ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS .
SU MECANISMO DE FORMACION:
Cuando tenemos un metal liquido, que se enfria 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.
Grano
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 mas rápidamente que el resto del material. P.ej. Nital en aceros.
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS .
SU MECANISMO DE FORMACION:
Si pulimos una superficie metálica y la atacamos con un reactivo acido,
los bordes de granos se atacaran mas 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.
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
CLASIFICACION DE LAS DIFERENTES ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS.
a) Estructuras de nucleación y crecimiento ( Regulares e irregulares)
b) Estructuras eutécticas o de coprecipitación.
c) Estructuras martensíticas.
d) Estructuras de compuestos íntermetálicos.
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.
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
Casos en los que se presenta:
a) Metal puro
b) Soluciones sólidas
c) Estructuras de colada
d) Estructuras producidas por deformación plástica
e) Estructuras producidas por recristalizacion y crecimiento
f) Estructuras producidas por recristalizacion alotrópica.
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
Se trata del proceso en el que se forma una fase sólida en el seno de un liquido.
Para que se forme esta fase sólida se necesita que la partículas varíen su energía
La energía de volumen ΔFv, depende del cubo del radio del grano que se esta
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
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
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 oxido 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
Grano fino
solidificación comienza a la misma temperatura.
Si tenemos pocas impurezas : granos grandes.
Si tenemos muchas impurezas: granos chicos.
Grano grueso
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
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.
α
β
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
Estructuras de colada
Las estructuras de colada son aquellas que se forman al enfriarse el metal en forma
arborecente, formando dendritos.
Se enfrian preferentemente en los bordes de los moldes, o en moldes finos.
El enfriamiento se produce muy rapidamente
Dibujo
Fotomicrografia
Dendritos de solucion solida.
Laton α colado
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
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.
Granos
deformados
Granos rotos
Granos
recristalizados
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
• Energia de deformacion:
• La energia necesaria para producir la recristalizacion
• Esta compuesta ademas de las energias de superficie y de
volumen por. una nueva energia llamada de deformacion
ΔFv¯ + ΔFs+ + ΔFdef.+ = ΔFt
Si continuamos calentando los nuevos granos
equiaxiales, estos comenzaran a agrandarse, a
tal punto que que la resistencia a la traccion
disminuye en gran forma.
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
• ESTRUCTURAS FORMADAS POR ENFRIAMIENTO
INTERMEDIO
Granos equiaxiales de solución sólida; ferrita y
eutectoide laminar: perlita. Estructura de acero
SAE1045 en estado de recocido. Estructura en
bandas, los constituyentes se disponen en hileras
Estructura de Widmanstätten. Solución solida
blanca acicular y eutectoide fino. Acero SAE 1045
hipernormalizado. Ferrita acicular y perlita fina.
Grano grande.
Estructura de granos reticulares de solucion sólida
blanca y eutectoide laminar fino. Acero SAE 1045
normalizado. Ferrita reticular y perlita fina no resuelta
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
• ESTRUCTURAS FORMADAS MEDIANTE RECRISTALIZACION
ALOTROPICA
• En el calentamiento de una aleación como en el caso del acero que a
910º pasa de Fe α(cubico a cuerpo centrado) a Fe Υ (gamma) (cúbico
a cara centrada), la recristalizacion se produce sin deformación
plástica previa, esta se llama recristalizacion alotrópica.
• Simplemente se calienta hasta que la estructura α se transforme en
la estructura Υ, luego se enfria lentamente y nuevamente pasa a la
estructura α
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
• Enfriamiento incorrectos
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ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO
• Enfriamientos incorrectos: Quedan vestigios de la
deformacion plastica, se observan en el microscopio
franjas que atraviesan los granos : se llaman maclas.
Las propiedades mecanicas correspondientes a estas
estructuras de granos poligonales, constituyentes de
nucleacion y crecimiento: son de baja dureza, altos
valores de alargamiento ( plasticidad) y poca resistencia
mecanica . A medida que aumenta el soluto baja la
plasticidad y aumenta la resistencia
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS EUTECTICAS 0 DE COPRECIPITACION
Existen aleaciones que en determinadas condiciones de
concentración y temperatura producen una precipitación
conjunta de dos o mas constituyentes métalo gráficos. La
estructura que se obtiene se llama eutectica.
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 concentration se llama EUTECTICA
La temperatura se llama EUTECTICA , ambas son unicas
para esa aleación
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS EUTECTICAS 0 DE COPRECIPITACION
• La cristalización eutectica 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
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS EUTECTICAS 0 DE COPRECIPITACION
Si el eutectico proviene de un liquido la estructura es globular ,
si proviene de un solido puede ser laminar o globular , si es
laminar puede transformarse en globular mediante un
tratamiento termico
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ESTRUCTURAS EUTECTICAS 0 DE COPRECIPITACION
Una aleacion puede estar formada por varios constituyentes
metalograficos. Puede contener granos poligonales de
solucion solida y zonas de eutectico.
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ESTRUCTURAS MARTENSITICAS
• Provienen de tratamientos termicos, de aleaciones que
presentan diferentes alotropicos a distintas temperaturas.
P/e, Fe α – Fe Υ, la recristalizacion puede hacerse sin
deformacion plastica.
• En esta recristalizacion intervienen dos mecanismos:
• La transposicion de la estructura cristalografica y la difusion.
• La transposicion cristalografica, es muy rapida, se produce
cuando la estructura alcanza la alta temperatura adecuada y
se homogeiniza , entonces la estructura α pasa a ser Υ.
• Si el enfriamiento es muy lento entonces, los atomos del
soluto tienen tiempo para difundir y tomar la configuracion
de equilibrio. El mecanismo se llama difusion
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS MARTENSITICAS
• Si en cambio el enfriamiento es rapido, la transformacion
se cumple, pero la difusion, que es lenta, no alcanza a
producirse, entonces la estructura que resulta es una red
distorsionada e inestable. El tratamiento termico que se
produce se llama transformacion martensitica, y la
estructura resultante es martensita.
• La martensita es una transformacion sin difusion
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS MARTENSITICAS
Casos de transformacion sin difusion
Alto calentamiento y enfriamiento muy rapido
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ESTRUCTURAS MARTENSITICAS
La estructura martensitica es muy dura y muy fragil, para
disminuir esa fragilidad se hace un tratamiento a baja
temperatura llamado revenido
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ESTRUCTURAS DE COMPUESTOS INTERMETALICOS
• Son compuestos quimicos de gran dureza y resistencia
a la abrasion, corresponden a los componentes que
presentan el punto de fusion mas alto.
• Cuando provienen de un liquido se presentan en forma
de agujas o placas muy duras con interfases de poca
cohesion, con el resto del material. Las aleaciones que
las contienen son fragiles, duras y dificiles de maquinar
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS DE COMPUESTOS INTERMETALICOS
• Cuando se originan en la aleacion ya solidificada se
ubican en los bordes de grano formando redes de
fragilidad.
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ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS
ESTRUCTURAS DE COMPUESTOS INTERMETALICOS
• Si se logra su precipitacion en forma de cristales
aislados de pequeño volumen pueden usarse como
elementos resistentes a la abrasion o cortantes
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Diapositiva 1 - Ciencia de los Materiales