Análise Metalográfica de Tornillos

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas 
Facultad Tecnológica 
Tecnología en Mecánica 
 
1 
 
 
 
ANÁLISIS METALOGRÁFICO A COLOR EN ESTUDIO MICROSCÓPICO 
PARA SELECCIÓN DE TORNILLOS ESTRUCTURALES DE TRANSMILENIO 
GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) Y GRADO 8 
(MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135 A 9840 TEMP Y REV) 
 
 
 
 
 
Jhoan Sebastian Gutierrez Mayorga 
Daniel Felipe Méndez Chaverra 
 
 
 
 
 
 
Universidad Distrital Francisco José de Caldas 
Facultad Tecnológica 
Tecnología en Mecánica 
Bogotá D.C. 
 
2017 
Universidad Distrital Francisco José de Caldas 
Facultad Tecnológica 
Tecnología en Mecánica 
 
2 
 
 
 
 
ANÁLISIS METALOGRÁFICO A COLOR EN ESTUDIO MICROSCÓPICO 
PARA SELECCIÓN DE TORNILLOS ESTRUCTURALES DE TRANSMILENIO 
GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) Y GRADO 8 
(MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135 A 9840 TEMP Y REV) 
 
 
 
Jhoan Sebastian Gutierrez Mayorga 
Daniel Felipe Méndez Chaverra 
 
TESIS PARA OBTAR POR EL TITULO DE TECNÓLOGO MECÁNICO 
 
MsC Luis Hernando Correa Murillo 
 
 
 
 
Universidad Distrital Francisco José de Caldas 
Facultad Tecnológica 
Tecnología en Mecánica 
Bogotá D.C. 
 
2017 
Universidad Distrital Francisco José de Caldas 
Facultad Tecnológica 
Tecnología en Mecánica 
 
3 
 
 
DEDICATORIA 
 
A mis padres Luz Dary Mayorga Ovalle y Carlos Rodrigo Gutierrez, por brindarme su 
cariño, comprensión, apoyo y buenos valores, los cuales han hecho de mí una persona 
íntegra y honesta, su confianza y apoyo ha sido fundamental para mi crecimiento 
espiritual, emocional y moral. 
A mi novia Liseth Natalia Mancilla Hernández, quien ha sido incondicional en todo mi 
proceso de formación académica desde el bachillerato, su amor y compañía en los 
últimos 6 años, ha brindado a mi vida alegría, fortaleza y compromiso en los momentos 
más difíciles que se me han presentado. 
A mis hermanos Valentina y Matías Gutierrez Mayorga, quienes son una compañía 
infinita para mí y son motivo en mi vida para ser cada día mejor. 
A mis dos abuelitas Ana Cecilia Ovalle y Aurora Gutierrez, pilares esenciales de 
nuestras familias, son ellas las que nos motivan y nos brindan su sabiduría y amor, 
siendo un ejemplo de vida y cariño. 
A mi abuelito Emilio Mayorga, que hoy se encuentra en el cielo, quien durante su vida 
se dedicó a ser un ejemplo de padre y abuelo para todos nosotros, sus enseñanzas 
perduraran en el tiempo en nuestros corazones. 
A mi profesora de Matemáticas del Colegio Nacional Andrés Bello, Ruth Luque quien 
me oriento y creyó en mí en todo momento, su paciencia y sus enseñanzas sembraron 
el amor por el estudio y una diferente forma de ver la vida. 
A nuestro tutor MsC, Luis Hernando Correa, por su colaboración, dedicación y 
compromiso con la formación de los estudiantes de Mecánica de la Universidad Distrital 
Francisco José de Caldas, también agradezco a todos los profesores que me 
instruyeron durante nuestra estadía académica. 
A mis compañeros, quienes estuvieron a mi lado durante este proceso académico, 
siendo no solamente una compañía, sino también un apoyo en momentos difíciles en la 
academia. 
 
 
 
 
 
Jhoan Sebastian Gutierrez Mayorga 
Universidad Distrital Francisco José de Caldas 
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Tecnología en Mecánica 
 
4 
 
 
DEDICATORIA. 
 
Este proyecto va dedicado a mi familia primordialmente, ya que han sido mi bastón en 
este proceso, con su esfuerzo compromiso y dedicación para conmigo y mis 
necesidades, gracias a ellos un sueño está cada vez más cerca y sé que siempre 
estarán ahí apoyándome para continuar con mis proyectos y todas aquellas metas que 
deseo cumplir, en cada una de estas están ellos siempre alentándome para nunca 
desfallecer. 
 
A Dios por permitirme tener salud y sabiduría para afrontar cada adversidad que en mi 
camino se me presento, por darme fuerzas de continuar aunque muchas veces caí, pero 
con su ayuda siempre me levante de nuevo. 
 
Dedicada a mis padres que siempre me inculcaron el valor del compromiso, también el 
pensamiento de superarse como persona, ser mejor cada día y afrontar cada 
circunstancia con valentía y tenacidad, y por ultimo influenciar en mí el amor por el 
estudio. 
 
A mis compañeros los cuales fueron un peldaño en mi carrera, los que siempre 
estuvieron acompañándome en cada uno de los retos de mi carrera. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Daniel Felipe Méndez Chaverra 
 
 
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Tecnología en Mecánica 
 
5 
 
Agradecimientos. 
 
Agradecemos principalmente a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas 
por su gran colaboración brindada en nuestro proceso de formación académica, 
debido a que fueron de gran utilidad tanto sus instalaciones como todos sus 
implementos, los cuales siempre tuvimos disponibles según nuestras 
necesidades. 
A nuestros compañeros los cuales siempre nos brindaron un apoyo incondicional 
sin esperar nada a cambio, se mostraron muy interesados en nuestro avance y 
desarrollo del proyecto. 
A los laboratoristas de tratamientos térmicos y de metalografía quienes siempre 
nos prestaron todos los implementos necesarios para el desarrollo de nuestro 
proyecto de grado, también se preocuparon por estar pendientes de cómo 
íbamos avanzando, la orientación que nos brindaban nos sirvo de mucha ayuda, 
sin ellos hubiese sido muy difícil culminar con éxito nuestra investigación. 
A nuestro tutor, MsC. Luis Hernando Correa quien nos brindó su apoyo 
incondicional, aportando su amplia experiencia y conocimiento sobre el tema 
desarrollado, así mismo sacando el espacio y el tiempo para atender todas 
nuestras inquietudes. 
A los demás docentes de la Universidad que nos acompañaron e incentivaron 
para finalizar con éxito toda nuestra carrera. 
Y por último a las secretarias de la coordinación del Proyecto Curricular de 
Mecánica, por su arduo trabajo y colaboración para con los estudiantes, por 
siempre brindar su atención a cualquier necesidad que se nos presentara y 
brindarnos en todo momento su tiempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6 
 
CONTENIDO 
 
 
Resumen ................................................................................................................................ 12 
Abstract .............................................................................................................................. 12 
INTRODUCCIÓN. ..................................................................................................................... 13 
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ......................................................................................... 14 
JUSTIFICACIÓN. ...................................................................................................................... 14 
OBJETIVOS .............................................................................................................................. 15 
Objetivo general ................................................................................................................. 15 
Objetivos específicos ........................................................................................................... 15 
SECCIÓN 1 - CONCEPTOS BASICOS .......................................................................................... 16 
1. ALEACIONES HIERRO CARBON - ACEROS – .................................................................. 16 
1.1 FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO [16] ................................................................. 16 
- Ferrita δ: ............................................................................................................. 16 
- Austenita ɣ: .........................................................................................................16 
- Ferrita α: .............................................................................................................. 16 
- Cementita (Fe3C): ................................................................................................ 16 
1.2 TIPOS DE ACEROS [15] .............................................................................................. 17 
- Ferrita .................................................................................................................. 17 
- Cementita ............................................................................................................ 18 
- Perlita .................................................................................................................. 18 
- Austenita ............................................................................................................. 18 
- Martensita ........................................................................................................... 19 
- Bainita ................................................................................................................. 19 
1.3 EQULIBRIO DE FASES .................................................................................................... 20 
1.3.1 DIAGRAMA HIERRO CARBONO................................................................................ 20 
1.3.2 Diagrama TTT (tiempo, temperatura, transformación) ............................................ 21 
1.3.3 Diagrama CCT (diagrama enfriamiento continuo).................................................... 21 
1.4 SAE .......................................................................................................................... 22 
1.4.1 Norma SAE J429 ......................................................................................................... 23 
1.5. MATERIALES DE FABRICACIÓN .................................................................................... 24 
1.5.1. GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) ...................................... 24 
GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135 A 9840 TEMP Y REV) ................................ 26 
1.6 ANÁLISIS METALOGRÁFICO .......................................................................................... 28 
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7 
 
1.6.1 ANALISIS METALOGRAFICO CONVENCIONAL .......................................................... 29 
1.6.2 ANÁLISIS METALOGRÁFICO A COLOR..................................................................... 29 
SECCIÓN II - PREPARACION DE MUESTRAS ............................................................................. 30 
2.1 Pulido de las Probetas .................................................................................................. 31 
2.2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS. ........................................................................................ 32 
2.2.1Tratamiento térmico por temple. ............................................................................ 32 
2.2.2 Tratamiento térmico por bonificado ....................................................................... 32 
 2.2.3 Tratamiento térmico por revenido. ......................................................................... 32 
2.2.4 Tratamiento térmico normalizado. ......................................................................... 33 
2.2.5. Tratamiento térmico por recocido ......................................................................... 34 
2.3. ATAQUES QUÍMICOS ................................................................................................... 34 
2.3.1. REACTIVO NITAL (ÁCIDO NÍTRICO) ......................................................................... 34 
2.3.2 REACTIVO SEGÚN BERAHA TIPO 1 ........................................................................... 35 
2.4. DUREZA ....................................................................................................................... 35 
2.4.1 DUROMETRO ROCKWEL EN 10109 T1 [29] .............................................................. 36 
SECCION III - OBSERVACION Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................... 37 
3.1 ANÁLISIS DE DUREZA HRC EN DUROMETRO ROCKWELL 10109 T1 ............................... 37 
3.2 ANALISIS MICROESTRUCTURAL Y COMPARATIVO DE LOS REACTIVOS NITAL Y BERAHA 
EN LOS TRATAMIENTOS TERMICOS .................................................................................... 37 
3.2.1. ESTADO DE ENTREGA ................................................................................................ 37 
GRADO 5 ......................................................................................................................... 37 
Dureza en estado de entrega ....................................................................................... 37 
Microestructura .......................................................................................................... 38 
GRADO 8 ......................................................................................................................... 39 
Dureza en estado de entrega ....................................................................................... 39 
Microestructura .......................................................................................................... 39 
3.2.2. TEMPLE ..................................................................................................................... 40 
GRADO 5 ......................................................................................................................... 40 
Dureza en Temple ....................................................................................................... 41 
Microestructura .......................................................................................................... 42 
GRADO 8 ......................................................................................................................... 43 
Dureza en Temple ....................................................................................................... 44 
Microestructura .......................................................................................................... 44 
Comparación de dureza en estado temple....................................................................... 46 
3.2.3. BONIFICADO (TEMPLE+REVENIDO) ........................................................................... 46 
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8 
 
GRADO 5 ......................................................................................................................... 47 
Dureza en Temple + Revenido ..................................................................................... 47 
Microestructura .......................................................................................................... 47 
GRADO 8 ......................................................................................................................... 50 
Dureza en Temple + Revenido ..................................................................................... 50 
Microestructura .......................................................................................................... 50 
Comparación de dureza en estado Bonificado ................................................................. 51 
3.2.4. NORMALIZADO ......................................................................................................... 52 
GRADO 5 ......................................................................................................................... 52 
Dureza en Normalizado ............................................................................................... 53Microestructura .......................................................................................................... 53 
GRADO 8 ......................................................................................................................... 54 
Dureza en Normalizado ............................................................................................... 54 
Microestructura .......................................................................................................... 55 
Comparación de dureza en estado Normalizado .............................................................. 56 
3.2.5. RECOCIDO ................................................................................................................. 56 
GRADO 5 ......................................................................................................................... 57 
Dureza en recocido ...................................................................................................... 57 
Microestructura .......................................................................................................... 57 
GRADO 8 ......................................................................................................................... 58 
Dureza en recocido ...................................................................................................... 58 
Microestructura .......................................................................................................... 59 
Comparación de dureza en estado Recocido ................................................................... 60 
CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 61 
RECOMENDACIONES .............................................................................................................. 63 
GLOSARIO............................................................................................................................... 64 
BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................... 65 
 
 
 
 
 
 
 
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9 
 
 
LISTADO DE ILUSTRACIONES 
 
Ilustración 1, Morfología de la microestructura de la ferrita, Fuente: [22] .............................. 17 
Ilustración 2, Diferencia de ferrita en recocido y normalizado, Fuente: [18] ............................ 17 
Ilustración 3, Morfología de la microestructura de la cementita, Fuente: [28] ........................ 18 
Ilustración 4, Morfología de la microestructura de la perlita, Fuente: [23] ............................. 18 
Ilustración 5, Morfología de la microestructura de la austenita, Fuente: [24] ......................... 19 
Ilustración 6, Morfología de la microestructura de la austenita, Fuente: [25] ......................... 19 
Ilustración 7, Morfología de la microestructura de la austenita, Fuente: [26] ......................... 19 
Ilustración 8, Diagrama de equilibrio de fases Hierro-Carbono, Fuente: [15] ........................... 20 
Ilustración 9,Diagrama TTT para un proceso de temple de acero 1040, Fuente: [20] ............... 21 
Ilustración 10, Diagrama CCT para un proceso de temple de acero Eutectoide, Fuente: [21] ... 22 
Ilustración 11, Tornillo Grado 8 y Tornillo Grado 5, Fuente: Autoría propia ............................. 24 
Ilustración 12, Corte longitudinal A, Fuente: Autoría Propia .................................................... 30 
Ilustración 13, Corte trasversal B, Fuente: Autoría Propia ....................................................... 30 
Ilustración 14, Corte trasversal C, Fuente: Autoría Propia ....................................................... 30 
Ilustración 15, Durómetro Rockwell 10109 T1, U. Distrital Francisco José de Caldas - Facultad 
Tecnológica, Laboratorio de Metalografía, Fuente: Autoría propia .......................................... 36 
Ilustración 16, Estado de entrega con reactivo Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) 
x1000 Fuente: Autoría propia.................................................................................................. 38 
Ilustración 17, Estado de entrega con reactivo Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 
b) x1000 Fuente: Autoría propia ............................................................................................. 38 
Ilustración 18, Estado de entrega con reactivo Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) 
x1000 Fuente: Autoría propia ................................................................................................. 39 
Ilustración 19, Estado de entrega con reactivo Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 
b) x1000 .................................................................................................................................. 40 
Ilustración 20, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 
Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia ........................................... 40 
Ilustración 21, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 
Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia ........................................... 41 
Ilustración 22, Temple Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 ....................... 42 
Ilustración 23, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000. .................. 42 
Ilustración 24, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 x1000 ................................... 42 
Ilustración 25, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (4135 A 9840 
Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia ........................................... 43 
Ilustración 26, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (4135 A 9840 
Templado y revenido) en estado Temple, Fuente: Autoría Propia ........................................... 44 
Ilustración 27, Temple Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 ....................... 44 
Ilustración 28, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 ................... 45 
Ilustración 29, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 x1000 ................................... 45 
Ilustración 30, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 
Templado y revenido) en estado Bonificado, Fuente: Autoría Propia ...................................... 47 
Ilustración 31, Fisura producida en el Temple, Acero Norma SAE J429-Grado 5, Fuente: Autoría 
propia ..................................................................................................................................... 47 
file:///C:/Users/Jhoan%20Sebas/Desktop/SI/TESIS%20FINAL%20si%20ya%20casi%20que%20bien.docx%23_Toc484771194
file:///C:/Users/Jhoan%20Sebas/Desktop/SI/TESIS%20FINAL%20si%20ya%20casi%20que%20bien.docx%23_Toc484771195
file:///C:/Users/Jhoan%20Sebas/Desktop/SI/TESIS%20FINAL%20si%20ya%20casi%20que%20bien.docx%23_Toc484771196
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10 
 
Ilustración 32, Temple + Revenido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x500 
Fuente: Autoría propia ........................................................................................................... 48 
Ilustración 33, Temple + Revenido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000, 
Fuente: Autoría propia ............................................................................................................ 48 
Ilustración 34, Temple + Revenido, Bifluoruro de amonio + Acido sulfamico + Metabilsufito de 
potasio + 100 ml agua destilada, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500, Fuente: Autoría 
propia .....................................................................................................................................49 
Ilustración 35, Fisura presente en Temple + Revenido, Acero Norma SAE J429-Grado 8 .......... 50 
Ilustración 36, Temple + Revenido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x500 c) 
x1000, Fuente: Autoría propia ................................................................................................. 50 
Ilustración 37, Temple + Revenido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000, 
Fuente: Autoría propia ............................................................................................................ 51 
Ilustración 38, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 
Templado y revenido) en estado Normalizado, Fuente: Autoría Propia .................................. 52 
Ilustración 39, Diagrama CCTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 
Templado y revenido) en estado Normalizado, Fuente: Autoría Propia .................................. 53 
Ilustración 40, Normalizado Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000, Fuente: 
Autoría Propia ......................................................................................................................... 53 
Ilustración 41, Normalizado Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x1000, Fuente: Autoría 
Propia ..................................................................................................................................... 54 
Ilustración 42, Normalizado Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000, Fuente: 
Autoría Propia ......................................................................................................................... 55 
Ilustración 43, Normalizado Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500, Fuente: Autoría 
Propia ..................................................................................................................................... 55 
Ilustración 44, Recocido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 Fuente: 
Autoría propia ........................................................................................................................ 57 
Ilustración 45, Recocido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000, Fuente: 
Autoría propia ........................................................................................................................ 57 
Ilustración 46, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (1030-1050 
Templado y revenido) en estado Recocido, Fuente: Autoría Propia ........................................ 58 
Ilustración 47, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (1030-1050 
Templado y revenido) en estado Recocido, Fuente: Autoría Propia ........................................ 58 
Ilustración 48, Recocido Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000, Fuente: 
Autoría propia ........................................................................................................................ 59 
Ilustración 49, Recocido Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500, Fuente: Autoría 
propia ..................................................................................................................................... 60 
 
 
 
 
 
 
 
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11 
 
 
LISTADO DE TABLAS 
 
Tabla 1, Porcentajes de Carbono, Fosforo y Azufre en Tornillos Grado 2, 5, 8 para la norma SAE 
J429 Fuente: Glaser y Associates Inc. [13] ............................................................................... 23 
Tabla 2, Características de Tornillos Grado 2,5,8 para la norma SAE J429, Fuente: Glaser y 
Associates Inc. [13] ................................................................................................................. 23 
Tabla 3, Propiedades Acero 1035, Fuente: AZO Materials [12] ................................................ 25 
Tabla 4, Propiedades Acero 1050, Fuente: AZO Materials [12] ................................................ 26 
Tabla 5, Propiedades Acero 4135, Fuente: AZO Materials [12] ................................................ 27 
Tabla 6, Propiedades Acero 9840, Fuente: Aceros Fortuna [14] ............................................... 28 
Tabla 7, Dureza en estado de entrega grado 5, Fuente: Autoría propia ................................... 37 
Tabla 8, Dureza en estado de entrega grado 8, Fuente: Autoría propia ................................... 39 
Tabla 9, Dureza en estado de temple grado 5, Fuente: Autoría propia .................................... 41 
Tabla 10, Dureza en estado de temple grado 8, Fuente: Autoría propia .................................. 44 
Tabla 11, Comparación Dureza Temple Vickers, Fuente: Autoría Propia .................................. 46 
Tabla 12, Dureza en estado de bonificado grado 5, Fuente: Autoría propia ............................. 47 
Tabla 13, Dureza en estado de bonificado grado 8, Fuente: Autoría propia ............................. 50 
Tabla 14, Comparación Dureza Bonificado en Vickers, Fuente: Autoria propia ........................ 51 
Tabla 15, Dureza en estado Normalizado grado 5, Fuente: Autoría propia .............................. 53 
Tabla 16, Dureza en estado Normalizado grado 8, Fuente: Autoría propia .............................. 54 
Tabla 17, Comparación Dureza Normalizado en Vicker, Fuente: Autoria propia ...................... 56 
Tabla 18, Dureza en estado Recocido grado 5, Fuente: Autoría propia .................................... 57 
Tabla 19, Dureza en estado Recocido grado 8, Fuente: Autoría propia .................................... 58 
Tabla 20, Comparación Dureza Recocido en Vicker, Fuente: Autoría propia ............................ 60 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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12 
 
ANÁLISIS METALOGRÁFICO A COLOR EN ESTUDIO MICROSCÓPICO 
PARA SELECCIÓN DE TORNILLOS ESTRUCTURALES DE 
TRANSMILENIO GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y 
REV) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135-9840 TEMP Y 
REV) 
 
 
Resumen 
 
La metalografía como fuente de conocimiento teórico y práctico del estudio de 
los materiales férricos ha permitido comprender la constitución y estructura de 
los diferentes metales y aleaciones utilizados actualmente por la civilización 
moderna. En este trabajo se pretenderá realizar por medio de cuatro tratamientos 
térmicos y dos ataques químicos diferentes, el desarrollo de un examen 
metalográfico a color, para establecer una comparación molecular entre dos 
grados de tornillos comerciales al carbono , grado 5 ( MEDIO CARBON AISI 
1035-1050 TEMP Y REV ) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135-
9840 TEMP Y REV) , establecidos en la norma SAE J429 , utilizados en la unión 
de la estructura de las columnas de los puentes de Transmilenio con sus 
respectivos cimientos. 
Abstract 
Metallography as a source of theoretical and practical knowledge of the study of 
ferrous materials has made it possible to understand the constitution and 
structure of the different metals and alloys currently used by modern civilization. 
In this work, the development of a color metallographic examination will be carried 
out by means of four thermal treatments and two different chemical attacks, in 
order to establish a molecular comparison between two grades of grade 5 
commercial carbon screws (MEDIUM CARBON AISI 1035-1050 Tempered) and 
GRADE 8 (AVERAGE CARBON ALLOY AISI 4135-9840 tempered), established 
in the SAE J429 standard, used in the union of the structure of the columns of 
the bridges of Transmilenio with their respective foundations. 
 
 
 
 
 
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Tecnología en Mecánica 
 
13 
 
INTRODUCCIÓN. 
 
La metalografía como rama de la metalurgia, permite la identificación de la 
composición micro estructural de los metales y sus aleaciones, lo cual ayuda a 
la implementación de metodologías que establecen parámetros para la 
tipificación de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los férricos. En 
el ámbito de la ingeniería mecánica ha sido fundamental para el desarrollo de 
nuevos materiales o aleaciones que contribuyen al fortalecimiento del 
conocimiento para la selección en el diseño mecánico. En base a lo anterior, 
radica la importancia de desarrollar diferentes tipos de análisis tanto destructivos 
como no destructivos que ayuden a la identificación de propiedades físicas, 
químicas y mecánicas del metal, lo cual cumpla con una serie de características 
fundamentales para una determinada aplicación. 
 
Con referencia al tipo de material que utilicemos y la eficiencia que le podamos 
dar a este, también es de vital importancia comprender el comportamiento que 
tendrá en un futuro durante su vida útil, puesto que hay que tener en cuenta 
varios factores que afectaran sus propiedades iniciales en un momento dado, 
algunos de los agentes que influyen en gran medida al material son debidos a 
las condiciones climáticas de la zona de operación, el tipo carga al que será 
sometido, la exposición a sustancias o elementos que afecten su estructura 
molecular, el trato y cuidado del elemento en uso, entre otros. De este modo 
podremos caracterizar y especificar el tipo de aleación y tratamiento que 
utilizaremos para garantizar las especificaciones de diseño. 
 
En este orden ideas, abordaremos el análisis metalográfico de un acero medio 
carbono AISI utilizado para tornillos estructurales grado 5 (MEDIO CARBON 
AISI 1035-1050 TEMP Y REV) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 
4135-9840 TEMP Y REV), por medio de la identificación de sus fases con base 
a la metodología de análisis espectral de tonalidades tanto a color como escala 
de grises. Es sabido que el ojo humano tiene la capacidad de identificar infinitas 
tonalidades de colores, pero así mismo no diferencia de manera clara la escala 
de grises, por esta razón es de vital importancia el estudio del material por el 
método de “coloreado”, pues permite la identificación de las inclusiones o fases 
presentes en el material, esto nos permitirá tener una idea más acertada de la 
degradación que sufrirá el acero durante su vida útil, para esto haremos cuatro 
tratamientos térmicos los cuales son Temple, Revenido, Bonificado y 
Normalizado y a estos se les aplicará dos ataques químicos con Reactivo Nital 
(Ácido Nítrico) y Reactivo Según Beraha TIPO I. 
 
 
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14 
 
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 
 
 
En la actualidad existen diferentes métodos de análisis microestructural para la 
caracterización de los metales y sus aleaciones, una de las metodologías más 
utilizadas en el ámbito metalúrgico es la metalografía a color y escala de grises, 
la segunda ha sido la usada convencionalmente para identificar la inclusión y 
fases de un determinado metal a nivel microscópico, de este modo la metalografía 
a color tiene como objetivo mejorar notablemente la obtención de información para 
la diferenciación de la morfología de los granos y su estructura. 
 
En las últimas décadas la metalografía a color ha tenido un avance sustancial 
bajo, debido a varios factores tecnológicos, monetarios e investigativos que han 
imposibilitado la implementación de esta, con el fin de promover el uso de la 
microscopía óptica a color en el ámbito del diseño de elementos normalizados, 
desarrollaremos un análisis tanto convencional como coloreado a unos tornillos 
estructurales medio carbono AISI estándar de diámetro de 1 ½ in. Grado 5 
(MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV ) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON 
ALEADO AISI 4135-9840 TEMP Y REV) , con el fin de estudiar la composición de 
su acero, las ventajas de tener imágenes en escala de grises y a color y dar como 
resultado unas posibles soluciones que ayuden a alargar la vida útil de los 
elementos de estudio y la mejor selección posible para la aplicación determinada. 
 
JUSTIFICACIÓN. 
 
La metalografía ha sido una base importante para el desarrollo de la industria 
gracias a sus aportes a nivel de análisis de materiales, todo esto apoyado en la 
variedad de procesos tantos físicos, químicos y mecánicos, lo cual nos ayuda a 
conocer las propiedades de los metales y sus aleaciones. Actualmente podemos 
ver evidenciado el estudio de los materiales férricos no solo en un enfoque 
industrial sino también en un enfoque científico, lo cual promueve la investigación 
institucional y da como resultado el enriquecimiento del conocimiento de la 
academia colombiana. 
Para facilitar el análisis en la microscopia óptica es necesario desarrollar 
metodologías que faciliten la comparación e implementación de la metalografía a 
color y convencional, logrando asimilar de mejor manera la información de la 
microestructura de los materiales tanto de sus fases como inclusiones. 
En este orden de ideas, es de suma importancia tener en cuenta que así 
tengamos un determinado metal, los procesos industriales de fabricación de 
elementos mecánicos en ocasiones pueden alterar la composición 
microestructural del material, un análisis metalográfico de los elementos después 
de su elaboración es de suma importancia, pues nos ayuda a conocer sus 
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15 
 
características microscópicas finales y nos da una estimación más precisa de la 
vida útil del componente mecánico. De este modo, es preciso afirmar que un 
examen metalográfico a nivel microscópico nos ayuda a complementar la 
información de la degradación de un determinado elemento, pues en la mayoría 
de ocasiones no son suficientes los ensayos destructivos, para especificar el 
comportamiento del material durante su operación. 
 
 
OBJETIVOS 
 
 
Objetivo general 
 
● Analizar la microestructura de cada uno de los tornillos estructurales 
comerciales seleccionados de diámetro de 1 ½ pulgadas, grado 5 (MEDIO 
CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) Y GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO 
AISI 4135-9840 TEMP Y REV), en estado de entrega y tratados térmicamente, 
mediante técnicas de metalografía a color y convencional. 
. 
 
 
Objetivos específicos 
 
● Preparar los reactivos necesarios para efectuar el ataque químico 
requerido para aplicar la técnica de metalografía a color. 
● Realizar tratamientos térmicos a cada uno de las muestras de los tornillos 
seleccionados para visualizar las fases que se encuentran presentes en la 
microestructura de los materiales, mediante el procedimiento de metalografía a 
color y convencional. 
● Efectuar un estudio de microdureza de fases y microscopía electrónica de 
barrido en las probetas de los materiales después de aplicar la técnica de 
metalografía a color. 
● Comparar las técnicas de metalografía tradicionales con los resultados 
obtenidos en los análisis de la metalografía a color, teniendo en cuenta su 
clasificación y diferentes tratamientos térmicos aplicados. 
● Determinar los beneficios y desventajas de cada tipo de grado de tornillo 
seleccionado y evaluar cuál es el más viable micro estructuralmente para la 
aplicación determinada. 
 
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16 
 
SECCIÓN 1 - CONCEPTOS BASICOS 
 
 
1. ALEACIONES HIERRO CARBON - ACEROS – 
 
 
Los aceros son aleaciones de hierro con una determinada cantidad de carbono, 
este último constituyente genera en el material unas determinadas características 
especiales a cada metal, como lo son la dureza y laelasticidad, las cuales varían 
dependiendo esencialmente del porcentaje específico presente en la aleación. 
También en ingeniería se practica la inclusión de otros elementos como lo son el 
magnesio, níquel o cromo, estos constituyentes a su vez generan aceros con 
diferentes propiedades físicas y mecánicas facilitando y proporcionando un 
catálogo más amplio de materiales para el desarrollo tecnológico. El hierro al ser 
un material alotrópico, posee la propiedad de poseer estructuras atómicas o 
moleculares diferentes, fundamentalmente depende de la temperatura para poder 
variar el tipo de estructura reticular en el que se encuentra. [15] 
 
1.1 FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO [16] 
 
El hierro se puede encontrar en diferentes variaciones de estructuras cristalinas, 
dependiendo de la temperatura y porcentaje de carbono de la aleación, las cuatro 
fases presentes se evidencian en el Diagrama de Equilibrio de las Aleaciones 
Hierro-Carbono, estas son ferrita , austenita (), ferrita , y cementita (Fe3C). 
 
- Ferrita δ: Es una composición de hierro carbono de estructura molecular c.c, 
con un límite de carbono de 0.09% a una temperatura de 1465°C ó 2669°F. 
 
- Austenita ɣ: Esta se caracteriza básicamente por terner una estructura c.c.c, 
con un máximo de carbono de 2,08% a una temperatura de 1148ºC o 
2098.4ºF. 
 
- Ferrita α: Nuevamente se presenta una estructura cristalina c.c en esta fase, 
la composición de carbono es muy baja, solamente 0.02% a 1148ºC o 
2098.4ºF o temperatura Eutectoide, en condiciones normales del medio 
ambiente puede reducirse hasta 0,005% de carbono. 
 
- Cementita (Fe3C): Presenta hasta en un contenido desde un 0,025% hasta un 
6,67% de carbono, produciéndose cuando el límite de solubilidad de ferrita α 
es superado debajo de una temperatura de 723°C. se caracteriza por ser un 
hierro duro y frágil, lo que permite aumentar la resistencia de algunos aceros. 
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17 
 
 
 
1.2 TIPOS DE ACEROS [15] 
 
 
En las diferentes aleaciones que sufre el acero cuando este interactúa con altas 
temperaturas, se originan estructuras como: 
 
- Ferrita 
 
Esta estructura es considerada como hierro puro debido a que es muy poco 
soluble al ambiente, pues su proporción de carbono es del 0,008 %, además que 
es muy blanda en comparación de otras aleaciones. Tiene una resistencia a la 
rotura de de 28 Kg/mm² y una dureza de 95 Vickers. 
 
 
Ilustración 1, Morfología de la microestructura de la ferrita, Fuente: [22] 
 
Ilustración 2, Diferencia de ferrita en recocido y normalizado, Fuente: [18] 
 
 
 
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18 
 
- Cementita 
 
Esta estructura está compuesta por 93,33% de hierro y 6,67% de carbono lo que 
hace que sea la aleación más dura y a su vez más frágil, tiene consigo 
propiedades magnéticas y su dureza alcanza los 960 Vickers. Al cristalizarse toma 
forma de un paralelepípedo ortorrómbico. 
 
 
Ilustración 3, Morfología de la microestructura de la cementita, Fuente: [28] 
 
 
 
- Perlita 
Es una estructura compuesta de ferrita y cementita en porcentajes de 86,5% y 
13,5% respectivamente, posee una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm², se 
visualizan capas intercaladas de ferrita y cementita. Tiene una dureza de 200 
Vickers aproximadamente. 
 
Ilustración 4, Morfología de la microestructura de la perlita, Fuente: [23] 
 
 
- Austenita 
Esta estructura contiene un máximo de carbono de 1,76 %, tiene una resistencia 
a la rotura de 100 kg/mm cuadrado y no tiene ninguna propiedad magnética. 
 
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19 
 
 
Ilustración 5, Morfología de la microestructura de la austenita, Fuente: [24] 
 
 
- Martensita 
Esta estructura a simple vista es tetragonal con un centro, la proporción de 
carbono tiene un máximo de 0,89% aumentando su resistencia mecánica que 
varía de 175 a 250 kg/mm cuadrado. Posee propiedades magnéticas. 
 
 
Ilustración 6, Morfología de la microestructura de la austenita, Fuente: [25] 
 
 
- Bainita 
Esta estructura se forma a partir del enfriamiento constante de la austenita en un 
rango de 250° a 550° C. 
 
 
Ilustración 7, Morfología de la microestructura de la austenita, Fuente: [26] 
 
 
 
 
 
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20 
 
1.3 EQULIBRIO DE FASES 
 
1.3.1 DIAGRAMA HIERRO CARBONO 
 
Con este diagrama de fases FE-C se puede hacer un análisis sobre el cambio que se 
produce en los aceros al carbono ante la exposición a la temperatura, dejando en 
evidencia que el calentamiento o enfriamiento del material permite con gran facilidad la 
homogenización debido a que la mezcla se produce lentamente. 
Se denota que el acero es una aleación o combinación de hierro y carbono, el cual 
contiene un intervalo de carbono de (0,08% - 1,76%), en cambio las aleaciones tienen 
concentraciones de carbono mayores a 1,76% lo que permite crear fundiciones que en 
oposición al acero son mucho más frágiles, esto nos obliga a realizarle moldeado en vez 
de forjar. 
Estos niveles de carbono y la temperatura en un diagrama de equilibrio pueden variar 
dependiendo del autor el cual sea consultado ya sea (askeland, Smith, entre otros). 
 
Ilustración 8, Diagrama de equilibrio de fases Hierro-Carbono, Fuente: [15] 
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21 
 
 
1.3.2 Diagrama TTT (tiempo, temperatura, transformación) 
 
Estas son diagramas temperatura contra tiempo que existen para cada 
porcentaje de carbono tanto en los aceros aleados como en los no aleados, para 
su construcción se debe tener gran conocimiento acerca de las transformaciones 
del acero aparte de que es totalmente experimental, estas son de gran ayuda al 
comprender con mayor facilidad las transformaciones de las estructuras de los 
aceros. Este es un complemento del diagrama de fases FE-C ya que nos 
anticipa con claridad la microestructura y su tiempo para alcanzarlas. 
 
 
 
 
Ilustración 9,Diagrama TTT para un proceso de temple de acero 1040, Fuente: [20] 
 
 
1.3.3 Diagrama CCT (diagrama enfriamiento continuo) 
 
sabiendo que un tratamiento isotérmico es muy difícil de conseguir ya que es 
necesario un enfriado equitativo por las piezas a altas velocidades, comienza 
con la temperatura de austenizacion hasta legar a una temperatura T en donde 
se mantiene constante, se necesita una precisión computarizada debido a la 
``inercia’’ calórica( estabilizar la energía libre no es sencillo) por ello es que la 
mayoría de tratamientos térmicos del acero involucran un enfriamiento continuo 
hasta lograr su temperatura ambiente. 
Los diagramas tiempo, temperatura, transformación para transformaciones 
isotérmicas (TI) y para transformaciones de enfriamiento continuo (TEC) 
aquellas gráficas son utilizadas comúnmente para predecir la la microestructura 
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22 
 
y la dureza luego de haber realizado tratamientos térmicos correspondientes o 
para especificar el tratamiento que lograra una microestructura o la dureza 
deseada. 
 
 
 
 
 
 
Ilustración 10, Diagrama CCT para un proceso de temple de acero Eutectoide, Fuente: [21] 
 
 
1.4 SAE 
 
La SAE (Society of Automotive Engineers), es una sociedad de ingenieros 
dedicada a la implementación y establecimiento de normatividades y 
estandarizaciones, para el diseño y construcción de maquinaria aeroespacial o 
cualquier industria de vehículos, principalmente también nace como una 
necesidad de establecer diferentes normas para todos los materiales y 
elementos mecánicos utilizadospor ingenieros de todo el mundo. Una de las 
grandes finalidades de esta organización, es obtener y brindar información de 
alta calidad para diseñadores, industrias, trabajadores o cualquier persona 
relacionada con el área de ingeniería, facilitando así la caracterización e 
identificación necesaria para el desarrollo tecnológico industrial. [11] 
 
 
 
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23 
 
1.4.1 Norma SAE J429 
 
Es la especificación de la norma norteamericana para pernos y sujetadores 
roscados externamente, en esta se incluyen todo lo relacionado a tornillos de 
hasta de 1 ½ pulg. de diámetro, pernos, arandelas, clavos, entre otros. Para los 
tornillos se ha establecido una normatividad para marcar la cabeza de los 
mismos dependiendo sus especificaciones técnicas tales como el tipo de 
material, resistencia o especificaciones mecánicas, estas se encuentran en los 
manuales en línea de SAE o en caso dado en el IFI (Industrial Fasteners 
Institute- Instituto de Sujetadores Industriales). 
 
Según la norma SAE J429 los tornillos Grado 5 y grado 8 deben cumplir con las 
siguientes características de acuerdo con las tablas xx y xx. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 2, Características de Tornillos Grado 2,5,8 para la norma SAE J429, Fuente: Glaser y Associates Inc. [13] 
Tabla 1, Porcentajes de Carbono, Fosforo y Azufre en Tornillos Grado 2, 5, 8 para la norma SAE J429 Fuente: 
Glaser y Associates Inc. [13] 
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24 
 
 
 
 
 
Ilustración 11, Tornillo Grado 8 y Tornillo Grado 5, Fuente: Autoría propia 
 
 
 
 
 
1.5. MATERIALES DE FABRICACIÓN 
 
 
 
1.5.1. GRADO 5 (MEDIO CARBON AISI 1035-1050 TEMP Y REV) 
 
Los tornillos grado 5 son construidos en aceros AISI 1035 o AISI 1050, estos dos 
materiales tienen diferente composición química, por lo que expondremos los 
dos tipos de materiales, debido a que en general estos tornillos son importados 
a Colombia y en ocasiones no se tiene la referencia detallada del tipo de acero 
del que están fabricados, para poder tener una información más clara 
expondremos los dos tipos de aceros, como se muestra en las tablas xx y xx. 
Además, los pernos vienen tratados térmicamente con temple y revenido. 
 
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25 
 
 
Tabla 3, Propiedades Acero 1035, Fuente: AZO Materials [12] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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26 
 
 
Tabla 4, Propiedades Acero 1050, Fuente: AZO Materials [12] 
 
GRADO 8 (MEDIO CARBON ALEADO AISI 4135 A 9840 TEMP Y REV) 
 
 
Para los tornillos grado 8, los aceros de fabricación con la norma J429 AISI 4135 
A 9840, al igual que los de grado 5 debido a sus dimensiones en su mayoría son 
importados a Colombia, por lo que expondremos los dos tipos de materiales que 
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27 
 
poseen para tener más información para su análisis, como se muestra en las 
tablas xx y xx. Estos se caracterizan también por ya tener tratamientos térmicos 
que son Temple y Revenido. 
 
 
Tabla 5, Propiedades Acero 4135, Fuente: AZO Materials [12] 
 
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28 
 
 
Tabla 6, Propiedades Acero 9840, Fuente: Aceros Fortuna [14] 
 
1.6 ANÁLISIS METALOGRÁFICO 
 
 
 
Se conoce como análisis metalográfico al estudio microscópico de las 
características estructurales de los diversos materiales que podemos encontrar 
en el diario vivir, de un análisis metalográfico podemos adquirir mucha 
información de un material ya sea de todas las fases contenidas en el mismo, el 
tamaño y la estructura del grano, la determinación del espesor y calidad del 
recubrimiento, también podemos identificar el tratamiento térmico que se le haya 
efectuado. Para ello también es necesario realizar diversos estudios de 
microdureza de fases y microscopia electrónica, para analizar de forma más 
efectiva las aleaciones ya que el microscopio electrónico aumenta el poder de 
resolución debido a que utiliza una onda asociada al haz corpuscular 
homocinético producido por lo diversos electrones acelerados en un campo 
eléctrico. Encontramos diversos microscopios electrónicos como los son los de 
tipo barrido MEB y el de transmisión TEM, entre otros, en nuestro caso para 
realizar el estudio metalográfico a color utilizaremos el de barrido ya que en este 
la imagen es reconstruida punto a punto así posibilitando la obtención de todos 
los datos necesarios para su análisis. [10] 
 
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29 
 
Para hacer un análisis metalográfico nos tenemos que regir a una determinada 
norma y la más usada para este proceso es la norma ASTM E3. La cual habla 
sobre la correcta técnica de la preparación de las muestras para el análisis 
metalográfico tales como son el corte, el desbastado, el ataque químico y el 
análisis, en nuestro caso haremos cuatro tratamientos térmicos y a estos dos 
ataques químicos. [1] 
 
1.6.1 ANALISIS METALOGRAFICO CONVENCIONAL 
 
Este estudio se basa en la observación microestructural de las diferentes 
aleaciones ferrosas por medio de fotogrametría a escala de grises, permitiendo 
dar a conocer las fases e inclusiones del material. Este tipo de metalografía 
también es conocida como metalografía a blanco y negro, pero en realidad hace 
referencia a que maneja solamente una escala de colores debido al ataque 
químico que se le aplica. Esta metalografía se le define como convencional 
porque es la más utilizada en el sector industrial, académico e investigativo, 
debido a su facilidad de obtención de resultados, puesto que es más fácil 
preparar los reactivos para el ataque químico y a su vez es más asequible los 
químicos empleados. Sus costos son significativamente más bajos pues se 
pueden hacer en laboratorios no tan especializados como los necesarios para la 
metalografía a color. 
 
 
1.6.2 ANÁLISIS METALOGRÁFICO A COLOR 
 
 
El estudio de la metalografía con base al análisis a color se ha venido 
implementando hace más de 80 años, este ha tenido grandes avances debido a 
que inicialmente estuvo enfocada a la identificación de inclusiones no metálicas 
mediante su observación utilizando una luz polarizada pero este no evidenció 
avances significativos durante muchas décadas [2]. Este método es más efectivo 
para el análisis y la diversificación de la microestructura de los metales, el cual 
nos posibilita identificar de manera más precisa las diferentes fases y 
constituyentes presentes en las aleaciones, de este modo observar el tipo de 
grano su tamaño y su morfología. Además, este método ha ido evolucionando 
con el transcurrir de los años aunque todavía es muy difícil de implementarlo 
ciento por ciento, ya que el procesamiento de la película fotográfica a color 
requiere laboratorios comerciales, los cuales no están familiarizados con la 
fotomicrografía y pueden alterar durante el revelado y la impresión. [7] 
 
 
 
 
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30 
 
SECCIÓN II - PREPARACION DE MUESTRAS 
 
 
 
Los tornillos seleccionados para las muestras fueron pernos grado 5 y grado 8 
de 1 1/2 pulgadas de diámetro por 3 pulgadas de longitud de vástago Figura xx, 
a los cuales se les aplico dos cortes transversales y uno longitudinal, para 
adquirir cinco diferentes muestras, a cuatro de ellas se les aplico los diferentes 
tratamientos térmicos y una se dejó en estado de entrega para la comparación. 
 
 
El primer cortefue uno trasversal a ambos tornillos, 
para sacar una probeta de cada uno, a las cuales se 
les aplico el tratamiento térmico de normalizado, como 
se muestra en la Ilustración 12. 
 
 
El segundo corte aplicado fue uno longitudinal, 
dividiendo los tornillos en dos partes Ilustración 14. 
Consecutivamente se efectúa un nuevo corte 
trasversal a cada una de las secciones que se 
produjeron del corte anterior Ilustración 13, para así 
dar como resultado cinco probetas de cada tornillo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ilustración 12, Corte longitudinal A, Fuente: Autoría Propia 
 
Ilustración 14, Corte trasversal B, Fuente: Autoría Propia Ilustración 13, Corte trasversal C, Fuente: Autoría Propia 
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31 
 
 
 
 
2.1 Pulido de las Probetas 
 
La segunda fase de la preparación de las muestras se basó en el desbaste por 
medio de lija y agua en un principio, para esto se empleó varios calibres de lijas 
convencionales 100, 320, 600, 1000, 1200 y 1500, el lijado duro cerca de 4 a 6 
horas por probeta dependiendo el tipo de tratamiento que se le fuese a efectuar, 
así mismo requirió un tiempo mayor o menor dependiendo la cantidad de material 
que tocaba remover del elemento. 
 
 
Después del desbaste por lija, se llevan a la máquina “Pulidora Metalográfica” 
ubicada en el laboratorio de ciencias térmicas de la Universidad Distrital 
Francisco José de Caldas - Facultad tecnológica, la máquina consiste en dos 
discos que giran simultáneamente a una velocidad constante dependiendo la 
necesidad del material, usualmente se utiliza una velocidad de 450 rpm; a los 
discos se les coloca un paño de fibras finas que permita el desbaste sin rayar el 
material, el paño recomendado por el laboratorio es el Fleece Ovejero, pero por 
la interacción que tuvimos con la maquina aconsejamos utilizar Fleece debido a 
que este tiene las fibras más finas y su espesor es mayor, lo que permite un 
mejor pulido y más durabilidad del paño. 
 
 
Durante este proceso el laboratorio recomienda utilizar Alúmina (Oxido de 
aluminio) el cual funciona como un abrasivo que remueve material por contacto 
entre el paño y la probeta, lo que ayuda a sacar el coloquialmente llamado “Brillo 
espejo”, nuevamente podemos hacer una recomendación para futuros trabajos 
relacionados a este proceso, y es que en ocasiones la Alúmina sola no desbasta 
lo suficiente y pueden ocurrir dos circunstancias que dañarían la probeta, la 
primera es que al no desbastar lo necesario el tiempo de pulido se prolonga, y 
debido a esto se puede curvar la superficie, porque por más pulso y práctica de 
la persona siempre se aplicara una fuerza no uniforme en la probeta, corriendo 
el riesgo de dañar la sección de trabajo. La segunda radica en que para poder 
sacar el “Brillo espejo” se debe tener un pulido con lija mucho mayor, nuestra 
recomendación radica en utilizar dos sustancias durante el proceso en la 
pulidora, Rubí blanco y Alúmina, aplicando cada uno en uno de los discos, 
primero se desbasta con el Rubí blanco y por consiguiente se termina con la 
Alúmina, este método nos funcionó muy bien para quitar los ataques químicos, 
y no tener que lijar las muestras nuevamente, dándonos una reducción de tiempo 
considerable, sin contar que además nos permitió conservar el pulido hecho 
anteriormente. 
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32 
 
 
 
2.2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS. 
 
El objetivo de un tratamiento térmico es sencillamente el de mejorar las 
características mecánicas de un material como lo son la dureza, la resistencia, y 
la elasticidad, básicamente a los materiales los cuales se les hace tratamientos 
térmicos son, el acero y la fundición formados por hierro y carbono, también se 
realizan tratamientos a diversos cerámicos. 
La ventaja de realizar un tratamiento químico es que modifica su estructura 
cristalina pero no afecta de ningún modo su composición química, sabiendo que 
las características mecánicas dependen de su composición química y su 
estructura cristalina. [3] 
 
 
 
2.2.1Tratamiento térmico por temple. 
 
El objetivo general de este tratamiento es el de obtener alta dureza de un material 
por este método (temple), el cual consiste en dos fases la primera sería el 
calentamiento en general la temperatura expuesta es de unos 40ºC a 50ºC por 
encima del punto crítico lo que genera en este ciclo que toda la masa se convierte 
en austenita y después por medio de un enfriamiento rápido este se convierte en 
martensita la cual es el constituyente de los aceros templados. El factor que 
caracteriza la fase de enfriamiento es la velocidad de enfriamiento mínima para 
que se pueda dar el cambio de austenita a martensita esta es denominada 
velocidad crítica de temple en la mayoría de los casos este cambio no se genera 
por diferentes motivos ya sea que el enfriamiento no se haga lo demasiado 
rápido o porque el material sea muy grande. [4] 
 
 
 
2.2.2 Tratamiento térmico por bonificado 
 
Este tratamiento es básicamente el resultado de los procesos de temple y 
revenido que se le aplica a un material con fin de mejorar sus características 
mecánicas como lo son la dureza y resistencia, también para reducir las cargas 
resultantes del temple. 
 
2.2.3 Tratamiento térmico por revenido. 
 
Después de haberse hecho el temple este proceso lo conlleva a poder modificar 
las características de empleo deseadas. Estos dos procesos consecutivos se les 
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33 
 
conoce como bonificado el cual nos ayuda a aumentar la vida útil de los aceros, 
para lograr este objetivo tiene varias etapas como lo son 
● el calentamiento hasta una determinada temperatura 
● varios mantenimientos a varias temperaturas según lo deseado 
● uno o varios enfriamientos según lo deseado hasta una temperatura 
ambiente por lo general la del aire, agua o aceite. 
 
Una de las ventajas que tiene este proceso es el de reducir las tensiones internas 
producidas por el proceso anterior. 
la temperatura del revenido generalmente es de 650ºC, con esta temperatura se 
obtiene una estructura de grano grueso, al bajar simultáneamente la temperatura 
podemos ir obteniendo estructuras cada vez más finas y duras, así que la 
temperatura durante todo el proceso varía desde los 200ºC y 650ºC. los factores 
que normalmente influyen en el revenido son 
● temperatura de revenido. 
● el tiempo de revenido. 
● velocidad de enfriamiento. 
● dimensiones en pieza. 
Pero la gran ventaja que se puede evidenciar es que a diferencia del temple es 
que el resultado de este proceso no depende de la velocidad de enfriamiento.[4] 
 
 
 
2.2.4 Tratamiento térmico normalizado. 
 
Este tratamiento se emplea para dar a los aceros una estructura y características 
tecnológicas que se consideran como en un estado natural o bien sea final a un 
material que se ve sometido a un proceso de forja. 
El procedimiento es muy simple el cual consiste en calentar la pieza entre 30 y 
50 grados por encima del punto crítico superior, y así manteniendo esta 
temperatura podemos conseguir que el material se convierte en austenita como 
en los anteriores tratamientos este también se deja enfriar, para lograr una 
estructura más uniforme y nivel de grano más fino los factores que influyen en 
este proceso son: 
● la temperatura de cristalización no debe sobrepasar mucho la temperatura 
crítica. 
● debe ser rápida la transición o la exposición a esta temperatura 
● la velocidad del enfriamiento deben ser los más adecuados respecto al 
enfoque dado. 
El objetivo de este tratamiento es preparar a el material para los diversos 
procesos que se le realizará bien sean otros tratamientos térmicos procesos 
mecánicos o en su defecto ambos.[5]Universidad Distrital Francisco José de Caldas 
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34 
 
 
2.2.5. Tratamiento térmico por recocido 
 
Este tratamiento termico consiste en calentar un material metalico durante un 
tiempo prolongado por encima del nivel de austenizacion, para luego dejar enfriar 
lentamente en el horno para asi poder realizar una transformacion de su 
microestructura, la cuál quedara convertida en grandes fases de austenita, este 
tiene como objetivo el de impartir ductibilidad al material, asi como tambien para 
Alterar la estructura del material, para obtener las propiedades mecánicas 
deseadas, ablandando el metal y mejorando su maquinabilidad. Recristalizar los 
metales trabajados en frío. Para aliviar los esfuerzos residuales. Estas 
operaciones se ejecutan con el único propósito de aliviar los esfuerzos residuales 
en la pieza de trabajo debido a formados previos, este tratamiento el cual se 
encarga netamente en ello lo se le conoce como recocido para alivio de 
esfuerzos. [29] 
 
 
2.3. ATAQUES QUÍMICOS 
 
Un ataque químico generalmente consiste en evidenciar la estructura del metal 
o aleación, el ataque más utilizado para arrojar información acerca de un material 
es el ataque químico, el cual consiste en sumergir la muestra metalográfica en 
un determinado reactivo o también se puede realizar pasándole sobre la 
superficie de la muestra un algodón empavonado de dicho reactivo, luego se 
procede a lavar muy bien la probeta con agua, se enjuaga con una de estas dos 
líquidos ya sea alcohol o éter y se seca con una corriente de aire, como los 
constituyentes reaccionan a diferentes velocidades, quedará en evidencia el que 
mayor velocidad de reacción al ataque notándose más oscuro a la vista de un 
microscopio y el de ataque más lento se verá más brillante reflejando luz en el 
microscopio.[6] 
 
 
2.3.1. REACTIVO NITAL (ÁCIDO NÍTRICO) 
 
Este reactivo es una solución de alcohol y ácido nítrico el cual contiene un 
porcentaje de 5 % de ácido y un 95% de alcohol etílico, es comúnmente utilizado 
para los ataques químicos de los metales, es de gran importancia en los ataques 
químicos debido a que genera gran información acerca de la microestructura de 
aceros al carbono. Lo cual genera en los aceros que se obscurece la perlita así 
dejándola en evidencia para poder diferenciarla de la martensita y con ello 
limitándonos el grano de la ferrita, también nos muestra la profundidad del núcleo 
en los aceros nitrurados. El ataque es realizado por inmersión debe tenerse 
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35 
 
debido cuidado con el tiempo de ataque para así lograr diferenciarse con claridad 
los límites y otras configuraciones. 
 
 
2.3.2 REACTIVO SEGÚN BERAHA TIPO 1 
 
en los últimos años la técnica de coloreado se ha venido implementando con 
gran disposición, uno de los pioneros de este proceso fue el señor Emmanuel 
Beraha quien trabajó en los laboratorios de la fuerza aérea israelí, el reactivo 
químico proporcionado por Beraha nos facilita la identificación de fases 
secundarias , de zonas de material con diferencias en la composición química 
(segregaciones), allí actúan diferentes bases químicas como son las a base de 
metabisulfito de potasio (K2S2O5), metabisulfito de sodio (Na2S2O5) y tiosulfato 
de sodio (Na2S2O3) .[17] 
 
2.4. DUREZA 
 
Técnicamente es conocida como la oposición que representa un material al ser 
rayado o penetrado por otro cuerpo sólido, hay una gran diferencia entre la 
definición de dureza y de resistencia mecánica ya que esta última es la 
resistencia del material al ser deformado. Hay diferentes pruebas de dureza, 
existe el ensayo de dureza por identación de bola, la cual consiste en mediante 
una bola específica la cual aplica una carga sobre el material, durante un periodo 
de tiempo definido. También podemos ver el ensayo de dureza shore, este es un 
valor característico de los materiales definido por el estándar DIN 53505 y DIN 
EN ISO 868, la dureza shore se calcula mediante una aguja que presiona el 
material a ensayar, así que la profundidad de penetración define la dureza del 
material, cuanto mayor sea el valor menor será la profundidad a la cual penetrara 
la aguja y por consiguiente mayor la dureza. [31] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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36 
 
2.4.1 DUROMETRO ROCKWEL EN 10109 T1 [29] 
 
 
Se realizó la prueba con el durómetro en dos diferentes escalas como lo fueron 
la ROCKWELL C (HRC) y ROCKWELL B (HRB), para así poder analizar los 
resultados obtenidos y compararlos con el acero en un estado de entrega este 
instrumento consta de 4 diferentes partes esenciales las cuales son: 
- Visualizador: El cual nos permite conocer cuánto es la carga aplicada y 
cuanto el resultado de su análisis dependiendo de cada escala. 
 
- Identador: Es la parte de la maquina la cual penetra en el material así 
identificando su carga para procesar la debida información. Es comúnmente 
utilizado un cono diamante de 120° y 2 mm de radio. 
 
- Tornillo: Con este podemos regular la altura que en su parte superior posee 
una mesa solida circular en la cual se coloca la probeta a analizar. 
 
- Bastidor: Es el soporte y estructura de la máquina, esta sostiene el tronillo 
principal además de sus demás componentes. 
 
 
Ilustración 15, Durómetro Rockwell 10109 T1, U. Distrital Francisco José de Caldas - Facultad Tecnológica, 
Laboratorio de Metalografía, Fuente: Autoría propia 
 
 
 
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37 
 
SECCION III - OBSERVACION Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 
 
 
3.1 ANÁLISIS DE DUREZA HRC EN DUROMETRO ROCKWELL 10109 T1 
 
En un inicio se estableció como objetivo el análisis por microdureza de fases, 
pero por falta de materiales no pudimos desarrollar esta metodología, como 
solución nuestro tutor nos propuso hacer dureza HRC con el Durómetro Rockwell 
10109 T1, ubicado en el Laboratorio de Metalografía de la Universidad Distrital 
Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica. A cada probeta se le medio 
en 5 diferentes puntos como lo mostraremos en las tablas 
7,8,9,10,12,13,13,14,15,16, en donde se comparan los diferentes resultados de 
los ensayos entre Estado de entrega, Grado 5 y Grado 8. 
Tomaremos como material base para la comparación la dureza del estado 
entrega, debido a que por el bonificado de fábrica de los tornillos, el acero del 
que están constituidos los tornillos tiene una dureza diferente al que exige la 
norma SAE J429. En este orden de ideas, compararemos la dureza en cada 
tratamiento térmico para poder saber el comportamiento durante los diferentes 
procesos. 
 
3.2 ANALISIS MICROESTRUCTURAL Y COMPARATIVO DE LOS 
REACTIVOS NITAL Y BERAHA EN LOS TRATAMIENTOS TERMICOS 
 
 
3.2.1. ESTADO DE ENTREGA 
 
GRADO 5 
 
Dureza en estado de entrega 
 
TRATAMIENTO GRADO HRC 
Estado de 
Entrega 
5 
21,5 
22,8 
21 
22,3 
21,4 
Promedio HRC 21,8 
Conversión HRC a HV 245 
 
Tabla 7, Dureza en estado de entrega grado 5, Fuente: Autoría propia 
 
 
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Microestructura 
 
 
Ilustración 16, Estado de entrega con reactivo Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 Fuente: 
Autoría propia 
 
 
Ilustración 17, Estado de entrega con reactivo Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 Fuente: 
Autoría propia 
 
En este estado no se le ha realizado ningún tratamiento térmico, para identificar 
su microestructura y poder compararla con las demás probetas una vez se les 
haya realizado los correspondientes tratamientos , pero debido a que los pernos 
estructurales ya tenían un tratamiento de bonificado de fábricasegún la norma 
SAE j429, una vez realizado el ataque químico con el reactivo Nital y observado 
en el microscopio con aumentos de 500(a) y 1000(b) pudimos identificar la 
martensita revenida, las cual toma forma de pequeñas laminitas parecidas a 
agujas, aquella es una de las características de esta fase, a continuación 
realizamos el ataque con el reactivo Beraha, y se observó en el microscopio con 
los mismos aumentos, el cual revelo más claramente la martensita revenida en 
la microestructura, Se pudieron ver claramente aun en presencia de un sobre 
ataque en algunas zonas. 
 
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GRADO 8 
 
Dureza en estado de entrega 
 
TRATAMIENTO GRADO HRC 
Estado de 
Entrega 
8 
26,5 
27,9 
28,6 
28,1 
27,6 
Promedio 27,74 
Conversión HRC a HV 285 
 
Tabla 8, Dureza en estado de entrega grado 8, Fuente: Autoría propia 
 
Microestructura 
 
Para este primer análisis en estado de entrega de los tornillos, se espera ver 
martensita revenida debido al tratamiento de bonificado que por la norma SAE 
J429 deben tener, para cumplir con las especificaciones técnicas de los pernos 
estructurales grado 5 y grado 8. 
 
 
 
Ilustración 18, Estado de entrega con reactivo Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 Fuente: Autoría 
propia 
 
 
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Ilustración 19, Estado de entrega con reactivo Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 
 
En este estado después de haber realizado el ataque con Nital y observado en 
el microscopio con aumentos de 500(a) y 1000 (b) se puedo identificar la fase de 
martensita revenido, debido a que al igual que el perno grado 5 tenía un 
tratamiento de temple y revenido procedente de fábrica, una vez realizado el 
ataque Beraha se pudo observar más claramente martensita. 
 
3.2.2. TEMPLE 
 
Usualmente el temple es utilizado como metodología para darle unas 
características específicas a un acero, sirve para aumentar la tenacidad del 
material y mejorar sus capacidades mecánicas, lo cual nos permite producir 
martensita que es lo que se espera encontrar en este tratamiento. 
GRADO 5 
 
Ilustración 20, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en 
estado Temple, Fuente: Autoría Propia 
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41 
 
 
 
Ilustración 21, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en 
estado Temple, Fuente: Autoría Propia 
 
Dureza en Temple 
 
 
TRATAMIENTO GRADO HRC 
TEMPLE 5 
48,9 
45,6 
46,5 
47,2 
46,6 
Promedio 46,96 
Conversión HRC a HV 472 
 
Tabla 9, Dureza en estado de temple grado 5, Fuente: Autoría propia 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Microestructura 
 
 
Ilustración 22, Temple Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000 
 
 
Ilustración 23, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 a) x500 b) x1000. 
 
 
 
Ilustración 24, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 5 x1000 
 
 
 
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43 
 
En esta probeta ilustraciones 22 y 23, se pudo observar de manera específica 
que sus fases tendían a formar componentes martensíticos, lo anterior se pudo 
observar gracias a los dos ataques químicos realizados tanto con el Nital como 
con el Beraha, estas fueron observadas a dos aumentos a 500 y a 1000. 
En la ilustración 24, se pudo evidenciar que la probeta no se atacó debidamente, 
esto se debe a diferentes factores, como no haber realizado el ataque con el 
tiempo requerido, también se pudo haber producido porque el reactivo estuvo 
más de 24 horas expuesto la mayoría de tiempo al ambiente después de su 
preparación, en un recipiente de vidrio no polarizado el cual no es adecuado para 
este uso, ya que estos reactivos si no se utilizan y preservan adecuadamente 
suelen vencerse. 
 
GRADO 8 
 
Ilustración 25, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (4135 A 9840 Templado y revenido) en 
estado Temple, Fuente: Autoría Propia 
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Ilustración 26, Diagrama CCT modificado para Acero Norma Grado 8 J429 (4135 A 9840 Templado y revenido) en 
estado Temple, Fuente: Autoría Propia 
Dureza en Temple 
 
TRATAMIENTO GRADO HRC 
TEMPLE 8 
47,9 
44,7 
49,8 
51,1 
47 
Promedio 48,1 
Conversión HRC a HV 486 
 
Tabla 10, Dureza en estado de temple grado 8, Fuente: Autoría propia 
 
Microestructura 
 
 
Ilustración 27, Temple Nital, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 
 
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45 
 
 
 
Ilustración 28, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 a) x500 b) x1000 
 
 
 
En las ilustraciones 27 y 28, se pudo identificar claramente una monofase de 
martensita revenida, esto debido a su forma de agujas, las cuales se ven de un 
tono blanquecino con el reactivo Beraha, el cual nos da la facilidad de 
identificarla, en diferencia con el reactivo Nital el cual solo los podemos 
diferenciar por su cambio de geometría. 
 
 
 
Ilustración 29, Temple Beraha, Acero Norma SAE J429-Grado 8 x1000 
 
En la Ilustración 29 al igual que la Ilustración 24, se puede observar que el 
reactivo no ataco debidamente la probeta por varias condiciones como se 
explicaron anteriormente, lo que nos llevó a volver a realizar la mezcla de los 
diferentes compuestos químicos y sus respectivos ácidos, también con la 
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adecuada pulida de la probeta, ya que su superficie estaba atacada 
inadecuadamente procedimos a pulirla nuevamente con lijas 1500 y 2000, donde 
además se les aplico el pulido respectivo con el Fleece Ovejero para así quitar 
el ataque con Beraha que arrojo los resultados esperados. 
Comparación de dureza en estado temple 
 
Comparación Dureza Bonificado en Vickers 
Estado de Entrega Grado 5 Grado 5 
 245 472 
Estado de Entrega Grado 8 Grado 8 
 285 486 
Mayor dureza Grado 8 
 
Tabla 11, Comparación Dureza Temple Vickers, Fuente: Autoría Propia 
 
Al aplicar el temple a las probetas, la deferencia con el estado de entrega 
aumenta considerablemente, teóricamente era lo esperado debido a que los 
tornillos tienen un tratamiento térmico de Bonificado el cual a pesar de tener un 
temple tiene un revenido que reduce la dureza del material. Podemos apreciar 
que el grado 8 tiene una mayor dureza en estado de temple que el grado 5 como 
es de esperarse. 
 
3.2.3. BONIFICADO (TEMPLE+REVENIDO) 
 
Según la norma SAE J429 para tornillos estructurales grado 5 y 8, se les debe 
aplicar un tratamiento de bonificado para cumplir con las especificaciones 
mecánicas y físicas para el cual están diseñados, en este orden de ideas los 
pernos de trabajo ya están en estado de bonificado, por lo que se esperaría que 
el comportamiento microestructural de los tornillos sea muy semejante al estado 
de entrega, encontrando martensita revenida, al igual que en el estado de 
entrega. 
 
 
 
 
 
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GRADO 5 
 
 
Ilustración 30, Diagrama TTT modificado para Acero Norma Grado 5 J429 (1030-1050 Templado y revenido) en 
estado Bonificado, Fuente: Autoría Propia 
 
Dureza en Temple + Revenido 
 
TRATAMIENTO GRADO HRC 
TEMPLE + 
REVENIDO 
5 
20,9 
26,9 
27,6 
26,8 
25,4 
Promedio 25,52 
Conversión HRC