Metalurgia de Soldadura-Microestructura soldadura en "T"

Hola amigos, bienvenidos de nuevo a este espacio hoy hablaremos de la microestructura de una soldadura. Para mi las soldaduras abarcan casi todas las áreas de la metalurgia, entre ellas tenemos la fundición y solidificación, reacciones termodinámicas, tratamientos térmicos, transformaciones en estado sólidos y en menos grado puede haber corrosión.

Fig. 1 Soldadura en "T". Fuente: Willinger Living Metals

La figura 1 muestra la microestructura de una soldadura en T en la cual se puede apreciar 1) la zona fundida; 2) La zona afectada térmicamente y 3 el metal base no afectado. Si analizamos cada zona por separado se puede encontrar datos muy interesante, la primera zona nos ofrece el panorama de crecimiento de grano que ocurre duraante la solificación del metal fundido (metal de aporte), la tasa de crecimiento es mucho más rapida que la observada en una fundición normal debido al poco volumen líquido que aporta el electrodo en un área muy pequeña, de ahí que la lucha por ese líquido remanente genera la apariencia que ustedes puede ver de la figura,  granos que "persiguen" ese líquido, en esa zona no solo hay solidificación tambien hay aporte de elementos aleantes, reacciones sólido-gas, entre otros actores.

La misma imagen muestra un arco que se rodea la zona fundida, la apariencia es como una mancha color marrón producto del reactivo, esa zona se denomina zona afectada térmicamente, aquí ocurre un tratamiento térmico y unas transformaciones en estado sólidos que modifican una parte del metal base y que en ocasiones puede generar estructuras que afectarian las propiedades mecánicas de la junta (endurecimiento) y si hay presencia de Hidrógeno los riesgos de falla son altas.

La tercera zona muestra el metal base no afectado, aquí se puede analizar la microestructura del acero previo al proceso de soldadura,  medir el tamaño de grano, el proceso de fabricación de la plancha de acero, dureza inicial del metal base, entre otros análisis.

Si usted como estudiante va a realizar un estudio microestructural de una soldadura tenga en cuenta que cada zona tiene una metalurgia diferente y características diferentes, comprender cada zona le ayudará mucho en su investigación

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Microestructura de Acero Laminado

 Hola amigos y bienvenidos de nuevo a este espacio, hoy quiero que veamos una interesante microestructura de un acero 16Mo3 que nos ofrece el colega metalúrgico Farshad Ghadimi 

Fig. 1 Microestructura de un acero 16Mo3 en condición as-rolled. 

Credit Ghadimi, F.

La figura 1 muestra la microestructura de un acero en condición de laminado y a simple vista hay detalles que son importantes indicar, el primero de todos es el tamaño de grano el cual puede ser determinado por los métodos estandarizados y que en este blog los puede consultar. Ahora identificamos las fases presentes, la más clara es la ferrita mientras que la oscura es el constituyente perlita.

Lo más llamativo de la imagen es que a diferencia de la ferrita, la perlita muestra una agrupación en forma de bandas y que van en sentido de la laminación ¿Cómo se forman esas bandas?

La respuesta está en el mismo proceso de laminación y en las transformaciones en estado sólido que estan ocurriendo a medida que el metal es deformado.

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Aleaciones de Cobre (Latones)

 

Fig. 1 Microestructura de un Latón a diferentes magnificaciones.

Fuente. Ing. Negin Fatahi

Un cordial saludos y bienvenidos a esta nueva publicación, hoy hablaremos de los latones y aunque he dado algunas referencias en este espacio de los latones, la ingeniero Fatahi nos comparte una fotografía a diferentes magnificaciones de lo que es la microestructura de un latón y la descripción de este tipo de aleaciones.

Los latones pueden ser divididos en 2 categorias principales: 1) Latones de fase simple entre 20 y 5 % de Zn y la fase alfa amarillo entre 35 y 20 % de Zn. 

La segunda categoría se refiere a los latones alfa+beta que presentan 2 fases a partir de 40% Zn y que son comunmente llamadas metal Muntz

Cuando tenemos estas aleaciones la importancia del análisis radica en lo que se desea buscar en materia de información de la pieza, si queremos una aleación termoestable con una microestructura que no varie en función de la temperatura las aleaciones de fase simple o monofásicas son las ideales sin embargo, si se desea mejorar la resistencia en función de aplicaciones industriales los latones bifásicos son los recomendados.

A nivel de análisis de imagen se puede observar la deformación del grano producto de la laminación, se evidencia óxidos y a 1000x se aprecia un grano con maclas.

¿Se puede medir el tamaño de grano? Por supuesto, la norma ASTM E112 muestra el procedimiento para determinar el tamaño de grano.

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Diagrama Hierro Carbono y su Importancia en la Metalurgia del Acero

Bienvenidos amigos y feliz año 2024

Hoy iniciamo nuestro año hablando de una de las herramientas más importantes de la metalurgia del acero que es el diagrama Fe-C, el diagrama también es conocido como diagrama de equilibrio hierro - carbono es de tipo binario muy utilizado para comprender las transformaciones de fases que experimenta una aleación de hierro y carbono en función de su composición y temperatura.
Este diagrama se divide en tres principales regiones: la zona de aceros, la zona de fundiciones y la zona de transformación de fases. A su vez, estas regiones se subdividen en varias fases y sus respectivas temperaturas de transformación.

Fig. 1 Diagrama Fe-C

En la figura 1 se puede apreciar la zona de aceros, que abarca desde el 0% hasta alrededor del 2,14% de carbono, tenemos la presencia de dos fases principales: la ferrita α (alfa) y la cementita Fe₃C. La ferrita α es una fase sólida de hierro con una estructura cúbica centrada en el cuerpo, y es la fase más suave y dúctil en esta región. La cementita Fe₃C es una fase intermetálica dura y quebradiza.

La zona de las fundiciones, que va aproximadamente desde el 2,14% hasta el 6,7% de carbono, encontramos principalmente la presencia de la cementita Fe₃C. A medida que se aumenta el contenido de carbono, la cementita es la fase dominante y se forman diferentes tipos de fundiciones, como la fundición blanca, las otras fundiciones (grises o nodulares requieren de un tratamiento especial de fabricación)

Ahora bien, vamos a hacer un análisis dependiendo del área de estudio del estudiante, miremos el diagrama como un estudiante de laboratorio de metalografía y microestructuras, a temperatura ambiente solo se puede ver aceros con estructuras ferriticas y perlíticas en el microscopio según el diagrama Fe-C. Las proporciones entre ellas varian segun el % de Carbono, fíjense que la austenita no esta presente a temperatura ambiente, ni la ferrita delta. la única manera de obtener estas microestructuras a temperatura ambiente es con elementos aleantes, pero ese es otro tema.

Si miramos el diagrama como estudiantes de tratamientos térmicos debemos identificar las lineas críticas de transformación del acero en estado sólido, en la figura se puede apreciar las lineas Ae3 y Acm, la mayoría de los tratamientos térmicos tales como temple, normalizado y recocido total ocurren en esa zona sombreada ya sea para aceros de bajo carbono y para alto carbono.Los otros tratamientos tales como nitrurización y  recocidos subcriticos buscan mejorar las propiedades del acero y la esferoidización busca modificar las estructura de la cementita, pero no superan los 760°C ya que el proposito no es la austenización. 

Si miramos el diagrama desde el punto de vista de fundición fíjense que, a medida que el porcentaje de carbono se agrega al acero la temperatura de fusión de la aleación disminuye, esta es la razón por la que las fundiciones de hierro son más fáciles de procesar por su colabilidad y menos costosas que el acero. 

El diagrama tambien muestra el punto de curie, la cual es la temperatura en la cual un material ferromagnético pierde su magnetización cuando se calienta. En el caso del hierro puro, este punto de curie es de aproximadamente 770°C. Sin embargo, en presencia de carbono y otras sustancias en aleaciones de hierro, las temperaturas de curie pueden variar.

Como resumen final podemos decir que el diagrama Fe-C permite, conocer la metalurgia del acero, entender los tratamientos térmicos, comprender las microestructura y su relación con las propiedades mecánicas, identificar las transformaciones en estado líquido y en estado sólido, estudiar la relación magnética del acero y la influencia del contenido de carbono en la aleación.

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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