Caracterizacion-de-tres-segmentos-de-un-arco-de-niqueltitanio-de-uso-ortodontico

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Universidad Nacional Autónoma de México 
 
Facultad de Odontología 
 
 
 
 
División de Estudios de Posgrado e Investigación 
 
 
“Caracterización de tres segmentos de un arco 
de Níquel –Titanio de uso ortodóntico” 
 
 
 
TESIS 
 
Que para obtener el grado de 
 
Maestra en Ciencias 
 
 
 
PRESENTA 
Margarita Linares Zapién 
 
 
 
 TUTOR 
 Dr Carlos Álvarez Gayosso 
 
 
 
México D.F. 2009 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A DIOS que es la energía que me mueve cada día para poder 
realizar todos mis objetivos. 
 
 
 
A MI FAMILIA que me apoya y me acepta como soy en las 
buenas y en las malas. 
 
 
 
A la FAM YEPEZ PADILLA por tener fé en mí. 
 
 
 
AL DR. GABRIEL A. LARA R. que me dio su apoyo y tiempo 
para poder realizar éste trabajo, que sin él no hubiera sido 
posible culminar. Gracias por seguir ayudando a otros y por 
enseñarnos a hacer todo siempre al máximo. 
 
 
AL ING. CÁNDIDO ATLATENCO T. y DR. JORGE 
GUERRERO I. por ser universitarios comprometidos con la 
educación y siempre me apoyaron sin dudar cuando lo necesité. 
 
 
A todos los que no 
 mencioné de: Instituto de Física, Instituto de Investigación en 
Materiales, Facultad de Química, Instituto de Geología y Posgrado 
de Odontología pero que sin duda me enseñaron y continúan 
haciéndolo. 
 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
 
En trabajos anteriores se evaluó la respuesta mecánica (fuerza y módulo elástico) 
de arcos de Níquel-Titanio de diferentes marcas y se observó que la respuesta 
fue diferente en arcos del mismo calibre por lo que se infirió que la fabricación de 
la aleación determinaba tal respuesta. Para entender como la respuesta mecánica 
de un arco de Níquel-Titanio es el resultado de su estructura, composición, 
fabricación, etc., en el presente trabajo se evaluó el arco de Níquel-Titanio marca 
Bioforce, ya que según el fabricante éste presenta tres secciones que expresan 
diferentes valores de fuerza, estos valores se relacionan con el grupo de dientes 
donde se colocará dicho arco. Estos grupos de dientes son de adelante hacia 
atrás: dientes anteriores, dientes premolares y dientes molares. El principio del 
uso de éste arco se basa en que dientes de mayor área dental como es el caso 
de los molares requieren mayor fuerza para moverlos, por lo tanto la parte 
posterior del arco proporcionará la fuerza necesaria a dicho grupo de dientes para 
que sean movidos eficientemente durante el tratamiento. 
 
Mediante la caracterización de éste arco entenderemos la función de la aleación 
de NiTi presente y cómo es que se da la respuesta mecánica del mismo. 
 
En el primer punto describimos todos los antecedentes históricos del 
descubrimiento de ésta aleación, hablamos de su estructura y de qué manera fue 
introducida al medio odontológico. 
 
En el segundo punto explicamos todas las técnicas experimentales así como los 
instrumentos y equipo que usamos para caracterizar el arco. Dentro de las 
pruebas mecánicas se realizaron pruebas de flexión, tensión y pruebas de dureza 
Vickers. Se realizaron preparaciones metalográficas de diversas muestras del arco 
para revelar el tipo de estructura y poder verla a través de microscopía óptica. 
Con microscopía electrónica se realizó el análisis químico y por último mediante 
análisis térmico diferencial se determinaron con picos endotérmicos y exotérmicos 
que corresponden a la transformación de fase de la aleación. 
 
Los puntos 3 y 4 corresponden a explicar el planteamiento del problema y definir 
los diferentes objetivos. 
 
En el punto 5 describimos detalladamente la diferente metodología de nuestros 
experimentos para lograr la caracterización del arco. 
Terminamos con la presentación de los resultados, la discusión y conclusiones de 
nuestro trabajo. 
 
 
INDICE 
1 MARCO TEÓRICO. ANTECEDENTES HISTÓRICOS 
1.1. DESCUBRIMIENTO DE UNA NUEVA ALEACIÓN 
1.2. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LA ALEACIÓN 
1.3 NITINOL APLICADO A LA ODONTOLOGÍA 
1.4 INVESTIGACIONES EN EL ÁREA DE LA ORTODONCIA RELACIÓN A 
LA ALEACIÓN DE NÍQUEL-TITANIO 
 
2 PRUEBAS REALIZADAS A LA ALEACIÓN DE NiTi 
 PARA SU CARACTERIZACIÓN. 
2.1 PRUEBAS MECÁNICAS 
2.1.1. ENSAYO DE FLEXIÓN 
2.1.2. ENSAYO DE TENSIÓN 
2.1.3. MÁQUINA UNIVERSAL DE PRUEBAS MECÁNICAS INSTRON 
2.1.4. DUREZA (VICKERS) 
2.1.5. MICRODURÍMETRO (MAT-2) MATSUZAWA 
2.2. MICROSCOPIO ELECTRÓNICO-PRINCIPIO- 
2.2.1. LENTES ELECTRÓNICAS 
2.3 METALOGRAFIA MICROSCOPICA 
2.3.1. TOMA DE LA MUESTRA 
2.3.2. PULIDO 
2.3.3. ATAQUE QUÍMICO 
 2.4 MICROSCOPIO ÓPTICO 
2.4.1. ILUMINACIÓN 
2.5 ANÁLISIS TÉRMICO DIFERENCIAL 
 
3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
 
4 OBJETIVO 
 4.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 4.1.1 CARACTERIZACIÓN MECÁNICA 
 4.1.2. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA 
4.1.3. CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA 
 
4.1.4. CARACTERIZACIÓN TÉRMICA 
 
5 MATERIALES Y MÉTODOS 
5.1. MATERIALES Y EQUIPO 
5.2. METODO PARA OBTENER FUERZA 
5.3. METODO PARA DETERMINAR MÓDULO ELÁSTICO EN TENSIÓN 
5.4. MÉTODO PARA DETERMINAR MICRODUREZA 
5.4.1. METODO PARA EVALUAR DUREZA EN SEGMENTOS DE ARCO 
RECTOS. 
5.4.2. METODO PARA EVALUAR DUREZA EN SEGMENTOS DE ARCO 
DOBLADOS. 
5.4.3. METODO PARA EVALUAR DUREZA DE DIFERENTES TAMAÑOS 
DE AGUJA MARTENSITA. 
5.4.4. METODO PARA EVALUAR DUREZA DE GRANO DE AUSTENITA 
 5.5 MÉTODO PARA ANÀLISIS QUÍMICO PUNTUAL 
 5.6. MÉTODO PARA CARACTERIZACIÓN METALOGRAFICA 
5.6.1 METODO PARA REALIZAR EL ATAQUE QUIMICO 
5.6.2. METODO PARA EL EXAMEN AL MICROSCOPIO OPTICO 
 5.7 MÉTODO PARA REALIZAR EL TRATAMIENTO TÉRMICO PARA 
 OBTENER EL GRANO DE AUSTENITA 
5.8 MÉTODO PARA EL ANÁLISIS DSC 
 
6. RESULTADOS 
6.1 RESULTADOS DEL ENSAYO PARA EVALUAR FUERZA DE 
 ACTIVACIÓN Y DESACTIVACIÓN DE UN ARCO DE NiTi 
 6.2.1. RESULTADOS DEL ENSAYO PARA EVALUAR MICRODUREZA 
 EN SEGMENTOS DEL ARCO RECTOS. 
 6.2.2. RESULTADOS DE DUREZA DE SEGMENTOS DOBLADOS. 
 6.2.3. RESULTADOS DE DUREZA DE TRES DIFERENTES TAMAÑOS DE AGUJA 
 MARTENSÍTICA. 
6.2.4 RESULTADOS DE DUREZA DE GRANO AUSTENÍTICO 
6.3 RESULTADOS DEL ENSAYO PARA EVALUAR MÓDULO 
 ELÁSTICO EN TENSIÓN. 
6.4. RESULTADOS DE CARACTERIZACIÓN QUÍMICA 
6.5. RESULTADOS DE CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA 
6.5.1 RESULTADO DE CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA DE UN ARCO 
 COMPLETO DE NITi 
6.6. RESULTADOS DE FORMACIÓN DE GRANO DE AUSTENITA A PARTIR DEL 
 TRATAMIENTO TÉRMICO. 
6.6.1. RESULTADOS DE CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA DE NiTi DESPUES 
 DEL TRATAMIENTO TÉRMICO PARA OBTENER AUSTENITA. 
6.6.2. TAMAÑO PROMEDIO DE GRANO AUSTENITICO 
6.7 RESULTADOS DE DSC 
7. DISCUSIÓN 
8. CONCLUSIONES 
9. BIBLIOGRAFIA 
 
 
 
 
 
MARCO TEÓRICO 
1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS 
1.1DESCUBRIMIENTO DE UNA NUEVA ALEACIÓN 
 
 
William J. Buehler, nació en Detroit Michigan en Octubre 25 de 1923. 
Estudió la licenciatura de Ingeniería Metalúrgica en 1944. Maestría en 
Ciencias en Ingeniería Metalúrgica en 1947. En 1951 ingresó al área de 
investigación del Laboratorio Naval de Ordnance, Estados Unidos, en un 
proyecto en conexión con el programa de misiles SUBROC en el cual 
reuníadatos sobre metales elementales selectos y aleaciones; en base a 
sus estudios, recordó la existencia de una aleación metálica llamada 
compuesto intermetálico. Este tipo de aleación se caracteriza por una 
temperatura de fusión alta y se define en el Manual de Metales, como 
“una fase intermedia en un sistema de la aleación teniendo un rango 
estrecho de uniformidad y proporciones relativamente estequiométricas en 
la que la naturaleza del enlace atómico puede variar de metálico a iónico”. 
En 1958, buscó información publicada sobre materiales de la aleación del 
compuesto intermetálico y elaboró un breve informe del resumen interno 
del Laboratorio Naval de Ordnance de Estados Unidos Reporte NAVORD 
No. 6121., éste fue clasificado como confidencial. 1 
 
 
Continuó sus estudios seleccionando alrededor de 60 compuestos 
intermetálicos de los cuales solo pudo trabajar con doce por causas 
externas, éstos compuestos se señalan en la Tabla 1. 
Tabla1. Compuestos intermetálicos probados inicialmente junto al NiTi. 
 
Estos compuestos se sometieron a diversas pruebas, de todos la aleación 
de NiTi mostró características interesantes como la deformación previa y 
recuperación de su forma original posterior, cuando este era calentado, 
por lo que se realizaron pruebas en láminas de una aleación de NiTi 
(55.4% peso níquel y 44.6% titanio) que se calentaron y posteriormente 
se les realizó un templado intermedio (alrededor de 600ºC) para observar 
este fenómeno. Estas pruebas fueron el inicio de la experimentación en 
esta aleación. 1 
V3Si3 ZrNi3 ZrNi TiAl 
Ti3Si3 Co4Zr NiAl V2Zr 
Zr2Si Ti3Sn Zr4Al3 TiNi 
En 1959, descubrió el cambio de amortiguamiento acústico debido al 
cambio de temperatura cercana a la temperatura ambiente. Se hicieron 
seis barras de la aleación NiTi, una después de la otra; mientras la 
primera se enfriaba, la última se encontraba caliente; a propósito dejó caer 
la primera barra al piso y ésta ya casi fría, emitió un sonido parecido al 
plomo. Dejó caer posteriormente las barras aún calientes y éstas 
emitieron un sonido parecido a campanas. Esto llamó la atención del 
ingeniero y dedujo que el marcado cambio acústico de amortiguación 
estaba relacionado con un cambio atómico estructural, relacionado solo a 
una menor variación de la temperatura. 1,2 
Las barras que exhibieron este cambio acústico de amortiguamiento 
altamente inusual como una función del cambio de temperatura, eran 
todas de la misma composición, equiatómica de níquel y titanio.1,3 
Ernie Heintzelman, metalógrafo determinó de forma más precisa, la 
temperatura de transición de amortiguamiento o rango de temperatura y 
concluyó que el compuesto de la aleación de NiTi era resistente al 
impacto, capaz de moldearse tanto en caliente como en frío y exhibir un 
drástico cambio acústico de amortiguamiento. 1 
En 1960, Raymond Wiley, metalúrgico, contribuyó a explicar muchas de 
las propiedades físicas y mecánicas de estas aleaciones y redacta el 
primer reporte técnico de esta aleación. El nombre de NITINOL es un 
nombre genérico al sistema de aleación que fácilmente describe su 
composición y el lugar de su descubrimiento (Níquel Titanio Naval 
Ordnance Laboratory) creado por Buehler. Anteriormente se usaba como 
prefijo, un número que indicaba el peso por ciento de níquel en la 
aleación. 1,2 
 
 
1.2. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LA ALEACIÓN 
Está compuesta por dos fases: Austenita y Martensita. Austenita es un 
cuerpo ordenado cúbico de nueve átomos por celda unitaria y es la 
estructura atómica del cristal que existe sobre un intervalo crítico dentro 
del rango de transición de temperatura (RTT). La martensita es más 
compleja: 54 átomos por celda unitaria debajo de su RTT. La disminución 
de RTT (es el rango de temperatura al cual el alambre regresa a su 
dimensión o forma original si es deformado como máximo del 7-8 % de su 
longitud) se logra agregando elementos ternarios metálicos, por ejemplo: 
Co, Fe y V. 5-7 
Cuando el NITINOL se presenta como estructura martensítica del cristal 
debajo de su RTT, es capaz de recuperarse cuando es sometido a una 
fuerza externa o deformación de aproximadamente del 8%. Aplicar menos 
del 8% de deformación en estado martensítico, sus átomos se deforman a 
lo largo de ciertos planos y direcciones de los esfuerzos cristalográficos 
determinados. Una vez elongado, dentro de su límite recuperable, 
permanece en estado deformado hasta que se calienta por arriba de su 
RTT. 8,9 
Cuando el calor que se aplica alcanza la temperatura por arriba del nivel 
de RTT, los átomos se vuelven térmicamente activos. Esta energía 
induce a una reversión de la deformación de tensión inducida y la 
estructura atómica regresa a la fase austenita. 
Con la deformación y la aplicación de calor para la recuperación de la 
forma, hay un efecto lateral importante, la conversión directa de energía 
de calor en energía mecánica.8,9 
Frederick E Wang autoridad física en cristales, descubrió los cambios 
atómicos estructurales que dotaron a la aleación con su característica 
única. Muchos materiales sufren transformaciones, las cuales involucran 
el reordenamiento de la posición de los átomos, moléculas o iones dentro 
de la estructura de los cristales. En un metal sin-memoria, el estiramiento 
por deformación es absorbido por el reacomodo de los cristales y es 
imposible que éstos regresen exactamente a su posición original. En una 
aleación como el NiTi, los cristales permanecen en su lugar; los átomos 
que se encuentran dentro de los cristales del metal se reacomodan y el 
objeto distorsionado regresa a su forma original. En esta aleación se 
encuentra una fase de origen sólida atómicamente ordenada (la fase a la 
que NiTi va a regresar), llamada austenita, nombrada así por el 
metalúrgico inglés Sir William Chandler Roberts-Austen (1843-1902), que 
existe en el régimen de temperatura alta. 1,9-11 
A baja temperatura, los átomos ordenados en la fase austenita deben ser 
capaces de transformarse en un nuevo acomodo atómico o fase, al cual 
se le ha dado el nombre de martensita en honor al metalúrgico alemán 
Adolf Martens (1850-1914). 11 
La transformación austenita-martensita (transición) procedede un rango 
crítico de temperatura o en situaciones especiales, con la aplicación de 
una fuerza y estiramiento (tensión-martensita inducida), así se dice que el 
NiTi pasa a la transformación martensita. 3,6-9,12-17 
Comenzando por debajo del punto de fusión de la aleación 1310ºC y por 
debajo de los 600ºC, la estructura del cristal está desordenada en el 
cuerpo cúbico centrado. Desde 600ºC hasta el rango de temperatura de 
transformación austenita-martensita (RTT), la estructura del cristal se 
convierte en una forma cúbica ordenada frecuentemente llamada una 
estructura de cloruro de cesio (CsCl). Como la aleación se enfría a través 
del RTT (Rango de Transición de Temperatura), sus átomos se 
transforman formando la nueva y compleja fase martensita. 18 
En las aleaciones de NiTi, el RTT puede variar sobre un rango amplio de 
temperatura desde 100ºC hasta una temperatura por debajo del nitrógeno 
líquido, -195.8ºC, formando compuestos ternarios y en algunos casos el 
control de la RTT está dado por la adición de pequeñas cantidades de 
otros elementos metálicos tales como cobalto, aluminio, vanadio, etc. 18,19 
El NiTi es un conglomerado de pequeñas regiones de cristales simples, 
llamados granos, todas de tamaños, formas y orientaciones variables. 
Para armar una forma deseable de NiTi, ésta debe ser calentada 
aproximadamente hasta 500ºC mientras se mantiene fija en una posición 
deseada, esto es conocido metalúrgicamente como “educación de la 
aleación”, donde aparentemente, no hay cambios visibles en la forma del 
metal. Todos los cambios ocurren a nivel atómico, gracias a esto se le 
puede dar al metal información, que va a reproducir a través de lamemoria de forma y el RTT. Calentar produce una reestructuración del 
enrejado atómico entre los granos individuales, los átomos de los granos 
adoptan la fase austenita (atómicamente ordenada), la cual tiene una 
estructura atómica en la que cada átomo de níquel está rodeado por ocho 
átomos de titanio en cada una de las esquinas del cubo. Cada átomo de 
titanio se rodea igualmente por un cubo de átomos de níquel. 8,13,14,18-20 
Cuando un alambre de nitinol se enfría por debajo de su RTT, la fase 
austenita dentro de los granos cambia a fase martensita, lo cual significa 
que los átomos de níquel y de titanio dentro del alambre asumen un 
acomodo tridimensional diferente y más complejo. La estructura 
martensita está ligeramente desordenada, pero estas distorsiones en su 
acomodo son a escala atómica y es por ello, que no son visibles. Hay 24 
variantes tridimensionales de esta ligera distorsión a escala atómica. Si el 
alambre enfriado a una temperatura por debajo de su RTT se sujeta a 
elongación por estiramiento, algunas de las martensitas soportan los 
movimientos atómicos causados por el estiramiento. En el NiTi, una 
deformación aproximada al 8% no es resultado de las transformaciones 
martensitas y por lo tanto el efecto de memoria ya no se puede generar. 
18-20 
Cuando una aleación de NiTi distorsionada es calentada, el movimiento 
de los átomos es nuevamente activado. En el movimiento termal, los 
átomos se deslizan regresando a la fase de configuración austenita la 
cual también restaura la forma original de la aleación. En las aleaciones 
sin memoria, la deformación debe ser absorbida por el reordenamiento de 
granos enteros debido a que los átomos dentro de ellos se encuentran 
encerrados en posición en el enrejado. Es imposible hacer que los granos 
regresen exactamente a su posición original después de tal deformación. 
En NiTi, sin embargo, los granos permanecen en su sitio en lugar de que 
los átomos se muevan. Si la recuperación de la forma es reprimida 
cuando se calienta por encima de su RTT (fase austenita), una fuerza 
estará disponible para realizar trabajo. 8,13,14,18-21 
A pesar de que otros sistemas de aleaciones presentan la propiedad de 
memoria de forma (por lo menos en forma limitada), ninguno de ellos 
posee las ventajas de la propiedad combinada de NiTi sobre todo las 
propiedades mecánicas y físicas; magnitud de recuperación, tensión-
deformación, conversión energética, resistencia general a la corrosión, 
compatibilidad a los tejidos y fluidos humanos para aplicaciones médicas, 
facilidad en alterar la recuperación de la memoria a través de las 
variaciones en la temperatura, un razonable costo de fabricación de la 
aleación, entre muchas otras ventajas. 20 
Las aplicaciones de NiTi fueron lentas en un principio debido al alto costo 
y dificultad de manufactura. El primer producto de NiTi fue el “Cryofit” ó 
conocido como “encoge para ajustar” de Raychem Corporation, que aún 
se usa para unir tubos hidráulicos en los aviones de combate F14. Los 
primeros productos incluyeron un registrador del latido del corazón en el 
que el indicador era controlado mediante calentamiento y enfriamiento. 20 
Debido a su sensibilidad única al calor, el NiTi es utilizado en aparatos de 
seguridad tales como válvulas anti-quemaduras para tomas de agua y 
cabezas de regadera, así como sistemas de rociadores y conectores de 
cierre automático. También en los armazones para anteojos que regresan 
a su forma original después de desdoblarse o sentarse sobre ellos. Otros 
productos incluyen las válvulas para las cafeteras, las persianas para las 
ventanas, armazones para brassieres y juguetes. La investigación y el 
desarrollo sobre armazones y defensas de carros de NiTi se encuentran 
ahora en marcha, por los que las abolladuras serán pronto cosa del 
pasado. 1 
 
Los años 80 y 90 mostraron una explosión de investigación, desarrollo y 
nuevos productos NiTi. Las aplicaciones más importantes han sido en 
cirugía cardiovascular y ortopédica. Los sujetadores de productos 
quirúrgicos están reemplazando a los tornillos, clavos y otros aparatos 
estorbosos como método `primario para fijar huesos rotos y tendones Uno 
de estos procedimientos fue utilizado en 1990 para resolver los problemas 
del hombro de un lanzador de los Dodgers. También los filtros de NiTi han 
sido insertados mediante un catéter dentro de una vena para desbloquear 
coágulos, sin la necesidad de cirugía. 1,20 
 
1.3 NITINOL APLICADO A LA ODONTOLOGIA 
El NiTi llamó la atención de George Andreasen, profesor y coordinador del 
Departamento de Ortodoncia de la Universidad de Iowa. En el periodo de 
1968-1969, se comunicó con el Ing. Buehler para saber detalles técnicos 
de la aleación y le pidió muestras para realizar estudios en los cuales 
pudiera comparar aleaciones de uso común en ortodoncia con la nueva 
aleación de NiTi. Buehler, desconociendo procedimientos en el área 
decidió mandarle muestras de alambres trabajadas en frío (trefilado) 
mientras que otros fueron templados totalmente (calentados a 600ºC). 
Una de las aleaciones era NITi modificado con cobalto con una baja 
temperatura de transición de memoria de forma. Los extensivos estudios 
clínicos de Andreasen eventualmente permitieron la comercialización del 
alambre, llamado arco activo de NITINOL y comercializado por 
Corporación Unitek, en Monrovia California (compañía fabricante y 
distribuidora dental). 1-4 
En los estudios del Dr. Andreasen, la experimentación para obtener las 
propiedades mecánicas de los materiales y la subsiguiente comparación 
con otros materiales usados en ese entonces como el acero o el cobalto, 
fue la base principal de estos. 2-4 
En Junio de 1971, (Andreasen- Hilleman) publica el artículo “An evaluation 
of 55 cobalt substituted Nitinol wire for use in orthodontics”. Varias 
características del alambre NITINOL incluyen la propiedad única de 
convertir energía térmica en energía mecánica que es usada en 
ortodoncia además de las propiedades de elasticidad y resistencia a la 
corrosión. Comparo mediante un ensayo de flexión de tres puntos alambre 
de Nitinol 0.019” templado y 0.019” no templado, con 0.012”, 0.014”, 
0.016”, 0.018” y 0.020” de trenzado sencillo de acero inoxidable 18-8 y 
trenzado triple (Twistflex). La aleación no mostró deformación plástica a 
3mm de desplazamiento fue el Nitinol no templado. Por lo tanto este 
alambre fué apropiado para los propósitos de nivelación ya que la fuerza 
de los alambres fue en promedio; 200g a 1mm de deflexión. 2 
En abril de 1972, Andreasen y Brady publican el artículo “A use hipótesis 
for 55 Nitinol wire for Orthodontics”, donde mencionan la ventaja de usar 
la aleación de Nitinol para uso ortodóntico por la resistencia a la corrosión 
y su límite elástico.3 
Andreasen y cols., proponen el uso de dos diferentes tipos de Nitinol; el 
primero con un TTR de 16º a 27ºC y el segundo con un TTR de 32º a 
42ºC incrementado. 3 
En 1978, Andreasen y Morrow publican “Laboratory and clinical analyses 
of nitinol wire”, en este articulo se habla de la memoria de forma como 
propiedad característica de esta aleación y como propiedad de suma 
eficiencia en los tratamientos ortodónticos; esta propiedad va de la mano 
con su rango de transición de temperatura (TTR). Llevan a cabo un amplio 
estudio de propiedades físicas en que incluyen pruebas de tensión y 
torsión para obtener módulo de elasticidad y torsión en arcos de acero 
inoxidable así como de NiTi. Proponen diferentes usos o aplicaciones para 
los arcos de NiTi en maloclusiones Tipo I, II y III. Se menciona como 
limitación del nitinol, la capacidad de ser doblado para dar a los arcos 
torques específicos, in y out, ansas, etc. auxiliares que pueden 
necesitarse durante los tratamientos. 4 
En 1985, Burstone estudia una aleación de níquel-titanio desarrollada 
para fines ortodónticos por Tien HuaCheng del Instituto General de 
Investigación en Metales no Ferrosos en Beijing China. Esta aleación 
tiene una baja transición de temperatura en comparación con el Nitinol. El 
estudio describe las propiedades mecánicas de esta aleación. 5 
En 1978, Furukawa Electric Co. Ltd. de Japón produjo un nuevo tipo de 
aleación japonesa de níquel titanio que a diferencia del Nitinol de 
Andreasen, posee tres propiedades: excelente superelasticidad y memoria 
de forma. 18 
En 1986, Miura y cols., examinan las propiedades mecánicas (pruebas de 
tensión y doblez) así como la influencia del tratamiento térmico en los 
alambres: CoCrNi, Acero inoxidable, Niti o de trabajo pesado (Nitinol) y 
NiTi japonés. Las características físicas de la aleación de NiTi, pueden ser 
interpretadas y explicadas por un análisis metalúrgico. En general, la 
aleación NiTi está cerca de un compuesto intermetálico equiatómico 
compuesto por la incorporación de una variedad de propiedades que 
pueden ser controladas en el método de manufactura. Por el control de los 
rangos de temperatura alta y baja, un cambio en la estructura cristalina 
llamada transformación martensítica puede ser producida, este fenómeno 
se dice es la causa del cambio en las propiedades físicas. Por ejemplo; en 
la fase martensítica (rango de temperatura bajo) el metal es muy dúctil y 
esto no sucede en la fase austenita (rango de temperatura es alto), en 
otras palabras a bajas temperaturas la aleación puede deformarse 
fácilmente. 22 
Los trabajos de Andreasen, Burstone y Miura brindaron las bases de los 
desarrollos posteriores de la aleación de Níquel titanio que se usa hoy en 
día y el inicio de una serie de artículos encaminados al estudio 
experimental de esta aleación. 22 
 
 
1.4 INVESTIGACIONES EN EL ÁREA DE ORTODONCIA EN RELACIÓN 
A LA ALEACIÓN DE NITI 
Junio 1985. Burstone Ch.J. Propone una nueva aleación de NiTi a la que 
llamó aleación China, la cual estudió mediante una prueba de flexión para 
obtener sus propiedades.5 
En 1990, Hurst-Manville-Nanda realizan una evaluación del fenómeno de 
memoria de forma del alambre de NiTi en aleaciones comercialmente 
diferentes. La memoria de forma fue determinada mediante el cálculo del 
porcentaje de recuperación de la forma ocurrida cuando el alambre era 
plásticamente deformado debajo de su TTR y entonces calentado a 
temperatura superior a su TTR; los hallazgos indicaron que el porcentaje 
de recuperación fue del 89% al 94% en la mayoría de las aleaciones 
probadas.6 
En 1991, Prososki-Bagby-Erickson analizaron la fuerza estática friccional 
y la superficie rugosa de arcos de NiTi. Encontraron que los efectos de la 
rugosidad dependen de la geometría de la rugosidad, orientación y 
características, así como de la relativa dureza del contacto de dos 
superficies. Doce diferentes variedades de alambres fueron medidos 
resultando los de superficie más rugosa tres marcas de NiTi y el menos 
rugoso el acero inoxidable. En cuanto a valor de fuerza friccional, Elgiloy 
presentó menor fuerza friccional de los NiTi y el acero inoxidable y TMA 
los de más alta fuerza friccional. 23 
En 1991, Khier-Brantley-Fournelle investigaron las propiedades de 
doblado de alambres ortodónticos de NiTi superelásticos y no 
superelásticos. Esta propiedad fue medida después del tratamiento 
térmico de 500º- 600ºC durante 10min y 2h. Un torquímetro fue usado 
para hacer los dobleces. Resultando en una diferencia notable de los 
promedios para los arcos superelásticos y no superelásticos atribuible a 
las proporciones relativas de fases austeníticas y martensíticas de la 
aleación de NiTi. 24 
En 1995 Thayer-Bagby-Moore primer uso de la difracción de rayos X para 
el estudio de arcos del Nitinol. El objetivo de este estudio fue comparar los 
cambios en la fase de esfuerzo inducida en alambres superelásticos de 
NITi a través de la difracción de rayos X. Ya que la temperatura de 
transición de fase (RTT) es afectada por la composición y técnicas de 
manufactura de la aleación. 7 
En 1996 Bradley-Brantley-Culbertson estudiaron alambres ortodónticos 
superelásticos y no superelásticos usando análisis difrerencial térmico 
(DSC) para determinar la transformación de temperaturas desde fase 
austenita a martensítica y la fase intermedia romboedral. Se estudiaron 
cinco alambres de NiTi comercialmente diferentes por arriba de su RTT (-
170ºC a 100ºC). 12 
En 1999 Barwart – Rollinger evaluaron el TTR de resortes de NiTi usando 
DSC. 9 
En 1999, Nakano-Satoh-Norris prueban las propiedades mecánicas en 
arcos de aleaciones de NiTi usando la prueba de flexión de tres puntos. 
Prueban 42 arcos diferentes de NiTi de 9 diferentes marcas a diferentes 
deflexiones. Encontraron que existen diferencias entre ellos. Estos 
resultados muestran que el tipo de manufactura que llevan a cabo los 
diferentes fabricantes influyen directamente en la respuesta mecánica de 
los arcos. 25 
En 2000, Santoro-Beshers muestran que la inducción del esfuerzo 
mecánico en el NiTi puede influenciar el rango de transición de 
temperatura de la aleación y por lo tanto la expresión de las propiedades 
superelásticas. 8 
En 2001, Santoro-Nicolay-Cangialosi explican cómo dos fenómenos son 
responsables del comportamiento superelástico de las aleaciones de NiTi; 
transformación de fase en el rango de Transición de Temperatura y la 
formación de SIM (Martensita Inducida por Esfuerzo) en áreas localizadas 
de los arcos a la deflexión. El efecto de memoria de forma se deriva de la 
transformación de martensita a austenita y aplicación ortodóntica clínica 
que requiere el TTR de las aleaciones ligeramente menores a la 
temperatura oral. 13 
En 2001 Santoro- Nicolay -Canmgialos organizaron una referencia 
sistemática para ayudar al ortodoncista a evaluar las aleaciones de níquel-
titanio comúnmente usadas. En pruebas de tensión se necesitan al 
menos 2mm de deflexión para la formación de SIM en alambres 
austeníticos. Una deflexión por debajo de 2mm puede liberar una fuerza 
elevada correlacionada con la presencia de la fase austenítica. Un óptimo 
desarrollo de NiTi superelásticos austeníticos puede darse en severas 
malposiciones dentales cuando la deflexión se ve acentuada por la 
irregularidad de la distancia interbraquet. 14 
2001 Auricchio-Petrini proponen mediante sistema de modelado numérico 
revisar, comprender y describir el funcionamiento de la memoria de forma 
de la aleación (SMA; “shape memory alloy”) de NiTi usada en ortodoncia. 
26 
En 2001 Lee-Chang investigaron los cambios en las propiedades 
mecánicas, topografía de la superficie y fuerzas friccionales de varios 
arcos de níquel titanio después del reciclado. Demostrando que no 
existían diferencias importantes entre los arcos control y los que habían 
sido reciclados. 27 
En 2001 Gurgel-Kerr-Powers este estudio evaluó los momentos de torsión 
en activación y desactivación de arcos de NITi comerciales que han sido 
usados para fases iniciales del tratamiento ortodóntico. Demostrando que 
estos momentos varían entre distintos arcos de NiTi, en relación con el 
TTR de cada aleación. 28 
En 2001, Gurgel-Kerr-Powers compararon la fuerza-deflexión de los arcos 
de níquel-titanio superelástico, estos fueron sometidos a diferentes 
deflexiones para ver si la superelasticidad era directamente proporcional 
a la cantidad de deflexión a los que son sometidos debido a los diferentes 
grados de desacomodo dental. El resultado mostró que los alambres 
exhibieron comportamientos superelásticos independientemente de los 
grados de deflexión. 29 
En 2002, Wilkinson-Dysart-Hood investigaron mediante pruebas de carga-
deflexión las características de diferentes arcos de Niti usados para 
etapas iniciales de alineación con una prueba modificada que simula 
diferentes condiciones que son encontradas clínicamente. 30 
En 2002, Rucker-Kusy sometieron muestras de arcos de NiTiy acero 
inoxidable a pruebas de flexión de tres puntos para determinar el modulo 
de Young; encontrando que los módulos de inoxidable no tienen módulos 
parecidos a las aleaciones de NiTi ya que poseen valores alta rigidez. 31 
 En 2003, Brantley-Lijima-Grentzel usando DSC como método para 
investigar la transformación de fase en alambres de níquel-titanio así 
como los cambios microestructurales los cuales son de suma importancia 
en el desempeño clínico de los arcos. 32 
En 2004, Clocheret-Wille en este estudio evaluaron el comportamiento 
friccional de 15 diferentes arcos y 16 diferentes brackets para observar el 
desempeño de los diferentes materiales de los cuales están compuestos 
tanto brackets y arcos para obtener la menor fricción. Encontrando que los 
arcos cubiertos con material epóxico y un bracket de acero inoxidable son 
la mejor opción. 33 
En 2005, Garrec-Tavernie relacionaron la rigidez en condiciones de flexión 
con la dimensión transversal de arcos de níquel-titanio. 34 
En 2006, Tatsuei-Dalst evaluaron la influencia de la temperatura intraoral 
en la fuerza ejercida por 7 arcos rectangulares de NiTi. La respuesta de 
los arcos fue diferente para las marcas y el uso de arcos superelásticos 
activados térmicamente no funcionan adecuadamente en pacientes 
respiradores bucales. 17 
 
2 PRUEBAS REALIZADAS A LA ALEACIÓN DE NiTi 
PARA SU CARACTERIZACIÓN. 
2.1 PRUEBAS MECÁNICAS. 
Análisis de las propiedades mecánicas mediante ensayos de flexión, tensión y 
dureza del material. 
 
2.1.1 ENSAYO DE FLEXIÓN 
Método para medir la ductilidad de ciertos materiales. Relación del esfuerzo 
máximo con la deformación máxima, dentro del límite elástico del diagrama 
esfuerzo-deformación obtenido en un ensayo de flexión. 
Si las fuerzas actúan sobre una pieza de material de tal manera que tiendan a 
inducir esfuerzos compresivos sobre una parte de una sección transversal de la 
pieza y los esfuerzos en tensión sobre la parte restante, se dice que la pieza está 
en flexión. La imagen común de la acción flexionante es una viga afectada por 
cargas transversales; la flexión puede también causarse por momentos pares 
tales como los que pueden resultar de cargas excéntricas paralelas al eje 
longitudinal de una pieza. 
En una sección transversal de la viga, la línea a lo largo de la cual los esfuerzos 
flexionantes son cero es llamada el eje neutro. La superficie que contiene los ejes 
neutros es la superficie neutra. Sobre el lado de la viga en compresión las “fibras” 
de la viga se acortan, y sobre el lado en tensión se estiran, así la viga se flexiona 
en una dirección normal a la superficie neutra, tornandose cóncava del lado en 
compresión. En la flexión pura las deformaciones son proporcionales a la distancia 
desde el eje neutro. 
La deflexión de una viga es el desplazamiento de un punto sobre la superficie 
neutra de una viga de su posición original bajo la acción de las fuerzas aplicadas. 
Dentro del límite proporcional, la deflexión debida a la flexión bajo un tipo de carga 
dada puede obtenerse a partir del modulo de elasticidad del material y de las 
propiedades de la sección. 
Las deflexiones transversales para dos casos comunes son: 
La deflexión ( flecha) central de una “viga simple” ( libremente apoyada en los 
extremos) con una carga concentrada p a la mitad del claro = pl3/48ei. 
La deflexión es una media de la rigidez general de un material dado. Las 
mediciones de las deflexiones constituyen un medio para determinar el modulo de 
elasticidad del material en flexión. Si el modulo de elasticidad en tensión y 
compresión no es el mismo, el modulo de elasticidad en tensión del ensayo de 
flexión tiende a ser intermedio entre los de tensión y compresión, aun mas, si hay 
esfuerzos cortantes transversales, el modulo de elasticidad en flexión tiende a ser 
ligeramente inferior al correspondiente al esfuerzo axial, ya que las deformaciones 
por corte tienden aumentar una deflexión sobre las deformaciones en la 
estructura del material por si solas. Si los esfuerzos son proporcionales a las 
deformaciones, la variación del esfuerzo a través de una sección es lineal. 
Sumando los momentos de los esfuerzos alrededor del eje neutro, el momento de 
resistencia, dentro del límite proporcional, puede encontrarse: 
m= σi/c “ la fórmula de flexión” 
donde 
 σ = esfuerzo sobre la fibra extrema 
 c = distancia del eje neutro de la fibra extrema 
 i = momento de inercia de la sección alrededor del eje neutro ( i para una sección 
rectangular es bdλ/12: para una sección circular πdλ/64; en que b = ancho y d = 
peralte o diámetro). 
Para presentar los resultados de un ensayo de flexión se usan muchas 
unidades diferentes. Las unidades mas frecuentes para el esfuerzo son 
mega pascales (MPa) y libras por pulgada cuadrada (psi). Entre las 
unidades de la deformación están pulgada/pulgada, centímetro/centímetro 
y metro/metro. Como la deformación es adimensional, no se requieren 
factores de conversión para cambiar de sistema de unidades. 35-37 
 
2.1.2 ENSAYO DE TENSIÓN. 
Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada 
lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen 
ser muy pequeñas En éste se puede obtener información acerca de la 
resistencia, el módulo de Young y la ductilidad de un material. 
En este ensayo la muestra se estira a una velocidad de deformación 
constante, midiéndose como una variable dependiente, la fuerza necesaria 
para producir una elongación especificada. Con los resultados de la tensión se 
puede graficar una curva de carga contra elongación, que generalmente se 
registran como valores de esfuerzo y deformación independientes de la 
geometría de la muestra.35,36 
El esfuerzo ingenieril σ, se define como la razón de la carga aplicada a la 
muestra, P, la selección transversal original, Ao: 
σ= P/Ao 
La deformación ingenieril ε, se define como la razón del cambio en longitud de 
la muestra, ∆l, a su longitud original, lo: 
ε= l – lo / lo = ∆l / lo 
Al iniciarse la prueba de tensión, el material se deforma elásticamente; esto 
significa que, si la carga se elimina, la muestra recupera su longitud inicial. Se 
dice que el material sobrepasó su límite elástico cuando la carga es de 
magnitud suficiente para iniciar una deformación plástica, en otras palabras el 
material no recupera su longitud original si se elimina la carga aplicada. A 
medida que la muestra continúa alargándose, el esfuerzo ingenieril aumenta y 
se dice que el material ha sufrido un endurecimiento por deformación. El 
esfuerzo alcanza su máximo en el valor de resistencia a la tensión. En este 
valor de esfuerzo se forma en la probeta una constricción o cuello, la cual es 
una reducción localizada en el área de la sección transversal, en la que se 
concentra todo el alargamiento posterior. Una vez formada esta constricción, el 
esfuerzo ingenieril disminuye al aumentar la deformación y continúa 
disminuyendo hasta que la muestra se rompe. Para metales y materiales 
cerámicos, la relación entre esfuerzo y la deformación en la región elástica es 
lineal y la ecuación que la describe recibe el nombre de ley de Hooke: σ=Eε 
Donde E es una constante llamada módulo de Young, σ es el esfuerzo y ε la 
deformación. 35,36 
 
 
2.1.3 MAQUINA UNIVERSAL DE PRUEBAS MECÁNICAS 
 
Generalmente se utiliza una máquina universal de ensayos mecánicos para 
estudiar el comportamiento mecánico en flexión del material sometido a una 
velocidad de deformación constante. La carga de flexión es aplicada 
uniaxialmente, perpendicular al eje de la muestra. La máquina universal de 
ensayos está diseñada para medir continua y simultáneamente, la carga 
instantánea aplicada y el alargamiento resultante.35 
En un ensayo típico de deflexión, los datos obtenidos mientras se realiza el 
ensayo a una temperatura y velocidad constante,suelen representarse en un 
diagrama cartesiano, obteniéndose curvas esfuerzo-deformación (σ-ε), cuya forma 
varía con la naturaleza de la aleación y con las condiciones del ensayo. 38 
La evaluación de los parámetros mecánicos se realiza a partir de estas curvas 
proporcionadas por el registro gráfico. 
 
2.1.4. DUREZA (VICKERS ) 
 
La dureza de un material puede definirse como la resistencia que opone un cuerpo 
a ser penetrado por otro. Al producirse una huella por presión tiene lugar una 
deformación elástica y una deformación plástica. A partir de la huella dejada en la 
superficie del material, se puede obtener el valor correspondiente a la microdureza 
del material.35 
 
La dureza Vickers se obtiene del cociente obtenido al dividir el valor de la fuerza 
(carga) de la indentación piramidal sobre la superficie probada formada por la 
indentación de diamante piramidal de un ángulo facial de 136º, entre superficie del 
área opbtenida de la longitud de la diagonal de la indentación permanente. (Fig 1). 
Esto es calculado con la siguiente ecuación 
 HV = (1.8544 F) / d2 
 
Donde 
HV: Dureza Vickers 
F: Carga de la prueba (N) 
d: Promedio de la longitud diagonal de la indentación. 
. 
Figura1. Geometría de la indentación en la microdureza VICKERS. 
La microdureza Vickers tiene dos importantes ventajas: 
1.-Puede ser obtenido un valor constante de microdureza en materiales 
homogéneos independientemente de la carga aplicada. 
2.-Pruebas de microdureza en materiales extremadamente suaves o 
extremadamente duros con la misma escala. 
2.1.5 MICRODURIMETRO (MHT-2) MATSUZAWA SEIKI 
Especificaciones del aparato: 
Carga de prueba: 10,25,50,100,200,300,500,1000 gf. 
Tiempo de carga: Aplicación automática 5-30 s 
Poder de magnificación del microscopio: Lente objetiva 40x y ocular 10x (400x) 
 Lente objetiva 10x y ocular 10x (100x) 
Microscopio de medición: 
 Máxima longitud de medida 300micras 
 Mínima micrograduación: 0.5 micras 
 Mínimas unidades de medida: 0.1 micras 
Máxima altura de la muestra: 85mm 
Máxima profundidad de la muestra: 100mm 
 
 
2.2 MICROSCOPIO ELECTRÓNICO. 
PRINCIPIO 
El microscopio electrónico realizado por primera vez en 1934, funciona de 
una manera análoga al microscopio óptico siendo examinado el objeto por 
medio de un haz de electrones en lugar de un haz luminoso. La fuente de 
electrones es un cátodo incandescente que emite electrones acelerados 
con un voltaje del orden de 100kV y reducidos a un haz estrecho por un 
diafragma. Los electrones que propagan en línea recta son entonces 
reunidos en un haz estrecho en una lente que desempeña la misión de 
condensador. Este haz irradia el objeto por transparencia o por reflexión, 
después atraviesa sucesivamente una lente de foco corto (objetivo) y una 
lente de foco largo (ocular de proyección), convergiendo en una pantalla 
fluorescente o una placa fotográfica donde se forma la imagen definitiva. 
Se opera en el vacío a fin de evitar la absorción de electrones. 39 
2.2.1 LENTES ELECTRÓNICAS. 
Se utilizan dos clases de lentes: la lente electrostática que es un anillo 
puesto a un alto potencial negativo con relación a la fuente de electrones, 
colocado entre dos electrodos exteriores unidos a tierra. La lente 
magnética, la más utilizada, comprende una bobina de forma toroidal 
recorrida por una corriente continua, rodeada por una coraza de hierro. 
Estas lentes actúan sobre los electrodos como una lente de vidrio sobre 
los rayos luminosos. 39 
Siendo muy pequeña la longitud de onda correspondiente a los 
electrones, se obtiene un excelente poder separador que puede 
descender a 0,5mµ que corresponde a un aumento de 100 000 
aproximadamente. Se pueden estudiar así estructuras que el microscopio 
óptico es incapaz de resolver. 39 
El microscopio electrónico se usa en el estudio de superficies puesto que 
los electrones son absorbidos rápidamente por la materia. Se usan dos 
modos de irradación del objeto. 39 
1.-Por transparencia. Se forma en la superficie del cuerpo a observar una 
película llamada réplica de superficie de espesor aproximado 20mµ (capa 
de óxido producido por oxidación anódica para las aleaciones ligeras, o 
película de carbono obtenida por vaporización en bajo vacío en los otros 
casos) que reproduce en ella todas las irregularidades; se desprende por 
inmersión en un baño que disuelve el metal y se le examina por 
transparencia. Los electrones son emitidos a los diversos puntos de la 
película, y la imagen sobre la pantalla será función de la estructura del 
objeto. 39 
El reciente método llamado de micrografía electrónica directa permite 
alcanzar el poder separador del propio microscopio. La muestra 
previamente laminada al espesor de algunas centésimas de mm es 
colocada en el ánodo de una célula de electrólisis y reducida hasta 
centésimas de micrón. 39 
2.- Por reflexión. Se pone en contacto la superficie del objeto por los 
electrones que inciden bajo un ángulo agudo entonces se obtiene una 
imagen que revela las menores rugosidades de la superficie. 39 
 
2.3 METALOGRAFÍA MICROSCÓPICA 
La metalografía microscópica tiene por objeto revelar los constituyentes 
de los productos metalúrgicos (metales puros, combinaciones, etc.). Para 
esto se procede al examen al microscopio por reflexión de una superficie 
pulida y generalmente, atacada. 39 
2.3.1. TOMA DE LA MUESTRA. 
El lugar y el sentido de la toma dependen del fin a alcanzar. El resultado 
observado no sería el mismo si la muestra es del centro o la periferia en 
caso de muestras grandes y en general un solo examen no es suficiente. 
La muestra puede ser de unos milímetros cuadrados y ésta tiene que ser 
embebida en un material plástico o no dependiendo de las características 
del material. Esto facilita el manejo de la muestra durante el pulido. 39 
El modo de la toma no debe provocar una elevación de temperatura 
grande porque podría haber modificación de la constitución del metal. 39 
 
 
 
 
2.3.2 PULIDO 
Consiste en hacer la superficie plana y brillante de forma que no presente 
ninguna raya susceptible de perjudicar el examen ulterior. Para esto se 
frota el metal sobre abrasivos cada vez mas finos; se prolonga la acción 
de cada uno de ellos hasta que desaparezcan las rayas creadas por el 
producto precedente; esta condición es fácil de comprobar si se toma la 
precaución de rayar la muestra rigurosamente en un cierto sentido con un 
abrasivo, y en el sentido perpendicular con el siguiente. El pulido 
comprende tres fases: 
1. PREPARACIÓN. 
Tiene por objeto crear la superficie plana del examen. Se hace sobre un 
disco de carburo o de esmeril, generalmente se pasa enseguida 
rápidamente la muestra sobre una tela esmeril de grano muy fino. (Fig 2) 
 
Fig. 2. Desbaste sobre disco de carburo 
2. DESBASTE. 
Se opera con ayuda de una serie de papeles esmeril cada vez más finos, 
del número 0 al 0000. El medio más simple es usar una máquina en la 
que el papel se fija sobre un disco que gira en un plano horizontal. Esta 
fase es muy delicada, se efectuan aproximadamente 200 pasadas sobre 
cada papel (100 en un sentido y 100 en una dirección perpendicular).Esta 
fase permite llegar a una superficie comparable a un espejo y a no dejar 
más que rayas muy finas invisibles a simple vista que desaparecerán en la 
última fase. 39 
3. ACABADO. 
 La muestra se pule generalmente sobre un disco con agua que tiene en 
suspensión un abrasivo. El disco por la cara útil se coloca un paño. Para 
las aleaciones duras se utilizan discos de fieltro comprimido. 39 
El abrasivo más frecuentemente empleado es la alúmina en polvo de 
diferentes tamaños de grano. Se usa también la pasta diamantada, 
constituida por granos de diamanteembebidos en un ligante soluble en 
agua y alcohol. (Figs. 3, 4 y 5) 
 
 Fig 3 Polvos de Alúmina Fig 4 Pulido con alúmina 
 
 
 Fig 5 Alumina 0.3 Alumina 0.05 
 
2.3.3 ATAQUE QUÍMICO. 
Tiene por objeto revelar las uniones de los cristales, y diferenciar los 
constituyentes de la aleación. El método más extendido consiste en 
embeber la cara de la muestra a revisión en el reactivo seleccionado 
durante un tiempo conveniente. Generalmente el ataque tiene lugar a la 
temperatura ambiente. 39 
El reactivo obra de diferentes formas; puede disolver ciertos 
constituyentes que por consiguiente perderán su pulido y dejaran de 
reflejar la luz apareciendo en negro al microscopio;, puede obrar por 
disolución preferencial de los granos, según su orientación cristalina; 
puede colorear diversamente ciertos constituyentes; puede producir un 
depósito en la superficie de ciertas fases. 39 
Los reactivos utilizados son de soluciones acuosas o alcohólicas 
suficientemente diluidas a fin de que el ataque sea lento. Para los metales 
y aleaciones blancas la solución alcohólica de ácido crómico es la 
indicada. 39 
El ataque de la muestra pulida puede exigir ser cronometrado 
cuidadosamente; el tiempo de ataque, muy variable, varía de algunos 
segundos a varios minutos y se determina por experiencia. El ataque 
debe ser más ligero cuanto mayor sea el aumento utilizado, debido a la 
disminución de la profundidad del campo del microscopio. A un pulido 
defectuoso corresponde un ataque más violento del reactivo por lo que se 
atacará un tiempo menor que para una muestra perfectamente pulida. 39 
Para detener el ataque se lava cuidadosamente en una corriente de agua 
y se seca en un chorro de aire a presión o se lava con alcohol y se seca 
con aire caliente. 39 
2.4 MICROSCOPIO ÓPTICO. 
El microscopio está constituido esencialmente por un objetivo (sistema de 
lentes de distancia focal corta de aproximadamente algunos milímetros) 
que da del objeto una primera imagen real y ampliada, y de un ocular 
(sistema de lentes de distancia focal mas grande, del orden de 2cm) que 
da de la imagen precedente una imagen definitiva ampliada, virtual (lupa o 
real (ocular de proyección). 39 
Los aparatos más empleados son del tipo Le Chatelier; difieren del 
microscopio ordinario por los siguientes puntos 
a) El objetivo está colocado verticalmente, pero está invertido con relación 
a un microscopio ordinario: esta disposición tiene por objeto evitar el tallar 
dos caras planas y paralelas. 
b) El ocular es horizontal o débilmente inclinado sobre la horizontal. 
c) Un prisma de reflexión total o un espejo plano está colocado entre el 
objetivo y el ocular; puede girar 90º alrededor de un eje vertical y enviar el 
haz luminoso sobre una placa fotográfica después de haber atravesado el 
ocular de proyección. 
La muestra es soportada en una plataforma que se desplaza en tres 
direcciones perpendiculares; el desplazamiento vertical sirve para el 
enfoque; los otros dos movimientos permiten la exploración metódica de la 
muestra. 39 
Los rayos luminosos son concentrados por una lente convergente y 
diafragmas; el ángulo oblicuo de los rayos a la entrada y a la salida del 
objetivo hace que los dos prismas no se traslapen. 39 
El microscopio sirve únicamente para percibir detalles indiscernibles a ojo; 
esta cualidad primordial reside esencialmente en el valor del poder de 
resolución. La imagen de un punto en un instrumento de óptica no es un 
punto sino una mancha circular; se concibe que si dos puntos están lo 
suficientemente próximos, las dos manchas correspondientes se invaden 
una a la otra, y los puntos no están separados. El poder de resolución es 
la distancia más pequeña entre dos puntos, lineal o angular de los que las 
imágenes son distintas. El aumento aparente depende de las distancias 
focales del objetivo del ocular y de su distancia; facilita el examen de la 
imagen a causa de su amplificación, pero no aumenta en nada su finura, 
es decir, la percepción de los detalles; si dos imágenes dadas por el 
objetivo se confunden, es completamente inútil aumentar la escala de la 
observación. 39 
El aumento del aparato (relación de las dimensiones lineales de la imagen 
y del objeto) depende de la observación fotográfica; también es escogido 
en función del poder separador. Los aumentos corrientes varían de 50 a 
1500; en este último caso se utiliza un objetivo de inmersión. El aumento 
máximo actualmente alcanzado (con rayos UV) es del orden de 6000, y el 
poder separador correspondiente es de aproximadamente 0.1micras, 
mientras que con la luz visible apenas se puede descender debajo de 
0.3micras (esta longitud es del orden de 1000 distancias interatómicas). El 
microscopio óptico ha alcanzado sin duda el máximo de sus posibilidades. 
39 
2.4.1 ILUMINACIÓN. 
La iluminación se hace por reflexión, generalmente con una lámpara de 
incandescencia de filamento grueso y corto que funciona a bajo voltaje. La 
superficie iluminada es brillante, y la iluminación se llama de fondo claro; 
este modo de iluminación es el único empleado para los trabajos 
cotidianos. 39 
Otros dos modos de iluminación pueden ser empleados: 
a) La iluminación de fondo negro reposa sobre los fenómenos de 
difracción; la superficie examinada es iluminada en forma oblicua por un 
haz convergente, de tal forma que ningún rayo reflejado pueda entrar en 
el objetivo. El haz luminoso cae primero sobre el espejo plano inclinado a 
45º, después es reflejado sobre el espejo parabólico cóncavo que lo 
concentra sobre el objetivo. Las regiones regulares no difractan la luz y 
aparecen negras, mientras que las superficies irregulares difractan la luz 
en todas las direcciones y aparecen con colores variados. 39 
b) La luz polarizada permite en particular, el estudio de las inclusiones. La 
luz queda apagada para las sustancias amorfas, mientras que las 
sustancias anisotrópicas se iluminan para ciertas posiciones. 
2.5 ANÁLISIS TÉRMICO DIFERENCIAL. 
 
 
El término Análisis Térmico se utiliza frecuentemente para denominar todas las 
técnicas experimentales que estudian el comportamiento de un material en función 
de la temperatura y el tiempo. Esta definición es tan amplia, que incluye todos los 
métodos experimentales relacionados con la temperatura. 16 
 
La Conferencia Internacional para el Análisis Térmico y Calorimetría (ICTAC) lo 
define como el "conjunto de técnicas mediante las cuales, una propiedad física o 
química de un material es medida en función de la temperatura". 32 
 
Estas técnicas son ampliamente utilizadas para la caracterización de los metales, 
polímeros y materiales compuestos; debido a que sus condiciones de procesado, 
así como su historia y tratamiento térmico, influyen de forma decisiva en las 
propiedades últimas de la materia, resultando imprescindible en la fabricación de 
cualquier pieza el control de las características térmicas del material. 9 
 
La influencia de la temperatura y el tiempo en la fabricación de los diferentes 
metales y aleaciones infieren en las propiedades de estos materiales. 
 
Dado que prácticamente todas las propiedades varían con la temperatura, las 
técnicas de Análisis Térmico son muy amplias, basándose todas ellas en la 
medida de la propiedad correspondiente, bien en función de la temperatura 
mientras se somete la muestra a un programa con velocidad de calentamiento 
controlada, o en función del tiempo, manteniendo la temperatura constante. 9 
 
Sin embargo, conviene señalar que los resultados obtenidos deben analizarse 
cuidadosamente, debido a la complejidad del comportamiento térmico de los 
metales así como a la naturaleza misma de los ensayos. 
 
Son muchas las propiedades quepermiten ser evaluadas utilizando estas 
técnicas, entre otras: temperaturas de transición vítrea (Tg), temperaturas de 
fusión (Tm), transiciones entre fases, velocidades de reacción, estabilidad térmica, 
módulos dinamomecánicos, etc. 12 
 
Las técnicas de análisis térmico más utilizadas para la caracterización de los 
metales son: la calorimetría diferencial de barrido (DSC), la termogravimetría (TG) 
así como el análisis dinamomecánico (DMA). 9 
 
El objetivo de la calorimetría es la medida del calor. Tanto reacciones químicas 
como muchas transiciones físicas consumen o generan calor y la calorimetría es el 
método general más utilizado para el estudio de estos procesos. 12 
 
Actualmente la calorimetría diferencial de barrido (DSC) es la más utilizada. 
Según ICTAC se define como una técnica en la cual la velocidad del flujo de calor 
(o potencia) de la muestra es registrada frente a la temperatura o el tiempo, según 
un programa al que se somete la misma en una atmósfera específica y controlada. 
16 
 
La calorimetría diferencial de barrido (DSC) es una importante fuente de 
información acerca de las propiedades térmicas de los materiales metálicos. Es 
una técnica que precisa pequeñas cantidades de muestra y que, dada la rapidez 
de las medidas, permite el estudio de sistemas térmicamente muy sensibles. 16 
 
Los calorímetros diferenciales de barrido se basan en un método diferencial de 
medida, es decir, una medida es comparada con otra de la misma clase, de valor 
conocido, sólo ligeramente distinta, de tal forma que la diferencia entre ambas es 
registrada por el instrumento. Una característica común a todos los DSC es que 
contienen dos sistemas de medida gemelos, uno servirá como referencia y el otro 
albergará la muestra a analizar. Esta característica es un avance decisivo, ya que 
perturbaciones como variaciones en la temperatura o en la atmósfera, afectan a 
los dos sistemas por igual y son compensadas al medir la diferencia entre las dos 
señales individuales. Además, la señal diferencial puede ser amplificada hasta ser 
tan fuerte como la básica. Otra característica de los DSC es el modo dinámico de 
operación, la muestra puede ser calentada o enfriada a la velocidad seleccionada 
y además puede trabajar en modo isotérmico.18,32
 
 
3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
Existen estudios donde se han evaluado de forma muy puntual las 
propiedades mecánicas del arco de NiTi y los resultados obtenidos son la 
respuesta de las transformaciones de fase (martensita-austenita y 
viceversa), la activación térmica y la composición química de éstas 
aleaciones. Poco se ha estudiado la estructura de las fases a través de 
microscopia óptica y cómo, el acomodo de estas fases, puede causar una 
respuesta mecánica o térmica. Por lo cual para este trabajo se decidió 
estudiar la aleación de NiTi desde el punto de vista metalográfico, 
mecánico, térmico y químico. Puede dar respuestas del comportamiento 
de la aleación a través de sus diferentes fases. Se seleccionó como 
muestra de estudio, el arco llamado BIOFORCE de manufactura japonesa 
que propone revolucionar la aplicación de la aleación de NiTi en los arcos 
de ortodoncia. 
El desarrollo del arco Bioforce (TOMY Japonesa y GAC Internacional), ha 
creado polémica debido a que su manufactura se realiza sometiendo el 
arco a un tratamiento térmico (el cual no ha sido reportado) variando el 
tiempo en tres diferentes zonas con el objeto de producir al momento de 
la activación intraoral, fuerzas individuales para estas tres secciones 
específicas de la arcada dental (zona de molares, zona de premolares y 
zona de dientes anteriores). Esto crea la posibilidad de obtener en un solo 
arco, fuerzas biológicas específicas para mover un determinado grupo de 
dientes desde las etapas iniciales del tratamiento. Se pretende valorar el 
comportamiento de la aleación así como revelar la estructura 
metalográfica de cada una de las fases, lo cual no ha sido detalladamente 
reportado. 
 
 
 
4 OBJETIVO 
En estudios anteriores se ha investigado la aleación mediante pruebas 
mecánicas, difracción de rayos X, análisis térmico diferencial para 
entender tanto el comportamiento de la aleación como para comparar los 
resultados de los productos de diferentes fabricantes. Un estudio más 
detallado del arco Bioforce no se ha llevado y es de sumo interés valorar 
la aleación en las tres diferentes secciones que marca el fabricante. 
El objetivo de esta investigación fué valorar la aleación de NiTi del arco 
Bioforce mediante la caracterización mecánica, química, metalográfica y 
térmica de sus tres secciones. 
4.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS 
4.1.1CARACTERIZACION MECANICA 
1.-Obtener valores de fuerza de cada uno de los tres segmentos del arco. 
2.- Obtener valores de dureza de cada uno de los tres segmentos del 
arco. 
3.- Obtener el valor del módulo elástico de un segmento del arco. 
4.1.2. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA 
1.-Mediante análisis químico puntual obtener la composición de cada uno 
de los segmentos del arco. 
 
 
 
4.1.3. CARACTERIZACION METALOGRÁFICA 
1.-Encontrar el agente específico para revelar la estructura de la aleación 
níquel-titanio. 
2.- Con microscopia óptica, revelar la estructura de cada uno de los tres 
segmentos del arco níquel-titanio. 
3.- Con microscopia óptica revelar la estructura de cada una de las fases 
de la aleación NiTi. 
4.1.4. CARACTERIZACION TÉRMICA 
1.- Mediante Análisis Térmico Diferencial determinar las temperaturas de 
las transformaciones de fase de la aleación. 
 
 
5. MATERIALES Y MÉTODOS. 
5.1. MATERIALES Y EQUIPO 
 
Posgrado Facultad de Odontología. UNAM. 
 
1. Máquina Universal de Pruebas Mecánicas INSTRON (modelo 5567, Canton, 
Mass. USA.) 
2. Tipodonto de acrílico de adulto 
3. Juego de braquets autoligables metálicos (GAC, slot 0.022”). 
4. Resina Fotocurable Tetric Flow (IVOCLAR/VIVADENT) 
5. Acrílico autocurable NICTONE (monómero y polímero). 
6. Arco BIOFORCE de NiTi ( GAC 0.016x0.022”), para maxilar. Ref 02-528-022 
LOT H336 
 
 
 
Instituto de Física. UNAM 
 
1. Microscopio Electrónico de Barrido. (Modelo 440, LEICA STEREOSCAN) 
 
Facultad de Química. UNAM 
1. Microscopio Electrónico de Barrido. (JEOL 5600 LV) 
2. Máquina para desbaste manual 
3. Máquina para pulido fino y grueso 
4. Microscopio Óptico. (Olympus AHMT-2) 
5. Manta para pulido fino y grueso 
6. Reactivos de ataque: 
a. Ácido fluorhídrico, HF 
b. Glicerol 
c. Alcohol etílico 
d. Acido clorhídrico, HCl 
e. Ácido nítrico, HNO3 
f. Óxido de Cromo III, CrO3 
g. Ácido acético glacial, CH 3 COOH 
h. Ácido sulfúrico,H 2 SO4 
i. Ácido fosfórico, H 3 PO4 
j. Agua oxigenada, H 2 02 
 
Instituto de Investigación en Materiales 
1. Microscopio óptico. (OLYMPUS VANOX AHMT-3) 
2. DSC. 2910 MODULATED (TA INSTRUMENTS) 
3. Microdurímetro con indentador Vickers. ( Modelo MHT-2 Matzsuzawa Seiki). 
4. Máquina Universal de Pruebas Mecánicas (INSTRON 5500R) 
5. Horno de inducción. 40KVA 
6. Máquina de desbaste manual 
7. Máquina para pulido 
8. Mantas para pulido fino y grueso 
9. Aire comprimido 
10. Reactivos: 
a. Ácido fluorhídrico, HF 
b. Ácido nítrico, HNO3 
c. Ácido acético glacial, CH 3COOH 
d. Glicerina 
e. Agua Desionizada, H 2 0 
f. Acetona 
 
 
 
Fig 6 Arco BIOFORCE de NiTi marca GAC 
 
5.2 MÉTODO PARA OBTENER LA FUERZA 
PRUEBAS MECÁNICAS 
 
1.- Se realizó un modelo de trabajo para evaluar mediante un ensayo de 
flexión en la máquina universal de pruebas mecánicas el comportamiento 
mecánico del arco, (Fig 7). 
 
Fig. 7 Máquina universal de pruebas mecánicas INSTRON 5567 
 
2.- Se determinó la longitud de la arcada del maxilar superior del modelo 
para realizar los ensayos, para la población mexicana, Bishara40. Esta 
longitud correspondió al modelo de acrílico, por lo que el montaje delos 
braquets autoligables metálicos se realizó en éste con resina fotocurable 
fluida, Fig 8. 
 
Fig 8 Modelo para pruebas mecánicas en flexión 
3.- Se despegaron del tipodonto dientes seleccionados (central derecho, 
primer premolar izquierdo y segundo molar izquierdo) para realizar el 
ensayo en la zona que corresponde a la parte anterior media y posterior. 
Cuando se realizó la prueba en una zona como la parte anterior se retiró 
el diente central derecho y se colocó el premolar y el molar. Para hacer el 
ensayo para la parte media, se retiró el diente premolar y se colocó el 
central y el molar. Para el ensayo de la parte posterior, se retiró el molar y 
se colocaron el anterior y el premolar, (Fi 
g. 9). 
 
Fig 9 Ensayo de flexión: zona anterior, media y posterior. 
4.-Se colocó el arco en cada uno de los braquets. El tipodonto fue 
adherido a un cuadro de acrílico de 15 x 15cm y las posiciones del 
tipodonto se cambiaron de acuerdo a la zona de estudio de manera que la 
aplicación de la fuerza de flexión fuera perpendicular a la sección del 
arco. 
5.-La temperatura se controló mediante la radiación de un foco que se 
colocó cercano al experimento de tal forma que la temperatura estuviera 
entre 36 y 38ºC. (Fig 10). 
. 
Fig 10 . Ensayo mecánico de flexión 
6.- La fuerza se midió con la máquina universal de pruebas mecánicas 
con una velocidad de carga de 0.5mm/min para deflexionar 2mm el arco 
en cada sección. Se realizaron 20 pruebas por sección. 
7.-Se obtuvo el gráfico fuerza-desplazamiento (Figura 11) de cada 
ensayo. Se obtuvieron los valores de fuerza correspondientes a los 
desplazamientos de 0.5, 1 y 1.5mm. Estas tres fuerzas fueron 
promediadas y reportadas como valor por cada sección. 
 
Fig 11 Gráficos típicos fuerza-desplazamiento de los ensayos de flexión. 
 
8.-Se usó ANOVA de una vía para encontrar las diferencias 
estadísticamente significativas entre los grupos. 
5.3 MÉTODO PARA DETERMINAR EL MÓDULO ELÁSTICO EN 
TENSIÓN. 
PRUEBAS MECANICAS 
 
1.-Se realizó la prueba en tensión del material hasta la ruptura y se obtuvo el 
gráfico Esfuerzo de Tensión (MPa)- Desplazamiento (mm). Fig 12 B 
 
 
 
 A B 
Fig 12. (A) Máquina Universal de Pruebas Mecánicas , (B) Gráfico; Esfuerzo de Tensión – 
Desplazamiento de una muestra de NiTi. 
 
 
2.- Se cortó un segmento de la sección posterior del arco de NiTi y fué colocado 
en las micromordazas de la máquina universal de pruebas mecánicas INSTRON 
5500R. 
3.-Se aplicó fuerza a una velocidad de prueba de 1mm/min, la temperatura fue de 
23ºC y la humedad de 50%. La distancia inicial de la probeta fue de 42mm. Se 
realizaron 5 ensayos. 
4.-La prueba se llevó a cabo hasta la rotura del material. 
5.- El Módulo Elástico también se puede obtener por la fórmula: 
E= σ/ε 
Donde: 
E es el Módulo de Young o de elasticidad, σ es esfuerzo y ε es la deformación. 
6.- Del gráfico esfuerzo (MPa) – deformación y se obtuvo el módulo elástico en 
forma directa (recta de la Fig. 12B). 
7.- Se sometió a esta prueba una muestra del arco de NiTi sin tratar térmicamente 
(fase martensita). 
8.-Se hizo análisis estadístico para reportar valores promedio. 
 
5.4 MÉTODO PARA DETERMINAR LA MICRODUREZA 
 
 
Para la medida de la microdureza se empleó el microdurómetro Matsuzawa 
modelo MHT-2 con un indentador de diamante piramidal de sección cuadrada. 
Para producir las impresiones, se aplicó una carga de 25 gf durante 10s , creando 
así huellas para la medición como se observa en la Figura 13. 
 
 
 
 
Figura 13. Fotografía de la huella dejada por el indentador y las diagonales utilizadas para el cálculo de 
microdureza HV. 
 
Se realizaron 20 indentaciones por cada una de las muestras sin doblar, y debido 
a que los segmentos doblados eran de menor tamaño, en éstos solo se realizaron 
5 indentaciones por segmento. De igual forma para las muestras de los diferentes 
tamaños de grano, solo se realizaron 5 mediciones para cada uno de ellos. Por 
último para la fase austenita se midieron 5 veces. 
5.4.1 EVALUACIÓN DE DUREZA EN SEGMENTOS DE ARCO RECTOS 
1.-Se seccionaron segmentos de arco de la parte anterior, media y 
posterior. 
2.- Sobre una lozeta de vidrio se colocaron los segmentos por separado 
(anteriores, medios y posteriores), dentro de moldes de muestras hechos 
de aluminio. Se preparó acrílico autocurable (NICTONE), que se vertió en 
cada uno de los moldes hasta el ras del borde. Se esperó la 
autopolimerización y posteriormente se retiraron de los moldes (Fig 14). 
 
Fig. 14. Muestras montadas en acrílico. 
3.-Se pulió la superficie de las muestras ya sea contenidas o no en acrílico 
con una serie de papeles lija que fueron 200, 320, 400, 600, 1200 y 1500, 
lavando constantemente entre un papel y otro, Fig 15. 
 
Fig 15. Papeles Lija de diferente tamaño 
 
4.- La superficie se revisó al microscopio óptico y cuando ya no se 
observaron líneas en la superficie o éstas fueron muy finas, se procedió a 
pulirlas con polvo de alúmina en forma de emulsión de manera manual o 
mecánica. Fig. 16 y 17. 
 
 Fig. 16 Polvos de Alúmina Fig. 17 Pulido con alúmina 
 
5.- Pulir hasta observar que la superficie de las muestras mediante el microscopio 
óptico, se veian sin líneas. En este estado es cuando las muestras tienen un brillo 
de espejo característico y se procede a observarlas. 
 6.-Para realizar las mediciones de dureza se empleó el microdurómetro 
(Modelo MHT-2, Matzsuzawa Seiki) con indentador tipo Vickers. Fig. 18. 
 
Fig 18 Microdurímetro con indentador tipo VICKERS 
7.- Se seleccionó la carga y el tiempo de trabajo, en base a pruebas 
visuales, en este caso fue una carga de 25gf durante 10s. 
8.-Se colocó cada una de las muestras en la platina del microdurómetro. 
9.- Se revisó con los oculares 5x y 10x la zona a indentar en la muestra; 
una vez seleccionada, se cambió el ocular por el indentador únicamente 
rotando éstos con el revolver, para realizar la prueba sobre la superficie 
durante el tiempo programado. Fig 19. 
 
Fig 19 Indentación de la muestra. 
10.- Se aplicó la fuerza y se esperó el tiempo programado, con el ocular 
se revisó la indentación. El ensayo se realizó 20 veces para cada una de 
las tres secciones. 
11.- Se midieron las longitudes horizontal y vertical, de las indentaciónes. 
Se determinó la dureza directamente usando la tabla correspondiente que 
viene en el manual de este durímetro. Se obtuvo el promedio de cada 
sección y se aplicó ANOVA para encontrar las diferencias estadísticas.41 
 
 
 5.4.2 EVALUACIÓN DE DUREZA EN SEGMENTOS DE ARCO 
DOBLADOS. 
 
1.- Se prepararon portamuestras usando acrílico (NICTONE). 
2.- En cada una de los portamuestras de acrílico con la ayuda de una 
pieza de mano de alta velocidad (MIDWEST 3482), se hizó un socavado 
en forma de arco de 0.5mm aproximadamente de profundidad. 
3.- Se cortaron las secciones del arco y cada una se dobló y se colocó en 
el socavado. Sobre esta muestra ya colocada en el portamuestras se 
colocó más acrílico para fijarla bien. 
4.- Las muestras se pulieron a brillo espejo, por técnica convencional. 
5.- Para obtener la dureza de las muestras se realizaron los mismos 
pasos que para la revisión de arcos sin doblar. 
6.- Se obtuvieron los promedios de cada uno de los diferentes tamaños de 
grano y se aplicó la prueba estadística de ANOVA para determinar las 
diferencias estadísticas entre ellos. 
 
5.4.3 EVALUACIÓN DE DUREZA EN LOS DIFERENTES TAMAÑOS DE 
ESTRUCTURA MARTENSÍTICA. 
1.- Para este ensayo se necesitóuna sección de arco sin montar en 
acrílico, la parte del arco que se encuentra entre la zona posterior y 
media fue pulida a brillo de espejo y atacada con ácido fluorhídrico, ácido 
nítrico y ácido acético glacial, (HF-HNO3-CH3COOH) en una proporción de 
5:1:1 en volumen durante un lapso de 60s. De esta manera se reveló la 
estructura martensítica de la aleación. 
2.- Con el microdurómetro y la misma técnica descrita anteriormente, se 
obtuvieron valores de cinco pruebas para cada uno de los tres diferentes tamaños 
de grano (grueso, mediano y fino). 
3.-Se obtuvieron los promedios para cada uno de los diferentes tamaños 
de grano y se aplicó la prueba estadística de ANOVA para determinar si 
existieron diferencias estadísticas entre ellos. 
 
 
 
5.4.4 EVALUACIÓN DE DUREZA EN EL GRANO DE AUSTENITA 
 
 Para obtener la dureza de las muestras se realizaron los mismos pasos 
que para la obtención de dureza de arcos sin doblar. 
Se realizaron cinco mediciones sobre los granos de austenita, y se obtuvo 
el promedio. 
 
 
5.5. MÉTODO PARA ANÁLISIS QUIMICO PUNTUAL 
CARACTERIZACIÓN QUÍMICA 
 
1.- Muestras de las tres diferentes secciones del arco embebidas en acrílico fueron 
pulidas a brillo espejo. Posteriormente se depositó una delgada capa de carbón 
antes de ser revisadas en el microscopio electrónico. Fig. 20 
 
 A B 
 
 
 
 C D 
Fig. 20 Colocación del pistilo de carbón (A), Incandencencia del carbón para depositar la 
película fina en la muestra (B), muestras antes de colocar la película (C) y después de 
colocar la película de carbón (D). 
2.- Se revisó toda la superficie de la muestra (mapeo) para determinar los 
elementos presentes en la aleación. Se trabajo a 20kv, 61eV con 1500x, 3000x y 
4000x en el microscopio de barrido JEOL-JSM 5600LV. Fig 21. 
 
 
Fig 21 SEM y colocación de la muestra. 
 
 
5.6 MÉTODO PARA CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA 
CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA 
 
1.- Para el análisis microscópico se seccionaron varios arcos 
prefabricados de níquel-titanio, en tres segmentos (parte anterior, media y 
posterior) del mismo lote; se reservaron tres arcos para ser pulidos 
completos sin seccionarlos. 
2.- Se montaron cada uno de los segmentos del arco en acrílico de forma 
recta y deformados cada uno a manera de pequeño arco. Fig 22. 
 
Fig 22. Montaje de diferentes tamaños de muestra del arco. 
4.- Se montaron y fijaron con adhesivo arcos completos y en secciones 
sobre superficies metálicas limpias y pulidas. Fig. 23. 
 
Fig. 23. Arco de NiTi completo adherido a una base metálica para su pulido y caracterización 
posterior. 
 
Se pulieron todas las superficies de las muestras. 
5.6.1 ATAQUE QUIMICO. 
 
 
 
Para encontrar el reactivo de ataque específico se probaron varios agentes para 
aleaciones base Níquel y base Titanio. 
 Reactivos de ataque: 
Ácido fluorhídrico, HF 
Glicerol 
Etanol 
Acido clorhídrico, HCl 
Ácido nítrico, HNO 3 
Óxido de Cromo III CrO3 
Ácido acético, CHO 3 COOH 
Ácido sulfúrico, H 2SO4 
Ácido fosfórico, H 3PO4 
Agua oxigenada, H 202 
En base a la información de las fórmulas de los agentes específicos de ataque, 
éstos se prepararon dentro de una campana de extracción con ayuda de pipetas 
de vidrio, probetas y vasos de precipitado. Fig. 24 
 
Fig 24. Diferentes reactivos de ataque para aleación NiTi. 
Para realizar el ataque se requirió un cronómetro para medir los tiempos de 
ataque, corriente de agua para lavar las muestras y neutralizar los ácidos, aire 
comprimido para secar las muestras inmediatamente después de lavarlas , cajas 
Petri y unas pinzas para tomar las muestras. 
Una vez preparado el reactivo se ponía en contacto con la muestra sobre de ella ( 
Fig 25) o bien la muestra sobre el reactivo. (Fig 26). 
 
Fig 25. Reactivos de ataque sobre las muestras. 
 
Fig 26. Muestra sobre el reactivo de ataque 
 Posteriormente se lavó y secó para su revisión en el microscopio óptico. Fig. 27 
. 
Fig. 27 Lavado de la muestra con agua corriente. 
 5.6.2. EXAMEN AL MICROSCOPIO ÓPTICO. 
Se realizaron observaciones con el microscopio óptico (OLYMPUS 
VANOX AHMT3) de las muestras una vez sometidas al ataque químico 
para revisar su estructura. Fig. 28 
 
 
Fig 28 Microscopio óptico. 
 
 
5.7 TRATAMIENTO TÉRMICO PARA OBTENER EL GRANO DE 
AUSTENITA. 
 
Para cuantificar en la aleación el grano madre de austenita, se sometió a 
un tratamiento térmico de recristalización. 
Con ayuda del diagrama de fases (FIG. 29) donde la aleación de NiTi en 
un porcentaje al 50%, se encuentra entre 1310ºC y 600ºC, se experimentó 
con varios segmentos del arco sometiéndolos a calentamiento a diferentes 
temperaturas dentro de ese rango. Una temperatura alta (1200ºC) y una 
baja (850ºC) fueron elegidas para experimentar (Fig. 30) y con diferentes 
tiempos de calentamiento para lograr la recristalización y ver donde la 
formación del grano de austenita se realizaba de manera uniforme. La 
Tabla 2 muestra los tiempos y temperaturas experimentadas. 
Posteriormente las muestras se pulieron y se atacaron con reactivo para 
revelar el grano de austenita. 
 
Fig. 29 Diagrama de fase de NiTi 
 
Fig 30. Horno a 800ºC con muestras de NiT 
Tabla. 2 Tiempos y temperaturas de tratamiento térmico para formación de grano de austenita. 
TEMPERATURA TIEMPO 
1200ºC (2 muestras) 30 min y 60 min 
850ºC (2 muestras) 60 min y 90 min 
 
 
5.8 METODO PARA ANÁLISIS TÉRMICO DIFERENCIAL (DSC) 
 
Cada una de las muestras de las diferentes secciones del arco (anterior, media y 
dos posteriores) fueron cortadas y colocada en un crisol de alúmina; éstos se 
colocaron en la cámara de medición dentro del DSC-7 (PERKIN ELMER Norwalk, 
CT USA). Fue controlado con un dispositivo de control de enfriamiento CCA-7 
PERKIN Elmer. Antes de realizar los ensayos, la temperatura y la señal de la 
potencia registrada por el DSC fueron calibradas con una muestra calibrada de 
Indio. 
Las temperaturas de transición se determinaron en el punto medio del salto de 
potencia registrado por el DSC en función de la temperatura. 
El Nitrógeno fue usado como gas para purgar. Después del calentamiento de 
las muestras a 50ºC fueron enfriados hasta -5ºC para su medición con una 
rapidez de enfriamiento de 0.2 w/g. 
El proceso de los datos fue hecho usando serie 7 UNIX DSC-7 Lab System 
Software (Perkin Elmer). 
 
 
 A B 
Figs. 31 Crisol donde fué colocada la muestra (A), DSC con el tanque de gas para enfriamiento (B). 
 
 
6. RESULTADOS 
 
6.1 ENSAYO PARA EVALUAR LA FUERZA EN ACTIVACIÓN Y 
DESACTIVACIÓN DEL ARCO DE NITI. 
Se obtuvieron 60 gráficos Fuerza (gf) VS Desplazamiento (mm), 
Fig. 32, 20 por cada segmento del arco (anterior, media y 
posterior). 
 
Fig 32 Gráfico típico fuerza-desplazamiento. 
Se obtuvo el valor de la fuerza de los desplazamientos a 0.5, 1.0 y 
1.5mm. La Tabla 3 muestra los resultados. 
 
Tabla. 3 Fuerza (gf) de las tres secciones del arco de NiTi 
 ANTERIOR MEDIA POSTERIOR 
FUERZA, gf 
PROMEDIO 296 311 330 
Ds 40 27 19 
Observando los valores promedio, éste es menor para la parte anterior y mayor 
para la parte posterior. Fig. 33. 
 
Figura 33. Fuerza promedio de las tres secciónes del arco de NiTi 
Este resultado tiene la misma tendencia que marca el fabricante 
(anterior: 80gf, media: 110gf, posterior: 320gf). 1 
Se realizó el análisis estadístico de ANOVA de una vía para valorar si existían 
diferencias estadísticas entre los