TAMAÑO DEL GRANO *(Granados, A. 1121018. Parra, E, 1121003. Ortega, L, 1120994) U.F.P.S. **García, I. U.F.P.S. *Estudiantes de ingeniería mecánica. **Docente de planta Dpto. diseño mecánico. 06 de octubre del 2015. RESUMEN: Se llevó acabo en el laboratorio un proceso experimental para determinar el tamaño de grano de algunos aceros, relacionándolas con sus propiedades mecánicas. Se empleó los tipos de aceros: 1018, 1045 y 1095, con diferentes tratamientos térmicos. Se empleó dos métodos para la determinación del tamaño de grano (Comparación con un patrón de grano, comparación con un medidor de tamaño de grano), con la ayuda de un microscopio metalográfico (100 aumentos). El tamaño de grano depende del tratamiento que se le realizó al material. Palabras claves: Tamaño de grano, solidificación, propiedades mecánicas, microfotografía, tratamiento térmico. INTRODUCCIÓN El tamaño del grano en un determinado material tiene gran importancia ya que determina las propiedades mecánicas de este. El crecimiento del tamaño de grano es provocado por el tratamiento térmico efectuado en el material. Un tamaño de grano pequeño indica una mayor resistencia a la tracción (es la acción de dos fuerzas de direcciones contrarias que tiende a estirar un objeto), mayor dureza, poca distorsión en el temple, susceptible al agrietamiento. La solidificación es el cambio de materia que consiste en el cambio de estado líquido a estado sólido debido a la disminución de temperatura o la compresión del material. A medida que esto sucede los átomos están en constante movimiento, chocándose unos con otros perdiendo energía cinética ya que disminuye su velocidad, a medida que transcurre el tiempo, estos átomos van organizándose en núcleos, y los pocos átomos en movimientos se adhieren a estos puesto que no son capaces de deformarlos con
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TAMAÑO DEL GRANO*(Granados, A. 1121018. Parra, E, 1121003. Ortega, L, 1120994) U.F.P.S.
**García, I. U.F.P.S.
*Estudiantes de ingeniería mecánica.
**Docente de planta Dpto. diseño mecánico.
06 de octubre del 2015.
RESUMEN: Se llevó acabo en el laboratorio un proceso experimental para determinar el tamaño de grano de algunos aceros, relacionándolas con sus propiedades mecánicas. Se empleó los tipos de aceros: 1018, 1045 y 1095, con diferentes tratamientos térmicos. Se empleó dos métodos para la determinación del tamaño de grano (Comparación con un patrón de grano, comparación con un medidor de tamaño de grano), con la ayuda de un microscopio metalográfico (100 aumentos). El tamaño de grano depende del tratamiento que se le realizó al material.
INTRODUCCIÓNEl tamaño del grano en un determinado material tiene gran importancia ya que determina las propiedades mecánicas de este. El crecimiento del tamaño de grano es provocado por el tratamiento térmico efectuado en el material. Un tamaño de grano pequeño indica una mayor resistencia a la tracción (es la acción de dos fuerzas de direcciones contrarias que tiende a estirar un objeto), mayor dureza, poca distorsión en el temple, susceptible al agrietamiento. La solidificación es el cambio de materia que consiste en el cambio de estado líquido a estado sólido debido a la disminución de temperatura o la compresión del material. A medida que esto sucede los átomos están en constante movimiento, chocándose unos con otros perdiendo energía cinética ya que disminuye su velocidad, a medida que transcurre el tiempo, estos átomos van organizándose en núcleos, y los pocos átomos en movimientos se adhieren a estos puesto que no son capaces de
deformarlos con un choque. El tamaño del grano es proporcional al número de núcleos presentes en la superficie.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALSe lleva a cabo el proceso de observación de las muestras acero 1018 (enfriada en agua y en aire), acero 1045 (enfriada en el horno y enfriada en el aire), acero 1095 (enfriada en el horno, enfriada en el aire). Las muestras se atacaron y se evaluaron en su debido momento, dejándolas así listas para la evaluación del tamaño grano. Para tener un control de las muestras, se realiza la figura 1.
Figura 1: Tipos de acero con sus respectivos tratamientos.
Se efectuó a los tres tipos de aceros mostrados en la figura 1, uno de tres métodos posibles para determinar el tamaño del grano en la superficie. Los métodos fueron los siguientes:
1. Comparación con un patrón de grano: Este método se divide en dos, el primero consiste en compararse con un estándar y el segundo consiste en evaluar la muestra con una microfotografía que se encuentra en un visor y se conecta al lente del microscopio. Cada una de las muestras se lleva al microscopio metalográfico y se comparan con los tamaños de granos de la figura 2, del libro
METALLURGY AND METALLURGICAL ENGINEERING SERIES del autor Geroge L. Kehl. En este método se debe tener cuidado con la revisión de la muestra real y la comparación con la del libro, ya que se debe tener retentiva para poder diferenciar las muestras con las del libro. Es el método más conveniente. Para obtener el tamaño del grano se debe tener en cuenta la siguiente expresión:
N=2n−1→Ecuación1; a 100 aumentos. (100x).
Muestra Tipo de acero Tratamiento térmico.
3 1018 Enfriada en agua.
2 Enfriada en aire.
6 1045 Enfriada en el horno.
7 Enfriada en el aire.
11 1095 Enfriada en horno.
12 Enfriada en el aire.
Donde N es el número de granos por pulgada cuadrada (pulg2).Y donde n es el tamaño de grano austenítico.
Figura 2: Tamaño de grano de 1 a 8 según ASTM E112.
De la figura 2 se puede deducir lo siguiente: Es grano grueso cuando, n<5, con
un diámetro de grano de 62 micras.
Es grano fino cuando, n>7, con un diámetro de grano de 32 micras.
2. Método planimétrico : Este método es el más antiguo para medir el tamaño de grano de los metales. Consiste de un círculo con un área de 5000 mm2 extendido sobre una microfotografía. Posteriormente se cuenta el número de granos dentro del círculo ninterno y el número de granos que intersectan el círculo n interceptan. El proceso es tedioso ya que se debe enumerar cada grano contado.
Luego de contar los granos internos y los que se intersectan con el borde se recurre a la ecuación:
N A=f∗(ninterno+ nintersectado2 )N A Granos por mm2.
f Múltiplo de Jeffries= 0.0002 M2
(para un área 5000mm2)
La magnificación (M) está a 100x, en dado caso de cambiar de aumento se debe corregir este valor con la ecuación:
Q=6.64∗log( M100 )3. Método de intercepción: Es más
rápido que el método anterior. Involucra el conteo de los granos interceptados por una línea de ensayo o por el número de
n interno
ninterno
n intersectan
ninterno
intercepciones de la línea con los límites de grano. Luego de realizar el conteo, se
utiliza la ecuación para calcular:
Ni Granos interceptados.
N l=N i
L/M→N úmero de granosmm
n=6.643856∗log(N l) Tamaño de
grano.
Cada uno de los aceros posee características químicas y características térmicas la cual los hacen diferentes entre sí.
Composición química
Acero C(%) Mn(%) Si(%) P(%) S(%) Fe(%)1018 0.15 a 0.2 0.6 a 0.9 N/A 0.04 0.05 Balance
Tratamiento térmico (°C)Normalizado Recocido
para bajar dureza
Recocido para regenerar
Templado Revenido Puntos críticos Ac1
Puntos críticos Ac3
1100 a 1250 650 a 890En aire.
850 a 890En horno.
925 150 a 250 724 840
Composición química
Acero C(%) Mn(%) Si(%) P(%) S(%) Fe(%)1045 0.43 a 0.5 0.6 a 0.9 N/A 0.04 0.05 Balance
900 a 1100 790 a 830 790 a 655 780 a 800 en aceite.
200 a 340
El tratamiento térmico es el conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento que se le realizan a un metal o aleación en estado sólido con el objetivo de mejorar sus propiedades mecánicas.
El equipo utilizado para medir el tamaño de grano consta de un microscopio metalográfico. Otros instrumentos empleados para la determinación de tamaños de granos son los software; tales como:
1. Software para el análisis de la imagen metalúrgica MIAS 4.0: Elaborado por Quealitech systems de la India. Tiene un módulo para medir el tamaño de grano con la norma ASTM E112.
2. Dewinter metalúrgico: Elaborado por Dewinter Optical INC de la India. Elaborado para operadores no experimentados. Determina el tamaño del grano a partir de la norma ASTM E112.
Estos software resultan ser comercialmente muy costosos. Esta falencia ocasiona que los estudios no se puedan realizar con exactitud y se procede a trabajar con los métodos convencionales ya que de una manera digital es casi que imposible (económicamente).La fuerza de cohesión o fuerza intermolecular, es aquella fuerza que mantiene a los átomos unidos entre sí y forman moléculas. Están unidas mediante un enlace químico. Conocida también como fuerzas de Van der Waals, estos enlaces presenta átomos neutros. Esta fuerza es muy grande cuando la materia está en estado sólido; los átomos andan en una organización cristalina que se les es imposible moverse. Gracias a esto, su estructura es rígida y presenta formas y volúmenes definidos. Se llama una temperatura de equicohesión cuando en los bordes de los granos tienden hacer más fuertes a bajas temperaturas.
Figura 3. Temperatura de equicohesión
La temperatura de equicohesión es el equilibrio entre la resistencia del borde de grano y la resistencia del grano. Para tamaños de grano fino (n>7) la intensidad de cohesión es mayor que para granos gruesos (n<5). A medida que la temperatura aumenta la energía cinética de las partículas aumenta lo que ocasiona disminución de las fuerzas de cohesión o fuerzas intermoleculares.
RESULTADOS
Cada una de las muestras de la figura 1, se le realizó dos métodos para determinar el tamaño de grano.
El tamaño de grano de una pieza está determina por la relación entre rapidez de crecimiento de (n) de la ecuación 1 y la rapidez de nucleación (N). Si el número de núcleos formados es alto se producirá un material de grano fino (n>7) por el contrario si sólo se forman pocos núcleos se formará un material de grano grueso. La rapidez de enfriamiento es el factor más importante para determinar el tamaño de grano ya que si se enfría rápidamente se obtiene un gran número de núcleos, caso contrario, si se enfría lentamente se obtiene alguna formación de núcleos. Los materiales de grano fino muestran mejor tenacidad, son más duros y fuertes que los materiales de grano grueso. Para medir el tamaño de grano se deben seguir los recomendados por el ASTM: Método de comparación (con el manual, con una microfotografía), método de intercepción y método planimétrico. La fuerza de cohesión es una atracción entre moléculas dentro de una única fase. La temperatura de equicohesión es el punto donde la temperatura del borde de grano y la
temperatura del grano son iguales. Las propiedades mecánicas dependen del tamaño de grano. El método más eficaz para evaluar el tamaño de grano es el método de comparación. Existe métodos más exactos para determinar el tamaño del grano, estos métodos son empleando software, por sus altos costos los hace casi que imposibles trabajar con ellos. Al medir experimentalmente el tamaño de grano, se debe tener en cuenta el aumento.
Si se quiere ver la escala a tamaño real, las tablas de conversiones de multiplican por 10000 y dará como consecuencia el tamaño 1:1.
1 mm
1 mm
1 pulga
1pulg
AGRADECIMIENTOS
Al Ingeniero Ismael García por brindarnos respaldo y apoyo en las investigaciones. A la Universidad Francisco de Paula Santander por
facilitarnos sus instalaciones para realizar el presente trabajo.
BIBLIOGRAFÍA
1. Sydney H. Ávner. INTRODUCCION A LA METALURGIA FISICA. Segunda edición. Madrid-España. McGRAW-HILL. 1996.
2. METALOGRAFIA. [En línea]. Consulta (29-09-2015). Disponible en http://www.monografias.com/trabajos67/metalografia/metalografia.shtml
3. SOLIDIFICACION. [En línea]. Consulta (29-09-2015). Disponible en https://es.wikipedia.org/wiki/Solidificaci%C3%B3n
4. MEDIDA DEL TAMAÑO DE GRANO. [En línea]. Consulta (29-09-2015). Disponible en https://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica4/grano.htm
5. INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE GRANO EN LAS PROPIEDADES MECANICAS DE LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS. [En línea]. Consulta (30-09-2015). Disponible en file:///C:/Users/USER/Downloads/1000-1018-1-PB.pdf
6. PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES. [En línea]. Consulta (30-09-2015). Disponible en https://ingenierosenapuros.files.wordpress.com/2012/02/2012-02-22-capitulo-3-propiedades-mecanicas.pdf
7. METODOS PARA DETERMINAR EL TAMAÑO DE GRANO. [En línea]. Consulta (30-09-2015). Disponible en http://www.mailxmail.com/curso-metalografia/metodos-determinar-tamano-grano
8. CALCULO DEL TAMAÑO DE GRANO. [En línea]. Consulta (30-09-2015). Disponible en http://es.scribd.com/doc/112509140/Calcuo-del-tamano-de-grano#scri
9. METODO ESTANDAR PARA DETERMINAR EL TAMAÑO DE GRANO. [En línea] Consulta (30-09-2015) Disponible en https://es.scribd.com/doc/233286102/ASTM-E112-TAMANO-DE-GRANO-pdf
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