Estudio Microestructural por Microscopia Óptica con Técnicas de Metalografía a Color en un Pistón de una Moto AKT XM 200

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(1)ESTUDIO MICROESTRUCTURAL POR MICROSCOPIA ÓPTICA CON TÉCNICAS DE METALOGRAFÍA A COLOR EN UN PISTÓN DE UNA MOTO AKT XM 200. Daniel Ricardo Reigoza Gómez. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN MECÁNICA BOGOTÁ 2017.

(2) ESTUDIO MICROESTRUCTURAL POR MICROSCOPIA ÓPTICA CON TÉCNICAS DE METALOGRAFÍA A COLOR EN UN PISTÓN DE UNA MOTO AKT XM 200. Daniel Ricardo Reigoza Gómez. Tesis para optar al título de tecnólogo mecánico. MsC Luis Hernando Correa Murillo. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN MECÁNICA BOGOTÁ 2017.

(3) CONTENIDO RESUMEN. 1. INTRODUCCIÓN. 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 2. JUSTIFICACIÓN. 3. OBJETIVOS. 4. General. 4. Específicos. 4. I. CONCEPTOS BÁSICOS. 5. METALOGRAFÍA. 5. Metalografía a color ALUMINIO. 7 7. Aleaciones de aluminio. 8. Aleaciones de aluminio por fundición. 9. Aleaciones de aluminio de la serie 3xx.x. 10. FUNDAMENTOS DE SOLIDIFICACIÓN. 11. TRATAMIENTO TERMICO. 12. Temple. 12. Envejecido. 12. MICRODUREZA VICKERS. 13. II. PREPARACION DE LAS MUESTRAS METALOGRAFICAS. 14. OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE PROBETAS. 15. Análisis químico del material. 15. Tratamientos térmicos. 16. Preparación metalografica. 17. Ataque químico. 18. III. OBTENCIÓN DE IMÁGENES Y ANÁLISIS METALOGRAFICO. 19. Probeta sin tratar térmicamente atacada con el reactivo HF al 5% durante 15 segundos.. 21.

(4) Probeta sin tratar térmicamente atacada con el reactivo a color durante 30 segundos. 25. Comparación de las dos técnicas de ataque, HF al 5% y reactivo a color.. 28. Probeta templada en agua atacada con el reactivo a color durante 30 segundos. 29. Comparación de la probeta sin tratar con la templada en agua atacadas con el reactivo a color durante 30 segundos. 32. Probeta tratada térmicamente + envejecimiento atacada con el reactivo a color durante 30 segundos. 33. Comparación de la probeta templada en agua y la templada en agua + envejecimiento atacadas con el reactivo a color durante 30 segundos. 36. Probeta que a pasado por un recocido atacada con el reactivo a color durante 30 segundos. 37. Comparación microestructural de la probeta sin tratar y a la que se le ha efectuado un recocido. 40. IV. MICRODUREZA VICKERS. 41. Probetas sin tratar térmicamente. 41. Probeta templada en agua. 42. Probeta templada en agua y envejecida. 42. Probeta recocida. 42. V. CONCLUSIONES. 45. VI. RECOMENDACIONES. 46. REFERENCIAS. 47.

(5) LISTA DE TABLAS Tabla 1: Clasificación de las aleaciones de aluminio por laminado y por fundición. 9. Tabla 2: Composición química de algunas aleaciones de aluminio por fundición. 10. Tabla 3: Composición química (%) del material. 15. Tabla 4: Fases comunes en aleaciones de aluminio.. 19. Tabla 5: Forma y coloración que presentan algunas fases del aluminio 1.. 20. Tabla 6: Forma y coloración que presentan algunas fases del aluminio 2.. 20. Tabla 7: Composición química en % de la fase Al-Ni-Si-Mg-Cu presente en la probeta atacada con HF al 5%. 23. Tabla 8: Composición química en % de la fase Al-Ni-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con HF al 5%. 23. Tabla 9: Composición química en % de la fase Al-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con HF al 5%. 23. Tabla 10: Composición química de la matriz de la probeta atacada con HF al 5%. 24. Tabla 11: Composición química en % de la fase Al-Ni-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con el reactivo a color. 27. Tabla 12: Composición química en % de la fase Al-Mg-Si-Fe-Ni presente en la probeta atacada con el reactivo a color. 27. Tabla 13: Composición química en % de la matriz en la probeta atacada con el reactivo a color. 27. Tabla 14: Composición química en % de la fase Al-Si presente en la probeta templada en agua. 31. Tabla 15: Composición química en % de la fase Al-Ni-Fe-Si presente en la probeta templada en agua y envejecida. 35. Tabla 16: Composición química en % de la fase Al-Si-Mg-Cu-Ni presente en la probeta templada en agua y envejecida. 35. Tabla 17: Composición química en % de la fase Al-Si presente en la probeta templada en agua y envejecida. 36.

(6) Tabla 18: Composición química en % de la fase Al-Ni-Fe-Si presente en la probeta recocida. 39. Tabla 19: Composición química en % del silicio presente en la probeta recocida. 39. Tabla 20: Composición química en % de un compuesto intermetalico presente en la probeta recocida. 39.

(7) LISTA DE FIGURAS Figura 1: Diagrama esquemático que ilustra cómo la luz es reflejada en la superficie de un metal pulido y atacado.. 6. Figura 2 Efecto del ataque de una superficie pulida sobre la microestructura observada en el microscopio óptico.. 6. Figura 3: Diagrama Al-Si y microestructuras a diferentes composiciones.. 10. Figura 4: Solubilidad de los aleantes más comunes en el aluminio. 11. Figura 5: Etapas de la solidificación de metales. 11. Figura 6: Diagrama de temple y envejecido natural.. 12. Figura 7: Diagrama de envejecimiento del aluminio.. 13. Figura 8: Geometría de un indentador vickers.. 13. Figura 9: Esquema de la huella dejada el indentador en la dureza vicker. 13. Figura 10: Ecuación para obtener la dureza vickers.. 14. Figura 11: Sección transversal del pistón de moto y probeta obtenida.. 14. Figura 12: Diagrama Al-Si con microestructuras encontradas con relación al porcentaje de silicio.. 15. Figura 13: Diagrama Al-SI. 16. Figura 14: Porosidades en probetas tratadas térmicamente.. 17. Figura 15: Probeta encapsulada y con acabado brillo espejo.. 17. Figura 16: Diferencia entre ataques con HF al 5% y el reactivo a color.. 18. Figura 17: Microestructura a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta atacada con HF al 5%. 21. Figura 18: Microestructura a 500 y 1000 aumentos de la probeta atacada con HF al 5%.. 21. Figura 19: Microestructura por SEM a 200 aumentos de la probeta atacada con HF al 5% por SE y BSE. 22. Figura 20: Microestructura por SEM a 1600 aumentos de la probeta atacada con HF al 5% por (a) SE y (b) BSE. 22. Figura 21: Microestructura a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta atacada con el reactivo a color. 24.

(8) Figura 22: Microestructura a 500 y 1000 aumentos de la probeta atacada con el reactivo a color. 24. Figura 23: Microestructura a 200 aumentos por SEM de la probeta atacada con el reactivo a color por SE y BSE. 25. Figura 24: Microestructura a 1600 aumentos por SEM de la probeta atacada con el reactivo a color por SE y BSE. 26. Figura 25: Microestructura a 3000 aumentos por SEM de la probeta atacada con el reactivo a color por SE y BSE. 26. Figura 26: Comparación microestructural del material sin tratamiento térmico atacadas con HF al 5% y el reactivo a color. 28. Figura 27: Comparación de las microestructuras obtenidas por SEM de las probetas atacadas con HF al 5% y con el reactivo a color. 29. Figura 28: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta templada en agua, atacada con el reactivo a color. 29. Figura 29: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua atacada con el reactivo a color.. 30. Figura 30: Microestructura por SEM a 800 aumentos por SE de la probeta templada en agua atacada con el reactivo a color.. 31. Figura 31: Microestructuras a 500 y 1000 aumentos de la probeta templada en agua, atacada con el reactivo a color. 31. Figura 32: Comparación de las microestructuras de las probetas sin tratar y tratada térmicamente a 500 aumentos. 32. Figura 33: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color. 33. Figura 34: Microestructuras a 500 y 1000 de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color. 33. Figura 35: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.. 34. Figura 36: Microestructura por SEM a 800 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.. 34.

(9) Figura 37: Microestructura por SEM a 1600 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.. 35. Figura 38: Microestructuras a 500 aumentos de la probeta templada, y la probeta templada y envejecida atacadas con el reactivo a color.. 36. Figura 39: Microestructuras a 1000 aumentos de la probeta templada, y la probeta templada y envejecida atacadas con el reactivo a color.. 37. Figura 40: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta recocida atacada con el reactivo a color.. 37. Figura 41: Microestructura por SEM a 800 aumentos por BSE, de la probeta recocida atacada con el reactivo a color.. 38. Figura 42: Microestructuras a 500 y 1000 aumentos de la probeta recocida, atacada con el reactivo a color. 40. Figuras 43: Comparación de microestructuras a 500 aumentos de la probeta sin tratar y la probeta recocida, atacadas con el reactivo a color. 40. Figura 44: Dureza vickers en las probetas sin tratar térmicamente. 41. Figura 45: Dureza vickers en la probeta templada en agua. 41. Figura 46: Dureza vickers en la probeta templada en agua y envejecida. 42. Figura 47: Dureza vickers en la probeta recocida. 44.

(10) RESUMEN: En el presente trabajo se busca resaltar los beneficios y diferencias entre la metalografía tradicional (blanco-negro) y la metalografía a color. Por lo cual, de un pistón de aluminio usado proveniente de una moto AKT XM 200, se extrajo 5 probetas, 2 se utilizaron para comparar las técnicas de metalografía tradicional (blanco-negro) y metalografía a color. Las 3 restantes fueron tratadas térmicamente y posteriormente analizadas mediante metalografía a color. Se espera que con las imágenes a color se puedan obtener datos e información que no es visible con la metalografía tradicional.. INTRODUCCIÓN El. estudio. metalografico. ha. tenido gran importancia. en. la. industria. metalmecánica debido al permanente estudio y desarrollo de nuevos materiales, que suplen necesidades que otros materiales sencillos no logran. Estos estudios nos muestran características microestructurales de cada material y su influencia en sus propiedades químicas, físicas. y mecánicas, además de los cambios. notables que producen los tratamientos térmicos. Aun que el análisis metalografico abarca un número indefinido de materiales a analizar, nos centraremos en aleaciones de aluminio actualmente muy utilizadas, principalmente por sus propiedades mecánicas respecto a otro tipo de materiales. El procedimiento. y por su baja densidad con en el estudio metalografico. en aleaciones de aluminio, implica la necesidad de disponer de técnicas de caracterización metalograficas que determinen las principales características microestructurales. La investigación de nuevos procedimientos o la aplicación de los ya existentes en aleaciones diferentes, ha dado como resultado la metalografía a color. Se trata de una técnica que, tras el ataque, crea un film superficial que provoca un efecto de color de reflexión. En este proyecto se probara dicha técnica y se hará énfasis en las mejoras o diferencias con respecto a técnicas convencionales..

(11) PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En los estudios metalograficos es de vital importancia seguir un riguroso proceso de preparación de las probetas que van a. ser objeto de estudio. como, la. selección de la muestra, el proceso de mecanizado y acondicionamiento de la superficie de la probeta a ser analizada. Esta superficie estará lista cuando se obtenga una cara completamente plana y una superficie especular, y se procederá al ataque químico. El objetivo de este ataque químico es poner en evidencia la microestructura del metal o aleación. Existen diferentes tipos de reactivos genéricos dependiendo del material que se quiere estudiar, y mediante estudio de microestructura óptica podemos obtener un registro fotográfico en blanco y negro de esta. Y aunque brinda buena información microestructural del material, omite información útil que nos podría ofrecer un estudio metalografico a color..

(12) JUSTIFICACION. La búsqueda de mejorar la calidad de aleaciones nos a conducido a la mejora de las técnicas empleadas para cuantificar dicha calidad, lo que conlleva a la continua mejora en las técnicas de ataque químico en los estudio metalograficos. Las técnicas tradicionales de ataque no permiten un análisis detallado de la evolución microestructural de los mecanismos que rigen la solidificación ni de las fases presentes. Por este motivo se analizara y empleara la metalografía a color en aleaciones de aluminio para así revelar las características microestructurales que los métodos de ataque convencionales a blanco y negro no revelan..

(13) OBJETIVOS General Analizar por microscopia óptica la microestructura de un pistón usado de una moto AKT XM 200 con técnicas de metalografía a color. Específicos  Preparar los reactivos necesarios para efectuar el ataque químico requerido con la técnica de metalografía a color  Realizar un análisis microestructural de aleaciones de. aluminio en un. pistón de moto usado mediante metalografía tradicional y metalografía a color  Identificar las fases presentes en la aleación a estudiar mediante metalografía tradicional y metalografía a color  Efectuar estudio de microdureza de fases y microscopia electrónica de barrido después de aplicar la técnica de metalografía a color  Comparar las técnicas de metalografía tradicional y metalografía a color con los resultados obtenidos . Determinar las cualidades de la metalografía a color con respecto a la metalografía tradicional (blanco-negro).

(14) I. CONCEPTOS BÁSICOS METALOGRAFIA Las técnicas de metalografía óptica se emplean para estudiar las características y constitución interna de los materiales a escala micrométrica (nivel de aumento de alrededor de 2000X). Mediante la aplicación de las técnicas de metalografía óptica puede extraerse información cualitativa y cuantitativa en relación con el tamaño de los granos, los límites de grano, la existencia de diversas fases, daño interno y algunos defectos. En esta técnica, la superficie de una pequeña muestra de material, generalmente un metal, se prepara primero mediante un procedimiento un tanto prolongado. [1] El proceso de preparación incluye numerosas etapas de desbaste de la superficie que quitan grandes rayones. La etapa de desbaste es seguida por varias etapas de pulido que quitan los rayones finos obtenidos durante la etapa de desbaste. La superficie debe quedar en una calidad optima ya que es muy importante para el resultado del proceso y, en términos generales, debe producirse al final de la etapa de pulido una superficie como de espejo sin rayones. Estos pasos son necesarios para minimizar el contraste topográfico. La superficie pulida se expone entonces a un ataque químico. La elección del reactivo atacante y el tiempo de exposición (el periodo en que la muestra permanecerá en contacto con el activo de ataque) son dos factores fundamentales que dependen del material concreto que se esté estudiando. [2] El principio detrás del análisis microestructural se basa en el ataque químico, los átomos en el límite de grano serán atacados mucho más rápidamente por el reactivo que los átomos que están dentro del grano. Ello se debe a que los átomos que están en el límite de grano poseen un mayor estado de energía dado su ordenamiento menos eficiente. Como resultado, el reactivo de ataque produce diminutas cavidades a lo largo de los límites de los granos. La muestra preparada se examina a continuación con un microscopio metalúrgico (microscopio invertido).

(15) que se basa en la luz visible incidente. En la figura 1 se muestra la representación esquemática de un microscopio metalúrgico.. Figura 1 Diagrama esquemático que ilustra cómo la luz es reflejada en la superficie de un metal pulido y atacado.. Cuando se exponen a la luz incidente en un microscopio óptico, estas cavidades no reflejan la luz tan intensamente como el resto del material granulado. Debido a la menor reflexión de luz, las diminutas cavidades aparecen como líneas oscuras, revelando así los límites del grano, como se observa en la figura 2.. Figura 2 Efecto del ataque de una superficie pulida de una muestra de acero sobre la microestructura observada en el microscopio óptico..

(16) En (a) se observa que en la muestra pulida no se contempla la microestructura característica. En (b), después del ataque de un acero muy bajo en carbono, solamente se han atacado de manera importante los límites de grano y aparecen como líneas oscuras en la microestructura óptica. En (c), luego del ataque de una muestra pulida de un acero medio en carbono, en la microestructura se observan dos regiones, una oscura (perlita) y otra clara (ferrita). La perlita oscura ha sido más fuertemente atacada por el reactivo y por lo tanto no refleja mucha luz. Además, las impurezas, las otras fases existentes y los defectos internos reaccionan de manera distinta al reactivo de ataque y se revelan en fotomicrografías tomadas de la superficie de la muestra. En general, esta técnica brinda una gran cantidad de información cuantitativa sobre el material. [3]. Metalografía a color La continua búsqueda de. mejorar la calidad de aleaciones ha llevado a la. optimización de las técnicas metalograficas. Este es el caso de la metalografía a color, nos permite obtener datos e información microestructurales, las cuales no podríamos observar con la metalografía tradicional.. ALUMINIO Metal de color y brillo similares a los de la plata, ligero y dúctil, buen conductor del calor y de la electricidad y resistente a la oxidación. Se combina fácilmente con casi todos los metales, a excepción del plomo, y forma con ellos sales. El aluminio pulimentado refleja más allá del espectro visible en ambas direcciones, y no es corroído por el agua del mar. Es uno de los metales más abundantes de la corteza de la Tierra, pero no se encuentra puro, si no en muchas especies minerales (bauxita, corindón, esmerilo, etc.). La materia prima para la obtención del aluminio es la bauxita, previamente purificada en un horno rotatorio. El metal se obtiene por electrólisis en un baño de bauxita fundida, a la que se agrega criolita. [4].

(17) El aluminio a toma gran importancia en la industria debido a sus características no solo mecánicas sino químicas, buena resistencia, es un excelente conductor eléctrico y térmico, tiene una excelente trabajabilidad, lo que lo hace ideal para algunos procesos industriales como la forja, fundición, extrusión , laminado, etc. Es resistente a la corrosión y su densidad es prácticamente un tercio a la del acero. Estas características lo hacen un material ideal en ámbitos estructurales, automovilísticos y aeronáuticos. [5]. Aleaciones de aluminio Se distingue entre aleaciones de aluminio para moldeo y aleaciones de aluminio para forja. Las aleaciones de aluminio para moldeo se diseñan para una adecuada colada del metal líquido en moldes que reproducen, directamente, la forma de la pieza. Con ellas se pueden fabricar piezas de forma compleja. El inconveniente del proceso de moldeo es las imperfecciones microestructurales como poros, cavidades de contracción, rechupes, segregación, etc. En las aleaciones de aluminio para forja la colada se realiza en lingotes que, posteriormente, son deformados, por ejemplo por laminación o extrusión, obteniéndose distintos semiproductos como chapas, planchas, barras, alambre, etc. Estas aleaciones presentan mayor calidad que las de moldeo, por poseer menos defectos. Son las utilizadas mayoritariamente para aplicaciones estructurales.[6] Aunque siempre encontraremos impurezas como el hierro y el silicio en el aluminio, también se utilizan aleantes para mejor sus características como cobre, hierro, magnesio, manganeso, níquel, silicio estaño, titanio y zinc. [7] Las aleaciones de aluminio se clasifican en dos grupos dependiendo del proceso de fabricación: aluminios laminados o por forja y fundiciones de aluminio. Las primeras son designadas mediante un sistema de 4 dígitos regulado por la norma H35.1 de la ANSI (American Nacional Standard Institute) y las segundas reguladas por la norma ASTM B275. [8] Estas clasificaciones se pueden ver en la siguiente tabla..

(18) Tabla 1: Clasificación de las aleaciones de aluminio por laminado y por fundición.. El primer número indica el principal aleante, el segundo digito indica modificaciones realizadas sobre la aleación original o limites de pureza y los dos últimos identifican la aleación de aluminio o indica la impureza. Las aleaciones por fundición son identifican con un punto decimal antes del último digito como se observa en la tabla 1.. Aleaciones de aluminio por fundición Estas aleaciones contienen un porcentaje muy alto de silicio comparado con las aleaciones por forja, con un porcentaje del 4 a 12 % se producen piezas con diseños muy complejos, permitiendo un aumento de la fluidez y disminución de la formación de grietas. Las aleaciones con un porcentaje menor al 12% de silicio se denominan hipoeutecticas, las de porcentaje cercano al 12% se denominan eutecticas y las que poseen un porcentaje mayor al 12% de silicio se denominan hipereutecticas.. En. el. diagrama. de. Al-Si. siguiente. veremos. algunas. microestructuras de diferentes composiciones. La fase continua o matriz es una solución de aluminio con 1% de silicio y se presentan partículas de silicio aparentemente puras. [9].

(19) Figura 3: Diagrama Al-Si y microestructuras a diferentes composiciones.. Aleaciones de aluminio de la serie 3xx.x En la serie 3xx.x de aluminio fundido, el principal aleante es el silicio con adiciones de cobre y/o magnesio. Este tipo de aleación funde con facilidad lo que es conveniente para la fabricación de piezas con diseños complejos, tiene una buen maquinabilidad y características mecánicas más altas que otras aleaciones, pero no tiene la misma resistencia a la corrosión y a los agentes químicos que otros grupos. [10] A continuación se muestra una tabla de composición química de algunas aleaciones de aluminio de fundición.. Tabla 2: Composición química de algunas aleaciones de aluminio por fundición..

(20) FUNDAMENTOS DE LA SOLIDIFICACIÓN La solidificación en un material o aleación puede ser dividida en dos etapas, la formación de núcleos y el crecimiento de estos. En el líquido fundido, cuando se enfría lo suficiente por debajo de su temperatura de solidificación, se crean núcleos debido al movimiento lento de los átomos que comienzan a aglomerarse. La nucleación también se divide en dos, nucleación homogénea que se presenta en materiales puros donde este mismo provee los átomos para la formación de núcleos, y la nucleación heterogénea que ocurre sobre la superficie. del. contenedor que contiene el liquido y sobre las impurezas insolubles.. Figura 4: Solubilidad de los aleantes más comunes en el aluminio.. Estos núcleos al adquirir cierto tamaño son denominados cristales, y estos al seguir creciendo se unen para formar los granos y limites de granos.. Figura 5: Etapas de la solidificación de metales a) formación de núcleos, b) formación de cristales por crecimiento de núcleos y c) formación de granos y límites de grano por crecimiento de cristales. [11].

(21) TRATAMIENTO TÉRMICO Un tratamiento térmico es la modificación de las propiedades mecánicas y microestructurales de un metal, por medio del aumento y descenso controlados de temperaturas.. Temple El temple consiste en someter el material a altas temperaturas, para luego enfriarlo bruscamente en agua a temperatura ambiente, esto para obtener la dureza deseada. Pero a diferencia de otros materiales, en el aluminio antes del temple, hay que someterlo a una disolución para que disminuya los precipitados presentes en este. Esos precipitados son partículas formadas a partir de los aleantes que contenga la aleación. Luego el material es sometido a un envejecimiento natural para adquirir su máxima dureza. [12]. Figura 6: Diagrama de temple y envejecido natural.. Envejecido El envejecido es un proceso, posterior al temple, para producir precipitados bien distribuidos y con forma controlada. Con el que el material obtiene la resistencia final y la dureza requerida. Se divide en dos tipos, envejecimiento natural y envejecimiento artificial. La primera consiste en exponer el material a temperatura ambiente durante 96 horas, y el segundo consiste en exponer al material a una.

(22) temperatura alrededor de los 120°C durante un tiempo determinado. Esto otorga al aluminio un aumento de resistencia y dureza.. Figura 7: Diagrama de envejecimiento del aluminio.. MICRODUREZA VICKERS La microdureza vickers consiste en aplicar una carga constante durante un tiempo determinado, sobre la superficie de la probeta, con un indentador que es una pirámide de diamante con geometría mostrada en la siguiente figura.. Figura 8: Geometría de un indentador vickers.. Este indentador deja una huella en la superficie de la probeta, de la cual se toman la medida, por medio del microduremetro, de las dos diagonales de la marca.. Figura 9: Esquema de la huella dejada el indentador en la dureza vickers..

(23) Con estos datos y la información de la geometría del indentador, se utiliza la siguiente ecuación para determinar el valor de dureza.. Figura 10: Ecuación para obtener la dureza vickers.. Donde HV es el número de dureza Vickers, P es la carga aplicada (grf o mN), d la diagonal promedio de la huella (µm) y α el ángulo entre caras del indentador (136°). II. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS METALOGRAFICAS Las muestras metalograficas serán tomadas del pistón usado de una moto AKT XM 200. La selección del lugar de donde se obtendrán las muestras y la forma de estas las podemos observar en la siguiente figura.. Figura 11: Sección transversal del pistón de moto y probeta obtenida..

(24) OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS Análisis químico del material Se efectuó un análisis químico para conocer la composición química exacta del material que es mostrada en la Tabla 3. Al. Si. 83,18 11,49. Fe. Mg. Ni. Zn. Cu. Pb. Mn. Cr. Ti. 1,372. 1,035. 0,81. 0,696. 0,475. 0.288. 0.188. 0.111. 0.106. Tabla 3: Composición química (%) del material. Por medio del análisis químico podemos determinar que esta aleación pertenece a la serie 3xx.x, debido a que el principal elemento de la aleación en esta serie es el silicio y coincide con los porcentajes de composición de esta clase (ver tabla 2). Además, debido al porcentaje. de silicio podemos darnos una idea de la. microestructura que podremos encontrar por medio del diagrama de la figura 12. De este material se extrajeron 5 probetas. De las cuales, 3 serán sometidas a tratamiento térmico.. Figura 12: Diagrama Al-Si con microestructuras encontradas con relación al porcentaje de silicio..

(25) Tratamientos térmicos Debido a que el principal elemento de la aleación es el silicio y al alto porcentaje de hierro, es posible que las probetas no respondan satisfactoriamente a los tratamientos térmicos, presentando porosidades. [13] Sin embargo, se les hará el tratamiento térmico no solo para confirmar este hecho, sino también observar su microestructura después de este. Los tratamientos que se le hará a las 3 probetas son: . Temple en Agua. . Temple en agua + envejecido. . Recocido. Guiándonos por el diagrama de Al-si (ver figura 13), elegimos una temperatura inferior a la temperatura eutéctica que es 577°C. Temperatura que será de 550°C.. Figura 13: Diagrama Al-SI. Las tres probetas son calentadas hasta los 550°C, dos de estas son templadas en agua mientras la restante es dejada en el horno hasta su enfriamiento para el recocido. De las probetas templadas en agua, una es sometida a un envejecido a 120°C durante 2 horas..

(26) Preparación metalografica Se procedió primero con un desgaste basto con lijas calibre 180 y 220, el cual sería bastante prolongado debido a porosidades presentes en las probetas tratadas térmicamente como se observa en la figura 14, comprobando lo antes mencionado.. Figura 14: Porosidades en probetas tratadas térmicamente.. Debido a la forma geométrica de las probetas, fue conveniente encapsularlas para facilitar el proceso de preparación de la superficie y las posteriores pruebas experimentales, para luego proceder con un pulido fino con lijas calibre 400, 600 ,1000 y 1200. Para un pulido muy fino se uso una pulidora metalografía con un disco envuelto en un paño, embebido en una solución acuosa abrasiva de alúmina girando a aproximadamente 400 rpm, para culminar con un pulido con pasta diamantada hasta darle acabado de espejo como se observa en la siguiente imagen.. Figura 15: Probeta encapsulada y con acabado brillo espejo.. ..

(27) Ataque químico El ataque químico se realizo con dos reactivos, el tradicional una solución al 5% de Acido fluorhídrico (HF al 5%) y el reactivo a color o reactivo de Weck. [14] Este último es. una solución de permanganato potásico, hidróxido sódico y agua. destilada en las siguientes proporciones:  Agua destilada (100mL)  KMnO4 (4g)  NaOH (1g) Una de las probetas sin tratamiento térmico fue atacada con la solución de HF al 5% durante 15 segundos, el resto fue atacado con el reactivo de Weck durante 30 segundos. Se puede observar como la superficie atacadas con el reactivo a color se opacan, lo cual no ocurre con la probeta atacada con el reactivo tradicional.. Figura 16: Diferencia entre el ataque químico con HF al 5% y el reactivo a color..

(28) III. OBTENCIÓN DE IMÁGENES Y ANÁLISIS METALOGRAFICO Por medio del microscopio óptico se tomaron imágenes de las microestructuras de cada probeta a diferentes aumentos, 50, 100, 200,500 y 1000. Y para un análisis más detallado de la composición química de las fases presentes, se utilizo un microscopio electrónico de barrido. De esta última se obtienen dos tipos de imágenes, por detección de electrones imágenes que destacan la topografía de la superficie (SE) y por detección de electrones secundarios imágenes con una excelente resolución (BSE). Y por detección de energía dispersiva se analizo la composición química de algunas fases presentes. Para facilitar la interpretación de las fases utilizamos tres tablas con información de fases comunes presentes en aleaciones de aluminio, forma en las que es posible encontrarlas y coloración después del ataque con HF al 5%. Algunas fases comunes en aleaciones de aluminio se muestran en la siguiente tabla.. Tabla 4: Fases comunes en aleaciones de aluminio. [15]. Y formas y coloración después de ser atacadas con HF al 5%, que presentan algunas fases se muestran en las dos siguientes tablas..

(29) Tabla 5: Forma y coloración que presentan algunas fases del aluminio 1. [16]. Tabla 6: Forma y coloración que presentan algunas fases del aluminio 2. [17].

(30) Probeta sin tratar térmicamente atacada con el reactivo HF al 5% durante 15 segundos.. Figura 17: Microestructura a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta atacada con HF al 5%. En la figura 17 se observar una solución homogénea de aparentemente dos fases con un desarrollo posible de precipitados de silicio en forma cuboidal y acicular, con buena distribución en una matriz de Al-Si. Esto es debido a que en cada solución eutéctica solidifica en primer lugar el constituyente con mayor punto de fusión.. Figura 18: Microestructura a 500 y 1000 aumentos de la probeta atacada con HF al 5%.. A mayor aumento se pueden diferenciar 3 fases mas, una fase de color marrón con forma irregula (flecha negra) posiblemente β-Al5FeSi o α-Al(FeMnSi) , una fase rosado claro (flecha roja) de forma irregular posiblemente Al 2Cu y una fase con forma de escritura china de color gris claro (flecha azul) posiblemente.

(31) Al8Mg3Si2 (Ver tabla 5 y 6). Estas se encuentran dispersas entre toda la microestructura. Por medio de SEM se obtuvieron las siguientes imágenes a 200 y 1600 aumentos. En cada aumento. se obtienen dos imágenes de la misma área pero con. diferentes técnicas, SE en la que se destaca la topografía de la superficie, y BSE con la que obtenemos una imagen en buena resolución para diferenciar fácilmente las fases.. Figura 19: Microestructura por SEM a 200 aumentos de la probeta atacada con HF al 5% por SE y BSE. (a). (b). Figura 20: Microestructura por SEM a 1600 aumentos de la probeta atacada con HF al 5% por (a) SE y (b) BSE. En la figura 20a observamos la topografía de la superficie, en donde podemos diferenciar 4 fases presentes por la tonalidad con la que se muestran, una fase aparentemente con forma esquelética, una fase presente en formas alargada.

(32) irregular, los precipitados de silicio y la matriz, pero el silicio desarrollado en forma cuboidal y acicular se confunde con la matriz y es solamente reconocidas por el relieve que se observa. En b se observa que la fase que aparenta tener forma esquelética se destaca más y podemos ver una forma chinesca, el silicio en sus formas es menos reconocible. Se procedió a analizar la composición de las fases presentes en la figura 20b y se obtuvo los siguientes resultados: 1: Se observa una composición química de Al-Ni-Si-Mg-Cu. Posiblemente algún tipo de impureza presente en los límites de fase. Al. Cu. Ni. Mg. Si. 69.73. 13.27. 12.87. 2.65. 1.48. Tabla 7: Composición química en % de la fase Al-Ni-Si-Mg-Cu presente en la probeta atacada con HF al 5%. 2: Se observa una composición de Al-Ni-Mg-Si- Fe.. Al. Ni. Si. Cu. Fe. Mg. 67.66. 13.70. 11.65. 2.71. 2.49. 1.8. Tabla 8: Composición química en % de la fase Al-Ni-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con HF al 5%. 3: Se observa un compuesto de Al-Mg-Si-Fe posiblemente la fase Al 8Mg3FeSi2 la cual se presenta en forma chinesca (ver tabla 5).. Al. Si. Mg. Fe. Ni. Cu. 65.68. 17.32. 9.76. 4.14. 1.98. 1.11. Tabla 9: Composición química en % de la fase Al-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con HF al 5%.

(33) 4: La matriz presenta una composición de Al-Si.. Al. Si. 70.10. 29.90. Tabla 10: Composición química de la matriz de la probeta atacada con HF al 5%. Probeta sin tratar térmicamente atacada con el reactivo a color durante 30 segundos. Figura 21: Microestructura a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta atacada con el reactivo a color. A simple vista podemos diferencias 3 fases, la matriz de Al-Si fue atacada y presenta una tonalidad oscura, el silicio presente en forma cuboidal y acicular presenta una tonalidad amarilla-beige, y una fase marrón oscuro con aparente forma acicular. Estas dos últimas presentan una buena distribución.. Figura 22: Microestructura a 500 y 1000 aumentos de la probeta atacada con el reactivo a color.

(34) En la figura 22 podemos observar como la matriz adquirió una tonalidad oscura, el silicio presente en sus formas coboidal y acicular (flechas negras) toma una tonalidad amarilla-beige, en una de las fases de silicio cuboidal podemos observar que además presenta unas faces sobrepuestas a este en formas laminares (flecha azul), posiblemente la fase marrón oscuro vista anteriormente, y suponemos que es el límite de grano que ha sido atacado, el cual también se presenta en las demás formas de silicio.. Podemos observar también la fase Al 8Mg3FeSi2 o. Al8Mg3Si2 solo distinguible por la forma de escritura china en la que se presenta (flecha roja), ya que presenta casi la misma tonalidad que el silicio, y la fase Al2Cu se presenta en forma irregular con una tonalidad rosada oscura (flecha verde), tirando a marrón. Estas últimas dos dispersas en la microestructura. También observamos una tonalidad verde amarillenta que se presenta solamente en los límites de fases, podríamos suponer que es un compuesto de impurezas no soluble con los demás componentes y por esa razón se encuentra presente entre limites de fases, posiblemente un compuesto intermetalico de Fe. [18] Por SEM se obtuvieron imágenes microestructurales a 200, 1600 y 3000 aumentos, igualmente de cada aumento se obtiene dos imágenes prácticamente iguales pero con diferentes técnicas, SE y BSE.. Figura 23: Microestructura a 200 aumentos por SEM de la probeta atacada con el reactivo a color por SE y BSE.

(35) Figura 24: Microestructura a 1600 aumentos por SEM de la probeta atacada con el reactivo a color por SE y BSE. Se observa en primer medida que el silicio en sus formas presentes es más fácil de apreciar, que en las imágenes obtenidas de la probeta atacada con el reactivo tradicional, presentándose en sus formas acicular y cuboidal con buena distribución, las fase que presentaban forma chinesca no es observable en ninguna de las imágenes o es posible que se confundan entre la matriz y el Si en sus diferentes formas., como ocurrió en las imágenes obtenidas por microscopia óptica. A 3000 aumentos analizaremos químicamente las demás fases visibles.. (a). (b). Figura 25: Microestructura a 3000 aumentos por SEM de la probeta atacada con el reactivo a color por SE y BSE. Por detección de energía dispersiva se analizo las fases más destacadas de la figura 25 (b) obteniendo los siguientes resultados:.

(36) 1. Se observa una composición de Al-Ni-Mg-Si-Fe Al. Ni. Si. Mg. O. Fe. 65.14. 21.10. 6.55. 2.19. 3.92. 1.10. Tabla 11: Composición química en % de la fase Al-Ni-Mg-Si-Fe presente en la probeta atacada con el reactivo a color. 2 Se observa una composición de Al-Mg-Si-Fe-Ni, ya que el Ni está presente en cantidad mínima, podríamos decir que esta fase es Al8Mg3FeSi2 que se presenta en forma de escritura china (ver figura 26), pero en esta imagen no podemos apreciar esta forma.. Al. Si. Mg. Fe. Ni. O. 61.54. 20.82. 9.05. 3.86. 3.06. 1.68. Tabla 12: Composición química en % de la fase Al-Mg-Si-Fe-Ni presente en la probeta atacada con el reactivo a color. 3 La matriz presenta una composición de Al-Si. Al. Si. O. 54.77. 42.85. 2.38. Tabla 13: Composición química en % de la matriz en la probeta atacada con el reactivo a color.

(37) Comparación de las dos técnicas de ataque, HF al 5% y reactivo a color.. Figura 26: Comparación microestructural del material sin tratamiento térmico atacadas con HF al 5% y el reactivo a color. Comparando las dos técnicas de. ataque podemos decir que, algunas de las. fases atacadas con la técnica tradicional toman una coloración gris, y son diferenciadas por la diferencia de tonalidad lo que puede causar confusiones, también pueden ser identificadas por la forma en la que se presentan además que la matriz de Al-Si no es atacada. A diferencia de la técnica tradicional, la técnica de metalografía a color si ataca la matriz de Al-Si, pero presenta un problema similar, algunas fases atacadas toman la misma coloración amarillo-beige y la manera de diferenciarlas es únicamente por la forma en la que se presentan, dificultando la clasificación de estas mismas. Pero lo que podemos destacar es que podemos apreciar la presencia de impurezas ubicadas en límites de fases, estas han tomado una coloración verde amarillento en la figura 26 (b). En las imágenes obtenidas por SEM también encontramos ciertas diferencias relacionadas al ataque químico..

(38) Figura 27: Comparación de las microestructuras obtenidas por SEM a 1600 aumentos de las probetas atacadas con HF al 5% y con el reactivo a color. La primera diferencia apreciable es la no tan fácil diferenciación, en la probeta atacada con HF al 5%, entre el silicio en sus formas presentes y la matriz de Al-Si, debido a que estas presentan la misma tonalidad, solamente diferenciadas por el relieve que forma el silicio, además podemos observar el compuesto Al 8Mg3FeSi2 que presenta una forma chinesca. Mientras que en la probeta atacada con el reactivo a color, el silicio es más notable diferenciándose de la matriz de Al-Si, pero los compuestos como el Al 8Mg3FeSi2 son confundidos con estos últimos. Por lo cual podemos decir que la técnica de metalografía a color no remplaza en un 100% a la tradicional, pero si afirmar que entre ella se complementan.. Probeta templada en agua atacada con el reactivo a color durante 30 segundos. Figura 28: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta templada en agua, atacada con el reactivo a color.

(39) Un primer vistazo de la microestructura nos muestra la presencia de 4 fases en donde algunas han experimentado un gran crecimiento, la matriz que ha sido atacada y presenta una tonalidad oscura, una fase amarillo ocre que presenta una forma irregular con distribución parecida a una red neuronal (flecas negras), una fase en forma cuboidal de color dorado dispersa en la microestructura (flechas azules), y. el silicio se aprecia en color amarillo-beige. el cual se presenta. únicamente en forma cuboidal con buena distribución (flechas rojas). De las tres primeras no supondremos aun que composición podrían tener, ya que esta pudo haber cambiado con respecto a la probeta sin tratar térmicamente. Para lo cual utilizaremos las imágenes obtenidas por SEM para analizar la composición de estas.. Figura 29: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua atacada con el reactivo a color.. Podemos identificar solo tres fases, aparentemente el silicio cuboidal visible. El análisis químico dio los siguientes resultados: 1. Se observa una composición de Al-Si-Ni-Fe Al. Ni. Fe. Si. 66.18. 16.38. 13.45. 3.99. Tabla 14: Composición química en % de la fase Al-Si-Ni-Fe presente en la probeta templada en agua. no es.

(40) 2. Presenta una composición de Al-Si Si. Al. 94.43. 5.57. Tabla 14: Composición química en % de la fase Al-Si presente en la probeta templada en agua. 3. La matriz ha pasado a ser simplemente de aluminio al 100% A unos 800 aumentos podemos ver que el silicio cuboidal es difícil diferenciarlo de la fase Al-Si.. Figura 30: Microestructura por SEM a 800 aumentos por SE de la probeta templada en agua atacada con el reactivo a color.. Ya teniendo una idea de la composición de las fases presentes, analizaremos las siguientes imágenes obtenidas con el microscopio óptico a 500 y 1000 aumentos.. Figura 31: Microestructuras a 500 y 1000 aumentos de la probeta templada en agua, atacada con el reactivo a color.

(41) Se observa que la matriz de Aluminio se torna de un color oscuro azulado, la fase amarillo ocre afirmamos que es un compuesto de Al-Si y presenta una distribución uniforme en forma de red neuronal, a 1000 aumentos podemos observar que esta presenta una estructura cristalina (flecha negra). El compuesto. Al-Si-Ni-Fe se. presenta en forma cuboidal de color dorado (flecha azul). También podemos observar lo que suponemos son compuestos intermetalicos de coloración verdosa, amarillenta, rojiza y rosada presentes entre limites de fase, posiblemente compuestos relacionados con el cobre y el hierro (flechas rojas).. Comparación de la probeta sin tratar con la templada en agua atacadas con el reactivo a color durante 30 segundos. Figura 32: Comparación de las microestructuras de las probetas sin tratar y tratada térmicamente a 500 aumentos. Lo primero que podemos notar es el cambio en el tamaño de las fases, el silicio que se presentaba en formas cuboidal y acicular se presenta simplemente en forma cuboidal y sigue presentando una buena distribución, la matriz de Al-Si ha pasado a ser simplemente de Al. También se ha formado una fase cristalina de Al-Si en forma de red neuronal de gran tamaño y buena distribución. Se observan más de una clase de compuestos intermetalicos con tonalidades verdosas, rojizas, amarillenta y rosada..

(42) Probeta tratada térmicamente + envejecimiento atacada con el reactivo de weck durante 30 segundos. Figura 33: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color. Podemos observar 3 fases, el silicio sigue siendo cuboidal y presentando una buena distribución, la fase Al-Si aparentemente no es distinguible, pero se puede ver que ha reducido considerablemente su tamaño y se presenta aglomerada en algunas zonas (flecha negra) , y la fase compuesta Al-Si-Ni-Fe sigue presentándose en forma cuboidal de color dorada dispersa en la microestructura (flecha azul). La matriz ha sido atacada pero presenta ahora un color azulado no tan oscuro comparado con la probeta que simplemente fue templada. Además podemos. notar. ciertas. tonalidades. oscuras,. posiblemente. compuestos. intermetalicos (flecha roja).. Figura 34: Microestructuras a 500 y 1000 de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.

(43) A mayor aumento podemos ver en la figura 34 efectivamente la fase Al-Si que aun presenta características cristalinas, se ha aglomerado en ciertas zonas (flechas negras), y que ha reducido considerablemente su tamaño, además lo que suponemos. compuestos intermetalicos en los límites de fase presentan una. coloración amarilla-rojiza. Se obtuvieron las siguientes imágenes por SEM:. Figura 35: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.. En figura 35 podemos observar como la fase de Al-Si se ha reducido considerablemente en formas alargadas delgadas que suelen estar entre unidas y con buena distribución, pero hay zonas donde se presenta en forma de neurona. La fase que tiene más brillo es Al-Si-Ni-Fe que sigue presentándose en forma cuboidal dispersa en la microestructura. A mayores aumentos se obtuvieron las siguientes imágenes.. Figura 36: Microestructura por SEM a 800 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color..

(44) En la figura 36 lo más destacado es la fase Al-Si que anteriormente habíamos nombrado con forma de neurona, la fase más brillante dijimos que era Al-Si-Ni-Fe dispersa en la microestructura, el silicio cuboidal podemos decir que se sigue presentando con buena distribución. A un aumento mayor aremos un análisis químico de estas fases.. Figura 37: Microestructura por SEM a 1600 aumentos por SE y BSE, de la probeta templada en agua y envejecida, atacada con el reactivo a color.. El análisis químico dio los siguientes resultados: 1. La fase más brillante presenta una composición de Al-Ni-Fe-Si Al. Ni. Fe. Si. 67.77. 20.52. 8.70. 3.02. Tabla 15: Composición química en % de la fase Al-Ni-Fe-Si presente en la probeta templada en agua y envejecida. 2. Podemos ver que hay una fase también cuboidal que se confunde con el silicio. La composición de esta fase es Al-Si-Mg-Cu-Ni Al. Si. Cu. Mg. Ni. O. 65.72. 14.38. 6.84. 5.63. 4.91. 2.50. Tabla 16: Composición química en % de la fase Al-Si-Mg-Cu-Ni presente en la probeta templada en agua y envejecida.

(45) 3. La fase que dijimos tiene forma de neurona confirmamos que es Al-Si. Si. Al. 87.97. 12.03. Tabla 17: Composición química en % de la fase Al-Si presente en la probeta templada en agua y envejecida. 4. La matriz sigue siendo de simplemente aluminio al 100%.. Comparación de la probeta templada en agua y la templada en agua + envejecimiento atacadas con el reactivo de weck durante 30 segundos. Figura 38: Microestructuras a 500 aumentos de la probeta templada, y la probeta templada y envejecida atacadas con el reactivo a color.. La diferencia más grande la ha tenido la fase de Al-Si, que se ha reducido considerablemente y ha pasado de una distribución homogénea en forma de red neuronal, aglomerándose en algunas zonas y dispersa en la microestructura, a 500 aumentos nos están fácil de. determinar. El silicio sigue apareciendo. únicamente en forma cuboidal con buena distribución, y la fase Al-Ni-Fe-Si de color dorado igual de forma cuboidal pero dispersa en la microestructura..

(46) Figura 39: Microestructuras a 1000 aumentos de la probeta templada, y la probeta templada y envejecida atacadas con el reactivo a color.. A 1000 aumentos si podemos ver la fase de Al-Si (flechas negras), en la probeta que ha pasado por un envejecido artificial, y notamos que realmente a reducido su tamaño y se presenta en pequeños cúmulos distribuidos por toda la microestructura. También sigue presentando una estructura cristalina.. Probeta que ha pasado por un recocido atacada con el reactivo a color durante 30 segundos. Figura 40: Microestructuras a 50, 100 y 200 aumentos de la probeta recocida, atacada con el reactivo a color. Se observan 3 fases, la matriz a tomado un color oscuro rojizo, el silicio. ha. aumentado su tamaño con formas alargadas irregulares bien distribuidas, de color amarillo-beige (flecha azul), y una fase de color dorado con forma irregular alargada dispersa en la microestructura (flecha roja), muy parecida a la fase del.

(47) silicio, estas dos últimas diferenciadas por el color que presentan. En las siguientes imágenes por SEM podemos diferenciar más estas dos fases.. Figura 40: Microestructura por SEM a 200 aumentos por SE y BSE, de la probeta recocida atacada con el reactivo a color.. Las fases parecidas antes mencionadas, ahora son claramente diferenciadas, el silicio toma una tonalidad gris en comparación con la otra fase que presenta una tonalidad brillante. A un mayor aumento esto es más fácil de observar y además, se realizara un análisis químico de las fases visibles.. Figura 41: Microestructura por SEM a 800 aumentos por BSE, de la probeta recocida atacada con el reactivo a color.. El análisis químico dio los siguientes resultados.

(48) 1. La fase brillante que se confundía con lo suponíamos silicio tiene una composición de Al-Ni-Fe-Si Al. Ni. Fe. Si. 67.67. 22.07. 8.00. 2.27. Tabla 18: Composición química en % de la fase Al-Ni-Fe-Si presente en la probeta recocida. 2. La fase que supones es silicio presenta una composición efectivamente de silicio con un bajo porcentaje de Al Si. Al. 98.01. 1.99. Tabla 19: Composición química en % del silicio presente en la probeta recocida. 3. La matriz tiene una composición únicamente de aluminio al 100% 4. Podemos observar una fase muy brillante que posee una composición de Al-CuNi-Si-Fe, posiblemente compuestos intermetalicos. Al. Cu. Ni. O. Si. Fe. 63.71. 16.17. 14.58. 4.01. 0.77. 0.77. Tabla 20: Composición química en % de un compuesto intermetalico presente en la probeta recocida. Con esta información, podemos analizar más fácilmente las siguientes imágenes obtenidas con el microscopio óptico a 500 y 1000 aumentos..

(49) Figura 42: Microestructuras a 500 y 1000 aumentos de la probeta recocida, atacada con el reactivo a color. Podemos notar como la matriz que ahora sabemos es simplemente de aluminio a tomado una tonalidad oscura rojiza, la fase Al-Ni-Fe-Si de tonalidad dorada (flechas rojas) y el silicio de color amarillo-beige ahora diferenciados con más facilidad (flechas azules). Podemos observar una coloración marrón sobrepuesta sobre el silicio, posiblemente el límite de grano que ha sido atacado (flecha verde), como también. algunos compuestos intermetalicos que aparecen de un color. amarillo-verdoso (flechas negras).. Comparación microestructural de la probeta sin tratar y a la que se le ha efectuado un recocido. Figuras 43: Comparación de microestructuras a 500 aumentos de la probeta sin tratar y la probeta recocida, atacadas con el reactivo a color. Lo primero que tenemos que diferenciar es la matriz, que ha pasado de ser de AlSi de coloración oscuro azulado a simplemente de Al de coloración oscura rojiza,.

(50) las fases de Si y Al-Ni-Fe-Si se han aglomerado en fases mucho más grandes y con formas totalmente diferentes. En ambas probetas es común ver el compuesto amarillo verdoso que suponemos son compuestos intermetalicos alojadas en límites de fases.. IV. MICRODUREZA VICKERS Se tomaron las micro durezas de las principales fases presentes en las probetas, principalmente la matriz y los precipitados de silicio, se aplico una carga de 490.3 mN durante un tiempo de 30 segundos. La medición de las diagonales se realizó en el micro durómetro que automáticamente proporcionaba el número de dureza vickers.. Probetas sin tratar térmicamente Como estas probetas son esencialmente iguales, la única diferencia es el reactivo con el que se atacaron, es normal pensar que las microdurezas de estas son iguales o muy parecidas.. Figura 44: Dureza vickers en las probetas sin tratar térmicamente. Se obtuvieron los siguientes valores de microdureza vickers de la matriz (flechas azules): 143, 112, 146, 133, y 137 HV. La microdureza de los precipitados de silicio (flechas negras) dieron los siguientes valores: 166, 173, 165, 179, y 170 HV..

(51) Estos valores serán utilizados como referencia para las microdurezas de las demás probetas.. Probeta templada en agua Con el templado en agua, lo que se espera en un incremento en la microdureza de algunas fases.. Figura 45: Dureza vickers en la probeta templada en agua. La microdureza en los precipitados de silicio (flechas negras) dieron los siguientes valores: 114, 137,125, 130 y 96 HV. Prácticamente la dureza de esta fase a tenido un leve deceso. La microdureza de la matriz (flechas azules) presento los siguientes valores: 264, 224, 230, 245 y 251 HV. Efectivamente notamos un incremento considerable de la microdureza de esta fase a causa del temple. Por esto, es posible que el material ha adquirido una buena dureza, pero con efectos negativos en la resistencia a la tensión, siendo demasiado rígida..

(52) Probeta templada en agua y envejecida. Figura 46: Dureza vickers en la probeta templada en agua y envejecida. Con el envejecido se busca la homogenización y buena distribución de. los. precipitados de silicio, y además liberar tensiones internas por efecto del temple. Se tomaron las microdurezas de estos precipitados y de la matriz. Los valores obtenidos de la microdureza de los precipitados de silicio (flechas negras) son los siguientes: 792, 408, 730, 765 y 647HV. Se observa un aumento considerable de la microdureza de estos comparado con la probeta que fue únicamente templada. La matriz (flecha azul) presenta los siguientes valores de microdureza: 104, 102, 115, 107y 95HV. Notamos que la microdureza de la matriz ha tenido un descenso significativo. Esto, con el aumento considerable de los precipitados de silicio, permite que la aleación tenga un incremento de la dureza, sin que esto tenga un efecto negativo en la resistencia. a la tensión del material. A diferencia como. aparentemente pasa en la probeta que fue simplemente templada, que adquirió un aumento en la dureza, pero con una reducción de la resistencia a la tensión, dando como resultado un material muy rígido. Probeta recocida Con el recocido se busca restaurar el material a su estado inicial, lo que reduce la dureza y algunas propiedades mecánicas. Esto es lo que se espera ver reflejado en las microdurezas que se obtendrán de la probeta recocida..

(53) Figura 47: Dureza vickers en la probeta recocida. Los datos de microdureza obtenidos de la fase de silicio son los siguientes: 1204, 1474, 924, 1245, 1315. Un incremento radical en la dureza de la fase de silicio, posiblemente por el cambio en el tamaño de la fase de esta, que se a aglomerado produciendo fases de mayor tamaño comparada con las encontradas en las otras probetas. La microdureza de la matriz arrojo los siguientes valores: 60, 58, 65, 55 y 51. Lo que confirma que el material ha restaurado su estado inicial..

(54) V. CONCLUSIONES  Dado la intención comparativa de este proyecto entre las dos técnicas de metalografía se puede concluir que la técnica a color proporciona información más detallada y especifica acerca de los compuestos intermetalicos e impurezas presentes en las muestras, por su parte la técnica a blanco y negro (tradicional) dado su bajo espectro (escala de grises) no permite tal nivel de detalle lo cual impide un análisis profundo de las probetas vista a través de este método. Según los resultados obtenidos en el microscopio óptico. Sin embargo no es aconsejable usar solo uno de estos métodos pues ambos tienen a arrojar información diferente pero complementaria, así las cosas depende del estudio que se desea realizar el optar por una u otra técnica y en algunos casos ambas.  Al analizar las muestras por microscopia electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) se evidencia que el ataque químico a color fue significativo a la hora de analizar el resultado obtenido, pues se observo con mayor detalle diferentes fases, al contrario el SEM de la muestra con ataque tradicional (blanco y negro) arrojo un resultado que para los propósitos de este estudio fue inconcluyente, debido a la dificultad de evidenciar ciertas fases..  Para realizar un tratamiento térmico en una aleación de aluminio es necesario informarse acerca la elaboración, componentes y tratamientos anteriores a los cuales se ha sometido, con el fin de evitar deteriorar o peor aun. afectar drásticamente. implementación adecuada.. la aleación impidiendo así. su. uso e.

(55) VI. RECOMENDACIONES . El corte con sierra manual para obtener las probetas no es recomendado, debido al pésimo acabo y surcos muy profundos que este produce, extendiendo el tiempo de preparación de la superficie. Sin embargo, en algunas circunstancias es el único método disponible para obtener la muestra, sean por motivos de tamaño o forma del objeto de donde se extraiga esta. Si este es el caso, se recomienda utilizar una buena cantidad de refrigerante, para evita el calentamiento de la probeta y afectar la microestructura de este.. . La preparación de probetas metalograficas de aluminio, es un proceso riguroso y de sumo cuidado, particularmente en la presión y tiempo de desbaste, tomando intervalos para observar que no se produzcan rayas gruesas y muy profundas, lo que causaría volver a empezar el proceso de desbaste desde cero.. . Antes de efectuar un tratamiento térmico en una aleación de aluminio, es recomendado tener conocimiento previo de el método de fabricación, composición y tratamientos a los cuales ha sido sometido este. Con esto se busca elegir el tratamiento adecuado sin que este repercuta negativamente en la aleación.. . La preparación de los reactivos químicos es recomendado hacerla en un laboratorio, con todas las normas y accesorios de seguridad, porque algunos de estos pueden ser muy peligrosos.. . Para futuros trabajos, se recomienda hacer pruebas con el reactivo a color, con diferentes tiempos de ataque, para conocer y verificar con mayor profundidad, las ventajas que nos puede ofrecer este reactivo en el análisis microestructural de las aleaciones de aluminio..

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