Aceros para herramientas: Preparación Metalográfica y Análisis Microestrutural

Los aceros para herramientas son un tipo especial de aceros aleados cuya aplicación esta limitada a herramientas de corte y conformado, entre los aceros para herramientas más comunes estan los tipo W (temple en agua, ejemplo W1), los tipo S que son resistentes al impacto, los tipo O que son aceros templados en aceite, los tipo T que son aceros de alta velocidad a base de tungsteno, entre otros aceros.

La preparación metalográfica de los aceros para herramientas no es muy diferente a la preparación metalográfica de un acero al carbono o aleado, cabe destacar que algunos aceros para herramientas pueden contener niveles de elementos aleantes muy superiores a los de un acero al carbono por lo que la preparacion de estas muestras pueden variar significativamente.

El reactvo más utilizado para aceros para herramientas es el Nital 2-5%. este reactivo se utiliza generalmente para aceros para herramientas independientemente de los componentes microestructurales previstos. 

Otro reactivo importante en el ataque de estas muestras es el picral (4% de ácido pícrico en etanol) el cual es útil si se desea observar microestructura martensítica.

AISI W1

La figura arriba muestra la microestructura de un acero para herramienta W1 en estos aceros se puede obtener una estructura martensítica acompañada de la cementita, la composición de carbono estimada está entre 0,6 a 1 %. En algunas ocasiones y dependiendo del tratamiento térmico pueden aparecer carburos no disueltos en la matriz.

AISI L6

En la siguiente imagen tenemos a los aceros para herramientas con fines especiales, aqui los aceros estan aleados con Niquel, Cromo, Molibdeno y Vanadio. Estos elementos aportan resistencia al desgaste del metal sin embargo sus contenidos son muchos menores que en otros aceros para herramientas. La microestructura es de tipo martensítica con presencia de bainita

AISI S2

La siguiente figura  muestra la microestructura de un acero para herramienta S2 estos aceros deben soportar repetivas cargas, por lo que deben ser muy resistentes, aqui los elementos aleantes tales como el Cromo, Silicio, Molibdeno y Tungsteno juegan un papel importante para mejorar la templabilidad y la resistencia al desgaste.

AISI T1

La siguiente figura  muestra la microestructura de uno de los aceros aleados con mayor contenido de elementos aleantes ya que las aplicaciones industriales de este acero lo llevan a trabajos a altas velocidades tales como las brocas empleadas en los taladros por ejemplo. La microestructura de estos aceros es martensita revenida con partículas de carburos no disueltos en la matriz.

Como conclución, esto son algunos de los aceros para herramientas sin embargo existen otros grupos especiales para aplicaciones específicas estan los del grupo O que son los templados en aceite, H para aplicaciones en caliente, P para ser usados en moldes

Referencia consultadas

ASTM Metals handbook Volumen 9

Indices de Miller y su relación con la difracción de rayos X

 Hola amigos y bienvenidos de nuevo a este blog educativo, hoy quiero hablarles de los indices de miller y su relación con la difraccion de rayos X

Para comenzar, vamos a hacer un pequeño resumen sobre las estructuras cristalinas. Los materiales sólidos como el acero, el aluminio, los latones y bronces, el plastico y los minerales pueden tener diferentes tipos de estructuras, pero las estructuras cristalinas son aquellas en las que los átomos, iones o moléculas están ordenados en un patrón regular y repetitivo en el espacio tridimensional.

Existen varios tipos de estructuras cristalinas, pero nos enfocaremos en los sistemas cúbico, tetragonal y hexagonal, que son los más comunes. Cada uno de estos sistemas tiene características específicas en cuanto a la forma en que se ordenan los átomos en la red cristalina. 

1. Sistema cristalino cúbico:

En este sistema, los átomos se organizan en una red tridimensional con combinaciones de ejes x, y, y z que son perpendiculares entre sí, todos de igual longitud. Existen tres tipos de redes cristalinas cúbicas: la cúbica centrada en el cuerpo o BCC, la cúbica centrada en las caras o FCC y cúbica simple.

El hierro (Fe) es un metal que pertenece al sistema cristalino cúbico centrado en el cuerpo a temperatura ambiente.

2. Sistema cristalino hexagonal:

En este sistema, los átomos se organizan en una red tridimensional con ejes x e y perpendiculares entre sí, pero el eje z es inclinado en un ángulo de 120 grados. Además, la longitud del eje z es mayor que la de los otros dos ejes. La estructura cristalina hexagonal solo tiene una variante.

El magnesio (Mg) es un metal que pertenece al sistema cristalino hexagonal.

3. Sistema cristalino tetragonal:

En este sistema, los átomos se organizan en una red tridimensional similar a la del sistema cúbico, pero con ejes x e y perpendiculares entre sí, mientras que el eje z es de longitud distinta y perpendicular a los otros dos ejes. Al igual que en el sistema cristalino cúbico, existen tres tipos de redes cristalinas tetragonales: tetragonal centrada en el cuerpo, tetragonal centrada en las caras y tetragonal simple.

El circonio (Zr) es un metal que pertenece al sistema cristalino tetragonal centrado en el cuerpo.

Ahora, cuando se conoce y se comprende las estructuras crsitalinas una amplia variedad de compuestos metálicos, soluciones sólidas aparecen, cada uno con sus caracteristicas únicas. Los estudiosos de la crsitalografían encuentran en los índices de Miller una herramienta importante para estudiar estos compuestos.

El índice de Miller,  se utiliza para describir los planos y direcciones cristalinas, es una notación matemática que indica la relación relativa entre los planos y direcciones en una estructura cristalina.

Para determinar el índice de Miller de un plano, primero necesitamos identificar los puntos de intersección del plano con los ejes cartesianos X, Y y Z. Luego, tomamos el inverso de esos valores de intersección y los multiplicamos por un factor común para obtener números enteros. Por ejemplo, si un plano interseca el eje X en 1/4, el eje Y en 1/2 y el eje Z en 1/8, el índice de Miller del plano sería (4, 2, 8).

Para determinar el índice de Miller de una dirección, se siguen pasos similares. Identificamos los puntos en los que la dirección corta los ejes cartesianos, tomamos los inversos y multiplicamos por un factor común. La notación de dirección tiene la forma [uvw].

Imaginemos que tenemos una estructura cristalina cúbica con un plano que pasa por las intersecciones de los ejes a 1/2, b 1/4 y c 1/8. ¿Cuál es el índice de Miller de este plano?

Para obtener el índice de Miller del plano, tomamos el inverso de los valores de intersección y los multiplicamos por un factor común. En este caso, si multiplicamos por 8, obtenemos (4, 2, 1), por lo que el índice de Miller del plano sería (4, 2, 1).

Supongamos que tenemos ahora una dirección que corta los ejes cartesianos a -1/2a, 1/4b y 2c. ¿Cuál es el índice de Miller de esta dirección?

Siguiendo el mismo procedimiento, tomamos el inverso de los valores de intersección y los multiplicamos por un factor común. En este caso, si multiplicamos por 4, obtenemos (-2, 1, 8), por lo que el índice de Miller de la dirección sería [-2, 1, 8].

Fijense que comenzamos hablando de las estructuras cristalinas y a partir de ellas utilizamos los índices de Miller para determinar planos y direcciones cristalográficas, en la metalurgia mecánica los planos y direcciones pueden informarnos de como se desplazan los átomos cuando estan sometidos a esfuerzos, movimiento de dislocaciones y vacancias. En la metalurgia física estos estudios permiten relacionarlos con la difracción de rayos X que es una herramienta que permite identificar un compuesto en particular.

Los compuestos poseen huellas digitales únicas y cuando utilizamos difracción de rayos X lo que se busca es identificar dichas huellas, laonda electromagnética del rayo X se encuentra con una red de átomos orientados tridimensionalmente siguiendo sus planos cristalinos, al interactuar se forman picos de difracción en un patrón de difracción de rayos X. La intensidad de esos picos se puede utilizar para determinar la estructura y composición de aleaciones.

Los metales tóxicos en la manipulación y preparación metalográfica: Riesgos y recomendaciones adicionales

Fig. 1 Partículas metálicas 

Introducción

La toxicología es una disciplina que estudia los efectos nocivos de sustancias químicas en los seres vivos y, en particular, en la salud humana. En el ámbito de la metalurgia y la preparación metalográfica, existen una serie de metales altamente tóxicos que pueden representar riesgos para la salud si se manejan o preparan incorrectamente. En este artículo, exploraremos los metales más peligrosos en dichos procesos, los riesgos asociados y proporcionaremos recomendaciones adicionales para garantizar la seguridad de quienes trabajan con ellos.

I. Metales altamente tóxicos utilizados en la preparación metalográfica

1. Mercurio:

El mercurio es uno de los metales más peligrosos debido a su amplia toxicidad. Es comúnmente utilizado en la amalgamación de muestras para facilitar el pulido y la observación microscópica. La inhalación de vapores de mercurio causa daño neurológico, trastornos renales y puede ser fatal. Se debe evitar el contacto directo con el mercurio y utilizar equipos de protección adecuados.

2. Plomo:

El plomo es otro metal altamente tóxico y se utiliza en aleaciones metálicas para mejorar la durabilidad. Sin embargo, durante el proceso de pulido y abrasión, el plomo puede liberar partículas en el aire y provocar envenenamiento por plomo. Los efectos incluyen daño cerebral, retraso en el desarrollo y problemas de comportamiento. Es esencial utilizar medidas de control de exposición, como equipos de protección respiratoria y eliminación segura de desechos.

3. Cadmio:

El cadmio es un metal ampliamente utilizado en aleaciones y recubrimientos, pero su manipulación inadecuada puede ser peligrosa para la salud. La inhalación o ingestión de partículas de cadmio puede provocar disfunción renal, daño pulmonar y afectar el sistema inmunológico. Se recomienda una buena ventilación en los espacios de trabajo y evitar la exposición directa a este metal.

4. Berilio

El berilio es un elemento químico que puede ser tóxico cuando se inhala en forma de polvo o se ingiere. La exposición prolongada al berilio puede causar una enfermedad pulmonar grave conocida como enfermedad pulmonar del berilio. Esta enfermedad puede afectar gravemente la función pulmonar y causar síntomas como dificultad para respirar, tos crónica y fatiga. Además, el berilio también es considerado carcinogénico, lo que significa que puede aumentar el riesgo de desarrollar cáncer en ciertas situaciones de exposición prolongada. Por lo tanto, se considera que el berilio es tóxico y se deben tomar precauciones adecuadas al manejar y trabajar con este elemento.

II. Riesgos para la salud y recomendaciones adicionales

1. Exposición cutánea:

El contacto con los metales tóxicos puede provocar irritación en la piel, dermatitis o incluso absorción a través de ella. Se debe utilizar ropa protectora, guantes adecuados y lavarse bien las manos después de manipular estos metales.

2. Inhalación de partículas:

Las partículas metálicas finas generadas durante la preparación metalográfica pueden ser inhaladas y causar daño en los pulmones. Es esencial utilizar equipos de protección respiratoria, como máscaras con filtros adecuados, y trabajar en áreas con una buena ventilación.

3. Eliminación segura de desechos

Los desechos contaminados con metales tóxicos deberán ser eliminados de manera segura siguiendo las regulaciones locales y nacionales. Nunca deben ser desechados en la basura normal.

4. Conciencia y formación

Es fundamental que todos los involucrados en la manipulación y preparación metalográfica estén adecuadamente capacitados sobre los riesgos asociados con los metales tóxicos y las medidas de seguridad necesarias.

Cabe destacar para concluir que muchos de estos metales son procesados utilizando la técnica de metalurgia de polvos de tal manera que, su procesamiento difiere del tradicional que se conoce y a su vez el manejo de estos polvos debe ser muy importante por su toxicidad.

No solo los metales Be, Pb, Cd, Hg son de alto riesgo tambien esta el Uranio y sus aleaciones que solo pueden ser procesados bajo licencias especiales debido a su alta toxicidad.

¿Que son los Light Metals?

Buenos dias y bienvenidos de nuevo, hoy hablaremos de los metales ligeros calificados como "light metals"

Los "Light Metals" son un grupo de metales caracterizados por su baja densidad y peso relativamente ligero en comparación con otros metales. La ligereza de estos metales se debe a su baja densidad atómica o a su estructura cristalina.

Los metales más comunes considerados "light metals" son el aluminio, el magnesio y el titanio. Estos metales son ampliamente utilizados en diferentes industrias debido a sus propiedades únicas.Además de los metales mencionados, otros metales considerados como "light metals" (metales ligeros) son:

1. Litio: Es el metal más ligero y tiene una baja densidad y alta conductividad eléctrica. Se utiliza en baterías recargables de iones de litio, aleaciones de aluminio-litio en la industria aeroespacial y en la producción de vidrios y cerámicas.

2. Berilio: Es un metal extremadamente ligero y rígido, con una excelente conductividad térmica. Se utiliza en la industria aeroespacial y de defensa para aplicaciones de alta tecnología, así como en la fabricación de equipos electrónicos y componentes de rayos X y láseres.

3. Boro: Aunque es más comúnmente considerado un no metal, el boro también se clasifica como metal ligero por su baja densidad. Se utiliza en la industria nuclear, en aleaciones para la fabricación de metales de alta resistencia y en fibras químicas resistentes al fuego.

4. Magnesio: Aunque ya ha sido mencionado, vale la pena destacar que el magnesio también se considera un metal ligero debido a su baja densidad. Se utiliza en la industria automotriz para aligerar el peso de los vehículos y mejorar la eficiencia del combustible, así como en aleaciones para la fabricación de estructuras ligeras.

Estos metales ligeros tienen propiedades como baja densidad, alta resistencia a la tracción, excelente conductividad térmica y eléctrica, y resistencia a la corrosión. Debido a estas propiedades, se utilizan en aplicaciones que requieren reducción de peso, como la industria aeroespacial, automotriz y de transporte en general. También se utilizan en baterías, dispositivos electrónicos, equipos médicos, construcción y deportes, entre otros.

Propiedades características:

1. Baja densidad: Los "light metals" tienen una baja densidad en comparación con otros metales, lo que los hace altamente apreciados en aplicaciones donde se requiere un peso reducido, como en la industria aeroespacial.

2. Alta resistencia a la tracción: A pesar de su baja densidad, los "light metals" poseen una alta resistencia a la tracción, lo que los hace ideales para aplicaciones de carga estructural en las que se busca mantener una estructura liviana pero resistente.

3. Buena conductividad térmica y eléctrica: Estos metales son excelentes conductores de calor y electricidad, lo que los convierte en materiales útiles en aplicaciones donde se requiere una transferencia eficiente de calor o electricidad, como en la industria electrónica.

4. Buena resistencia a la corrosión: Los "light metals" tienen una buena resistencia a la corrosión, lo que los hace adecuados para aplicaciones en entornos corrosivos o en la fabricación de equipos marinos.

Aplicaciones:

1. Industria automotriz: El aluminio y el magnesio se utilizan en la fabricación de componentes de automóviles para reducir el peso total del vehículo y mejorar la eficiencia del combustible.

2. Industria aeroespacial: El aluminio, el titanio y el magnesio se emplean en la fabricación de componentes aeroespaciales, como partes estructurales de aeronaves, hélices y piezas de motores, debido a su ligereza y resistencia.

3. Construcción: El aluminio se utiliza ampliamente en la construcción debido a su bajo peso, alta resistencia y buena resistencia a la corrosión. Se utiliza en marcos de ventanas, revestimientos exteriores y estructuras ligeras.

4. Industria electrónica: El aluminio es utilizado como conductor eléctrico en cables y alambres debido a su buena conductividad eléctrica. Además, el magnesio se utiliza en la fabricación de componentes electricos debido a su bajo peso y buenas propiedades térmicas.

Fig. 1 Microestructura de una Aleación de Mg LA141A-O 250X

La figura 1 muestra la microestructura de un metal ligero compuesto de Mg-1.2Al y 14% Li como puede apreciarse el crecimiento de grano se debe al proceso de recocido empleado en la pieza, su microestructura se puede apreciar homogénea perfectamente.

Fig. 2 Microestrctura de una aleación C17200. 400X

En el caso de la figura 2 se puede apreciar una microestructura de una aleación Cu-1,8%Be, el Berilio le agrega junto al cobalto un compuesto intermediario que aumenta la resistencia del material cuando este esta en condición de revenido. Esta en una de las aleaciones más usadas por su capacidad de endurecimiento por precipitación (1520Mpa)

Quiero indicar que el Berilio es un metal tóxico así que la preparación metalográfica debe ser con cuidado extremo, en publicaciones futuras hablaré con mas detalle de este y otros metales "tóxicos"

 

Clasificación de los Aceros según sus Propiedades y Aplicaciones Industriales

Los aceros son aleaciones de hierro con otros elementos, principalmente carbono. La presencia de diferentes porcentajes de carbono y otros elementos aleados, así como la microestructura resultante, determinan las propiedades mecánicas y las aplicaciones industriales de cada tipo de acero.

1. Clasificación de los aceros según el porcentaje de Carbono:

Los aceros se pueden clasificar según su contenido de carbono en aceros de bajo carbono (hasta 0,25% de carbono), aceros de medio carbono (entre 0,25% y 0,6% de carbono) y aceros de alto carbono (más del 0,6% de carbono). Los aceros de bajo carbono son más suaves y tienen una mayor ductilidad, mientras que los de alto carbono son más duros y resistentes, pero menos dúctiles.

2. Clasificación de los aceros según la microestructura:

La microestructura de un acero se refiere a la forma y distribución de los elementos y fases presentes en su estructura cristalina. Los principales tipos de microestructura en los aceros son ferrita (blanda y dúctil), perlita (mezcla de ferrita y cementita, resistente pero menos dúctil) y martensita (dura y frágil).

3. Clasificación de los aceros según las propiedades mecánicas:

Las propiedades mecánicas de los aceros se ven influenciadas por su contenido de carbono y su microestructura. La resistencia, la dureza, la ductilidad y la tenacidad son algunas de las propiedades consideradas. Los aceros de alto carbono y microestructura martensítica son los más duros y resistentes, pero tienen menor ductilidad y tenacidad. Los aceros de bajo carbono con microestructura ferrítica son más dúctiles pero menos resistentes.

Por otro lado, la clasificación de los aceros según sus propiedades mecánicas están establecidas por diferentes normas, como ASTM, API, DIN, entre otras, se basa en diferentes criterios y propiedades. A continuación, se mencionan algunas de las categorías comunes utilizadas en estas normas:

1. ASTM (American Society for Testing and Materials):

- ASTM A36: acero estructural de baja aleación y alta resistencia.

- ASTM A572: acero estructural de alta resistencia y baja aleación.

- ASTM A516: acero para recipientes a presión.

- ASTM A193: acero para pernos de alta temperatura y alta presión.

- ASTM A240: acero inoxidable para aplicaciones generales.

2. API (American Petroleum Institute):

- API 5L: acero para tuberías y líneas de transmisión de petróleo y gas.

- API 2H: acero estructural marino para aplicaciones offshore.

- API 5CT: acero para tuberías de revestimiento y producción en la industria petrolera.

3. DIN (Deutsches Institut für Normung):

- DIN 17100: aceros estructurales no aleados.

- DIN 17175: acero de pared de tubería para caldera y intercambiador de calor.

- DIN 2391: acero sin costura de precisión para aplicaciones mecánicas.

- DIN 17102: aceros de alta resistencia de grano fino.

Estas son solo algunas de las normas y categorías comunes utilizadas para clasificar los aceros según sus propiedades mecánicas. Es importante tener en cuenta que cada norma puede tener subcategorías y propiedades adicionales especificadas para diferentes aplicaciones y requerimientos.

4. Clasificación de los aceros según las aplicaciones industriales:

Los diferentes tipos de aceros se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones industriales debido a sus propiedades específicas. Los aceros de bajo carbono son comúnmente utilizados en la fabricación de componentes estructurales, como vigas y tuberías. Los aceros de medio carbono son adecuados para la fabricación de ejes y engranajes, donde se requiere una mayor resistencia. Los aceros de alto carbono se utilizan en herramientas y utensilios de corte debido a su dureza.

Existen diversas clasificaciones de los aceros según sus aplicaciones industriales. A continuación, se mencionan algunas de las principales:

Aceros estructurales: Son utilizados en la construcción de edificios, puentes, estructuras metálicas, etc. Estos aceros deben ser resistentes y tener una buena soldabilidad, por lo que suelen contener pequeñas cantidades de carbono, manganeso, silicio y otros elementos.

Aceros inoxidables: Son aleaciones de hierro, carbono y cromo, que contienen al menos un 10% de cromo. Estos aceros son altamente resistentes a la corrosión y son utilizados en aplicaciones donde se requiere una alta resistencia a agentes químicos o a la corrosión, como en la industria alimentaria, química o petroquímica.

 Aceros para herramientas: Estos aceros son utilizados en la fabricación de herramientas de corte, estampado, troquelado, etc. Deben tener una alta dureza, resistencia al desgaste y capacidad de mantener su filo. Suelen contener elementos como tungsteno, molibdeno o vanadio, que les proporcionan estas características.

Aceros para maquinaria: Estos aceros son utilizados en la fabricación de componentes de maquinaria, como engranajes, ejes, rodamientos, etc. Deben tener una buena resistencia mecánica, tenacidad y resistencia al desgaste. Suelen contener elementos como níquel, cromo, molibdeno, vanadio, entre otros.

 Aceros para corte y perforación: Estos aceros, también conocidos como aceros rápidos, son utilizados en herramientas de corte y perforación de alta velocidad, como brocas, fresas, machos de roscar, etc. Deben tener una alta dureza, resistencia al desgaste y capacidad de mantener su filo a altas temperaturas. Suelen contener elementos como tungsteno, molibdeno, vanadio y cobalto.

Aceros para construcción naval: Estos aceros son utilizados en la construcción de barcos y estructuras marinas. Deben tener una alta resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y tenacidad a bajas temperaturas, ya que estarán expuestos al ambiente marino.

Estas son solo algunas de las clasificaciones más comunes de los aceros según sus aplicaciones industriales. Cabe mencionar que existen muchas más clasificaciones y que cada una de ellas puede contener sub-categorías específicas según las propiedades y características requeridas en cada aplicación.

5. Clasificación de los aceros según los elementos aleados:

Además del carbono, los aceros pueden contener varios elementos aleados para mejorar aún más sus propiedades. El manganeso se utiliza para mejorar la resistencia y la ductilidad, el cromo para aumentar la resistencia a la corrosión, el níquel para mejorar la tenacidad, y el molibdeno para aumentar la resistencia a altas temperaturas. Estos elementos aleados se añaden en diferentes proporciones según las propiedades deseadas y las aplicaciones específicas.

En resumen, la clasificación de los aceros según el porcentaje de carbono, la microestructura, las propiedades mecánicas, las aplicaciones industriales y los elementos aleados, permite a los ingenieros y fabricantes seleccionar el tipo más adecuado de acero para cada aplicación específica, optimizando así el rendimiento y la durabilidad de los productos finales.

Consultoría y Pruebas de Materiales S.A CYMPA Nuevo León, México

 Hola amigos un cordial saludo, el día de hoy quiero agradecer el apoyo que he recibido de la Ing. Nancy Serrato a este blog y a su vez dar a conocer la empresa CYMPA a mis seguidores en México. 

La empresa CYMPA no solo realiza ensayos a materiales metálicos, también evalúan polímeros y pinturas. La empresa cuenta con una serie de equipos para pruebas dureza, tracción, impacto y doblez así como tambien, caracterización de materiales (determinación de elementos), evaluación de soldadura, ensayos no destructivos y estudios de corrosión acelerada (cámara salina)

Además la empresa cuenta con un excelente personal calificado para atender a las necesidades de sus clientes y lo más importante ofrece capacitaciones y asesoría técnica especializada.

Si estan interesados pueden contactar a los números y correos que estan en la imagen.

Propiedades Mecánicas- Ensayo de Impacto

 Cuando estamos en el laboratorio y realizamos pruebas a materiales, por lo general las realizamos en condiciones normales, un ejemplo temperatura ambiente, el equipo nos da los resultados y reportamos esos valores. Pero ¿Que sucede si las condiciones varian? ¿Pueden los resultados de un ensayo de tracción ser válidos para condiciones ambientales extremas? Empecemos por esta última las condiciones extremas, sabemos que los datos del ensayo de tracción permiten conocer la deformación en % de un material, pero esos datos en materiales sometidos a altas temperaturas pueden no ser validos ya que las condiciones ambientales cambian y se necesitaria de otro tipo de ensayo para determinar el tiempo de vida útil de ese material en altas temperaturas.

¿Que sucede en el caso contrario? Bajas temperaturas, ahí todo cambia y para nosotros los ingenieros necesitamos establecer cuanta "energia" es capaz de absorver el material antes de que ocurra una fractura catastrófica, estamos buscando un material que en condiciones de frío extremo su fractura sea lo mas dúctil posible ya que eso significa que el material esta absorbiendo la energía del impacto. 

  La norma ASTM E23 nos permite establecer un procedimiento por medio del cual estimar la cantidad de energía que absorve un metal y su tipo de fractura, de tal manera que con esos datos diseñar aleaciones resistentes a las bajas temparaturas.

Las muestras pueden ser de 2 tipos, la de Charpy que mide 55 mm y 10 mm espesor con una entalla en forma de V justo en la mitad y la otra es la probeta IZOD que tiene una longitud de 75 mm y una entalla ubicada a 28 mm. La diferencia entre ellas además de las dimensiones esta en la ubicación del ella en el equipo la primera se realiza acostada en el portamuestra y la segunda se hace parada. 

El efecto de la entalla radica en que esa es la zona en la que el material va a fracturar.

Consideraciones importantes a tener en cuenta

1. La temperatura de la muestra. En este ensayo las muestras deben estar a diferentes temperaturas ya que así se puede obtener un gráfico que muestra la variación de la energia absorvida en función de la temparatura (curva "S")

2. Entrenamiento. Se debe tener habilidades para este tipo de ensayo porque las muestras están a una temperatura baja y el transito desde ahí al porta muestra del equipo debe ser lo más rápido posible para evitar que el material aumente su temperatura.

3. Fuentes Bibliográficas. Los resultados del ensayo deben ir acompañado por conocimiento teórico de tal manera que una vez obtenida la data se puedan considerar las conclusiones y recomendaciones para ese material. No se quede solo con el valor obtenido del equipo debe investigar el material, su composición, sus elementos aleantes, su tamaño de grano porque todo esta relacionado con la apariencia de la fractura obtenida despues de la prueba.

Librosz.es un portal de ayuda a los estudiantes de metalurgia

Hola amigos el dia de hoy quiero agradecer a la reseña de mi libro en el portal librosz.es, les dejo el link para que consulten los otros autores que hay en el campo de la metalurgia  (https://librosz.es/generos/libros-sobre-metalurgia/) 

El apoyo de ustedes a la difusión de estos libros de diferentes colegas permite que el conocimiento se transmita y eso es sumamente importante ya que puede pasar de generación en generación de estudiantes en formación.

 

Macroataque

 El macroataque es un procedimiento de inspección que permite revelar aspectos de calidad y estructura de un metal a simple vista o con una baja magnificación. 

Fig. 1 Macroestructura de una pieza fundida. Foto: Keyvanlou Hassan

El macroataque es ampliamente utilizado para inspeccionar, barras, forjados, fundiciones, soldaduras y otros productos. Hace unos años estuve en una inspección de soldaduras en forma de T las cuales se les quería ver si el procedimiento de soldadura habia sido satisfactorio esto queria decir que la penetración había sido completa, en ese sentido se tomaba una muestra del perfil y despues de pasarla por lija 80, se procedia a atacar con Nital al 5%, eso inmediatamente revelaba todo el cordon de soldadura y luego se observaba para identificar si la pieza no tenia, grietas, porosidad o falta de fusión.

En las acerias se hacia un procedimiento para ver las inclusiones en los lingotes, se aplicaba un reactivo y se inspeccionaba el centro del lingote ya que este por lo general tenia la mayor acumulación de inclusiones.

La norma ASTM E 381 ofrece los criterios para aceptación o rechazo de lingotes de aceros que presenten segregaciones.

La figura 1 muestra el macro ataque que se le realizó a esta pieza fundida, no vamos a detenernos en el tipo de material, composición química etc., quiero que vean la forma y distribución de los granos, en la parte superior se aprecia granos pequeños diseminados que a medida va descendiendo estos van incrementando su tamaño, fíjense en los bordes como se alargan los granos, esto es un indicativo de que los granos en su crecimiento "perseguían el liquido remanente" que iba quedando en el molde, en el centro tenemos granos grandes y si trasamos una linea imaginaria que corte horizontalmente se puede observar como fue la lucha por ese último liquido remanente en el centro.

Como consideración final para un estudiante de metalografía que tenga un tipo de muestra como esta puede obtener de ella muchisima información por ejemplo, el efecto del espesor de la pieza en la macroestructura, si en la fundición se utilizó refinadores de grano, el diseño de la pieza misma entre muchas cosas más que ustedes pueden evaluar.

Aleaciones de Aluminio (Bronce Aluminio)

 Hola amigos y bienvenidos otra vez a este espacio dedicado a la educación técnica en metalurgia, hoy les traigo una serie de fotografias de una solución sólida de átomos de aluminio en una matriz de cobre que comunmente se denomina bronces al aluminio.

Las aleaciones comerciales de este par varian dependiendo de lo que se desee obtener como fase final, las hay de 2 tipos; monofásicas con un % de Al no mayor al 4 % y las bifásicas en la cual el rango de Al no supera entre el 7 al 11% de la aleación.

Las aleaciones monofásicas en el miscroscopio se presentaran como una sola fase que se proyecta por todo el campo visual del equipo mientas que las bifásicas mostraran dos tipos de estructuras. Para ver con detalle dichas estructuras observemos esta fotografía que publica el ingeniero Farshad Ghadimi de un bronce aluminio en condición de colada y atacada con un reactivo compuesto de 1 gr FeCl3, 10 ml HCl y 100 ml H2O

Bronce Aluminio as Cast. Fuente: Ghadimi, F

En la imagen se puede apreciar la fase alfa (clara) y la mezcla eutectoide conformada por fase alfa y un compueto intermediario gamma, lo interesante de este tipo de bronces es su capacidad para mejorar sus propiedades mecánicas a traves del temple y revenido obteniendose una microestructura similar a la martensita del acero.

                                                 Bronce Aluminio as Cast. Fuente: Ghadimi, F

Si aumentamos más la imagen se puede observar párticulas de 2 fase diseminadas en la estructura o formando racimos, estas párticulas le agregan más resistencia a la aleación o para refinar el grano y eliminar las estructuras dendríticas que se consiguen cuando un metal es fundido y enfriado.

Propiedades Mecánicas-Ensayo de tracción

 Hola amigos bienvenidos de nuevo a este blog, hoy les voy a hablar de uno de mis ensayos favoritos y del cual tengo muchos recuerdos agradables cuando fuí analista de laboratorio metalúrgico, el ensayo de tracción.

El ensayo mide propiedades del material a temperatura ambiente, de tal manera que los resultados (esfuerzo y deformación) son solo válidos para estas condiciones, si el material pasa a estar a diferentes temperaturas se debe recurrir a otros ensayos más específicos y del cual hablaremos más adelante.

Lo primero que uno debe entender es que este ensayo da información valiosa relacionada con un material pero para sacarle bien el jugo a la información obtenida debemos comprender algunos fundamentos del ensayo como por ejemplo:

1. Este ensayo aplica una carga establecida en el instrumento la cual es constante y a una velocidad establecida y constante (lo ideal es que la velocidad no sea muy rápida)

2. La carga aplicada puede variar según las especificaciones del equipo, del material a estudiar y de la experiencia del técnico.

3. Las probetas deben ser estandarizadas acorde con las normas ASTM E8 o equivalentes y recomendable por triplicado para efectos de tener un promedio de los resultados o si se debe repetir la prueba

4.Una vez obtenida la probeta se debe determinar la longitud inicial que por norma es 2 pulgadas y el área inicial (varía para probetas planas y cilindricas)

Imagínese que recibe una barra de acero de 1 pulgada de diametro y 20 cm de largo y se le pide determinar, el esfuerzo de fluencia, esfuerzo a la tracción, % de deformación y % de reducción de area. 

Lo primero es fabricar las probetas en este caso serían cilindricas ya que tenemos una barra, luego se mide el área y las 2 pulgadas de longitud inicial (Para determinar las 2 in. simplemente se mide la longitud completa de la probeta y de ahí el punto medio, luego se mide una pulgada hacia ambos lados del punto medio y listo)

Luego se procede al montaje de la muestra en el equipo y como se dijo anteriormente debe consultarse la carga aplicada y la velocidad de aplicación de dicha carga (actualmente hay maquinas de ensayos universales automatizadas que realizan esa función pero tambien hay equipos que aún hacen esas operaciones manualmente)

Las muestras deben estar bien sujetas al porta muestras y estas no deben deslizarse ya que pueden afectar la apariencia de la gráfica o los resultados del ensayo.

Al principio parece que el material no esta interactuando con la carga aplicada sin embargo, al cabo de un tiempo el cuello de la probeta empieza a reducirse y el material fractura. Algunos equipos te muestran en la pantalla la evolución del ensayo a través de la curva esfuerzo-deformación.

Terminado el ensayo se procede a extraer la muestra y se juntan para medir la longitud final recuerden que la longitud inicial son 2 in, por lo que si la probeta se alargó se procede a calcular el % de deformación. Tambien se puede observar la apariencia de la fractura, en algunas probetas muestran la típica forma de copa y cono.

 Si el equipo esta adaptado para darte la información de la carga en vez del esfuerzo con conocer el área inicial de la muestra se puede determinar el esfuerzo de fluencia, el esfuerzo máximo y el esfuerzo de ruptura. El esfuerzo de fluencia se puede determinar tambien gráficamente para ello se puede observar el punto en el que la linea recta con la cual inicia la prueba cambia a una curva, si esta no esta muy clara pueden calcular el 0,2% de la longitud calibrada  y el punto que de se proyecta una linea recta que corte la curva y ahí tendrán su punto de fluencia, con ese dato y el área calculan el esfuerzo.

El área final pueden calcularlo midiendo la variación del diámetro de la muestra después del ensayo.

Consideraciones finales que les puedo dar de este ensayo basado en mi experiencia esta que cada ensayo es único, las muestras pueden comportarse de manera diferentes, el espesor tiene una gran influencia en la apariencia de fractura y lo más importante para ustedes como estudiantes es la información obtenida, en algunas aplicaciones estructurales es sumamente importante conocer el esfuerzo de fluencia ya que las condiciones a las que se va a someter el material requieren que este se comporte de manera elástica por otro lado, un material que tenga un comportamiento plástico puede absorven mucha energía cuando esta sometido a esfurzo antes de fracturar.

El análisis de los resultados va a estar muy unido a las aplicaciones a las cuales el material estará sometido

Propiedades Mecánicas - Dureza

 Hola Amigos bienvenidos de nuevo, cuando hablamos de propiedades mecánicas estamos partiendo del hecho de que un metal o una aleación debe cumplir una aplicación para lo cual fue diseñado. Por ejemplo, si queremos diseñar un vehículo espacial para enviar carga al espacio, no se utilizarían materiales muy densos porque eso afectaría el consumo de combustible durante el lanzamiento, se necesitaría un material que sea resistente y a la vez liviano.

Aquí es donde las cosas se ponen interesante y usted como estudiante puede llegar a preguntarse como las propiedades mecánicas de los materiales me ayudan con el diseño de mis piezas. Vamos a partir de un metal (M) del cual sabemos que pertenece a un grupo de la tabla periodica, que tiene una densidad, un punto de fusión o ebullición, que tiene la capacidad de conducir electricidad y calor todas esas cosas que se ha mencionado en los otros artículos, además esta conformado por átomos y estos se ordenan en una estructura cristalina.

¿Que és una estructura cristalina? 

Para entender las propiedades mecánicas, se debe entender las estructura cristalinas que es la manera en que los átomos se ordenan tridimensionalmente; a manera de resumen las estructuras cristalinas conocidas son la cúbica, la hexagonal, la monoclinica, la ortorrombica, tetragonal, triclinica y rombohedríca. La mayoria de los metales y aleaciones que nos intersan cristalizan en el sistema cúbico y a su vez su ordenamiento atómico puede ser de tipo cubico centrado en el cuerpo (BCC) ó cúbico centrado en las caras (FCC), luego viene un aspecto interesante, los metales pueden formar aleaciones pero nosotros como metalúrgicos debemos encontrar el punto exacto en la cual las aleaciones que formemos puedan tener las propiedades deseadas y esto estimados amigos da mucho material para hablar y en futuros artículos lo analizaremos

¿Como mido las propiedades de un material?

Aquí llegamos al punto en donde ustedes deben aprender las herramientas de evaluación de los materiales y a manera de resumen les contaré como pueden ustedes sacar el mayor provecho a los ensayos. Primero que nada deben entender que los ensayos mecánicos estan estandarizados de tal manera que, las pruebas que realicen se rijen bajo una normativa, en este lado del mundo en America nos guíamos por las normas ASTM, en Europa tienen sus normas aplicadas que no difieren mucho de su par americano, esto tiene la finalidad de que todos hablemos el mismo idioma a nivel de ensayos.

El primer ensayo del cual hablaré es el de dureza, en un ensayo rápido y puede dar una idea aproximada de la resistencia de un material, entrelos tipos de ensayos tenemos:

1. Ensayo Rockwell

2. Ensayo Brinell

3. Ensayo Vickers

4. Dureza Knoop

El primero es el favorito de muchos ya que usted coloca la pieza a analizar aplica la carga y el numero que de el equipo representa la dureza, lo importante aquí es establecer que carga se va a aplicar y que identador va a utilizar, en el ensayo Rockwell se puede utilizar identadores con bolas de acero de diferentes diametros 1/16, 1/8 y cargas de 60, 100 y 150 Kg. Si se usa 60Kg se tiene una dureza Rockwell A (RA), para 100 Kg seria (RB) y 150 (RC). Ahora viene lo interesante y sería mi pregunta para ustedes como por ejemplo ¿Recibo un material y no conozco su resistencia, que escala escojo?

Aquí juega mucho la experiencia pero como ustedes estan en esa etapa de formación vamos a darles unos tips, quizas en los cometarios pueden aparecer mas ideas de como evaluar la dureza de un material correctamente, bien lo primero es ver el estado de la pieza, ¿Plana, circular, gruesa, delgada, deformada, cilindrica, esta oxidada, origen de la pieza, tiene o no tratamiento térmico? Si la pieza es plana no debe moverse durante la aplicación de la carga, porque el resultado será erroneo, por ejemplo recibo una pieza plana pero al colocarla en la base del equipo esta tiembla cuando la aprisiono con un dedo, en este caso, se desbasta la pieza en lija gruesa y se vuelve a colocar en la base, si esta no tiembla y se ve plana totalmente entonces se la aplica la carga.

Si la pieza es esférica se debe colocar en el adaptador y desbastar la parte que se desee medir con esto se elimina la capa de óxido superficial que puede dar resultados erroneos.

¿Que carga aplicar? Aquí tambien influye mucho la experiencia, una idea es que si se le realizó una evaluación microestructural puedes tener una idea de la microestructura y de ahi seleccionar la carga, por ejemplo un acero llega y el analisis indica que su microestructura es martensita (muy dura) puedes entonces seleccionar la escala RC, un identador de diamante y la carga maxima de 150 Kg

En el caso de que no tengas esa evaluación se debe aplicar la carga máxima y evaluar la huella que deja en la superficie y compararla con el patron de calibración, por ejemplo tengo una pieza no conozco su microestructura y aplico la carga máxima con el identador de diamante y al ver la huella resulta que parece un crater de impacto de asteroideses muy grande en comparación con la huella que muestra el patron de calibración, en ese caso bajo la escala y cambio el identador por una bola de acero y la carga a 100 Kg si la huella coincide entonces el valor obtenido es el correcto (Valor obtenido es el promedio de 3 a 5 mediciones sobre la pieza a una distancia entre marcas de 2 huellas)

En algunas ocasiones los datos deben ser dados en escala Brinell, a diferencia del Rockwell en Brinell se mide la huella dejada por el identador en la superficie usando un microscopio con escala adaptada de tal manera que al conocer el diámetro de la huella, más el diámetro de la bola de acero empleada y la carga aplicada (Kg) se aplica una fórmula la cual le dará el número de dureza Brinell

Para realizar mediciones de dureza con materiales que no son muy resistentes, o que tienen un espesor muy delgado, para tratamientos superficiales se utiliza el ensayo Vickers, aqui se mide la huella marcada por un identador en forma de pirámide con base cuadrada de 136° que se somete a cargas que van desde 1 Kg hasta 120 Kg. Una vez medida la huella con un microscopio se procede a calcular la dureza utilizando la fórmula establecida

Por último, tenemos microdureza y como su nombre lo indica se mide la dureza a nivel microscópico digamos tenemos un material compuesto y se desea medir una fase específica este tipo de ensayo permite determinarla, la dureza Knoop aplica cargas desde 1 a 1000 gr 

Para terminar este post, lo importante para ustedes como estudiantes de esta área es que el ensayo de dureza estima la capacidad de resistencia de un material cuando se somete a una carga, la respuesta del material te puede ayudar a conocer su resistencia sin embargo, no es un ensayo 100% definitivo, ya que la información suministrada te da una referencia, si queremos profundizar en un ensayo mas completo debemos  utilizar otros equipos 

En el próximo artículo hablaré del ensayo de tracción 

Saludos

¿Que es un metal?

 Buenas tardes muchachos espero que esten super bien, cuando ejercí la docencia tuve que dar una materia llamada ciencia de los materiales, recuerdo que en el programa se debía hablar de los metales y las aleaciones, mi primera acción fue invitarlos a sacar una hoja y que escribieran que era un metal para ellos. Hubo muchas respuestas de las que recuerdo estaban acero, aluminio, que es un sólido (el mercurio es metal y es líquido a temperatura ambiente), cuando terminé la prueba y leí las respuestas de todos mis alumnos les dije que tenian una idea de lo que era un metal pero no su definición así que entre todos definimos lo que era un metal y pueden haber muchas definiciones según la bibliografía consultada pero a grandes rasgos un metal es un cuerpo tridimensional, que es opaco y brilla cuando se pule, que posee una estructura cristalina y lo más importante es un conductor térmico y eléctrico, tambien posee un punto de fusión definido. 

Ahora bien, en la clase pasada hablamos de la importancia de los metales en la historia de la humanidad, su impacto en las economias globales y su valor estratégico, ya pueden definir que es un metal y ahora viene lo más importante conocer sus propiedades y sus aplicaciones.

Pero ¿Como se forman los metales? ¿De donde vienen?¿Que cantidad hay en la tierra?

Partamos del elemento más simple en el universo, el Hidrógeno, este es el primer elemento atómico y como abunda en el universo a medida que se van formando estrellas comienza una serie de reacciones nucleares dentro de ellas y es ahi donde 4 átomos de H2 se convierten  en uno de Helio (2 elemento de la tabla periodica), despues de ello las reacciones continuan y se van creando elementos mas pesados, hasta la aparición del Fe y es ahí cuando las estrellas comienzan a colapsar y una vez que desaparecen ya sea como supernovas o incrementando su tamaño para apagarse lentamentes, su colapso genera más elementos pesados, la gravedad hace su trabajo y durante millones de años, mientras los planetas se forman y alcanzan su estabilidad estos elementos quedan atrapados en diferentes capas dentro del mismo planeta, unos quizas en el nucleo por su peso y otros en la superficie, en el caso de la tierra algunos de etos elementos brotan a la superficie por medio de los volcanes o a travez de procesos complejos geológicos.

Luego llegamos nosotros los seres humanos y empezamos con su explotación, refinación y elaborar herramientas.

En este pequeño resumen quiero inculcarles la importancia de conocer lo que representa un metal en nuestra vida sobretodo que eres estudiante de metalurgia y/o ciencia de los materiales, cual es el origen de ellos y sus propiedades, para el próximo artículo entraremos en el tema de las propiedades mecánicas de los materiales 

Metalurgia y Civilización

 Cuando un estudiante inicia su carrera en el campo de la metalurgia debe entender que la historia humana ha estado sumamente relacionada con el manejo de los metales. Para llevarlo a contexto las civilizaciones prehistóricas empleaban la piedra como herramienta de trabajo, para la caza y como arma de defensa o ataque.

Con el uso del cobre, los seres humanos dieron un salto abismal pasando de la edad de piedra hasta los metales, fijense que grandes imperios se alzaron en zonas donde el metal de cobre era abundante, pero el cobre en si en sus propiedades es un metal maleable y tiene sus limitaciones. En algún punto de la historia el ser humano mezcló este metal con otro llamado estaño y de ahi, surgió una aleación denominada bronce y cuyas propiedades de resistencia superaban al propio cobre y al estaño.

Si hacemos una pausa y analizamos el impacto de los metales en la aparición de los imperios, podran notar que reinos en todo el mundo florecieron en zonas mineras, un ejemplo lo pueden decir los amigos peruanos ya que tuvieron el imperio Inca que estaba ubicado en zonas de mineria de Cobre.

Aquí estimado estudiante usted puede imaginarse que los metales son herramientas muy valiosas para los pueblos y usted no solo debe entender sus propiedades y aplicaciones, debe entender el impacto que tienen en la economía y en la sociedad. Actualmente, se puede consultar los precios de los metales como por ejemplo, el Oro en Kitco.com o en la bolsa de valores por ejemplo London metal Exchange que cotiza el precio de las materias primas.

En este curso, ustedes van a comprender que la metalurgia y la ciencia de los materiales van más allá de conocer solo las propiedades de un metal y como realizar mejoras para un fin específico, usted como estudiante debe entender que  hay un horizonte que involucra mercados financieros, impacto social y cultural, politica global e impacto ambiental. 

Para un estudiante que mire este post y sea de un pais minero, ¿Que impacto ha tenido la mineria en el desarrollo de su país? Peru y Chile con la mineria de Cobre, Bolivia con la mineria de Litio, Venezuela con la mineria de Hierro y podemos mencionar muchos países más.

 La metalurgia no solo es conocer los metales, sus propiedades y aplicaciones ustedes deben entender el impacto que ha tenido el uso de los metales en la civilización en el pasado y su influencia en el presente, no solo comercial sino tambien a nivel estratégico, un ejemplo sencillo se puede ver en un pais cuya economia florece y se puede apreciar por el nivel de construcción de obras y en el consumo de acero y eso impacta en el precio del metal y en el precio del mineral de Hierro.

Por el lado de la ciencia de los materiales se puede ver como el impacto ambiental está requiriendo nuevos materiales amigables con el medio ambiente y el desafío esta estimados estudiantes en crear  una linea de investigación que busque desarrollar productos biodegrabables o reciclables.

Les deseo un exito en esta carrera que han escogido la cual es muy hermosa y con milenios de historia y desarrollo, ya ustedes comprenden que los metales y sus aleaciones han sido parte de la humanidad no solo en el pasado sino tambien el ahora. En el proximo tema hablaremos de los metales y sus propiedades.

Hasta la próxima

Sobre el autor

Fernando Medina es un ingeniero metalúrgico egresado de la Unexpo vice rectorado Puerto Ordaz en Venezuela, con 20 años de experiencia en investigación y docencia universitaria trabajó como investigador de fallas en el centro de corrosión y biomateriales de la Unexpo, como analista e investigador en el centro de soldadura y ensayos mecánicos en la misma  universidad. Fue profesor asistente del IUTPC Puerto Cabello y autor de dos libros en Amazon relacionados con análisis microestructural y análisis de falla.

Análisis de Falla.

 Los análisis de fallas se realizan cuando se desea conocer las razones por las cuales un material, equipo, estructura, sistema deja de realizar las funciones para lo cual fue diseñado. La falla puede ser o no catastrófica, esto quiere decir que puede ser detectada y resuelta antes de que ocurra el evento sin embargo, cuando es catastrófica pueden ocurrir diferentes situaciones que van desde victimas del accidente hasta pérdida de prestigio de una empresa y esto último es lo que muchas corporaciones deben cuidarse.

En mi experiencia con este tipo de situaciones he visto casos interesantes de falla en la industria petrolera, en implantes médicos, en la industria eléctrica y en la minería. Una de las cosas más interesantes en este campo es que el trabajo en equipo es vital, conocer los estandares de la industria y la comunicación es fundamental para llevar a cabo con éxito la investigación.

A mis alumnos les recordaba en la universidad, que iban a salir de ese curso como jefes de equipos de análisis de falla y más alla del aporte técnico debian aprender el aporte comunicacional y social de tal manera que, la investigación no solo resuelva un caso de falla sino que tambien pueda crear conciencia de la importancia de tener analistas de fallas en las empresas.