Acero para herramientas de grabado por tinción, carburos y austenita de coloración
Una micrografía en blanco y negro de un acero para herramientas muestra el carburo como formas oscuras, y no indica qué carburo es ni cuánta austenita permanece en la matriz. El grabado por tinción responde a ambas preguntas aplicando color a una fase y dejando las demás intactas, de modo que la cementita, el carburo aleado, la ferrita y la austenita retenida pueden distinguirse en una sola imagen. Esta página recopila las placas de acero para herramientas grabadas por tinción impresas para O1, W1, W2 y D2, los reactivos que las produjeron y los tiempos de inmersión correspondientes a cada reactivo.
Por qué un acero para herramientas se graba por tinción en lugar de grabarse
Un grabado simple como el nital o el picral elimina metal a una velocidad que depende de la fase, por lo que muestra la estructura mediante relieve y contraste en gris. Un grabado por tinción funciona de manera diferente. Deposita una película delgada o un producto de reacción sobre una fase específica, y la película produce un color por interferencia, de modo que la fase que recibe la película aparece coloreada y todo lo demás permanece gris o blanco. En un acero para herramientas esto importa en tres casos: cuando debe identificarse el tipo de carburo, cuando debe confirmarse una veta de segregación y cuando debe probarse o descartarse la austenita retenida.
Las películas son delgadas y el tiempo es corto, por lo que la ficha de reactivos a continuación incluye un tiempo de inmersión para cada receta en lugar de un rango que abarque todo. Una probeta que se deja demasiado tiempo toma color en todas partes y se pierde la lectura, y una probeta que se retira demasiado pronto no muestra nada en absoluto.
Coloración de la cementita en un acero para herramientas recocido
La estructura recocida de un acero para herramientas al carbono o de baja aleación es carburo esferoidal en una matriz ferrítica, y ambas fases son grises bajo un grabado simple. El picrato de sodio alcalino aplica el color a la cementita y deja la ferrita intacta, lo que convierte la población de carburos en un conjunto contable de partículas marrones. La primera placa a continuación es un acero para herramientas de alto carbono grabado de esa manera, y los carburos más claros dentro de la veta de segregación son visibles contra los más oscuros del metal circundante, lo que constituye una diferencia en la composición del carburo que un grabado simple no muestra.
El reactivo de molibdato de sodio de Beraha colorea la misma cementita de un naranja oscuro o rojo parduzco, y en la probeta W1 a continuación también coloreó la ferrita, por lo que las dos fases se separan en la imagen pero no de la misma manera. La receta se establece según el nivel de carbono del acero y según lo que deba separarse, y la tabla que sigue presenta las cuatro versiones impresas para él.
| Reactivo | Composición | Qué colorea en un acero para herramientas |
|---|---|---|
| Klemm’s I | 50 mL de Na2S2O3 acuoso saturado en frío con 1 g de K2S2O5 | Colorea la ferrita y la martensita en aceros al carbono y de baja aleación y revela la segregación. Sumergir hasta 3 min. Funciona mejor con luz polarizada y una placa de tinte sensible. |
| Beraha’s B0 | Solución madre de 6 mL de HCl en 994 mL de agua, con 1 g de K2S2O5 añadido por cada 100 mL de solución madre | Mezclado para aceros al hierro, al carbono, aleados y para herramientas. Sumergir hasta 60 s, agitar enérgicamente para iniciar el grabado y luego dejar la probeta inmóvil para que se forme el color. |
| Molibdato de sodio de Beraha | Solución madre de 10 g de Na2MoO4 · 2H2O en 1000 mL de agua, con adiciones de NH4FHF y el pH ajustado según la tabla a continuación | Colorea la cementita y el fosfuro de amarillo anaranjado dejando la ferrita inalterada, o colorea los carburos de rojo violeta con la ferrita amarilla a un pH más alto. Se recomienda un pre-grabado con nital, pero no es obligatorio. |
| Qué se está coloreando | Adición a la solución madre | Tiempo de inmersión |
|---|---|---|
| Cementita y fosfuro amarillo anaranjado, fundición de hierro | HNO3 para llevar el pH a 2,5 a 3,0 | 45 a 60 s |
| Cementita amarillo anaranjado, acero de bajo carbono | pH ajustado, 0,1 g de NH4FHF por 100 mL de solución madre | 45 a 60 s |
| Cementita amarillo anaranjado, acero de medio y alto carbono | pH ajustado, 0,3 g de NH4FHF por 100 mL de solución madre | 30 a 45 s |
| Carburos rojo violeta y ferrita amarilla, todos los aceros | 0,5 g de NH4FHF, pH ajustado a 3,0 a 3,5 | 20 a 30 s en acero de bajo carbono, 45 a 90 s en acero de medio y alto carbono |
Dos grabadores sobre la misma probeta W2
La demostración más clara de lo que aporta un reactivo es la misma probeta bajo grabadores sucesivos. Los dos conjuntos a continuación son W2 recocido para esferoidización, y entre ellos se muestra el mismo campo bajo picral, nital, Klemm’s I, picrato de sodio alcalino en ebullición, reactivo de tiosulfato metabisulfito de Beraha y reactivo de molibdato de sodio de Beraha. El picral delimita la cementita y deja la ferrita plana, el nital revela los límites de grano de la ferrita, y Klemm’s I colorea granos enteros de ferrita de modo que los granos individuales pueden distinguirse. El picrato de sodio y el molibdato de sodio colorean ambos la cementita, y el reactivo de metabisulfito colorea la ferrita en un rango de color más amplio que Klemm’s I.
Revelar las películas de cementita que un ataque simple no detecta
La cementita que ha precipitado como película en un límite de grano es la estructura más fácil de pasar por alto y más difícil de tolerar, porque es una trayectoria de fisuración en una herramienta terminada. El picral mostrará la cementita de Widmanstätten dentro de los granos de un grado de alto carbono laminado en caliente y no mostrará las películas en los límites. Klemm’s I colorea la ferrita y deja la cementita como una película de un color diferente, de modo que tanto la cementita intergranular como la intragranular aparecen en la misma imagen, y la probeta se examina bajo luz polarizada con una placa de tinte sensible. El grado de temple en agua laminado en caliente que se muestra a continuación es el ejemplo, y el mismo reactivo es el que debe usarse cuando se debe verificar un recocido para esferoidización en busca de una red de carburos que no se desintegró.
Hacer visible la austenita retenida
La austenita retenida es invisible con un ataque simple hasta que está presente en cantidad sustancial, generalmente más del 10%. Una segunda vía para mostrarla en una probeta pulida es una película delgada de seleniuro de zinc, depositada por vapor sobre la superficie después de que la probeta haya sido atacada. La película produce colores por interferencia y separa las tres fases a la vez, con el carburo de color violeta oscuro, la austenita retenida blanca y la martensita oscura. La placa que se muestra a continuación es una probeta de D2 templada y revenida tratada de esa manera, y es la verificación que debe usarse cuando un taller de tratamiento térmico y un cliente no están de acuerdo sobre si un lote fue sobreaustenizado.
La alternativa a un recubrimiento es un revenido a temperatura controlada en aire, que en su lugar hace crecer una película de óxido en la superficie. Se usó tinte térmico después de un ataque con nital a 540 °C durante 5 minutos para resaltar la austenita retenida en la probeta de D2 en la microestructura del acero para herramientas página. Las temperaturas de tinte térmico se establecen por aleación y se mantienen bajas, porque una probeta mantenida demasiado caliente toma color en todas partes y deja de ser selectiva.
Dónde encaja el ataque de tinte en un control de calidad
Un ataque de tinte no es una prueba rutinaria de taller. Es el método al que hay que recurrir cuando la cuestión es el tipo de carburo en una sustitución de grado, si una veta de segregación de una barra porta una población de carburos diferente, si un recocido para esferoidización dejó una red de cementita en su lugar, o cuánta austenita retenida sobrevivió al temple. Los atacantes simples y la práctica de preparación para las mismas probetas se exponen en la microestructura del acero para herramientas página, y el carburo que representa cada color se enumera en la tipos de carburo y dureza página.
Compilado del ASM Handbook, Volumen 9, Metallography and Microstructures, los artículos Metallographic Techniques for Tool Steels y Color Metallography (G.F. Vander Voort), ASM International, 2004. Las placas Fig. 5, 6 y 9 provienen del artículo de aceros para herramientas y las Fig. 19, 26 y 48 del artículo de metalografía de color; las tablas de reactivos reproducen las Tablas 1, 2 y 5 del artículo de metalografía de color, con las recetas de molibdato de sodio reestructuradas del diseño impreso a dos columnas a una fila por receta, valores sin cambios. Cada leyenda se leyó de la capa de texto buscable del archivo y se verificó contra la placa impresa, y cada placa se recortó del archivo a 1.5 veces su ancho en píxeles impreso. Las placas y los reactivos son un resumen de referencia de la práctica publicada más que una especificación de Aobo Steel, por lo que confirme el reactivo, el pH y el tiempo de inmersión en una probeta del grado real antes de que el método se incorpore a una hoja de inspección.