Para la materialización del análisis metalográfico se procedió a la preparación de las muestras con el fin de lograr una superficie tipo espejo a través de la ejecución de las etapas de desbastes, pulido y ataque químico. Luego de su exhaustiva preparación se procedió a su observación con ataque y sin ataque químico, empleándose para ello un microscopio metalográfico marca Nikon ECLIPSE MA200. Mediante el mismo se pudo realizar la observación microscópica de las diferentes zonas de interés a los aumentos estimados según material, (100X, 500X) para determinar las diferencias de composición estructural, según composición química del material analizado por probeta.

Para la realización del ensayo de dureza de los materiales estudiados se empleó un durómetro estacionario de marca Vickers AKASMI. Durante la ejecución de dicho ensayo se procedió a la elección de la pirámide recta, la carga de ensayo y su tiempo de aplicación. Todo ello se realizó de acuerdo a lo establecido en la norma UNE-EN ISO 6507-1: 2006. Ninguna deformación debe ser visible en la cara opuesta de la probeta. Una vez determinada la dureza Vickers se procede a la conversión a Brinell donde se realiza utilizando la tabla de conversión de dureza.

El análisis químico se realizó en la Empresa de Mantenimiento a Centrales Eléctricas y las muestras fueron clasificadas por la Norma GOST correspondiente. En la Tabla 1 se registran los valores medios de los elementos químicos presentes en las muestras estudias.

Con respecto a la muestra No. 1 se puede evidenciar que el porciento de carbono no supera el 2 %, siendo clasificado como un acero, en este caso las concentraciones de cromo y níquel se encuentran en elevados porcentajes, con valores de concentración 12,40 y 28,5 % respetivamente. Es decir ambos se encuentran por encima de los valores límites para ser considerados como un acero aleado, por tanto podemos afirmar que este material es aleado al cromo y al níquel, este resultado coincide con los criterios de Guliaev (1978)GULIAEV, P.A.: Metalografía Tomo II., Ed. Mir, vol. Tomo II, Moscú, Rusia, URSS, 1978., al considerar que estos elementos químicos son de aleación a partir de adición al acero en determinadas concentraciones con el fin de variar su estructura y propiedades. Es importante destacar que este material posee gran resistencia mecánica y puede ser utilizado en la fabricación de piezas que requieran dichas propiedades.

Tal como sucede con la muestra 1, el porcentaje de carbono presente en la muestra Nº 2 tampoco supera los valores de 2 %, por lo que se clasifica como un acero, sin embargo, es importante destacar los valores de concentración de azufre y fósforo los cuales son de 0,15 y 0,12 % respectivamente, evidenciando que cada uno de estos elementos presente en la misma sobrepasan los valores límites, demuestra que es un material de baja calidad, siendo en este caso un acero común.

Como resultado del análisis químico a las muestras estudiadas en el caso particular de la muestra 3, se puede observar que el porciento de cada elemento presente en el material en cuestión, no sobrepasan los valores límites superiores de los elementos presentes para ser considerado como un acero aleado.

Ello coincide con los criterios de Kozlov (1986)KOZLOV, Y.: Ciencia de los Materiales, Ed. Mir, Moscú, Rusia, URSS, 1986., quien plantea que un acero al carbono tiene una composición química compleja, con pequeños contenidos de impurezas. Mientras que el contenido de carbono, quien influye de manera marcada en las propiedades del acero, no supera los valores de 2 %. Sin embargo a pesar de que el carbono registre concentraciones menores con respecto a otros elementos, se evidencia su estado de influencia en las propiedades del acero, incluso cuando su contenido varía de forma insignificante (Guliaev, 1978GULIAEV, P.A.: Metalografía Tomo II., Ed. Mir, vol. Tomo II, Moscú, Rusia, URSS, 1978.).

Por otro parte debido a la concentración del carbono en la muestra No 3 es de aproximadamente 0,498 % y los demás elementos no sobrepasan los límites superiores, este puede ser clasificado como acero 50 de alta calidad para la construcción. Según Kozlov (1986)KOZLOV, Y.: Ciencia de los Materiales, Ed. Mir, Moscú, Rusia, URSS, 1986., estos se diferencian de los aceros de calidad normal por poseer un menor contenido de azufre, fósforo y otras impurezas nocivas, los que no deben sobrepasar los límites de 0,05 % para el caso de estos dos elementos químicos, los cuales resultan de difícil eliminación durante el proceso de fabricación del acero.

De acuerdo al contenido de carbono las tres muestras clasifican como aceros hipoeutectoides, ya que sus valores de carbono están por debajo de 0,8 %. Con estos resultados y haciendo uso del documento “Llave de los aceros” se clasifican estas muestras (Tabla 2).

Pudiéndose definir cada muestra como:

Como resultado del análisis metalográfico de las muestras objeto de estudio se obtuvo imágenes de cada uno de los ejemplares, superficies libres de suciedades y ralladuras. Esto permitió identificar fácilmente en cada foto las inclusiones y fases presentes en los metales sin y con ataque químico a diferentes aumentos (S/A- 100X, C/A- 100X, 500X) según aparece en las fotos 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9. Utilizando la norma UNE 36- 431-8, el procedimiento MBE 5,4-004 005 y los constituyentes observados, se determina el tipo de acero.

En la Figura 1 se aprecia las imágenes correspondientes a las Fotos 1, 2 y 3 a (100x) sin ataque químico de las muestras estudiadas donde se visualiza en todas ellas una matriz metálica con la presencia de poros muy pequeños (casi invisibles), de forma muy aislada, más la presencia de algún que otro poro de tamaño mediano. Así como la ausencia de inclusiones metálicas y grietas, todo lo cual favorece la microestructura de las muestras.

Resultados obtenidos de la realización del análisis metalográfico con ataque químico de la muestra No 1 de Ac40 al carbono de construcción.

En la Figura 2 se aprecia mediante las fotos 4 (100x) y 5 (500x) una estructura constituida por Perlita en forma de granos, tamaño de puntuación 8, más Ferrita en borde de grano formando red continua con tendencia a la formación de estructura Widmanstätten. Obsérvese en detalle a 500 x, la marcada morfología acicular de las formaciones en todas las zonas de fase ferrítica.

La formación de la perlita y la ferrita responde a las características propias de los aceros hipoeutectoides que contienen menos de 0,8 % de carbono y en la muestra estudiada su concentración es de 0,39 %, además ambas estructuras metalográficas son propias del acero. La presencia de la ferrita se justifica por la poca solubilidad del carbono en el hierro α. Esto se corrobora con el diagrama de estado hierro - carbono, donde se puede apreciar las estructuras presentes en los aceros con esta concentración de carbono. La formación de la estructura Widmanstätten responde a la separación de la ferrita de los granos de austenita.

Luego de los análisis y ensayos realizados a las muestras de materiales objeto de estudio se efectúa una breve caracterización de estos para su empleo y usos, los cuales se recogen en las Tablas 5,6 y 7.

Este material al ser un acero aleado puede ser utilizado para la fabricación de piezas que requieran propiedades específicas, tiene buena dureza y es frágil, se utiliza principalmente en la metalurgia para aportar resistencia a la construcciones, el cromo ejerce una influencia útil en las propiedades mecánicas, al igual que el níquel constituye un elemento fuerte de formación del carburo que se introduce en pequeñas cantidades hasta 3 % lo que aumenta la resistencia a la corrosión y un acabado brillante.

El acero común es un material que tiene valores de impurezas de azufre y fósforo superior al 0,5 % por lo que no es considerado una acero de alta calidad, por tanto no puede ser utilizado en la fabricación de piezas en la construcción de maquinarias agrícolas y automóviles, pero si tienen un gran uso en la fabricación de materiales de la construcción como: (cabillas, alambrones), también se puede utilizar para fabricar vigas, angulares, tubos que los mismos se utilizan en la fabricación de puentes, en las cubiertas de techos, en mesas, sillas, etc.

Según reporta Kozlov (1986)KOZLOV, Y.: Ciencia de los Materiales, Ed. Mir, Moscú, Rusia, URSS, 1986., estos aceros son relativamente baratos. Las chapas de este metal son destinadas para la fabricación de piezas de carrocería de automóviles, tienen buenas cualidades de estampado realizando operaciones de cambio de formas por estampado de hojas en frío.

Según Martínez et al. (1985)MARTÍNEZ, A.F.; DOMÍNGUEZ, F.G.; HERNÁNDEZ, S.F.: Tecnología de los metales II, Ed. Eficiones IPJAE, La Habana, Cuba, 1985b., este acero puede ser utilizado para la elaboración de piezas con resistencia elevada tales como bielas, árboles, engranajes de todo tipo, pernos. Además, admiten alta complejidad de forma, como son: ejes, husillos, piñones, ruedas dentadas, elementos de agarre / unión de herramientas de mano y mecanismos, etc.

Por su parte Kusmin y Samojotki (1986)KUSMIN, B.A.; SAMOJOTKI, A.I.: Metalurgia, Metalografía y Materiales de Construcción, Ed. Mir, Moscú, Rusia, URSS, 1986., este tipo de acero habitualmente se someten a mejoramiento. Es decir, al temple con temperatura aproximada a 850 ºC y revenido a 550 ºC, obteniéndose estructura de sorbita. Después de su mejoramiento estos adquieren una alta resistencia mecánica, plasticidad, un alto límite de resistencia y son pocos sensibles a la fragilidad de revenido. Además, según estos mismos autores, este acero posee pequeña templabilidad a profundidad de hasta 10 a 12 mm, razón por la cual son utilizados para piezas pequeñas, o para las de mayor tamaño, pero que trabajan con cargas no altas y no requieren una templabilidad total.