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1 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS. SU MECANISMO DE FORMACION: Cuando tenemos un metal liquido, que se enfria lentamente, la solidificación comienza en distintos.

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1 1 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.

2 2 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.

3 3 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS. 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.

4 4 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS. ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS 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.

5 5 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS. ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS 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

6 6 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS. ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS 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, (Al 2 O 3 ), 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 solidificación comienza a la misma temperatura. Si tenemos pocas impurezas : granos grandes. Si tenemos muchas impurezas: granos chicos. Grano grueso Grano fino

7 7 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS. ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS 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

8 8 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

9 9 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS 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 recristalizados Granos rotos

10 10 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 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO ΔFv¯ + ΔFs+ + ΔF def.+ = 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.

11 11 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO

12 12 ESTRUCTURAS FORMADAS POR ENFRIAMIENTO INTERMEDIO ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO 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

13 13 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 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO

14 14 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO Enfriamiento incorrectos

15 15 Enfriamientos incorrectos: Quedan vestigios de la deformacion plastica, se observan en el microscopio franjas que atraviesan los granos : se llaman maclas. ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO 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

16 16 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

17 17 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

18 18 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

19 19 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS 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.

20 20 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS 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

21 21 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

22 22 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS ESTRUCTURAS MARTENSITICAS Casos de transformacion sin difusion Alto calentamiento y enfriamiento muy rapido

23 23 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS ESTRUCTURAS MARTENSITICAS La estructura martensitica es muy dura y muy fragil, para disminuir esa fragilidad se hace un tratamiento a baja temperatura llamado revenido

24 24 ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS 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 24

25 25 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.

26 26 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 26


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