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METALURGIA Y SIDERURGIA PARTE I

ENSAYOS

ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA: METALOGRAFÍA CUANTITATIVA

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METALURGIA Y SIDERURGIA PARTE I ENSAYOS 1.2 ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA: METALOGRAFÍA CUANTITATIVA

EL TAMAÑO DE GRANO La determinación del tamaño de grano de los materiales policristalinos es, probablemente, la medida metalográfica más importante debido a la influencia del tamaño de grano en las propiedades y el comportamiento del material El volumen medio de los cristales, es decir, el tamaño de los granos de un material metálico, puede caracterizarse por diferentes parámetros convencionales deducidos de la observación de la sección de un corte plano del material especialmente preparada para revelar los contornos de la sección de los cristales por el plano de corte En efecto, el problema de determinar el tamaño de granos tridimensionales sobre la base de medidas en un plano siempre ha sido una tarea compleja para los metalurgistas, pues el tamaño planar promedio no indica nada sobre el volumen de los granos presentes en el material, aunque es un valor de cierta utilidad En cualquier caso, estos métodos puramente geométricos de determinación del tamaño de grano tienen la ventaja de ser absolutamente independientes del metal o la aleación considerada

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TÉRMINOS, DEFINICIONES, SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS Los siguientes términos y definiciones de aplicación a la hora de calcular el tamaño de grano de un producto metálico, están incluidos en la Norma UNE – EN ISO 643 “Determinación micrográfica del tamaño de grano aparente” Grano: Forma poligonal cerrada con lados más o menos curvos, que pueden ser revelados sobre un corte plano de la muestra, pulida y preparada para el examen micrográfico Número de granos por unidad de área de la superficie de la probeta, m (la unidad de área estándar es el mm2) Área media del grano, a (en

mm2):

1 a= m

Diámetro medio del grano, d (en mm):

d= a=

1 m 3

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CARACTERIZACIÓN DEL TAMAÑO DE GRANO MEDIANTE UN ÍNDICE (I) Índice: Número adimensional G positivo, cero o eventualmente negativo, que se determina a partir del número medio m de granos contados en 1 mm2 de sección de la probeta (1x) Por definición, G = 1 para m = 16, estando los restantes índices dados por la fórmula

m = 8 × 2G Esta fórmula puede expresarse en las formas alternativas

G=

logm −3 log2

logm G= −3 0.301

G = −3 + 3.3219 logm

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CARACTERIZACIÓN DEL TAMAÑO DE GRANO MEDIANTE UN ÍNDICE (II) La determinación del índice G precisa de la evaluación previa del tamaño de grano, para lo cual están disponibles distintos métodos

Método de evaluación por conteo (planimétrico) Se traza o superpone un círculo que mide 79.8 mm de diámetro (5000 mm2 de superficie) sobre una micrografía realizada a un aumento lineal g tal que el número de granos mínimo contenido en la superficie circular sea de 50 La superficie de muestra correspondiente al área de este círculo es

S=

5000 2

(S = 0.5 mm2 para g = 100)

g n1 = número de granos dentro del círculo n2 = número de granos intersectados por el círculo

n1 = 28 n2 = 24 5

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CARACTERIZACIÓN DEL TAMAÑO DE GRANO MEDIANTE UN ÍNDICE (III) Si n2 es un número impar, se redondea al entero inmediatamente superior El número total de granos ng en el círculo trazado es entonces (ng = 40 en el ejemplo de la figura, pues n1 = 28 y n2 = 24)

n ng = n1 + 2 2

El número total de granos por milímetro cuadrado, m, sobre la superficie de la muestra es

m=

ng S

En particular, si g = 100 aumentos

 g2   ⋅ ng ⇒ m=   5000    m = 2n100

Una vez determinado el parámetro m, el cálculo del diámetro medio del grano (d) y del índice de tamaño de grano (G), son inmediatos a partir de la formulación dada

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Método de evaluación por comparación con imágenes tipo El principio del método consiste en comparar la imagen dada por el microscopio con una serie de imágenes tipo en las que los tamaños de los granos son conocidos Las imágenes tipo a un aumento de 100x están numeradas desde 00 a 10 de manera que su número correspondiente sea igual al índice G Se puede determinar entonces la imagen tipo con el tamaño de grano más próximo al de los campos examinados de la muestra, debiendo seleccionarse, al menos, tres campos de manera aleatoria sobre cada muestra Cuando el aumento g de la imagen examinada no es 100x, en este caso el índice G viene dado por

g G = M + 6.64 ⋅ log 100 siendo M el número de la imagen tipo más próxima 7

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Imágenes tipo

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EL NÚMERO DE GRANO ASTM (I) En 1951, la ASTM definió el tamaño de grano mediante un índice G (ASTM), conocido con el nombre de tamaño o número de grano ASTM, que cumplía la relación básica

n = 2G( ASTM ) −1

n = número de granos en una pulgada cuadrada a 100x

Esta relación puede expresarse en la forma alternativa

G( ASTM ) =

logn +1 log 2

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EL NÚMERO DE GRANO ASTM (II) El índice G (ASTM) = 1 corresponde a un número de 15.5 granos por unidad de superficie (mm2)

La ecuación que proporciona los otros índices en función del número de granos m por unidad de superficie (mm2) es

G( ASTM ) = −2.9542 + 3.3219 logm 10

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RELACIONES NUMÉRICAS ENTRE LOS DIVERSOS ÍNDICES El índice ASTM define un tamaño de grano ligeramente mayor que el definido por el procedimiento métrico de la norma europea, pero la diferencia (4.5%) no alcanza la vigésima parte de una unidad de índice Esto es despreciable, teniendo en cuenta que la exactitud en la estimación del tamaño de grano generalmente es como máximo de media unidad, en las condiciones más favorables En efecto, se ha visto anteriormente que

G = −3 + 3.3219 logm La comparación de esta fórmula con la equivalente para el índice de grano ASTM, muestra en efecto que

G( ASTM ) − G = 0.0458

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OTROS PARÁMETROS CUANTIFICABLES Además del tamaño de grano y de los análisis inclusionarios, existen otros muchos parámetros susceptibles de ser caracterizados por técnicas de metalografía cuantitativa, como por ejemplo:  Medida de gradientes estructurales (descarburaciones, espesor de capas, ...)  Fracciones volumétricas de distintas fases  Medida de longitudes (líneas de dislocaciones, ...)  Espaciados (espaciado interlamelar, ...)  Grados de anisotropía  Factores de forma de elementos microestructurales  Tamaño de partículas 12