ENSAYO DE METALOGRAFIA Y TRATAMIENTO TÉRMICOS

ISIDORO BECERRA SANDOVAL

JHON CARLOS ALFONSO PINTO
DANIEL FELIPE CAICEDO MATEUS
CAMILA ALEJANDRA GRANADOS BAYONA

INFORME DE LABORATORIO

HUBER ANAYA

INGENIERO METALURGICO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA-SANTANDER
LABORATORIO DE MATERIALES
BUCARAMANGA
2019
 INTRODUCCIÓN

Para esta práctica de laboratorio estudiaremos a partir del ensayo de metalografía la

estructura de la probeta de Acero AISI 1010, La metalografía es la que se encarga
de estudiar las características estructurales mediante ciertos procedimientos como
el lijado, pulido, esmerilado, entre otros, se busca revelar la microestructura de este
material y después con ayuda de un microscopio observar dicha estructura donde a
partir de un estudio se puedan determinar características como el tamaño de grano,
distribución de las fases que componen la aleación, micro cavidades y escorias.

Luego se realizará un ensayo de dureza antes del tratamiento térmico y posterior a

este otro ensayo; el tratamiento térmico se hace para mejorar las características del
material, donde a partir de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo
condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad,
presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, se busca mejorar sus
propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad.
 OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar un estudio metalográfico de una probeta de acero donde se pueda analizar

y seleccionar un tratamiento térmico adecuado para mejorar las propiedades del
acero AISI 1010, posteriormente comparar las propiedades obtenidas con las
realizadas antes de la aplicación del tratamiento térmico.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

● Realizar proceso de lijado empezando en la lija 150 y terminando en la 1200

posteriormente se pasa por un paño para eliminar las rayas producidas en la
operación de lijado.
● Analizar la microestructura (estudio de metalografía) del material con ayuda
de un microscopio.
● Realizar una prueba de dureza Rockwell antes y después del tratamiento
térmico para posteriormente compararlas y así observa lo que sucedió con la
dureza del material.
● Identificar el tipo de tratamiento térmico más adecuado para la probeta,
acorde con las propiedades que se busca obtener.
● Realizar el tratamiento térmico escogido.
● Registrar datos donde se puede comparar la mejora en las propiedades del
material después del tratamiento térmico y donde se pueda evidenciar el
cambio en la estructura metalográfica.
 METODOLOGÍA

Materiales e implementos usados durante la práctica:

● Probeta de acero AISI 1010.
● Lijas de distinto tipo de grano; 150, 220, 320, 400, 600, 1050, 1500
● Un cuadro de vidrio para que el pulido no se viera afectado por una superficie.
●Grasa para impedir que se oxide la probeta.
● Alcohol etílico.
● Alúmina (óxido de aluminio).
● Paño para pulir.
● Microscopio.
● Durómetro.
●Horno para tratamiento térmico.
● Agua.

PROCEDIMIENTO

1.Extracción de la muestra .

Imagen. de la herramienta de corte.

2. Desbaste:
El desbaste se puede realizar a mano o con desbastadoras mecánicas. Para el caso
de desbaste manual el papel abrasivo se coloca sobre una placa plana y limpia y se
mueve la probeta longitudinalmente de un lado a otro del papel aplicando una
presión suave; se debe mantener la misma la dirección para que todas las rayas
sean paralelas. Durante la operación se debe dejar que una corriente de agua limpie
los pequeños desprendimientos de material y a su vez lubrique y refrigere la zona
devastada.

Imagen 1. proceso de lijado. Imagen 2. lija 150. Imagen 3. lija 220.

​ Imagen 4. lija 320. Imagen 5. lija 400. Imagen 6. lija 600.

3. Luego se procede a un lijado más fino con la lija 1200.

Imagen 7. lija 1200.

4.Proceso de desengrase y limpieza con alcohol.

Imagen 8. Secado
5. Pulido:
El pulido tiene por objeto eliminar las rayas finas producidas en el desbaste final y
producir una superficie con características especulares. Esta operación por lo
general se realiza en forma mecánica y se utiliza un paño impregnado con partículas
de algún abrasivo en solución acuosa.
En nuestro caso se uso como abrasivo alúmina de 0.5 y 1 micra, el proceso fue de
forma mecánica, mediante una plataforma giratoria que ya tenía el paño asegurado
en la superficie sobre la cual se le hizo presión con la probeta.

Imagen 9. Operación de pulido con alúmina.

6. Ataque químico:
Para el procedimiento se coloca el ácido en un cristal y se procede con ayuda del
encargado del laboratorio a ubicar la cara ya previamente lijada, pulida y además sin
ninguna imperfección por al menos dos segundos y no más de 5 segundos.
En nuestro laboratorio usamos para el ataque químico el nital, que es de los
reactivos más usados en este proceso.

Imagen10. proceso de ataque químico.

7. Luego en el microscopio se observó la probeta con resoluciones de 100x, 500x y
1000x.

Imagen 11. ajuste del microscopio.

8. Se procede a realizar el ensayo de dureza de la probeta.

Imagen 12. Durómetro.

9. Se toma la medición de cinco puntos en la probeta para determinar el promedio
de la dureza.

I​ magen 13. Toma de la medida de dureza.

De los ensayos de dureza Rockwell A pudimos obtener los siguientes datos:
10.Proceso de tratamiento térmico: Después de investigar qué tratamientos térmicos
comúnmente se aplican a este acero (AISI 1010) se le debe aplicar un proceso de
templado a una temperatura de 850°C.

Imagen 14. Horno

11. Introducir la probeta en el horno y dejarla allí por aproximadamente 1 hora.

Imagen 15. La probeta entra al horno.

12. Al sacar la probeta del horno esta se coloca en agua a temperatura ambiente
durante 30 segundos aproximadamente, donde se fue agitando con el fin de que se
enfriara uniformemente toda la pieza y también para evitar que se formen burbujas
que pueden dañar el tratamiento térmico.
 Imagen 16. Proceso de enfriamiento de la probeta.

Imagen 17. Probeta después del tratamiento térmico

13. Luego de pasar por el proceso térmico es necesario realizar nuevamente el
proceso de lijado.

Imagen 18. lija 150 Imagen 19. lija 220 Imagen 20. lija 350

Imagen 21. lija 400 Imagen 22. lija 600 Imagen 23. lija 1200
14.Se pasa otra vez la probeta sobre el paño que tiene alúmina.

Imagen 24. Máquina de pulido con paño.

15. Nuevamente realizamos el secado y el ataque químico para que en el material
se pueda observar su microestructura.

Imagen 25.Imagen de la derecha microestructura la de la izquierda es secado.

16. Se hace el ensayo de dureza posterior al tratamiento térmico.

Imagen 26. Ensayo de dureza en escala rockwell C.

Intentos Dureza en escala Rockwell C

1 24

2 27

3 23

4 22

5 21

promedio 23.4
 ANÁLISIS DE RESULTADOS

ANÁLISIS MICROSCÓPICO

El análisis microscópico podemos identificar la ferrita y perlita presente en la probeta

y por medio de este análisis logramos identificar que esta es de acero AISI 1010.

Primero mediante un estudio bibliográfico de determinación de metalografía de

aceros al carbono basado en el libro ENSAYOS DE METALOGRAFÍA Y
TRATAMIENTOS TÉRMICOS pudimos observar las imágenes y hacer una
comparación entre la cantidad de ferrita y perlita presente para estimar la cantidad
de carbono presente.
En la imagen tomada del microscopio con aumento 1000x se puede identificar
claramente la ferrita y la perlita que hay en la muestra, con mayor porcentaje de
ferrita esto nos indica que es un acero de fácil mecanizado y buena solubilidad,
tiene baja dureza (se utiliza para usos convencionales de baja exigencia).
Esta imagen tomada del libro de fundamentos de la ciencia y la ingeniería de los
materiales 4ta edición de william smith.

Imagen . Resolución 100x

Con esta imagen podemos ver una estructura metalográfica con un porcentaje de
ferrita de 68% entre 77% y de perlita de 23% entre 32%.
La ferrita está formada por una solución sólida de inserción de carbono en hierro
alfa. Es el constituyente más blando de los aceros, pero es el más tenaz y maleable.

Imagen . Resolución 500x

Imagen . Resolución 1000x

Cabe resaltar que este es un acero Hipoeutectoide ya que su composición de

carbono es < 0,8 %C.
Conociendo entonces el %C nos dirigimos al diagrama Hierro-Carbono (Fe-C) que
se adjuntará a continuación para sacar las respectivas composiciones de ferrita,
austenita y perlita.
La fase de la ferrita es una fase blanda a comparación de la perlita por lo tanto al
comparar estos dos aceros obtenemos las siguientes conclusiones:
A mayor porcentaje de carbono aumenta el porcentaje de la fase perlita.
Además, también se concluye de la anterior tabla que a mayor porcentaje de
carbono se produce menor ferrita proeutectoide.
ANÁLISIS TRATAMIENTO TÉRMICO

El temple fue el tratamiento térmico elegido para realizarle a la probeta este es una
operación que se realiza calentando a una temperatura por encima del punto de
transformación y enfriando con tal velocidad que se produzca un considerable
aumento de la dureza, superficialmente o hasta el núcleo de la pieza, lo que se debe
en general a la formación de martensita.

Imagen. Como es el proceso de templado y transformación.

Los procesos que ocurren durante el enfriamiento se representan mediante las

curvas características de temple, que grafican la variación de temperatura de las
piezas en función del tiempo. La Fig. X.7 muestra dos curvas típicas: la de la
izquierda reproduce la caída de temperatura en la superficie y la de la derecha,
corresponde al núcleo.
Se producen tres fases, la de recubrimiento de vapor, la de ebullición y la de
convección y conducción, si la temperatura de ebullición del medio de temple está
por debajo de la temperatura de temple de la pieza, como se observa en la Fig. X.8,
para un redondo templado en aceite.
 Imagen . Proceso de enfriamiento.
Se escogió este tratamiento térmico por que podemos endurecer y fortalecer una
aleación de acero. Los metales normalmente constan de metales ferrosos y
aleaciones.

Imagen posterior al tratamiento térmico Resolución 100x

Al analizar la fotografía antes del tratamiento térmico, vemos que hay una diferencia
notable entre estas dos imágenes.

En las siguientes imagenes tambien se puede notar el cambio de la microestructura

con gran magnitud respecto a las imágenes tomadas antes del tratamiento térmico.
Imagen posterior al tratamiento térmico Resolución 200x

Imagen posterior al tratamiento térmico Resolución 1000x

En el análisis y comparación de las fotografías se puede observar un gran cambio
en la microestructura del material, sobre todo en la último par de fotos, pues se
observa como pasa de tener una microestructura austenita en martensita.

Observando las fotos tomadas por el microscopio se observa ese cambio, que es de
hecho una característica del tratamiento térmico del temple pues, al enfriar el
material a una velocidad superior a la crítica de temple, la austenita se transforma
en martensita. Finalmente se hace mención de la dureza de la probeta, esta se
midió en el laboratorio con ayuda de un durómetro Rockwell A, en este informe se
hace una comparación entre los datos obtenidos anteriormente sin el tratamiento de
temple, y los nuevos datos ya con el tratamiento térmico.

ANÁLISIS DE DUREZA
La dureza corresponde al promedio entre 3 valores tomados del durómetro de
ROCKWELL. (Unidades ROCKWELL).

Norma ASTM E18.

Intentos dureza

1 44

2 44

3 45

promedio 44.3

Dureza teórica = 48 ROCKWELL

Con los datos registrados de la dureza de la probeta que es aproximadamente 44.3,

con todos estos datos ya podemos llegar a una idea de qué clase de acero y con
cuál podemos compararlo.
Se puede decir entonces que al ver las imágenes obtenidas del microscopio y
además de la prueba de dureza que nuestro acero se asemeja mucho a un acero
AISI 1010.
Del cual se muestra la microestructura del acero 1010

Tras el temple aplicado a la probeta se obtienen los siguientes resultados de dureza

en la prueba Rockwell C (posteriormente se hace la conversión a Rockwell A para
hacer la comparación):

En el ensayo de dureza podemos apreciar un aumento considerable en la dureza ya

que e el material sin tratar la dureza en Rockwell tipo A tan solo llegó a 43.4 lo que
nos representa un aumento del 43.8% en la dureza de la probeta.
 CONCLUSIONES

- La experiencia demuestra que poco se puede hacer si alguna de las

operaciones previas se realiza deficientemente.
- Si la etapa de preparación no se realiza cuidadosamente es posible que se
obtenga una superficie poco representativa del metal y sus características.
- Se observa como aumenta la dureza de la probeta después del tratamiento
térmico de temple.
- La muestra posee muy pocos óxidos globulares, esto nos indica que la
muestra posee un alto índice de pureza.
- Para la probeta de acero AISI 1010 al ser un acero blando es aconsejable
hacer un procedimiento de endurecimiento, en nuestro caso el temple
Basado en la norma ASTM (E45 – 05).
- Tras identificar el material de la probeta y el proceso térmico a aplicar
logramos notar que fue eficiente ya que representó un aumento considerable
en la dureza Rockwell.
- Se evidencia la importancia y eficiencia de los tratamientos térmicos en los
materiales para lograr las propiedades que requieran para los distintos
trabajos o funciones que cumple.
- Se identificó el acero AISI 1010 como un material blando al cual es necesario
aplicar un proceso térmico para corregir este defecto con las precauciones de
no afectar otras propiedades como la fragilidad.
 BIBLIOGRAFÍA

● William F. Smith, FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE

MATERIALES, Tercera Edición.
● ​Tesis de grado influencia de microestructura sobre las propiedades mecánicas
en varillas de acero. Allauca Pancho Fabián Roberto. Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo. Ecuador 2011.
● ASKELAND, Donald R. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. 3. Ed. United

Stated: Thomson Editorial. 2004.

● Chapter 6. Mechanical Properties of Metals. (2004). Obtenido de Mechanical

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● Materia, T. (August de 2002). Total Materia. Obtenido de Mechanical Properties

of Metals, recuperado de : ​totalmateria.com.

● Galindo y Rodríguez, (2017) ,ANÁLISIS METALOGRÁFICO DE UN ACERO ASTM

A-131 CON TRATAMIENTO DE TEMPLE Y REVENIDO DESDE TEMPERATURAS

INTER CRÍTICAS [Versión de Pdf]. recuperado de :

http://repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/6008/1/GalindoCa%C3%

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● ESTRUCTURAS DEL ACERO ​[Versión de Pdf], recuperado de:

https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/5-
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● TEMPLE Y REVENIDO ​[Versión de Pdf], recuperado de:
https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalog
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● http://4.bp.blogspot.com/_ypQZyFOEyRA/SjKA7ekm8uI/AAAAAAAADbQ/I
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