Proceso de revelado de bordes de grano en acero inoxidable 316

F.G. Rosas Bautista, J.A. Moreno Torres, R.I. Nava Rodríguez, IICO, UASLP, San Luis Potosí, SLP, México.

Resumen- En este trabajo se describe el proceso de metalografía que llevamos a cabo para poder apreciar los límites de grano de una pequeña muestra de acero inoxidable, así como las complicaciones que se nos presentaron al realizar la práctica.

Palabras clave- Límite de grano, ataque químico, metalografía, acero austenítico.

I. INTRODUCCIÓN

La metalografía estudia la estructura microscópica de los metales y sus aleaciones.

Antes de observar un metal al microscopio, es necesario acondicionar la muestra de manera que quede plana y pulida. Plana, porque los sistemas ópticos del microscopio tienen muy poca profundidad de campo y pulida porque así observaremos la estructura del metal y no las marcas originadas durante el corte u otros procesos previos. [1]

De esta forma podemos revelar un límite de grano, en una muestra del metal que quisiéramos revelar su estructura.

Los límites de grano son defectos en la estructura cristalina, y tienden a disminuir la conductividad eléctrica y térmica del material. La mayoría de los límites de grano son sitios preferidos para la aparición de la corrosión y para la precipitación de nuevas fases a partir del sólido. También son importantes para muchos de los mecanismos de fluencia. Por otra parte, los límites de grano interrumpen el movimiento de las dislocaciones a través de un material, por lo que la reducción de tamaño de los cristalitos es una forma

común para mejorar la fuerza, tal como se describe por la relación de Hall-Petch. [2]

El acero inoxidable es una aleación de hierro y carbono que contiene por definición un mínimo de 10.5% de cromo. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes. Los principales son el níquel y el molibdeno. [3]

Su principal característica es su alta resistencia a la corrosión. Esta resistencia es debido a la formación espontánea de una capa de óxido de cromo en la superficie del acero. Aunque es extremadamente fina, esta película invisible está firmemente adherida al metal y es extremadamente protectora en una amplia gama de medios corrosivos. Dicha película es rápidamente restaurada en presencia del oxígeno, y así daños por abrasión, corte o mecanizados son reparados rápidamente. [4]

Figura 1. a) El acero inoxidable forma una capa de óxido de cromo. b) Cuando es rayado, esta película

protectora es removida. c) La capa protectora es restaurada.

Los aceros inoxidables según su estructura cristalina se clasifican en aceros martensíticos, ferríticos, austeníticos y austenoferríticos.

En nuestro caso, la barra de acero que se nos fue proporcionada era acero inoxidable 316, el cual es un acero austenítico.

Los aceros austeníticos tienen excelente formabilidad y superior resistencia a la corrosión. Su configuración metalográfica es austenítica. Esta estructura cristalina es cúbica centrada en las caras (FCC). Esta familia de aceros se obtiene adicionando elementos formadores de austenita, tales como níquel, manganeso y nitrógeno. [5]

II. METODOLOGÍA

Con el objetivo de lograr revelar los límites de grano, se tomaron ciertas medidas, como el empleo de guantes durante el manejo de la barra de acero para no contaminarla, entre otros; los pasos y materiales utilizados se mencionan a continuación.

Material Empleado.

Barra de acero 316

Agua

Alcohol

Sílice coloidal

Cloruro férrico

Ácido hidroclórico

1. Limpieza de la muestra: Se realizó con el fin de que la barra de acero no tuviera residuos de grasa o algún otro tipo de suciedad, por lo que se enjuagó con agua, después con alcohol y se secó con algodón.

2. Esmerilado: Una vez que se tuvo la muestra limpia, se procedió al esmerilado, el cual se hizo con la finalidad de eliminar las rayas sobre el acero debido al corte. Esto se realizó en una pulidora empleando discos de diferentes diámetros de grano cada vez más finos. Como la pulidora fue empleada por las muestras de cobre y aluminio, se tuvo que lavar el disco para evitar que los posibles restos de partículas de los otros materiales generaran rayas sobre nuestro material. Además tuvimos

que emplear una lija 1500 de agua, para limar la parte central de la muestra, ya que el disco sólo limaba la parte exterior.

3. Pulido: Para conseguir que los límites de grano sean visibles, además de tener la sustancia de ataque adecuada, la superficie a revelar debe tener un acabado tipo espejo, por lo que en esta fase se utilizó el disco con el menor tamaño de grano y se aplicó sobre él una suspensión de sílice coloidal.

Figura 2. Pulido de la barra de acero.

El resultado de los pasos anteriores concluyó con la muestra lista para ser atacada y con un acabado espejo.

Figura 3. Barra de acero con acabado espejo.

4. Primer ataque químico: Inicialmente, se nos proporcionó una solución que contenía 5 g de cloruro férrico y 50 ml de ácido hidroclórico en 100 ml de agua desionizada. Se introdujo la superficie de la barra de acero durante 15 segundos, sin embargo no logramos ver nada, así que el proceso se repitió varias veces aumentando 15 segundos más, hasta llegar a dejar la muestra durante dos minutos.

Figura 4. Vista microscópica a 100X de acero 316 atacado químicamente.

Como se observa en la imagen, no logramos revelar los bordes de grano, uno de los posibles motivos podría deberse a la adición de algún otro compuesto al acero que utilizamos, aunado a esto, la solución que empleamos no especificaba exactamente en qué tipos de acero funcionaba bien.

5. Segundo ataque químico: En este caso se empleó únicamente ácido clorhídrico, por lo que el montaje de la práctica tuvo que ser más cuidadoso debido a que se trataba de una sustancia muy corrosiva.

La barra de acero se mantuvo sumergida durante pocos segundos hasta que se observó un ligero cambio de color sobre la superficie del acero.

Figura 5. Ataque químico de acero 316 con HCl.

Al igual que con la solución anterior, el resultado fue nulo, por lo que se fue aumentando el tiempo de exposición, hasta llegar a dos minutos. En la imagen se muestra el resultado final.

Figura 6. Vista microscópica a 100X de acero 316 atacado con HCl durante dos minutos.

6. Tercer ataque químico: Finalmente, al ver que no obteníamos los resultados esperados, proseguimos a hacer una vez más el proceso de esmerilado y pulido para atacarlo químicamente. Esta vez con mayor concentración de HCl, y dejándolo un tiempo de 5 minutos; un tiempo mayor en comparación a los ataques anteriores. Obteniendo como resultado final, una pequeña apreciación de los límites de grano de la muestra, tal como se observa en la siguiente imagen.

Figura 7. Vista microscópica a 100X de acero 316 atacado con HCl durante 5 minutos.

III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Después de realizar varios intentos incrementando el tiempo en contacto con el ácido clorhídrico y la concentración de éste y al sólo obtener una visión de los límites de grano muy poco definida, decidimos dejar de intentar revelar los límites por medio de ataque químico, pues para el último ataque la muestra fue expuesta a ácido clorhídrico durante cinco minutos. Dejar la muestra durante más tiempo sólo nos daría como resultado que la corrosión fuera demasiado profunda lo cual no nos permitiría ver los límites de grano

superficiales puesto que estos habrían sido corroídos, para lograr una mayor definición requeriríamos someter a la muestra a un ataque electroquímico, dicha técnica se realizará en otra práctica.

IV. CONCLUSIONES

El ataque químico al que sometimos la muestra de acero inoxidable 316 no fue suficiente para revelar satisfactoriamente los límites de grano, las causas de este resultado pueden ser: que el acero, al poseer la capa de óxido de cromo, esta se regenerase y no nos permitiera observar las consecuencias del ataque, otra posible causa es que el acero que se nos fue proporcionado contuviere otros materiales que hicieran que la muestra necesitara otro tipo de solución para revelar los límites de grano.

V. REFERENCIAS

[1]Metalografía.http://www.cuadernodelaboratorio.es/metalografia.html

[2]Límites de grano, Límites alto y bajo ángulo, Describiendo un límite, Energía Boundary, Migración Boundary. http://centrodeartigo.com/articulos-noticias-consejos/article_143945.html

[3]Medina Romero, Lara. Análisis de la viabilidad económica y ambiental del uso de armaduras corrugadas de acero inoxidable en elementos de hormigón armado sometidos a clases de exposición agresivas. Universidad Politécnica de Catalunya. http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3319/4/55868-4.pdf

[4]Ibarra Echeverría, Mauricio; Núñez, Eduardo y Huerta, José M. Manual Aceros Inoxidables. Chile: INDURA, tecnología a su servicio. http://www.indura.cl/_file/file_1774_manualdeacerosinoxidables%20indura.pdf

[5]Manual 1. Acero Inoxidable. Clasificación y Características. CENDI, Centro Nacional para el

Desarrollo del Acero Inoxidable http://www.iminox.org.mx/pdf/manual1.pdf