  y un prospero 2026 lleno de salud y prosperidad para todos ustedes

Nos vemos en 2026 

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Fundición Nodular

 

Fig. 1 Fundición Nodular en matriz perlitica, Magnificación 500x. 

Cortesía: Metallurgycal Engineering

Hola amigos bienvenidos a esta nueva publicación, en esta oportunidad les muestro una microestructura de una fundición nodular, también conocidas como fundiciones dúctiles o GGG (Gusseisen mit Kugelgraphit, en la nomenclatura alemana). Las fundiciones nodulares difieren de las grises por presentar estos llamados nodulos los cuales se forman por la adicción de magnesio (o cerio) de ahí que, en vez de precipitarse en laminillas (como en el gris) o en cementita (como en el blanco), se forman  nódulos casi perfectos de grafito. Esos nódulos actúan como “pelotas de goma” dentro de una matriz ferrítico-perlítica: absorben energía, evitan la propagación de grietas y convierten un material frágil en uno dúctil.

El proceso parte de una colada de hierro fundido hipoeutéctico (C ≈ 3,6-3,8 %, Si ≈ 2-2,5 %). Justo antes del vertido, se añade Mg (0,03-0,06 %) o Ce. ¿Qué ocurre? El Mg reacciona con el azufre y oxígeno residual → forma sulfuros/óxidos. El Mg sobrante modifica la energía superficial del grafito en formación. En vez de crecer planar (laminillas), el grafito crece isotrópicamente → esferoides.

La observación en el microscopio de este material puede mostrar los siguientes rasgos:

• Matriz ferrítica (tratamiento de recocido): nódulos limpios, fondo claro, los nódulos parecen “ojos de buey” perfectos.
• Matriz perlítica (colada directa): nódulos rodeados de perlita fina. Nódulos en matriz perlítica puede observarse  los “halos ferríticos” alrededor de cada nódulo: zonas descarburadas.
• Defecto clásico: grafito degenerado (exceso de Mg o enfriamiento lento): Se puede generar Grafito vermicular  que forma “gusano” o “copos”. Propiedades intermedias entre gris y nodular.

Existe normativa aplicada a este tipo de fundición entre ellas tenemos:

• ISO 1083: JS/400-15, JS/500-7, JS/800-2…El primer número es la resistencia mínima a tracción (MPa), el segundo el alargamiento mínimo (%).
• ASTM A536: 60-40-18 (dúctil, ferrítico), 80-55-06 (perlítico), 120-90-02 (templado y revenido).

Las fundiciones nodulares son el punto medio entre resistencia, tenacidad y coste. No reemplazan al acero, pero para piezas complejas de 500 kg con requisitos de 600 MPa y 12 % de alargamiento, no hay rival. 

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Fractografía de una falla por fatiga de un piñon

 

Fig. 1 Superficie de fractura. Cortesía Bhattacherjee Santu 

Hola amigos y bienvenidos a este nuevo artículo dedicado a explicar un fenómeno muy visto en casos de análisis de falla la fatiga. El concepto de fatiga ocurre cuando un material esta sometido a cargas ciclicas por un período de tiempo (T), las cargas fluctuan entre tensión y compresión generando un ciclo y permitiendo que la grieta avance dejando tras de sí las llamadas marcas de playa. A medida que avanza la grieta el área disminuye y la fractura final ocurre por sobrecarga. 

Como analista de falla usted debe identificar el origen de la grieta la cual en la imagen se aprecia varios posibles puntos de avance, la zona superior izquierda donde se ve con un color diferente al resto de la pieza es donde ocurrió la fractura final.

La información que nos da el colega ingeniero indica que este piñon habia sido tratado termicamente por carburización (cementación) y este proceso pudo dejar esfuerzos residuales los cuales a su vez generaron las grietas.

Una de las cosas que siempre recomiendo es la protección de la superficie de fractura ya que una contaminación puede dar señales erroneas, lo otro es tener ambas superficies porque la información esta divdida entre ambas partes, quiero destacar que no se debe confundir fatiga con corrosión-fatiga, en esta ultima es vital tener los productos de corrosión asegurados porque la fatiga es el mecanismo secundario.

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Microestructura de una aleación de Bronze CuSn8Pb

 Hola amigos feliz mes de septiembre en esta oportunidad vamos a ver una hermosa microestructura de una aleación no ferrosa cortesía de la empresa Struers en donde podemos apreciar la microestructura antes y despues de un ataque quimico.

Fig. 1 Microestructura aleación CuSn8Pb izquierda atacada con reactivo y derecha sin ataque. 

Reactivo empleado Klemm.

Siempre que un estudiante me consulta como interpretar una microestructura le sugiero varios puntos importantes el primero de ellos es toda la información posible de la pieza a analizar entre ellos, tamaño de la pieza ¿Tuvo algun tratamiento térmico? ¿La pieza posee alguna información de sus propiedades mecánicas o químicas que puedan ser util para el análisis? Luego, si tengo la información busco su diagrama de fases que puede ser una aleación binaria o ternaria y con ese diagrama puedo tener una idea de lo que me voy a encontrar para poder realizar un análisis preliminar. La composición química de esta aleación es Cu,Sn (7-9%) , P (0.03 a 0.35%) y otro elementos de aleación tales como Zn, Fe y Pb (0.05%) la clasificación de esta aleación es la C52100. Con esta sencilla información vamos a iniciar nuestro análisis. Primero miremos dos diagramas binarios el Cu-Sn y el Cu-Pb

Fig. 2 Diagrama de fases Cu-Pb

Si observamos el diagrama de la figura 2  el Cu y el Pb forman un eutéctico a 320°C de esta forma la matriz de cobre tendría partículas del eutectico diseminadas pero si agregamos el diagrama siguiente se puede observar un dato interesante

Fig. 3 Diagrama Cu-Sn

La figura 3  muestra que, una aleación Cu-Sn posee una mezcla eutectoide a 32.55% Sn de ahí que, la microestructura tendría una mezcla de (Cu)+Eutectoide en pocas palabras la matriz de cobre tendría partículas no solo del eutéctico (fig.2) si no además del eutectoide. 

Fig. 4 Diagrama Ternario Cu-Sn-Pb a partir de los diagramas binario

La figura 4  muestra las fases y constituyentes que se puede obtener a partir de una aleación ternaria tomando en consideración la temperatura a la cual estas fases son estables, si observamos bien se pueden identificar los compuestos intermediarios que son los que ustedes observan en la microestructura. ¿Con un simple análisis microestructural a 100X identifico quien es quien? No. Para identificar con precisión que compuesto existen se utilizan herramientas que usando difracción de rayos X  te pueden dar con precisión que compuestos estan ahi. Lo que si pueden ustedes indicar es volviendo a la figura la microestructura es de tipo dendrita con particulas de diseminadas de segunda fase. Para agregar más valor al análisis podemos calcular la proporción de dichas partículas en la matriz. El color hermoso que se ve en la imagen es la forma colorida en que la corrosión del reactivo se refleja en el metal.

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https://www.researchgate.net/figure/A-Cu-Pb-Sn-ternary-phase-diagram-B-Cu-Pb-binary-phase-diagram-C-Cu-Sn-binary_fig8_264123662  

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