caracterizaciones no metalicas

1. Caracterización de inclusiones no metálicas
Cristian Guerrero a
a
Escuela de Ingeniería Mecánica/ESPOCH
cris-gueal@hotmail.com
Resumen— La metalografia estudia la estructura interna de los
metales y de sus aleaciones, también relaciona la estructura
interna con sus propiedades mecánicas, donde para poder
establecer las relaciones entre la composición quimica de los
metales o las aleaciones con sus respectivas propiedades físicas
es necesario estudiar las observaciones macro y microscópicas,
entre otras. En este estudio se presenta el estudio metalográfico
de inclusiones en un acero de probeta circular, con el objetivo
determinar el tipo de inclusiones que se encuentra presente en
la probeta ensayada, para después hacer una comparación con
la norma ASTM E45, por lo que procedió a obtener una
probeta con un corte transversal, para después ser lijado con
una serie de tipos de lijas y luego ser pulida hasta obtener una
superficie libre de rayones y después realizar una microscopia
en el acero ensayado, obteniendo inclusiones de tipo D que
pertenece a óxidos como FeO, Al2O3, SiO2, MnO, Cr2O3, por
lo que se logró concluir que la probeta ensayada tienen un
número considerable de inclusiones, lo cual afectaba a las
propiedades mecánicas, ya que estos óxidos se vendrían a
tomar en cuenta como discontinuidades a lo largo del material.
Abstract— Metallography studies the internal structure of
metals and their alloys, also relates the internal structure to its
mechanical properties, in order to establish the relationships
between the chemical composition of metals or alloys with their
respective physical properties, it is necessary to study the
observations macro and microscopic, among others. In this
study, the metallographic study of inclusions in a circular
probe steel is presented, with the objective of determining the
type of inclusions present in the test specimen, and then
making a comparison with the ASTM E45 standard. obtain a
specimen with a cross-section, then be sanded with a number of
types of sandpaper and then be polished to a surface free of
scratches and then perform a microscopy on the steel tested,
obtaining type D inclusions belonging to oxides as FeO, Al2O3,
SiO2, MnO, Cr2O3, so that it was possible to conclude that the
test tube had a considerable number of inclusions, which
affected the mechanical properties, since these oxides would be
taken into account as discontinuities along of the material.
I. INTRODUCCIÓN
1.1 Impurezas en el acero
El hierro es uno de los elementos más abundantes que existe
sobre la corteza terrestre formando parte de diversos
minerales como (óxidos, minerales hidratados, carbonatos,
sulfuros, nitruros, silicatos, etc) [1]. El acero es una aleación
de hierro con carbono en una proporción que oscila entre
(0,008-2%). La ferrita blanda y dúctil, es hierro con
pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en
disolución [2]. La cementita es un compuesto de hierro con
6,67% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y
muy quebradiza. La perlita es una mescla de ferrita y
cementita, con una composición específica y una estructura
característica. Los aceros son aleaciones hierro-carbono con
concentraciones apreciables de otros elementos aleantes.
Los aceros se clasifican según su contenido de carbono en:
bajo, medio y alto. Los aceros al carbono solo contienen
concentraciones residuales de impurezas mientras que los
aceros aleados contienen elementos que se añaden
intencionalmente en concentraciones específicas [1]. Las
inclusiones no metálicas son compuestos no metálicos (Fe,
Mn, Al, Si, Ca), con los no metales (O, S, C, H, N), estas
inclusiones no metálicas forman fases separadas, donde las
fases no metálicas que contienen más de un compuesto no
metálico a pesar del pequeño contenido de inclusiones no
metálicas en el acero con porcentajes entre (0,01-0,02%),
ejercen un efecto significativo sobre las propiedades del
acero tales como: dureza, ductilidad, resistencia a la
corrosión, soldabilidad, maquinabilidad. La integridad de un
material metálico está determinada por la continuidad o
discontinuidad de la masa metálica o por inclusiones no
metálicas [3].
1.2 Métodos de observación de impurezas
Dependiendo del estudio a realizar, se utilizan diferentes
criterios para el tipo de corte a realizar (transversal o
longitudinal) para extraer la muestra. Para determinar la
naturaleza del material o el tipo de inclusiones que tiene se
realiza un corte transversal. Un examen micrográfico es la
técnica más avanzada y necesita de una preparación más
especial y cuidadosa de la muestra. Esta técnica se basa en
la amplificación de la superficie mediante instrumentos
ópticos (microscopio) para observar características
estructurales microscópicas (microestructura), donde
dependiendo de los constituyentes metalográficos presentes
en la estructura podemos deducir variaciones de las
propiedades mecánicas [2]. La técnica microscópica que se
aplica para los metales varía dependiendo de los tipos
metales, donde algunos son opacos. En consecuencia, el haz
de luz debe incidir sobre la superficie de la probeta a
observar, aproximadamente en ángulo recto y reflejarse
hacia el ocular, algunos microscopios, también tienen un

2. retículo y una escala micrométrica para medir la imagen
aumentada, otro retículo que se utiliza, contiene los
diferentes tamaños de grano a aumentos de 100x y se utiliza
para comparar o medir el tamaño de grano relativo, los
filtros y polarizadores se utilizan en la iluminación o el
sistema óptico para reducir el brillo y mejorar la definición
de las estructuras de grano. El poder de aumento del
microscopio puede determinarse si se multiplica el poder de
la lente objetivo por el ocular. Por tanto un lente objetivo de
40x con ocular de 12.5x agrandaría la imagen hasta 500x
(500 diámetros) [2].
1.3 Tipos de inclusiones de acuerdo con la norma ASTM
E45
Como las inclusiones se evalúan según la norma ASTM E45
por su morfología y no por su composición quimica, a
continuación se muestra los casos de inclusiones:
 Tipo A (sulfuros)
Figura. 1.- Inclusión clase A (Sulfuros) serie gruesa – grupo 3
 Tipo B (aluminatos – óxidos de aluminio)
Figura. 2.- Inclusión clase B (oxido de aluminio) serie gruesa –
grupo 3
 Tipo C (Silicatos)
Figura. 3.- Inclusión clase C (silicatos) serie gruesa – grupo 3
 Tipo D (Óxidos Globulares)
Figura. 4.- Inclusión clase D (otros tipos de óxidos) serie gruesa –
grupo 3
Donde sí los parámetros como longitud de campo, ancho de
diámetro de la inclusión no está los niveles sugeridos por la
norma ASTM E45, se deben reportar independientemente
como inclusiones oversize (fuera de tamaño). Los tipos de
inclusiones se basan por semejanzas de morfología y no por
la naturaleza quimica real, de requerirse se aplican técnicas
de microanálisis de luz polarizada [4].
1.4 Efectos de las inclusiones en el acero
Las inclusiones no metálicas se precipitan en fases aisladas
durante la solidificación del acero líquido, formando
generalmente sulfuros y óxidos, las inclusiones influyen en
las propiedades del material, como la formalidad,
maquinabilidad, soldabilidad, resistencia a la fatiga,
resistencia a la fractura, corrosión y tenacidad [3].
II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.1.- Materiales
 Una probeta de 20 mm de diámetro y 150mm de
largo
 Lijas número: 240, 320, 400, 600, 1000, 1200,
1500
 Alúmina
 Paño de gamuza
2.2.- Equipo
 Discotón para recortar (nivelar) la probeta
 Banco de desbaste
 Banco de pulido
 Compresor
 Microscopio óptico
 Televisión para observar las microestructuras

3. 2.3.- Procedimiento
2.3.1.- Obtención del material del trabajo (probeta)
La probeta fue obtenida en el propio laboratorio de
materiales de la escuela, por lo que no sabemos cómo fue
obtenida.
Figura. 5. Probeta a realizar la metalografia
2.3.2.- Operaciones realizadas a la probeta
Empezamos utilizando el discotón para dejar uniforme la
superficie de la probeta, luego utilizamos el banco de
desbastado, donde empezamos el lijado utilizando una lija
número 240, teniendo muy en cuenta que el lijado se debe
realizar en un solo sentido, en nuestro caso lo hicimos de
arriba hacia abajo hasta conseguir que las líneas se
encuentren en un solo sentido, luego viramos la probeta 90º
y repetimos el mismo proceso hasta completar 360º, una vez
completada la vuelta, realizamos los mismos pasos con
todos los números de lijas hasta llegar a la lija número 1500,
una vez realizado el lijado, procedemos a la máquina de
pulido, donde repetimos los giros de 90º sobre el paño (tela
de gamuza), donde agregamos en pequeñas cantidades un
abrasivo llamado alúmina y luego agua, este proceso se
repita hasta tener la superficie de la probeta totalmente
pulida y sin rayones.
2.3.3.- Observación morfológica de las inclusiones
presentes
Para finalizar el análisis del tipo de inclusiones en los
aceros, colocamos la probeta en el microscopio óptico,
donde realizamos el tipo de ajustes como la resolución, esto
con el fin de poder observar de mejor manera la
microestructura, luego colocamos la cámara para poder ver
la imagen en la televisión y finalmente tomamos fotografías
de la microestructura, para la observación de las inclusiones
en el microscopio, fue necesario una ampliación de 100x.
III. DISCUSIÓN Y ANÁLISIS
3.1 Comparacion de las inclusiones
Figura. 6. Micrografía de las inclusiones presentes en la probeta
ensayada a 100x
Figura. 7. Inclusión clase D (otros tipos de óxidos) serie gruesa –
grupo 3
3.2 Análisis morfológico de las inclusiones presentes
Las inclusiones en los aceros son impurezas en la matriz del
material sólido. Son pequeñas partículas de elementos no
metálicos e insolubles como óxidos, minerales hidratados,
carbonatos, sulfuros, nitruros, silicatos, etc, que se quedan
retenidas en el material durante su fundición y la
solidificación al moldear el material.
La clasificación de inclusiones según la norma ASTM son
las siguientes:
Figura. 8. Clasificación de las inclusiones según la norma ASTM
En nuestro caso para nuestra probeta ensayada, observamos
que el tipo de inclusiones que obtenemos o se parecen según
la norma ASTM a la nuestra es una inclusión de tipo D
(otros tipos de óxidos) – serie gruesa – grupo 3, donde
tenemos un máximo de 26 inclusiones, donde según la
norma ASTM E45 pertenece a un tamaño de inclusión
número 3, con un grosor aproximado de 12 um.

4. 3.3 Efecto de las inclusiones encontradas en las distintas
propiedades del material
Desde el punto de vista el tipo de inclusiones encontradas en
esta probeta ensayada, las inclusiones pueden dificultar el
colado continuo y generar defectos durante la laminación,
respecto al uso final, las inclusiones tienen efectos nocivos
sobre la maquinabilidad, las propiedades mecánicas, la
fatiga, la soldabilidad, etc. Las inclusiones presentes son la
mayor parte generadas durante la desoxidación gruesa en el
material. Otro aspecto a tener en cuenta son las
contaminaciones con el material utilizado en el corte y en el
pulido, estas dos consideraciones nos pudimos dar cuenta
cuando cortamos y pulimos nuestra probeta ensaya, al
momento de observar por el microscopio, pudimos observar
pequeñas partículas del paño (tela de gamuza), por lo cual
tuvimos que sopletear de nuevo con el compresor, así
mismo en la industria este tipo de contaminaciones se
producen a mayor escala dando así mayores inclusiones en
el material. El efecto del contenido de oxígeno disuelto y del
óxido del aluminio tiene un efecto sobre el tamaño
promedio de las inclusiones. Las inclusiones de tipo D
(otros tipos de óxido) se acumulan al momento de la
fundición si la velocidad de vertido no es la suficientemente
adecuada, ya que se vendría a producir turbulencias en
material en su forma líquida.
IV. CONCLUSIONES
 Con este estudio, pudimos tener una visión clara
para observar las estructuras de los aceros en una
probeta, tomando en cuenta que, para que una
probeta se pueda observar bien en el microscopio,
debe estar bien pulida.
 Al utilizar el microscopio óptico, se pudo observar
de una mejor manera todas las estructuras que se
presentan e identificarlas por medio de sus
propiedades físicas químicas y mecánicas.
 Con la ayuda de ampliación de la imagen por parte
del microscopio logramos determinar que el
material ensayado tiene un tipo de inclusión D,
pertenecientes a óxidos de otros tipos.
 Pudimos determinar que los óxidos en el acero
producen efectos sobre las propiedades mecánicas,
ya que los óxidos los podemos considerar como
discontinuidades.
 Pudimos determinar que para tener una superficie
lisa libre de rayones fue necesario girar 90º tanto al
lijar como al pulir la probeta ensayada.
REFERENCIAS
[1] Moffit, A. (2004). Hierro y Acero. Enciclopedia de Salud y Seguridad
en el trabajo. Recuperado de https://goo.gl/4wXh6a
[2] Guzman, C. (2013). Analisis de aceros por microscopia óptica (tesis
de pregrado). Instituto Politécnico Nacional, México.
[3] Teran, J., Pérez, J. (2009). Efecto del tamaño máximo de inclusión en
la tenacidad a la fractura de un acero de bajo carbono. Memorias del
XV congreso internacional anula de la Somim. Recuperado de
https://goo.gl/ggg5YY
[4] ASTM, E. (2007). E45: Standard Test Methods for Determining the
Inclusion Content of steel.