Integración del análisis automático en la determinación del tamaño de grano de los aceros

La evaluación y determinación del tamaño de grano en los aceros es fundamental dentro de la caracterización metalúrgica, dado que puede implicar rechazos de material por no cumplir las exigencias de las especificaciones de compra. 

La importancia del tamaño de grano es sobradamente conocida, puesto que posee un notable efecto en las propiedades mecánicas del material. Los aceros con un grano fino tienen una mayor resistencia a la tracción, mayor ductilidad y se distorsionan menos durante el temple, siendo a su vez menos susceptibles al agrietamiento. Por el contrario, los aceros con grano grueso presentan propiedades opuestas.

En cualquier caso, no siempre son imprescindibles estructuras de un grano fino en los aceros, existiendo por ejemplo algunas aplicaciones en las que es preferible contar con un grano más grosero, ya que son capaces de alcanzar un mayor nivel de dureza, a menudo deseable para procesos de carburización. Sucede algo similar para aquellos aceros que se someten a procesos de trabajo en frío o en aplicaciones a temperatura, mejorando su resistencia a la fluencia (creep).

Microestructura ferrítico-perlítica de un acero estructural.

El equipo de Diagnóstico y Análisis de Fallo de AZTERLAN ha comprobado en muchas ocasiones cómo la desviación en el tamaño de grano objetivo puede tener una relación directa con el proceso térmico al que ha sido sometido, que puede no haber sido el idóneo, ya sea por una temperatura sobreelevada o por un tiempo en horno excesivo.

La caracterización del tamaño de grano es un proceso completamente estandarizado. Las normas UNE EN ISO 643:2020 (a nivel internacional) y la ASTM E-112:13 (a nivel USA) son las normas más extendidas en las especificaciones de compra de producto. Si bien la norma UNE EN ISO 643:2020 únicamente tiene su campo de aplicación en los aceros, la norma ASTM E-112:13 es más genérica, pudiendo incluir materiales no metálicos cuyas estructuras tienen similitudes con las imágenes patrón definidas para las estructuras metálicas.

Estas normas recogen los métodos de evaluación, tipología de aceros susceptibles a analizar, sus correspondientes métodos de ataque y la forma de categorizar y expresar los resultados. El tamaño de grano se cataloga según un índice denominado G, cuanto mayor sea ese índice el grano es más fino y viceversa.

A modo de resumen, los métodos de evaluación se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Evaluación por comparación con imágenes tipo: La imagen examinada se compara con una serie de imágenes definidas en la ASTM-E 112. Las imágenes tipo están numeradas desde 00 hasta 10, de manera que su número es igual al índice G.
• Método planimétrico: Por medio de un círculo o un rectángulo, se realizan dos conteos. El primero suma los granos completamente contenidos por el área mientras que el segundo los que son interceptados por el círculo o rectángulo. Mediante una serie de fórmulas e introduciendo el valor de intercepciones se obtiene el índice G.
• Método del segmento interceptado: Consiste en realizar un conteo de las interceptaciones con bordes de grano mediante un segmento o círculo. Mediante una serie de fórmulas e introduciendo el valor de intercepciones, se obtiene el índice G.

Software de evaluación del tamaño de grano

Los métodos de examen manuales eran, hasta no hace muchos años, la única forma de determinar el índice G. Sin embargo, hoy en día existen en el mercado softwares avanzados de microscopía automatizada que aportan al técnico metalúrgico y al cliente final nuevas funcionalidades, como pueden ser: 

• Identificación automática de los bordes de grano.
• Adaptación a diferentes tipologías de grano.
• Eliminación de la incertidumbre correspondiente al análisis manual.
• Documentación y emisión automática de resultados.

Histograma resultado de análsisis de tamaño de grano de acero estructural muestra la correlación entre porcentaje de recuento respecto a distribución de tamaño de grano.

 

Todas estas características suponen una mayor fiabilidad de los resultados, siendo especialmente destacadas las siguientes ventajas: 

Reproducibilidad, obtenida a través de ajustes de procesamiento predefinidos junto con un control automático de las condiciones de captura.

Conformidad con la normativa, a través del seguimiento de los procedimientos de medición indicados en norma por el software. El propio software permite la elección de la norma a aplicar y el método de evaluación.

Mejora en la expresión de los resultados, a través de un resumen estadístico que se visualiza de forma tabular. De tal forma que la distribución de la forma de los granos individuales se puede mostrar gráficamente como histogramas, barras o gráficos circulares. Esta información aporta un valor añadido a los resultados obtenidos habitualmente, dado que aporta no solo un mero índice G como resultado, sino la distribución estadística del campo evaluado. 

Representación cromática de los distintos tamaños de grano en un acero inoxidable austenítico detectados en la micrografía analizada.

Sin embargo, dada la gran variedad de tipología de aceros (y en sus distintos estados de tratamiento térmico), el uso de estos softwares no está exento de la necesidad de un conocimiento técnico experto y de una rigurosa interpretación y control por parte de personal cualificado. En el caso de AZTERLAN, el conocimiento metalúrgico y la amplia experiencia de nuestro equipo de profesionales técnicos acreditados permite un alto nivel de precisión en la caracterización y en los resultados, eliminando posibles errores de procesamiento mediante la aplicación de herramientas como prefiltros de control y post procesamiento de umbral y sensibilidad. 

El área de Servicios Tecnológicos de AZTERLAN cuenta entre sus capacidades con software de análisis metalúrgico que facilita la elaboración de distintos tipos de análisis.

De este modo, la integración de las más avanzadas tecnologías de análisis, combinadas con el rigor metalúrgico y la especialización de conocimiento técnico, se convierten en la mejor garantía para una correcta y fiable caracterización metalúrgica.