ANISOTROPIA-DE-LAS-PROPIEDADES-MECANICAS-DE-LA-ALEACION-DE-MAGNESIO-AZ61-LAMINADA

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Instituto Politécnico Nacional 
 
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias 
Extractivas 
 
 
 
“Anisotropía de las propiedades mecánicas de la 
aleación de magnesio AZ61 laminada” 
 
 
T E S I S 
 Q u e p a r a o b t e n e r e l t í t u l o d e 
I n g e n i e r o e n M e t a l u r g i a y M a t e r i a l e s 
P r e s e n t a 
Ulises Alejandro Rodríguez Talonia 
Director de Tesis: David Hernández Silva 
 
 
 
Ciudad de México Noviembre 2016 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
Agradezco a mis padres, Víctor Rodríguez y Ma. De la Luz Talonia por su incondicional apoyo 
durante la realización de este trabajo 
 A mi hermano, Víctor Augusto Rodríguez por su indestructible fe en mí 
 A mi hermana, Luz Adriana Rodríguez por sus precisos e imprescindibles consejos 
Al Instituto, Por darme la educación, la fuerza y sobre todo la voluntad para servir a la patria 
A la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas, por poner a mí alcance las más 
altas tecnologías y los mejores docentes 
Al Departamento de Ingeniería en Metalurgia y Materiales, cuya fraterna comunidad de docentes y 
alumnos forman cadenas de compañerismo y lealtad que nos unen para siempre 
A mi asesor, el Doctor David Hernández Silva, por enseñarme a confiar en mis propias habilidades, 
guiarme en los momentos difíciles y darme la libertad de encontrar mi propia manera de hacer las 
cosas 
A la Doctora Elia Guadalupe Palacios Beas, Por recordarme que la humanidad es una fuerza que 
jamás debemos olvidar. 
A Valeria Méndez Soriano, Diana Mitsue Ferretis Rodriguez, Cesar Palacios Trujillo y Yatziri 
Hernández García. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resumen 
En el presente trabajo se analizan los efectos de la laminación unidireccional en las propiedades 
mecánicas y la microestructura de la aleación magnesio-aluminio-zinc designada como AZ61. Esto 
con el fin de obtener un mejor entendimiento de los fenómenos microestructurales que suceden 
durante el procesamiento del material y su impacto en las propiedades mecánicas del mismo. 
La aleación se preparó usando magnesio, aluminio y zinc puros. Esta se preparó en un horno 
eléctrico vertical y fue vaciada para producir un lingote que se sometió a un tratamiento térmico de 
homogenización a una temperatura de 400°C durante 24 horas antes de ser laminado de manera 
unidireccional a la misma temperatura hasta formar una lámina, a partir de la cual fueron 
maquinadas probetas de tensión en dos distintas direcciones: La dirección de laminación (RD), que 
concuerda con el sentido por donde se laminó el material y la dirección transversal (TD) que es la 
dirección perpendicular a la dirección de laminación. 
Los resultados de las pruebas de tensión se utilizaron para determinar el esfuerzo ultimo a la 
tensión (UTS), la elongación y el esfuerzo de cedencia en ambas direcciones de ensaye, 
determinándose valores de 246 MPa, 20 % y 47 MPa para la dirección RD y valores de 230 MPa,14 
% y 103 MPa para la dirección TD. Esta diferencia en las propiedades se atribuye a la presencia de 
un fenómeno de textura cristalográfica, la cual fue cuantificada por medio de figuras de polos, las 
cuales presentaron altas intensidades en el plano basal e intensidades moderadas en el plano 
prismático y piramidal. Los resultados del análisis microestructural mostraron un tamaño de grano 
medio (7.38 μm), y evidencia de maclado sin orientación preferencial para las pruebas realizadas en 
RD y un maclado con orientación preferencial donde el plano espejo de las maclas producidas 
tiende a ser paralelo a la dirección RD para las pruebas realizadas en dirección TD. Todo ello, en 
sinergia con la función de distribución de orientación (ODF) que midió el porcentaje de granos con 
textura basal perfecta (3.1%), muestran que el efecto anisotropico en el material fue causado no 
por la anisotropía natural inherente a un monocristal, a la cual todo material texturizado tiende, 
sino por la tendencia del material a deformarse por un mecanismo de maclado, debido a la 
incapacidad del sistema hexagonal compacto de deformarse por deslizamiento en algunas 
direcciones. 
Índice 
 
Índice 
Índice de Figuras 
Índice de Tablas 
1.0 Introducción 
2.0 Marco Teórico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 
2.1 El magnesio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 
2.2 Cristalografía del Magnesio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 
2.3 Mecanismos de Deformación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 
2.3.1 Deslizamiento Cristalográfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 
2.3.2 Sistemas de Deslizamiento en Magnesio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 
2.3.4 Maclado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 
2.3.4.1 Maclas de Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 
2.3.4.2 Maclas de Compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 
2.4 Aleaciones de Magnesio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 
2.5 Textura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 
2.5.1 Macrotextura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 
2.5.2 Texturas Características del Magnesio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 
3.0 Experimentación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
3.1 Diagrama de Flujo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 
3.2 Preparación de la Aleación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
3.3 Laminación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 
3.4 Caracterización Mecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 
3.5 Caracterización Microestructural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 
3.5.1 Selección y Montado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 
3.5.2 Desbaste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 
3.5.3 Pulido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 
3.5.4 Ataque. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 
3.6 Caracterización Microestructural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 20 
3.7 Estudio de Textura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 
4.0 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 
4.1 Resultados del Ensayo de Tensión, Curvas Ingenieriles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 
4.1.1 Dirección de Laminación (RD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 
4.1.2 Dirección Transversal a la Dirección de Laminación (TD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 
4.2 Figuras de Polo y Caracterización de la Textura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 
4.3 Caracterización Microestructural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 
4.3.1 Probeta L4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 
4.3.2 Probeta T5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 
5.0 Análisis de Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 
5.1 Ensayo de Tensión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 
5.2 Análisis Microestructural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 
5.3 Textura Global. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 
5.4 Función de Distribución de Orientaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 
6.0 Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 
7.0 Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 
Apéndice 
 
 
 
Índice de Figuras 
Figura Descripción Pagina 
2.1 Secuencia de apilamiento para la formación de la estructura (A) HCP y la 
estructura (B) CCC. 2 
2.2 A) Diagrama de esfuerzos para el cálculo de ECR, por medio de la relación 
entre la fuerza y los planos de corte y normal. B) Fórmula para el cálculo 
del Factor de Schmidt. 
3 
2.3 Sistemas de deslizamiento en el magnesio. 5 
2.4 Esquema de maclado A) es la red original y B) es la red maclada, las flechas 
rojas denotan la dirección en la cual se produjo el maclado. 
7 
2.5 Esquema de formación de maclas de tensión 〈112 0̅〉{101 2̅}. A) Red sin 
deformar, B) extensión de la red rotada 86°. Los puntos negros representan 
átomos antes del maclado y los puntos grises corresponden a la posición de 
átomos después del maclado. 
8 
2.6 Esquema de formación de maclas de compresión. {101 ̅1} 〈101 2̅〉 . A) Red 
sin deformar, B) extensión de la red rotada 56°. 
8 
2.7 A) Microestructura con orientación aleatoria, B) desarrollo de orientación 
preferencial durante laminación y material texturado posterior al laminado. 
11 
2.8 A) Ley de Bragg y B) esquema de difracción de un haz de rayos X donde los 
rayos X inciden en un ángulo determinado sobre un plano y se difracta en 
un ángulo equivalente el cual es único para cada materia. 
12 
2.9 Figuras de polo ideales características del magnesio: A) Figura de polo Plano 
basal, B) Figura de polo de plano prismático. 
13 
2.10 Figuras de polos A) plano basal y B) prismático experimentales de AZ31 sin 
tratamiento térmico. 
14 
3.1 Diagrama de flujo del proceso experimental. 15 
3.2 Representación de la distribución de volúmenes en el crisol de fusión. 16 
3.3 Pasos de maquinado de las probetas. 17 
3.4 Diagrama de la probeta estándar. 18 
3.5 Ejemplo de las probetas después del maquinado. 18 
3.6 Maquina Shimadzu AG-10TG con los adaptadores y una probeta preparada 
(izquierda), Ruptura de una probeta al finalizar la prueba de tensión 
(derecha). 
19 
4.1 Curvas esfuerzo deformación de la dirección de laminación. 21 
4.2 Curvas esfuerzo deformación de la dirección Transversal a la dirección de 
laminación. 
22 
4.3 Figuras de Polo Recalculadas. 23 
4.4 Figuras de Polo inversas, representando las intensidades registradas para 
cada plano. 
24 
4.5 Área de la base a 100X. 26 
4.6 Área de la base a 200X. 26 
4.7 Área de la punta a 100X. 27 
4.8 Área de la punta a 200X. 27 
4.9 Área de la punta (derecha) y área de la base (izquierda) a 200x 28 
 
 
 
 
 
 
5.1 Curvas esfuerzo deformación de la probeta denominada L4 (Negro) y la 
probeta T10 (Rojo) de la dirección de laminación y transversal 
respectivamente. 
29 
5.2 Micrografía a 500 aumentos en donde se aprecian puntos azules, causados 
por compuestos intermetálicos Silicio-magnesio. 
30 
5.3 Maclado Severo en la zona de fractura. 31 
5.4 Contraste entre el área de la base de la probeta L4 (Izquierda) y T5 (derecha) 
donde se observa la orientación general del maclado en una dirección. 
32 
5.5 Figura de Polo inversa representativa del plano 001. 33 
5.6 Figuras de Polo inversas representativas del plano prismático (izquierda) y 
piramidal al (derecha). 
33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Índice de Tablas 
Tabla Descripción Pagina 
1.1 
Composición química simple 
de la aleación AZ61. 
i 
2.1 
Propiedades y características 
del magnesio. 
1 
2.2 
Numero de sistemas de 
deslizamiento totales e 
independientes presentes en 
el magnesio. 
6 
2.3 
Principales elementos de 
aleación del Magnesio. 
10 
5.1 
Propiedades mecánicas 
obtenidas de las curvas 
Esfuerzo Deformación. 
30 
5.2 
Fracción volumétrica de 
orientaciones calculada a partir 
del ODF. 
34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
i 
 
Introducción 
El magnesio y sus aleaciones son materiales que pueden ser aplicados a la industria 
aeroespacial y automotriz debido a su baja densidad y la excelente relación volumen-
resistencia-precio que poseen(1), el magnesio cuenta con una densidad de 1.738 g/cm3, una alta 
reactividad, cristaliza de manera natural en el sistema hexagonal compacto (HCP) y puede 
presentar fenómenos de polimorfismo cuando se combina con grandes cantidades de litio, de 
manera natural tiene un módulo de Young de 45 GPa y un límite elástico entre 65 y 100 MPa lo 
que lo convierte en un material idóneo para aplicaciones que requieran bajo peso y buena 
resistencia mecánica(1) pero, aun no sucede este cambio global desde el uso de aleaciones de 
aluminio o hierro a aleaciones de magnesio, ¿Por qué? Simplemente porque las propiedades 
mecánicas de las aleaciones de magnesio están muy por debajo de las del acero e incluso un 
poco por debajo de las de las aleaciones de aluminio. 
Entender el porqué de las propiedades mecánicas de las aleaciones de magnesio es el primer 
paso antes de empezar a mejorarlas en un sentido ingenieril. 
Es por esto que una investigación en el efecto concreto del proceso sobre las propiedades 
mecánicas del material debe conducirse. Y con este propósito se seleccionó una las aleaciones 
para deformación más comercialmente utilizada, la AZ61 designada así por la norma ASTM 
9980, de composición química simple descrita en la tabla 1.1 como: 
Elemento % Peso 
Aluminio 6 
Zinc 1 
Magnesio 93 
 
 
En los últimos años se ha realizado investigación concerniente a la manera en que se genera el 
fenómeno de textura en el material(2), como prevenirlo o reducirlo mediante la modificación de 
la microestructurapor medio de la adición de elementos de tierras raras, metales alcalinos y de 
transición así como modificaciones en los procesos de producción de las aleaciones, estos 
resultaron en la modificación de las propiedades de los materiales pero en la mayoría de los 
Tabla 1.1 Composición química simple de la 
aleación AZ61 
 
ii 
 
casos aún existe un fuerte fenómeno anisotrópico en las propiedades mecánicas, incluso 
cuando en general se presentó una mejora en el desempeño mecánico. 
En este estudio, para la caracterización mecánica, microestructural y de textura general la 
aleación fue preparada utilizando elementos puros, vaciada en atmosfera controlada, laminada 
en caliente y maquinada para formar probetas que se sometieron a caracterización mecánica 
por medio de ensayos de tensión, microestructural, por medio de microscopia óptica y de 
textura global, por medio de difracción de rayos X, todo ello con el fin de obtener datos 
esclarecedores sobre el efecto en la microestructura, la textura y las propiedades mecánicas 
que el proceso de laminado en caliente tiene sobre el material. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
Marco Teórico 
2.0 Marco teórico 
2.1 Magnesio. 
 
El magnesio es de los elementos más abundantes en la naturaleza. Es el 8° elemento más 
abundante en la corteza terrestre(3). Además, el ión de magnesio se encuentra disuelto hasta 
aproximadamente 0.13 % en el agua de mar, siendo el 5° elemento más abundante en el planeta. 
Considerando que la tierra está cubierta en un 75% por agua y que el 97% del agua es salada, esta 
representa una enorme fuente de magnesio. Este hecho hace que el magnesio sea el único 
elemento que se puede extraer de ambos medios; litosfera e hidrosfera(4). En la tabla 2.1 se 
muestran algunas de las características del magnesio. 
 
 
 
 
 
 
 
2.2 Cristalografía del Magnesio 
 
El magnesio cristaliza en una estructura hexagonal compacta (HCP por sus siglas en inglés). Cuya 
celda unitaria se compone de tres ejes donde a1 = a2 ≠ c y ángulos correspondientes α=β=90°, 
γ=120°. Las secuencias de apilamiento de HCP y la estructura de la FCC (Cubica Centrada en el 
Cuerpo por sus siglas en inglés) son diferentes, pero similares. La secuencia de apilamiento de la 
FCC es... ABCABC..., mientras que HCP es... ABABAB …, como se muestra en la figura 2.1(4) 
Estructura cristalina Hexagonal compacta 
Parámetro de red a 0.32094 nm 
Parámetro de red c 0.52107 nm 
radio c/a 1.6236 
Temperatura de fusion 648.8 °C 
Densidad 1.738 gr/cm3 
Tabla 2.1 Propiedades y características del 
magnesio.(5) 
 
2 
 
Marco Teórico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3 Mecanismos de deformación 
 
La deformación plástica en materiales policristalinos se lleva a cabo por esfuerzos de corte, que 
resultan en un cambio de forma con una conservación de la estructura cristalina. La deformación 
por maclado en contraste, está asociada con una rotación adicional de la red, por lo tanto, ocurre 
un cambio de orientación de los cristales, y esta interacción entre estos dos mecanismos afecta a 
las propiedades mecánicas resultantes.(6) 
 
 
 
C 
C 
Capa A 
Capa B 
Capa A 
C 
A A 
A 
A A 
A 
A 
B B 
B 
A) 
Capa A 
Capa B 
Capa C 
C 
A A 
A 
A A 
A 
A 
C 
C 
B B 
B 
B) 
Figura 2.1 Secuencia de apilamiento para la formación de la estructura 
(A) HCP y la estructura (B) FCC.(3) 
 
3 
 
Marco Teórico 
2.3.1 Deslizamiento cristalográfico 
 
Deslizamiento o movimiento de dislocaciones es el más importante mecanismo de deformación en 
los materiales, se produce cuando las dislocaciones se mueven en la superficie del material 
siguiendo una dirección específica, llamada vector de Burgers. 
 
El deslizamiento es la manifestación más común de la deformación plástica en sólidos cristalinos. 
Durante el proceso de deslizamiento, los bloques del cristal se desplazan paralelamente a los 
planos de deslizamiento por varios espacios atómicos. 
La deformación plástica o permanente es caracterizada por un esfuerzo de cedencia que está 
relacionado con la energía mínima para iniciar el movimiento de las dislocaciones. Dichas 
dislocaciones dependen de los esfuerzos de corte resueltos (ECR), que las dirigen paralelamente 
en dirección de los planos de deslizamiento.(6) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
B) 𝜏 =
𝐹
𝐴
∙ cos 𝜆 cos𝜙 = 𝜎 𝑚... (1) 
Figura 2.2 A) Diagrama de esfuerzos para el cálculo de ECR, por medio de la 
relación entre la fuerza y los planos de corte y normal. B) Ecuación (1) para el 
cálculo del Factor de Schmidt. 
 
4 
 
Marco Teórico 
 
En la figura 2.2 se muestra el diagrama de esfuerzos para cálculo del esfuerzo de corte resuelto, 
donde F es la fuerza, A es el área, 𝜏 es el ECR, 𝜆 es el ángulo entre la dirección de deslizamiento y 
F, 𝜙 es el ángulo entre F y la normal al plano de deslizamiento, σ es esfuerzo de tensión y m es el 
factor de Schmidt.(4,6) 
Cuando el ECR excede un valor crítico 𝜏o es llamado esfuerzo de corte crítico resuelto (ECCR). El 
cual es necesario para activar ciertos sistemas de deslizamiento que dependen del tipo de sistema 
de deslizamiento, temperatura y velocidad de deformación, así como, de la deformación 
acumulada y la microestructura. 
 
2.3.2 Sistemas de deslizamiento en magnesio 
 
En contraste con las estructuras cubicas las cuales tienes un mayor número de sistemas de 
deslizamiento, la activación de sistemas de deslizamiento en las estructuras HCP depende 
fuertemente de la relación c/a, en el caso del magnesio la relación c/a es cercana al valor ideal (c / 
a = 1.623). 
El plano (0001) con dirección 〈112̅0〉 es el sistema de deslizamiento más fácil de activar, entre 
menor densidad de empaquetamiento los vectores de Burgers son más grandes y más difíciles de 
activar. Por lo tanto, los sistemas de deslizamiento no basales solo pueden ser activados a altos 
valores de esfuerzo crítico resuelto.(4,6) La fragilidad de magnesio a baja temperatura, es resultado 
del número restringido de sistemas de deslizamiento del sistema, los cuales se presentan en la 
figura 2.3 
 
 
 
 
 
 
5 
 
Marco Teórico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El comportamiento de deformación de magnesio y sus aleaciones, se determina por la actividad de 
los sistemas de deslizamiento no basales. Aparte del deslizamiento basal, los sistemas de 
deslizamiento prismático y piramidal, desempeñan un papel importante en el comportamiento de 
deformación de magnesio y sus aleaciones. Esto es, que para mejorar la plasticidad de magnesio, 
es necesario aumentar la actividad de los sistemas de deslizamiento no basales. En el caso del 
magnesio por debajo de 225°C, solo el sistema de deslizamiento basal {0001} y en el sistema de 
maclado 〈101̅1〉{101̅2}〈112̅0〉 se activan, lo que limita la capacidad de deformación del material 
bajo esfuerzos a temperatura ambiente. Por otra parte, por encima de 225°C comienza a 
presentar un buen comportamiento en deformación, dado a la activación del sistema prismático y 
piramidal <c+a>. Los cuales son responsables del incremento en la ductilidad del magnesio.(4,3,7) 
El magnesio tienes menos de 5 sistemas de deslizamiento, (ver tabla 2.2) donde el principal 
sistema de deslizamiento es el basal. Sin embargo por sí solo no es capaz de soportar toda la carga 
ejercida sobre el material, por lo que es necesario activar otros sistemas de deformación o 
maclado si se requiere aplicar grandes cantidades de deformación. 
 
Basal slip
<1120>
<a>
<a>
Pyramidal slip
<
c
+
a
>
Pyramidal slip
<1123>
_
_
Prismatic slip
<a>
Twinning
Slip systems
Basal <a> (0001) <1120>
Prismatic <a> (1010) <1120>
Pyramidal <a> (1011) <1120>
Pyramidal <c+a> (1122) <1123>
Twinning (1012) <1011>
_
_
_
_
_
_
_
_
_
<1011>
_
Deslizamiento basal Deslizamiento piramidal Deslizamiento piramidal 
Deslizamiento prismático Maclado 
Maclado 
Sistemasde deslizamiento 
Figura 2.3 Sistemas de deslizamiento en el magnesio 
[12]. 
 
6 
 
Marco Teórico 
 
 
Vector 
de 
Burgers 
Plano de 
deslizamiento 
Dirección de 
deslizamiento 
No. de sistemas de 
deslizamiento 
Total Independientes 
<a> Basal 〈112̅0〉 3 2 
<a> Prismático 〈112̅0〉 3 2 
<a> Piramidal 〈112̅0〉 6 4 
<c+a> Piramidal 〈11̅23〉 6 5 
 
 
 
El ECCR decrece conforme aumenta la temperatura, lo que facilita la activación de sistemas no 
basales. De acuerdo al criterio de Von Mises, para obtener una deformación uniforme es necesario 
activar 5 diferentes sistemas de deslizamiento independientes al mismo tiempo. Por lo que la 
mayor importancia del sistema piramidal <c+a> es la posibilidad de activar 5 sistemas de 
deslizamiento independiente. Lo que se ve reflejado en el incremento de las propiedades 
mecánicas.(4) 
 
2.3.4 Maclado 
 
El maclado, es el segundo mecanismo más importante por el cual se deforma un metal. Es de gran 
importancia para los sistemas en los que la deformación por deslizamiento es difícil.(8) La 
deformación por maclado es un proceso en el que una región del cristal se somete a un esfuerzo, 
produciendo una región con una orientación diferente con respecto a la estructura original. En la 
figura 2.4, los círculos abiertos representan las posiciones de los átomos antes de maclado, los 
círculos negros las posiciones después de maclado. Los átomos de arriba x-y son imágenes 
especulares de los átomos de debajo de ella, por lo tanto x-y representa la traza del plano de 
Tabla 2.2 Numero de sistemas de deslizamiento totales e 
independientes presentes en el magnesio.(4) 
 
7 
 
Marco Teórico 
composición gemelo en el plano del papel. El esfuerzo de corte de la red paralela al plano se 
denota por las flechas en rojo. El maclado puede ser inducido por deformación plástica y es 
particularmente importante en una estructura hexagonal compacta, como el magnesio.(8) 
 
 
 
 
 
 
 
En el magnesio el maclado es un mecanismo de deformación, que es particularmente importante 
a temperatura ambiente, debido a la falta de suficientes sistemas de deslizamiento. A temperatura 
ambiente el maclado es el único mecanismo de deformación a lo largo del eje c.(4) Para todos los 
metales hexagonales a bajas temperaturas, la deformación por maclado ocurre en el plano 
 101̅2 . El maclado va acompañado de un cambio de orientación.(4) 
 
2.3.4.1 Maclas de tensión 
 
Este tipo de macla provee una extensión a lo largo del eje C, y son favorables cuando una 
componente de deformación es paralela al eje C. Estas maclas rotan 86.3° en 〈112̅0〉 {101̅2} la 
cual es la relación entre todas las posibles maclas de tensión y los granos padres. Este tipo de 
maclas se caracteriza por formar una extensión paralela a la dirección donde fue aplicada la 
fuerza. Ver figura 2.5(4). 
 
 
B) 
A) 
Figura 2.4 Esquema de maclado donde A) Es la red original y B) Es la red maclada, las 
flechas rojas denotan la dirección en la cual se produjo el maclado.(10) 
 
8 
 
Marco Teórico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3.4.2 Maclas de compresión 
 
Este tipo de maclas se generan cuando una fuerza es aplicada paralelamente al eje C, la cual 
tienen la capacidad de distribuir los esfuerzos de compresión en esa misma dirección, 
introduciendo una expansión perpendicular a la dirección de la fuerza aplicada como se muestra 
en la figura 2.6 Este tipo de maclas se generan en el plano {101̅1} y tienden a rotar 56.2° en 
dirección 〈101̅2〉 . 
 
 
 
 
 
A) 
B) 
Figura 2.6 Esquema de formación de maclas de compresión{101̅1}〈101̅2〉. A) Red sin deformar 
B) Extensión de la red rotada 56° 
 
A) 
Plano de maclado Dirección de corte 
Figura 2.5 Esquema de formación de maclas de tensión 
〈112̅0〉{101̅2}. A) Red sin deformar, B) Extensión de la red rotada 86°. 
Los puntos negros representan átomos antes del maclado y los puntos 
grises corresponden a la posición de átomos después del maclado(4) 
A) 
B) 
 
9 
 
Marco Teórico 
A diferencia de las maclas de tensión, las maclas de compresión desarrollan diferente morfología y 
concentran una mayor deformación. La característica principal es absorber dislocaciones 
formando salientes. 
2.4 Aleaciones de magnesio. 
 
Ya que el Mg puro posee una capacidad de deformarse en frío muy limitada, esfuerzos se han 
hecho para mejorar sus propiedades mecánicas. Una solución a este problema ha sido alear el Mg 
con otros metales. Cuando el magnesio combina buena capacidad de moldeo y formabilidad, es 
visto como un material muy atractivo para un gran número de aplicaciones.(1) 
En los últimos años el interés en el uso de aleaciones de magnesio ha crecido dramáticamente, 
estimulando el desarrollo de procesos más eficientes para la fabricación de aleaciones de Mg y 
extender las áreas de aplicación.(4) 
El propósito de alear el magnesio es para mejorar la resistencia mecánica y otras propiedades. 
Para aplicaciones en ingeniería, las aleaciones que se producen contienen diferentes elementos, 
principalmente Al, Zn, Mn, Si, Zr, Ca, Ag, Li, Cu y elementos alcalino-térreos o tierras raras.(1) 
Las aleaciones de magnesio más comunes actualmente son las de la serie de Mg-Al-Zn. En 1920, el 
aluminio se había convertido en el elemento de aleación más importante para mejorar 
significativamente la resistencia a temperatura ambiente, particularmente mediante la formación 
de la fase intermetálica Mg17Al12. Sin embargo, la ductilidad y la resistencia a la fractura se reducen 
gradualmente con el aumento de contenido de aluminio. Por otra parte el zinc mejora la 
resistencia a temperatura ambiente a través del efecto de la solución sólida. Además el Zn 
también mejora la fluidez del material fundido, pero un contenido por encima del 2% de Zn, 
disminuye la resistencia a la fractura por deformación en caliente.(1) 
Para aplicaciones ingenieriles, los elementos de aleación más comunes son los indicados en la 
tabla 2.3 
 
 
 
 
10 
 
Marco Teórico 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.7 Textura 
 
Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del ordenamiento de los granos, por lo que 
la orientación preferencial de un material es algo muy común en la naturaleza. La orientación 
cristalográfica se refiere a cómo los planos atómicos en un volumen del cristal se colocan, en este 
caso se aplica a toda la estructura cristalina sólida. En un cristal las orientaciones de grano se 
distribuyen aleatoriamente pero en la mayoría de los materiales se generan orientaciones 
preferenciales causadas durante la cristalización o durante un proceso termo-mecánico. Esta 
tendencia se conoce como textura. En la figura 2.7 se muestra el desarrollo de la textura durante 
la laminación. 
 
 
 
 
 
 
Elemento Símbol
o 
Elemento Símbol
o 
Aluminio A Torio H 
Manganeso M Silicio S 
Tierras raras E Circonio K 
Plata Q Zinc Z 
Calcio C Litio L Tabla 2.3 Principales elementos de aleación del 
Magnesio.(9,6) 
 
11 
 
Marco Teórico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Durante la laminación se genera una orientación preferencial en la dirección de la deformación 
por lo que el material adquiere textura. En general las condiciones de formación de textura son 
altamente direccionales, el término "textura cristalográfica" hace referencia también a la 
orientación preferencial de los cristales en un material policristalino.(2,7,11) 
La textura cristalográfica es importante ya que la activación de diferentes sistemas de 
deslizamiento depende de ella. Algunas propiedades importantes que dependen de la textura son: 
Módulo de Young, Resistencia a la tensión, Ductilidad, Tenacidad y Formabilidad.(10) 
Desde los años 90´s decreció el uso de magnesio, por lo que se han desarrollado numerosos 
estudios para mejorar las propiedades mecánicas, dado que el desarrollo de una fuerte textura 
basal es el principal responsable de la baja formabilidad en el magnesio. (4)A) 
B) 
C) 
Figura 2.7 A) Microestructura con orientación aleatoria, B) Desarrollo 
de orientación preferencial durante laminación, C) Microestructura 
con orientación preferencial.(10) 
 
12 
 
Marco Teórico 
2.7.1 Macrotextura 
 
Un goniómetro de texturas adaptado a un equipo de difracción de rayos X, es uno de los mejores 
métodos usados para medir textura de una fracción de volumen en planos específicos. Los 
resultados obtenidos por medio de esta técnica, son valores promedio del total de volumen de 
una muestra, es decir que comprende miles de granos por lo que es llamada “macrotextura”. Con 
este método es posible describir la textura por medio de una serie de figuras de polos, construidas 
a partir de difracción de rayos X, mediante el mismo principio de la ley de Bragg. 
En la figura 2.8, λ es la longitud de onda, d es la distancia interplanar y θ es el ángulo en el cual 
incide y difracta el haz de rayos x. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En el proceso se montan las muestras en el equipo y este realiza un análisis, en el cual se mide la 
distribución de intensidades generadas en uno o más planos específicos, donde ocurre difracción. 
Los datos obtenidos pueden ser graficados para obtener una figura de polos, que muestre la 
distribución de intensidades en el cristal con respecto de una dirección conocida en la muestra. 
Los planos típicos de más interés en el magnesio son 101̅0 , 0002 , 101̅1 , 101̅2 , 112̅0 y 
 101̅3 .(9) 
A) Ley de Bragg nλ = 2d 
B) 
Figura 2.8 A) Ley de Bragg y B) Esquema de difracción de un haz de rayos X 
donde los rayos X inciden en un ángulo determinado sobre un plano y se 
difracta en un ángulo equivalente el cual es único para cada material.(10,7) 
 
13 
 
Marco Teórico 
2.7.3 Texturas características del magnesio 
Generalmente el magnesio desarrolla una fuerte textura basal y es representada por las figuras de 
polos 0001 101̅0 y 112̅0 correspondientes al plano basal, prismático y piramidal 
respectivamente. En la figura 2.9 observamos las figuras de polos ideales del magnesio, las cuales 
nos describen la distribución de intensidades. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La textura característica de las aleaciones de magnesio es descrita a través de las figuras de polos 
características 0001 y 101̅0 que corresponden al plano basal y prismático respectivamente. 
 
En la figura 2.10 se muestran las figuras de polos experimentales de la aleación AZ31 en condición 
laminada, donde podemos observar la presencia de una fuerte textura basal al tener valores de 
intensidad de 16 en el centro de la figura orientada hacia la dirección del plano basal (0001) y una 
textura débil en el plano prismático, lo que indica la poca actividad que presenta el magnesio en 
ese plano.(10) 
 
 
 
 
 
 
(0001) Basal 
A) B) 
Figura 2.9 Figuras de polos ideales características del 
magnesio: A) Figura de polos Plano basal, B) Figura de polos 
de plano prismático(9) 
 
14 
 
Marco Teórico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A) B) 
A) B) 
Figura 2.10 Figuras de polos A) Plano basal y B) Prismático 
experimentales de AZ31 sin tratamiento térmico(10) 
 
15 
 
Experimentación 
3.0 Experimentación 
3.1 Diagrama de flujo 
El diagrama de flujo de la figura 3.1 Expone los pasos a seguir durante el proceso de 
experimentación y el orden en que fueron llevados a cabo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 Preparación de la aleación 
Para la preparación de la aleación se empleó como base de cálculo el volumen de un crisol de 
grafito de forma cilíndrica con las siguientes medidas: 15.9 cm de alto y 5.4 cm de diámetro, lo que 
proveyó de un volumen de 364.1451 cm3 considerándose como volumen final solo el 75 % del 
volumen total del crisol y tomando en cuenta que debido a las normas que rigen la composición de 
la aleación, debía de estar compuesta en un porcentaje de 92.7 % magnesio, 6 % aluminio y 0.3 % 
manganeso y 1 % de zinc utilizándose para tal efecto el valor de la densidad de cada elemento 
dividida entre el porcentaje de cada elemento multiplicándose luego estos valores por el volumen 
final para obtener la masa necesaria de cada elemento para la preparación de la aleación. Tanto el 
magnesio como el aluminio fueron limpiados químicamente mediante ácido nítrico puro y una 
solución de ácido nítrico y fluorhídrico respectivamente y luego secados, mientras que el zinc y el 
manganeso se utilizaron puros, sin limpieza previa. En la figura 3.2 se detalla la distribución de 
volúmenes en el crisol 
Figura 3.1 Diagrama de flujo del 
proceso experimental 
 
16 
 
Experimentación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para la fusión del material se utilizó un horno eléctrico vertical, en el cual se calentó el magnesio 
puro en una atmosfera inerte de argón hasta 720°C para luego agregarse los elementos de aleación 
durante un fuerte flujo de argón en la superficie del baño, agitándose posteriormente la mezcla 
fundida con una varilla de acero durante diez minutos con el fin de obtener una distribución 
homogénea de los elementos aleantes. Para el vaciado de la aleación se utilizó una cámara con 
atmosfera controlada que utiliza como gas inerte el hexafloruro de azufre para evitar la reacción de 
la mezcla con el oxígeno del aire(1). El molde de vaciado esta hecho de acero. 
3.3 Laminación de la aleación 
Cuando termina el procedimiento de vaciado de la aleación el lingote producido se coloca en una 
mufla a 400°C (+/- 10°C) para homogeneizar la microestructura con el fin de obtener las mejores 
propiedades mecánicas teóricas que puede producir la muestra. 
Figura 3.2 Representación de la distribución de volúmenes en el crisol de fusión 
 
17 
 
Experimentación 
El proceso de deformación se realizó por laminado en caliente utilizándose el mismo horno para la 
homogenización para mantener el lingote a alta temperatura entre los pasos de laminado, Se utilizó 
un molino de laminación Sir Jones Norton DP 008 con una velocidad de deformación de 20 mm/min 
y con cantidades de deformación que variaban desde 1.8 % hasta 3.8 % de reducción de altura por 
paso obteniéndose finalmente un espesor de lámina de 3.5 mm el cual es el ideal para el 
maquinado de probetas de tensión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.4 Caracterización Mecánica 
La lamina producida fue maquinada para producir varias probetas en forma de “hueso” con un alto 
de 3.5 mm, largo de 43 mm, longitud de cuello de 15 mm y ancho de sección media de 5 mm para 
su posterior sometimiento a la prueba de tensión estándar. Se produjeron 12 probetas en dirección 
paralela a la dirección de laminación y 14 probetas en dirección transversal a la dirección de 
laminación estas fueron denominadas con una letra y un número, la letra indica la dirección en que 
fue maquinada y el número se asignó de manera arbitraria para diferenciar una probeta de otra. En 
la figura 3.5 se muestra ejemplos de probetas terminadas, en la figura 3.4 se muestra un diagrama 
de las medidas de las probetas. 
Figura 3.3 Pasos de maquinado de las probetas 
 
18 
 
Experimentación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La prueba de tensión se realizó en una máquina de ensayos Shimadzu AG-10TG. Utilizándose dos 
barras de acero inoxidable como adaptadores de la maquina a las medidas específicas de la 
probeta. Los ensayos se realizaron a temperatura ambiente a una velocidad de 1 mm/min, 
llevándose a cabo 26 pruebas en total. 
 
 
Figura 3.5, ejemplo de probetas después del maquinado 
Figura 3.4 diagrama de la probeta estándar 
 
19 
 
Experimentación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.5 Caracterización Microestructural 
3.5.1 Selección y Montado 
Dos de las probetas utilizadas en la prueba de tensión fueron cortadas y montadas en frío en resina 
poliacrilica para facilitar su manejo y evitar cambios en la microestructura, siendo el criterio 
principal para la elección de las probetasa montarse la deformación alcanzada en las pruebas de 
tensión. 
3.5.2 Desbaste 
Posteriormente las probetas fueron desbastadas en una desbastadora automática StruersLabopol 
21 siguiendo en orden lijas desde los grados 600, 800, 1000, 2000 y 4000 
3.5.3 Pulido 
Posteriormente las probetas fueron pulidas en una pulidora automática StruersLabopol 5 
utilizándose como medio abrasivo la pasta de diamante monocristalino de una micra y como 
lubricante alcohol etílico. 
Figura 3.6 Maquina Shimadzu AG-10TG con los adaptadores y una probeta preparada 
(izquierda), Ruptura de una probeta al finalizar la prueba de tensión (derecha) 
 
 
20 
 
Experimentación 
 
3.5.4 Ataque 
Después del pulido, las muestras fueron atacadas químicamente durante ~ 5 seg, con una solución 
de ácido pícrico; 150 ml de alcohol etílico de 30-40 ml de agua destilada, 6.5 ml de ácido acético y 
30-40 gr de ácido pícrico al 98%. 
3.6 Caracterización Microestructural 
Las probetas pulidas se observaron en un microscopio metalográfico de luz reflejada, mientras que 
las probetas atacadas se fotografiaron en un microscopio óptico ZEISS modelo AXIOSXCOPE 2 MAT 
y se determinó el tamaño de grano por el método de intersección de circunferencia. 
3.7 Estudio de Textura 
El estudio de textura global analizado por el método de difracción de rayos X permite conocer la 
intensidad de los haces refractados en ángulos específicos y con ello confirmar la presencia de una 
orientación preferencial en la microestructura(12). En la Tabla 3.1 se muestran los ángulos en los que 
las intensidades de los haces deberían ser mayores debido a que en ellos existen los planos que 
producen refracción. 
 
 
De existir dicha orientación preferencial en las figuras de polos se apreciarían grandes intensidades 
en la dirección (001) que implicarían la orientación preferencial de la microestructura. 
Plano Figura de polos (Miller) Figura de polos 
(Miller-Bravais) 
Ángulo de Bragg 
Plano prismático (100) (101̅0) 32.42° 
Plano basal (001) (0002) 34.6° 
Plano piramidal (101) (101̅1) 36.91° 
Tabla 3.1 Planos utilizados para la generación de las figuras de polos. 
 
21 
 
Resultados 
4.0 Resultados 
4.1 Resultados de la prueba de tensión, curvas esfuerzo-deformación ingenieriles 
4.1.1 Dirección de laminación (RD): 
Estas probetas fueron maquinadas de manera que fueran sujetas a tensión en la misma dirección 
en que fueron laminadas, es decir, el flujo plástico de la laminación fue en el mismo sentido que el 
esfuerzo de tensión aplicado durante los ensayos. En la figura 4.1 Se pueden observar las curvas 
esfuerzo deformación de las probetas maquinadas en esta dirección. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En estas curvas se muestra una dispersión en las propiedades de las probetas individuales pero 
también se puede observar un comportamiento promedio y en general se aprecia que todas 
presentan una mayor elongación así como un esfuerzo ultimo a la fractura más alto que los ensayos 
en dirección transversal, esto se ve ejemplificado en la figura 5.1. 
Figura 4.1 Curvas esfuerzo deformación de la dirección de 
laminación. 
 
22 
 
Resultados 
4.1.2 Dirección transversal a la dirección de laminación (TD): 
Estas probetas fueron maquinadas en dirección transversal a la dirección de laminación; es decir, el 
esfuerzo de tensión aplicado durante los ensayos de tensión mantenía un ángulo de 90° con 
respecto a la dirección de flujo plástico de la laminación. En la figura 4.2 se muestra las curvas 
esfuerzo deformación para esta dirección. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El patrón promedio entre las muestras indica resistencias muy bajas en comparación a la dirección 
de laminación y cantidades de deformación también notablemente menores a las obtenidas en la 
dirección de laminación. 
 
 
 
 
Figura 4.2 Curvas de esfuerzo deformación de la dirección transversal. 
 
23 
 
Resultados 
4.2 Figuras de Polo y caracterización de la textura. 
Una sección de placa laminada fue maquinada para prepararla para el análisis de textura, la 
superficie se pulió hasta acabado espejo y luego fue sometida a una incidencia de rayos X para 
obtener los picos de difracción que luego serían utilizados para generar las figuras de polos; es 
decir, un difractograma estándar. Posteriormente se vuelve a hacer incidir rayos X en la muestra 
pero solo en los ángulos de los picos de difracción obtenidos en el difractograma, esto con el fin de 
evaluar la cantidad de eventos de difracción que ocurren en la muestra, y en base a ellos 
determinar la cantidad de granos que tienen una orientación tal, que les permita difractar el haz 
incluso de manera parcial. 
Las figuras de polos recalculadas se muestran en la figura 4.3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En las figuras de polos se pueden apreciar zonas de alta intensidad en las direcciones que coinciden 
con el plano basal de la estructura HCP(13), también se puede notar una distribución de intensidades 
en el plano (100) que determina una cantidad relevante de granos cuya orientación es prismática, 
lo que puede implicar una manera diferente de deformarse en la dirección transversal a la 
laminación, y a su vez, explicar la deformación por maclado que se formó en la dirección transversal 
a la dirección de laminación. 
Figura 4.3 figuras de Polo Recalculadas 
 
24 
 
Resultados 
Las figuras de polos inversas representan la comparación entre la frecuencia de registro de 
intensidades en cada dirección por el difractometro y son una relación directa al número de granos 
que están orientados de una manera similar con respecto a un eje en la muestra. En la figura 4.4 se 
muestran las figuras de polos inversas, representando cada una la intensidad de las señales 
registradas para cada plano (utilizando índices de miller) del sistema HCP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las figuras de polos inversas presentan una sección de una figura de polos en donde se pueden 
encontrar tres direcciones, así mismo cada figura está enfocada en un plano, esto representa la 
tendencia o distribución de orientación que tienen los cristales con esta orientación general a 
“inclinarse” u orientarse en una dirección adicional(14). Observándose en la figura 4.4 que los granos 
con orientación preferencial piramidal y prismática a inclinarse en un punto intermedio entre la 
orientación piramidal o prismática en referencia al plano promedio refractado de sus celdas. De 
Figura 4.4 figuras de Polo inversas, representando las intensidades registradas para cada 
plano. 
 
25 
 
Resultados 
manera similar podemos observar que los granos con una orientación preferencial basal tienden a 
permanecer con sus planos basales particulares paralelos al plano basal promedio de la orientación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
 
Resultados 
4.3 Caracterización Microestructural 
La probeta denominada T5 y la probeta denominada L4 obtuvieron deformaciones y esfuerzos 
promedio relativamente altos, por lo que se seleccionaron para la caracterización microestructural, 
obteniéndose los siguientes resultados. 
4.3.1 Probeta L4 
La probeta se fotografió en la base de la probeta y en la zona de fractura con el fin de obtener 
contraste entre zonas de baja y alta deformación, dos veces en cada zona, con aumentos de 100X y 
200X presentados en la figura 4.5 a 4.8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.5 Área de la base a 100X. 
Figura 4.6 Área de la base a 200X. 
 
27 
 
Resultados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obteniéndose un tamaño de grano promedio para la muestra L4 de 7.38 μm y apreciándose el 
proceso de maclado en las zonas de alta deformación siendo este disperso y de alta fluctuación en 
su dirección. 
 
 
 
 
Figura 4.7 Área de la punta a 100X. 
Figura 4.8 Área de la punta a 200X. 
 
28 
 
Resultados 
4.3.2 Probeta T5 
En la probeta T5 seobtuvieron fotografías a 200 aumentos de las zonas de la base y ruptura en las 
cuales se observa una mayor densidad de maclado en la parte cercana a la zona de fractura, un 
tamaño de grano promedio de 7 μm y ausencia de la dispersión de puntos. El contraste en la 
densidad de maclado se puede apreciar en la figura 4.9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.9 Área de la punta (derecha) y área de la base (izquierda) a 200x. 
.xaumentos 
 
29 
 
Análisis de Resultados 
5.0 Análisis de Resultados. 
5.1 Ensayo de Tensión 
De los resultados de las pruebas de tensión se pueden obtener distintos valores que describen el 
comportamiento mecánico general de la aleación, en particular y de manera evidente podemos 
notar la gran diferencia en la deformación de las probetas de la dirección de laminación y de la 
dirección transversal a la dirección de laminación. A este efecto se le denomina anisotropía y en 
este caso es causado por el fenómeno de textura cristalográfica que causo la orientación de una 
cantidad importante de granos de manera que la dirección [1-210] quedara paralela a la dirección 
de laminación o al menos el componente del esfuerzo en esa dirección. Durante la prueba el 
componente del vector que fue aplicado en la dirección [1-210] fue mayor que el componente 
aplicado en la dirección [11-20], por lo que les era posible deformarse en el sistema de 
deslizamiento basal, permitiendo una deformación considerable en esa dirección. Sin embargo, esta 
orientación no implica que los planos basales de cada grano sean paralelos entre sí, por lo que 
distintos granos podrán tener un comportamiento mecánico distinto aún si el esfuerzo aplicado 
ocurre en una sola dirección. Se debe considerar que las pruebas realizadas son la sumatoria de las 
propiedades en sinergia de cada grano individual presente en el material y como tal, ofrecen datos 
sobre la tendencia general de la aleación. En la figura 5.1, se pueden apreciar las curvas esfuerzo 
deformación de una probeta en dirección de laminación y otra en transversal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.1 Curvas esfuerzo deformación de la probeta denominada L4 
(Negro) y la probeta T10 (Rojo) de la dirección de laminación y transversal 
respectivamente. 
 
30 
 
Análisis de Resultados 
En la tabal 5.1, Se expresan las propiedades mecánicas básicas obtenidas en cada dirección. 
Dirección 
RD (rolling direction) TD(transversal direction) 
Máximo Promedio Máximo Promedio 
UTS (MPa) 257 246 243 230 
Elongación (%) 28 20 16 14 
Esfuerzo de 
Cedencia (MPa) 
99 97 105 103 
 
Es de notar que el esfuerzo de cedencia es en general mayor en las probetas ensayadas en 
dirección transversal, lo cual no es coherente con la deformación por deslizamiento, pero se explica 
por la deformación en maclado. 
5.2 Análisis Microestructural 
Las variaciones en las propiedades mecánicas de ambas muestras fueron causadas por una variedad 
de factores, principalmente la texturización de la microestructura del material y de manera 
secundaria la formación de fases intermetalicas de alta dureza, particularmente la Mg17Al12. 
También estuvieron presentes compuestos intermetálicos Silicio-magnesio que aparecieron como 
puntos azules en la micrografía pero no tuvieron un efecto relevante en las propiedades mecánicas, 
estos se pueden apreciar en la figura 5.2, los diagramas binarios Mg-Al y Mg-Zn se pueden consultar 
en el apéndice 1. 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 5.1 Propiedades mecánicas obtenidas de las curvas Esfuerzo Deformación 
Figura 5.2, Micrografía a 500 aumentos en donde se aprecian puntos azules, 
causados por compuestos intermetálicos Silicio-magnesio. 
 
31 
 
Análisis de Resultados 
Debido a que los ensayos de tensión se realizaron a temperatura ambiente el mecanismo de 
deformación conocido como maclado fue el principal auxiliar en la deformación, lo cual queda 
evidenciado en la figura 5.3, En esta figura también se puede apreciar la formación de cavidades en 
el material debido a la inminente fractura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la microestructura se puede apreciar un tamaño de grano medio, desigual y de geometría 
compleja. También se puede apreciar un tamaño de grano ligeramente más fino en la probeta que 
obtuvo una deformación más alta, y una variedad de tamaño en los granos pero sin duda el factor 
más apreciable es la densidad y la forma de las maclas producidas en cada caso, en la figura 5.4 se 
aprecia un contraste entre la zona de fractura de la probeta L5 y T4 donde se exhiben ángulos de 
maclado para la dirección transversal orientados y ángulos de maclado aleatorios para la dirección 
de laminación, esto funciona como indicativo de que hubo una preferencia en el mecanismo de 
deformación en la dirección transversal. 
 
Figura 5.3, Maclado severo en la zona de fractura. 
 
32 
 
Análisis de Resultados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esta distribución orientada de las zonas de maclado es causada por la tendencia del mecanismo a 
formarse en direcciones específicas de celda unitaria hexagonal(1,4,7); es decir, las zonas de maclado 
se formaron preferentemente en lugares de la microestructura que tuvieran una orientación a fin a 
permitir la re orientación de una sección de los granos en una dirección [0001] con respecto al 
esfuerzo aplicado. En este contexto, la aparición de zonas de maclado más abundantes y de 
geometrías similares indica una cierta orientación de los granos en direcciones en las que el 
componente del vector de esfuerzo aplicado a ellos fue lo suficientemente fuerte como para 
provocar maclado antes que rotación o ruptura. 
Mientras que en zonas de ruptura de las probetas probadas en dirección de laminación las maclas 
tienen direcciones y formas aleatorias que parecen no guardar relación entre sí, esto es indicativo 
de que los granos que habían cristalizado en orientaciones que les permitían maclarse antes que 
deformarse eran escasos y no guardaban relación entre sí. 
 
 
 
Figura 5.4, Contraste entre el área de la base de la probeta L4 (Izquierda) y T5 
(derecha) donde se observa la orientación general del maclado en una dirección. 
 
33 
 
Análisis de Resultados 
5.3 Textura Global 
Las figuras de polos producidas comprobaron que fue el efecto de la orientación preferencial de los 
granos la que genero el efecto anisotropico de las propiedades de la lámina de magnesio. Y esta 
orientación preferencial se puede deducir al revisar las figuras de polos inversas para la dirección 
representativas del plano basal, ilustradas en la figura 5.5, en donde claramente se puede apreciar 
una gran frecuencia de intensidades en el plano (001). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En las figuras de polos inversas representativas de las otras direcciones (100, 010) se pueden 
apreciar intensidades bajas, como se puede observar en la figura 5.6 lo que indica que hay una 
menor cantidad de granos orientados en esas direcciones. 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.5 figura de Polo inversa representativa del 
plano 001 
Figura 5.6, figuras de Polo inversas representativas del 
plano prismático (izquierda) y piramidal al (derecha) 
 
34 
 
Análisis de Resultados 
Sin embargo es importante notar que la intensidad registrada en el plano (100) si juega un papel 
importante en la explicación de las propiedades mecánicas de la aleación. 
5.3.1) Función de distribución de orientación (ODF). 
La función de distribución de orientación es una función estadística que representa la distribución 
de orientaciones en una sección volumétrica del material y se puede computar por medio de los 
mismos datos usados para la generación de las figuras de polos. Su importancia es la de explicar la 
distribución estadística de granos con una orientación similar o equivalente y con ello dar una 
explicación del comportamiento mecánico del material. 
A partir de estos datos se puede calcular la integral de la funciónde distribución de orientaciones 
en función de cada uno de los tres ángulos Phi y en cada una de ellas tomando valores de los 
componentes de cada orientación, para con ello conocer la porción volumétrica de cada 
orientación en la matriz metálica. 
Se obtuvieron los siguientes resultados utilizando el programa LABotex en su función de traslape 
puntual, presentados en la tabla 5.2. 
Fracción Volumétrica Porcentual Componente de Textura 
0.41 {0.0,18.43,00} 
0.77 {0,25.24,45} 
0.43 {35.26, 90, 45} 
0.43 {32.14, 90, 45} 
0.53 {121, 36.7, 26.57} 
0.22 {90, 54.74, 45} 
2.48 {45, 90, 0} 
0.38 {39.23, 65.91, 25.5} 
0.55 {0, 35.26, 45} 
3.1 {0, 0, 0} 
90.68 Fracción no orientada 
 
 
Tabla 5.2, Fracción volumétrica de orientaciones calculada a partir del ODF. 
 
35 
 
Análisis de Resultados 
Los datos en conjunto de microscopia, pruebas de tensión, las figuras de polos y la ODF de textura 
cuantitativa completan la explicación de la anisotropía del material, siendo esta explicada no por la 
anisotropía natural atribuida a las celdas unitarias de los monocristales que normalmente son la 
explicación a una anisotropía texturizada, sino al mecanismo de deformación predominante en 
cada dirección en que se realizaron las pruebas. Las figuras de polos recalculadas muestran 
distribuciones de intensidades asimétricas en el plano prismático características de una textura de 
fibra que indican la presencia de granos orientados con dicho plano de manera perpendicular a la 
dirección normal de laminación, lo que implica que sus ejes C o direcciones [0001] están orientadas 
con una ligera preferencia a la dirección transversal, por lo que si se les aplica un esfuerzo en esas 
direcciones su mecanismo natural de deformación tendría que ser el maclado, mientras que en la 
dirección de laminación la condición necesaria para la deformación por deslizamiento es que el 
esfuerzo aplicado genere componentes de tensor de suficiente magnitud en la familia de 
direcciones <1-210> en el plano basal de cada grano. Para lograr esto el plano basal no 
necesariamente tiene que ser paralelo al plano de laminación ni al plano normal sino que puede 
tener cierto grado de paralelismo al plano transversal pero no demasiado. Tomando estos 
elementos en consideración se puede concluir que el efecto anisotropico de la laminación es 
causado por el efecto de la textura en la viabilidad del mecanismo preferencial de deformación en 
cada dirección. 
Siendo el maclado el mecanismo aplicado principalmente a la dirección transversal y el 
deslizamiento a la dirección de laminación. 
 
36 
 
Conclusiones 
6.0 Conclusiones 
 Las propiedades mecánicas del material están en función de su estructura, siendo para este 
estudio la orientación preferencial de los granos y el tamaño de grano los factores de mayor 
relevancia. 
 Con los datos obtenidos por textura cuantitativa se puede asegurar que el material 
presenta una textura ligera en dos orientaciones principales, la basal y la prismática, siendo 
esta última una textura de fibra. 
 Se atribuye la diferencia en las propiedades mecánicas caracterizadas en el material a un 
mecanismo de deformación preferente en cada dirección de ensaye. 
 Las micrografías obtenidas muestran la preferencia por el maclado de las muestras 
ensayadas en dirección transversal. 
 El efecto de la laminación sobre las propiedades mecánicas de la aleación estudiada, se 
basa en la texturización del material pues ello implica una respuesta mecánica diferente 
para las distintas direcciones de aplicación de esfuerzos. 
 
En relación a futuros estudios cuya intensión sea mejorar las propiedades mecánicas de la 
aleación estudiada, este trabajo recomienda minimizar el tamaño de grano de la aleación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
 
Referencias 
 
1. K. U. kainer, Magnesium-alloys and technology. 
2. O. Engler, V. Randle, Introduction to texture analysis, CRC Press, New York, second edition. 
3. D. R. Askeland, ciencia e ingeniería en materiales, internacional Thompson editores, 4ª 
edición. 
4. Talal al- Samman, Magnesium the role of the crystallographic texture, deformation 
condition and alloying element on formability. Cuvillier Verlag, (2008), 1-84,111-128, 227-
2245 
5. W. D. McAllister, Materials science and Engineering an Introduction 7th Ed. 
6. G.E. Dieter, Mechanical Metallurgy, 3rd ed. Mc Grawgill (1986) 
7. D. Hull and D. J. Bacon, Introduction to dislocations, 4th edition, 2001. 
8. H. Watari, T. Haga, Y. Shibue, K. Davey, N. Koga achievements in materials and 
manufacturing engineering volume 18 issue 1-2. 
9. Pekguleryuz M., Kainer K., Kaya A., Fundamentals of magnesium alloy metallurgy, 
Woodhead publishing, 2013. 
10. W. Xia, Z. Chen, D. Chem, S. Zhu, Journal of materials processing technogy 209 (2009) 26-31 
11. J. Bohlen, F. Chmelk, P. Dobron, F. Kaiser, D. Letzig, P. Lukác, K.U. Kainer, Journal of Alloys 
and Compounds 378 (2004) 207-213. 
12. B. D. Cullity, Elements of x ray Diffraction. 
13. Y.N. Wang, J.C. Huanga, Materials Chemistry and Physics 81 (2003) 11-26 
14. H. Watanabe, T. Mukai, K. Ishikawa, Journal of Materials Processing Technology 182 (2007) 
644-647. 
Apéndice 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apéndice