Buenas noches comunidad de Steemit y STEM. Estas semanas han sido largas y muy ocupadas, pero sobretodo, interesantes e increíbles. Y aunque ya contribuí anteriormente en #STEM-Espanol, me presentaré nuevamente para que conozcan un poco más acerca de mi persona y lo que hago.
Mi nombre es Daniel Carrillo, tengo 23 años y estas semanas he estado celebrando que, al fin, después de varios años, me gradué como Ingeniero De Materiales en la Universidad Simón Bolívar en Caracas, Venezuela.
Durante mis años en la universidad me dediqué a muchas cosas, como ser parte del Centro de Estudiantes de Ingeniería de Materiales, ser el Representante Estudiantil Principal ante el Consejo Asesor de la Coordinación de Ingeniería de Materiales, parte de Movimientos Estudiantiles y mucho más enfocado a mi carrera, Preparador Académico y Ayudante del Laboratorio E de la Universidad, en las secciones de Materiales y Ensayos no Destructivos.
La ingeniería de materiales es una rama de la ingeniería que se enfoca en el estudio de las propiedades, obtención y procesamiento de los distintos tipos de materiales. Los materiales se engloban en tres familias principales: metales, polímeros y cerámicas. Como Ingeniero de Materiales tenemos conocimientos claros sobre estas familias (y sus derivadas, como los materiales compuestos y los materiales naturales), sin embargo, mi pasión se ha enfocado siempre en los materiales metálicos.
A partir de esta pasión, surge lo que es mi enfoque metalúrgico en la carrera, lo que llevó eventualmente a mi proyecto de grado: Caracterización de Aceros de Bajo Carbono Mediante Técnicas Ultrasónicas. De las prácticas en la universidad, creo que mis favoritas han sido las que tienen que ver con el procesamiento de metales. Soldadura, fundición, conformado, maquinado y tratamientos térmicos. Pero también sentí una grandísima afinidad con lo que es la metalografía y los ensayos no destructivos. Al unir estos tres, conseguí hacer de mi tesis algo increíblemente satisfactorio para mí.
Para entender el objetivo del estudio, primero hay que comprender que los materiales poseen una microestructura y esta es la representación morfológica de su composición las fases presentes en él, que puede variar entre estados de mayor equilibrio a menor equilibrio termodinámico (Berns & Theisen, 2008). En el caso de los aceros, la microestructura dependerá de que tan rápido sea este enfriado desde la temperatura austenítica, de si el material sufrió un tratamiento térmico posterior o se fue tratado químicamente (Hosford, 2012). La temperatura austenítica corresponde a la temperatura en la que el hierro (elemento principal del acero) se encuentra en estado austenítico, es decir, que la estructura cristalina (la forma del agrupamiento de los átomos) del mismo se encuentra en estado cúbico centrado en las caras, lo que ocurra a una temperatura entre 911 y 1400ºC. Por debajo de esta temperatura el hierro se encuentra en estado ferrítico.
Las microestructuras más comunes obtenidas para el acero de bajo carbono son la perlita, la bainita y la martensita. La perlita consiste en placas de cementita (Fe3C) alternadas con placas de ferrita, que se forma a través de la difusión de los átomos de carbono a través de la ferrita debido a la transformación de austenita a ferrita y carburos (Hosford, 2012). La bainita consta de una matriz ferrítica, con placas de cementita largas y finas en forma de agujas. La martensita se produce debido a un enfriamiento muy rápido desde la temperatura austenítica que impide que el carbono difunda a través de la ferrita, formando agujas de martensita en una matriz de austenita que no pudo transformarse en ferrita (Callister & Rethwisch, 2014).
Estas microestructuras son logradas variando la velocidad de enfriamiento en el material, logrando perlita gruesa en enfriamientos lentos y luego estabilizando la temperatura justo por debajo del eutectoide donde hay más difusión de los átomos de carbono y perlita fina a temperaturas menores (Askeland, Fulay, & Wright, 2010). Este enfriamiento lento es conocido como recocido, mientras que para lograr martensita se enfría rápidamente en agua o aceite en un tratamiento conocido como temple, mientras que el normalizado consiste en enfriar en el aire estático para formar una microestructura de perlita muy fina (Chandler, 1995).
Para mi proyecto se partió de una muestra de calidad comercial de acero de bajo carbono AISI 1020 con estructura perlítica, que fue sometida posteriormente a distintos tratamientos térmicos, los cuales permitieron transformar las fases presentes. Haciendo metalografía, se pudo observar una variación en el tipo de fase presente en el material, logrando:
• La disminución y alteración de la fase perlítica.
• La transformación de perlita a austenita y una posterior aparición de bainita y martensita.
Estos resultados se obtuvieron a partir de distintos tratamientos térmicos a distintas temperaturas.
Muestra patrón
Aplicando un recocido se obtuvo una variación interesante en la morfología y el porcentaje de la fase perlítica:
Recocido a 800ºC
Recocido a 1000ºC
Mientras que aplicando desde los 1100ºC un normalizado (enfriamiento en aire, lo que permite menor difusión de los átomos de carbono a estados de equilibrio) y un temple en agua se apreció la formación de bainita y martensita.
Normalizado
Templado en agua
Una vez conocida la morfología de las fases, se obtuvieron distintos parámetros acústicos como la velocidad de onda ultrasónica transversal en el material, el coeficiente de atenuación de onda y los espectros de densidad de potencia para cada microestructura, de manera que sea posible relacionar los cambios en la microestructura a los cambios en los parámetros acústicos. Pero, estos resultados se los presentaré más adelante, o este post se haría muy largo.
Espero que esto haya servido como mi presentación, y pueda contribuir más a esta comunidad que tiene una misión tan importante que vale la pena hacer un esfuerzo, no sólo por la recompensa, sino por ser parte de algo grande. Para culminar, les dejaré unas fotomicrografías extras de la metalografía, esta vez hechas con microscopía electrónica de barrido.
Recocido a 700ºC
Temple en agua
Finalmente, una muestra de que soy la persona detrás de este post:
Bibliografía:
Askeland, D. R., Fulay, P. P., & Wright, W. J. (2010). The science and engineering of materials. Estados Unidos: Cengage Learning.
Berns, H., & Theisen, W. (2008). Ferrous Materials: Steel and Cast Iron. Alemania: Springer.
Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2014). Materials science and engineering: an introduction. Estados Unidos: John Wiley & Sons, Inc.
Chandler, H. (1995). Heat Treater's Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels. Estados Unidos: ASM International.
Hosford, W. F. (2012). Iron and Steel. Estados Unidos: Cambridge University Press.
Verhoeven, J. D. (1987). Fundamentos de Metalurgia Física. México: Limusa, S.A.