Técnicas de Obtención de Grano Metalográfico en
el Rango Milimétrico y Centimétrico Mediante
Diversos Tratamiento Térmicos y Mecánicos
Proyecto Fin de Carrera
Mariola Roldán Galán
8 de julio de 2007
Índice general
1. Medida del tamaño de grano
1.1. Método de la intersección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Medición de los granos de las muestras . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Capı́tulo 1
Medida del tamaño de grano
En este capı́tulo se va a describir el proceso para determinar el tamaño de grano
metalográfico de las muestras obtenidas.La norma que se ha usado es la Standard
Test Methods for Determining Average Grain Size que corresponde con la ASTM
E112-96. Es aplicable a materiales metálicos y no metálicos. En ella se describen varios procedimientos para la determinación del tamaño de grano medio metalográfico:
Comparación: Como su propio nombre indica consiste en la coparación del grano
obtenido con una serie de patrones estandarizados que tienen una correspondencia en el Sistema Internacional.Este método es el más común ya que es el
que incorporan algunos microscopios, siendo rápido y sencillo de aplicar. El
problema que se tiene es que sólo debe utilizarse cuando la estructura metalográfica tiene una apariencia similar a dichos patrones. LA precisión que se
puede llegar a alcanzar es generalmente de ± 1 número de tamaño de grano.
Planimetrı́a: Este método involucra un recuento real del tamaño de grano en un
área determinada.El número de granos por unidad de área, NA, se usa para
determinar el tamaño de grano G.La precisión de este método depende del
número de granos contados, pero ésta puede llegar a ser del ± 0.25 del número
de tamaño de grano si se realiza un gran esfuerzo, lo más normal es obtener precisiones del 0.5. En este método se inscribe un cı́rculo o un rectángulo
de área conocida, que debe contener al menos 50 granos. Una vez definida el
área, se den contar los granos.La suma total de granos enteros contenidos en
el área definida más la mitad de los granos intersectados con la circunferencia
o con el rectángulo, componen el número total de granos encerrados.La cifra
obtenida está aumentada si se ha mirado por un microscopio por lo que hay
que multiplicar por el número de Jeffries, f, y se obtendrá el número de granos
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CAPÍTULO 1. MEDIDA DEL TAMAÑO DE GRANO
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por pulgada cuadrada,NA . El problema que presenta este método es que requiere áreas superiores a 5000mm2 y no se dispone de técnicas manuales que
permitan obtener una superficie plana al tratarse de más de 7 centı́metros el
área requerida.
Intersección: Este método consisten en contar el número de granos que intersectan
con una lı́nea, trazada según la norma.De igual forma que en el caso anterior la
precisión depende del número de intersecciones granos-lı́nea se cuenten, pero
ésta puede llegar a ser del ± 0.25 del número de tamaño de grano si se realiza
un gran esfuerzo, lo más normal es obtener precisiones del 0.5.Para un mismo
nivel de precisión que el método de planimetrı́a, este procedimiento de intersección es más rápido ya que se requiere contar un menor número de granos.
La norma brevemente introducida ha de ser utilizada sólo para la determinación
del tamaño de grano en el plano. Dicha distribución debe ser uniforme, de no ser
ası́, no se pueden aplicar estos procedimientos. No obstante, estos métodos son sólo
una recomendación que puede proporcionar datos que no son definitivos.
Como ya se ha explicado, cuando el grano es equiaxial lo más sencillo y rápido
es usar el primero de los tres métodos, siendo este el más extendido comercialmente.
No obstante, cuando el tamñano del grano sea de gran tamaño los dos últimos
procedimientos son los que se aconsejan. El rango en el que interesa tener el grano
para posteriores pruebas es del milimétrico al centimétrico,ası́ que se optará por el
método de la intersección o el de la planimetrı́a.
1.1.
Método de la intersección
Este procedimiento es más adecuado que el de la planimetrı́a.El método es más
razonable para usar ya que se pueden usar deferentes máquinas para complementarlo.Para la determinación manual del tamaño de granos es mejor puesto que previene
de los errores normales que se comenten en el recuento de granos en toda una superficie.
El método de la intersección está recomendado para todo tipo de estructuras que
parten de una forma equiaxial. En el caso de granos anisótropos, se debe llevar a
cabo una separación en las tres direcciones del espacio y obtener de forma racional
CAPÍTULO 1. MEDIDA DEL TAMAÑO DE GRANO
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un área media del grano, la cual será aproximada.
En contraposición con lo que ocurrı́a en el método de la planimetrı́a, si se usa la
intesección, no existe una relación matématica directa entre el tamañano de grano
ASTM, G,y la lı́nea interceptada, no obstante, la relación:
Π 0,5
A
(1.1)
4
entre la lı́nea principal de intersección,l, y el área media de tamaño de grano,
A es exacta para cı́rculos pero no para estructuras de granos uniformes equiaxiales.
Consecuentemente, la relación entre el tamaño de grano ASTM, G, y la lı́nea principal de intersección ha sido definida tal que ASTM No.0 tiene una lı́nea principal de
intersección de 32.00mm para la determinación macroscópica del tamaño de grano.
La ecuación que se usará para la determinación del tamaño de grano queda como
sigue:
l=
G = 2log2
lo
l
(1.2)
Donde lo es 32mm y l o NL es el número de intersecciones por milı́metro cuadrado para la determinación macroscópica del tamaño de grano. La relación anterior
puesta en milı́metros es:
G = 10 + 6,6439logNL
1.2.
(1.3)
Medición de los granos de las muestras
El proceso para la obtención de NL ha consistido en el recuento de lı́mites de grano por unidad de milı́metro, para ello con la ayuda de un escalı́metro y el microscopio
cuando ha sido necesario, se han contado los lı́mites de grano. En cada probeta se
ha contado en cuatro direcciones, la vertical, la horizontal y dos diagonales, posteriormente se tomó el valor medio. Se ha procurado contar más de cincuenta granos en
cada probeta, esto es, en las de granos de mayor tamaño prácticamente imposible,
por lo que para estos casos, se han contado menos lı́mites de granos.
Una vez que se obtienen los resultado se acude a la norma, donde están tabulados
CAPÍTULO 1. MEDIDA DEL TAMAÑO DE GRANO
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los diferentes tamaños de granos en un amplio rango y se sacan los parámetros de
mayor interés.A continuación se muestra una tabla resumen con los resultados de
las probetas que se han preparado:
Deformación (mm) NA Granos/mm2 No.mm2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
496.00
0.0022
0.0044
0.0088
0.0175
0.0496
0.1400
0.2395
0.6483
0.9580
1.9660
2.5937
3.1750
4.4900
5.4195
A Área media del grano (mm2 )
0.00202
453.2000
228.1000
114.4000
57.0200
20.1600
7.1300
4.3000
1.585
0.7950
0.4450
0.3870
0.3150
0.2230
0.1900
Deformación (mm) d diámetro medio (mm) l intersección principal(mm) NL (mm−1 )
1
0.0449
0.0400
25.0000
2
21.4000
19.0300
0.0530
3
15.1000
13.4500
0.0750
4
10.7000
9.5100
0.1000
5
7.5500
6.7300
0.1500
6
4.4900
4.0000
0.2500
7
2.6700
2.3800
0.4200
8
2.0700
1.8400
0.5500
9
1.2512
1.1187
0.9000
10
1.057
0.9205
1.1000
11
0.6670
0.5950
1.6800
12
0.6272
0.5594
1.8000
13
0.5610
0.5000
2.0000
14
0.4720
0.4200
2.3800
15
0.4345
0.3870
2.6000
Los resultados han sido obtenidos realizando un gran número de probetas y comprobando que sea repetitivo. Si la preparación de las muestras se lleva a cabo en las
CAPÍTULO 1. MEDIDA DEL TAMAÑO DE GRANO
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condiciones que se han explicado en el informe, el resultado obtenido coincidirá con
el que se muestra, de una forma más gráfica, en las siguientes figuras:
Figura 1.1: Deformación frente a número de granos/mm2
Como se puede apreciar, la deformación crı́tica corresponde al 4.1 % .La existencia de esta deformación se explica en el capı́tulo de tratamientos termomecánicos se
refleja muy bien en las anteriores figuras. En la gráfica 9.1 de deformación frente a
número de granos/mm2 de tiene un descenso muy acusado entre las deformaciones
uno y dos, esto es, el tamaño de los granos ha crecido de forma considerable, llegando
el área a ser más de 200.000 veces mayor.Una vez alcanzada la deformación crı́tica,
el tamaño del grano empieza a decrecer, la pendiente de la curva es mayor hasta que
se alcanzan los 10mm de deformación, momento en el que la disminución empieza
a ser más lenta. Esto puede ser debido a que al producirse tanta deformación, los
granos tienen menos capacidad para crecer.
CAPÍTULO 1. MEDIDA DEL TAMAÑO DE GRANO
Figura 1.2: Deformación frente diámetro medio del grano
Figura 1.3: Deformación frente al área media de los granos
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CAPÍTULO 1. MEDIDA DEL TAMAÑO DE GRANO
Figura 1.4: Deformación frente a número de granos/mm2
Figura 1.5: Deformación frente al área media de los granos
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