La investigación determinó las propiedades mecánicas de un acero A572 grado 60 que fue sometido a un incendio. La muestra obtenida después del siniestro sirvió para tomar las probetas cortadas por la técnica “WaterJet”. Se llevaron a cabo ensayos mecánicos de tensión y dureza rockwell, arrojando resultados semejantes a los típicos observados en este material. Se realizó un análisis metalográfico obteniendo imágenes por medio de microscopia óptica, a estas imágenes se les determinó un cálculo de porcentaje de fases por medio del software Image J. El acero fue analizado también por Microscopia electrónica de barrido para observar la microestructura después del incendio.This research determined the mechanical properties of steel A572 grade 60 that was subjected to a sinister fire. Mechanical stress tests and Rockwell hardness were carried out, giving similar results than the typical ones observed in this material. A metallographic analysis was carried out obtaining images using optical microscopy; these images were used to determine a percentage of phases employing the Image J software. The steel was also analyzed by Scanning Electron Microscopy to see microstructure after the fire

Aguilar Sánchez, Miriam

Garfias García, Elizabeth

López González, José Antonio

Rangel Torres, Gilberto

Vargas Arista, Benjamín

Spanish

Zaloamati

  Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química 2019 Año 5 Número 5 Universidad Autónoma Metropolitana, Ciudad de México P á g i n a  | 471 Evaluación de daños de un acero A572 grado 60 en condiciones de siniestro López González José Antonio1, Aguilar Sánchez Miriam2, Garfias García Elizabeth2, Rangel Torres Gilberto2, Vargas Arista Benjamín3   1Universidad Auto noma Metropolitana, Estudiante de Licenciatura en Ingenierí a metalu rgica, Av. San Pablo No. 180, Azcapotzalco, Ciudad de Me xico. C.P. 02200. Me xico. 2Universidad Auto noma Metropolitana, Departamento de Ciencias Ba sicas. Av. San Pablo No. 180, Azcapotzalco, Ciudad de Me xico. C.P. 02200. Me xico. 3Instituto Tecnolo gico de Tlalnepantla (ITTLA) Tlalnepantla de Baz, Edo. Me xico C. P. 54070  *Autor para correspondencia: mas@azc.uam.mx   Recibido:  26/julio/2019    Aceptado:  13/septiembre/2019     Palabras clave: Acero A572, microestructura,  incendio    Keywords: Steel A572,  microstructure, fire       RESUMEN  La investigación determinó las propiedades mecánicas de un acero A572 grado 60 que fue sometido a un incendio. La muestra obtenida después del siniestro sirvió para tomar las probetas cortadas por la técnica “WaterJet”. Se llevaron a cabo ensayos mecánicos de tensión y dureza rockwell, arrojando resultados semejantes a los típicos observados en este material. Se realizó un análisis metalográfico obteniendo imágenes por medio de microscopia óptica, a estas imágenes se les determinó un cálculo de porcentaje de fases por medio del software Image J. El acero fue analizado también por Microscopia electrónica de barrido para observar la microestructura después del incendio.   ABSTRACT  This research determined the mechanical properties of steel A572 grade 60 that was subjected to a sinister fire. Mechanical stress tests and Rockwell hardness were carried out, giving similar results than the typical ones observed in this material. A metallographic analysis was carried out obtaining images using optical microscopy; these images were used to determine a percentage of phases employing the Image J software. The steel was also analyzed by Scanning Electron Microscopy to see microstructure after the fire.                     Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química 2019 Año 5 Número 5 Universidad Autónoma Metropolitana, Ciudad de México P á g i n a  | 472 Introducción  El acero es el metal más importante utilizado para fines estructurales porque combina una alta resistencia, tanto en tensión como en comprensión, con gran rigidez y facilidad de fabricación y con un precio relativamente bajo (Esam et al., 2014). El acero es un material dúctil por naturaleza, que tiene además un comportamiento mecánico estable. Las propiedades mecánicas del acero están directamente influenciadas por sus procesos como las velocidades de enfriamiento, tratamientos térmicos o algún tipo de deformación, es importante saber esto para hacer una correcta selección del acero que se utilizara según sea el caso. Estas propiedades son las más importantes en la aplicación de estructuras debido a que su conocimiento asegura la mejor selección y las mejores condiciones de uso. En el caso del acero A572 se encuentra una disponiblilidad en varios grados. Este acero estructural es el más utilizado actualmente en el mercado estadounidense, aunque está siendo rápidamente sustituido por otros comerciales como el A992. En años recientes han ocurrido numerosos incendios en puentes que en algunas ocasiones resultan en el colapso de las vigas de acero. Así las partes estructurales en la mayoría de los casos, retienen la mayor parte de su capacidad después de ser expuestas al fuego, pero la recuperación de la resistencia depende de la severidad y duración del fuego (Esam y Venkatesh, 2013). Existen diferentes enfoques que plantean que el daño estructural para el puente impacta de diferentes formas, incluyendo si el incendio se produce sobre el puente o debajo del mismo (Esam, 2015). En enero del 2018 una pipa volcó y exploto sobre el puente Calapa cerca de Tehuacán, Puebla, esto provocó un incendio que fue controlado, pero se inició la interrogante sobre un posible daño estructural en el acero del puente debilitando posiblemente con ello su resistencia. Se obtuvo una muestra de este puente para observar la forma en que el pudo haber afectado las propiedades mecánicas y microestructurales del material. Metodología Obtención de piezas Las piezas del acero A572 se obtuvieron de una placa proporcionada por la empresa. Esta placa fue cortada por alta temperatura por medio de la técnica “Oxicorte”. A partir de la placa resultante, se maquinaron probetas para ensayo de tensión por medio de la técnica Water jet para obtener un corte limpio y sin llegar a una temperatura que pudiera afectar la microestructura, obteniendo probetas de tensión con especificaciones de tamaño estandarizado (ASTM E8M, 2013). Al recuperar el material de la placa después del maquinado de las piezas, se buscó una zona que no haya sido afectada por el calor evitando con esta finalidad, las zonas en la periferia de la placa buscando obtener 2 probetas cúbicas para dureza y microestructura, ya que teniendo el material separado de la placa, se llevaron a cabo dos cortes más, de los cuales se obtuvieron muestras en forma cúbica mediante una cortadora de disco, teniendo un avance muy lento y con lubricación constante para mantener el material a temperatura baja. Metalografía A partir de las probetas cubicas se comenzó el proceso metalográfico. Sobre una desbastadora, se trabajó con papeles abrasivos de números 80, 180, 220, 320, 400, 600, 1000, 1500, cambiando el sentido de la probeta 90° en cada cambio de papel abrasivo. Esto se llevó a cabo hasta obtener el menor número de líneas (rayaduras en la superficie).  Como siguiente paso y con ayuda de una pulidora con disco giratorio, se trabajó con paño de microfibra montado en el disco, además de usar alúmina como agente abrasivo. El proceso se realizó bajo las siguientes condiciones: 350 rpm con alúmina gruesa (1.0 m), 300 rpm con alúmina media (0.3m) y 250 rpm con alúmina fina (0.05m). Esta metodología se utilizó hasta obtener un acabado de superficie especular, donde las líneas de desbaste ya no fueran visibles a simple vista. Al terminar el proceso de pulido, se limpió cada probeta con alcohol para evitar que se observaran manchas superficiales. Posteriormente se llevó a cabo un ataque químico para revelar la microestructura del acero en estudio. Para esto el material fue sumergido durante 10 s en Nital al 2% de concentración, para sobreatacar la superficie, esto con el fin de un mejor revelado, ya que un segundo pulido fue necesario. Así entonces, el material fue pulido por segunda ocasión con alúmina media y fina a 250 rpm. Se atacó nuevamente con el mismo reactivo durante 3 s, posteriormente se sumergió en alcohol para detener la reacción y de esta manera el material se secó para que la microestructura pueda observarse mediante microscopia electrónica.  Ensayos mecánicos Los ensayos mecánicos realizados fueron dureza y tensión para conocer las propiedades mecánicas de nuestro material. Ensayo de tensión El ensayo de tensión se lleva a cabo con el fin de conocer la tenacidad, esfuerzo máximo, módulo de elasticidad y otros parámetros. Este ensayo fue desarrollado en una maquina universal para pruebas mecánicas marca SATEC Sistem Inc. Las probetas para el desarrollo de este ensayo   Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química 2019 Año 5 Número 5 Universidad Autónoma Metropolitana, Ciudad de México P á g i n a  | 473 fueron maquinadas con la técnica “waterjet” usando como material la placa extraída del puente, tomando las probetas centrales 3,4 y 5 para evitar los efectos del proceso de obtención de la muestra, ver Figura 1. Ensayo de dureza El ensayo de dureza se realiza en un material para conocer su resistencia a ser penetrado por un material mas duro. Las pruebas de dureza se realizaron en escala Rockwell B. Para asegurar que la prueba se realizó de manera correcta se tiene que asegurar que la superficie no tenga ninguna clase de borde o deformacion y encontrarse en un plano paralelo a la base.  El ensayo se hizo en un Durómetro marca Mitutoyo con un penetrador esferico de 1/16” utilizando una precarga de 10 kgf y una carga de 150 kgf.            Figura 1. A. Placa obtenida del puente calapa y seccionada en probetas para ensayo de tensión. B. Software INSTRON para obtener los resultados de la prueba de tensión. C. Probetas seleccionadas para el ensayo. D. Montaje de la maquina universal SATEC Sistem Inc. E. Fin del ensayo de tensión y fractura de la probeta. F. Juego de probetas ensayadas, se observa la fractura en la zona más delgada de la probeta.   Resultados y discusión Microscopia Óptica La microestructura se obtiene en un microscopio optico invertido marca Olympus Modelo PMG3. En la figura 2 se exhibe el Acero A572 a 200X. La figura 2A presenta al acero atacado con Nital durante 4 s, se observan los límites de grano de la fase ferrita y perlita en menor cantidad, la figura 2B muestra la microestructura modificada con software libre Image J (Rasband, 2015), el color negro corresponde a la perlita, y color blanco a la fase ferrita, esto permite el analisis cuantitativo con porcentaje de cada fase.    Figura 2. Acero A572 a 200X. A. Atacado con Nital durante 4 s, se observa la fase ferrita y perlita en menor cantidad. Se aprecian de manera más visible los límites de grano.                            B. Modificada con software Image J. Se observa en matices negro (fase perlita) y blanco (fase ferrita).  Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) El equipo utilizado para la obtención de imágenes por MEB fue un microscopio de emisión de campo, marca Carl Zeiss modelo SURPA 55pV.  En la figura 3A se observan las fases presentes del acero A572, se pueden apreciar dos fases, ferrita y perlita, la segunda fase en menor proporción. En la figura 3B se aprecia una con mejor detalle y a mayor aumento los granos de las fases presentes. Las imágenes 3C y 3D muestran un acercamiento de las colonias de perlita lo que permite apreciar las laminillas características de la fase perlítica.              Figura 3. Micrografias obtenidas por MEB del acero A572. Microestructura con dos fases, ferrita que es la fase obscura y laminillas de la fase perlita en color claro. A. 500X se observan ambas fases. B. 1KX los límites de ambas fases se aprecian de manera detallada. C. 2.5KX acercamiento a la fase perlitica. D. 5KX se observan las laminillas características de la fase perlita. El porcentaje de las fases puede observarse y calcularse, tal como ya se mencionó anteriormente con el software Image J, ver figura 4.  A B A B C D E F A B C D   Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química 2019 Año 5 Número 5 Universidad Autónoma Metropolitana, Ciudad de México P á g i n a  | 474  Figura 4. Microestructura que cuantifica el porcentaje de las fases con el software Image J, procesada a partir de la figura 3B a 1KX.  En este caso particular, la microestructura tomada de MEB fue a 1KX que muestra la separación de las fases lo que permite la contablización del porcentaje presente de las fases. La tabla 1 señala el porcentaje de fases ferrita (Zona A) y perlita (Zona B). Tabla 1. Porcentaje de fases de microestructura procesada con software Image J.   Medición Zona A Ferrita (%) Zona B Perlita (%) 1 74.3 25.7 2 76.8 23.1 3 76.6 23.3 Promedio 75.9 24.03  Pruebas de dureza La medición de la dureza en direcciones transversal y longitudinal para las probetas cúbicas de la zona A y D, se presenta en la tabla 2. En donde la zona A indica la parte externa de la placa, cercana al corte con oxiacetileno y la zona D indica la parte interna de la placa. Se observa de las mediciones que a través de las diferentes zonas se obtienen durezas similares por lo que las probetas seleccionadas no estan afectadas por el calor inducido en el corte. Tabla 2. Mediciones de dureza de las probetas cúbicas de ambas zonas, en dirección longitudinal (L) y transversal (T).   Medición  Zona A-L (HRB) Zona D-L (HRB) Zona A-T (HRB) Zona D-T (HRB) 1 82 81 80 80 2 81 80 79 81 3 81 81 79 79 Promedio 81.33 80.66 79.33 80  Ensayos de Tension Los resultados del ensayo de tensión fueron graficados en curvas esfuerzo vs deformación de las probetas obtenidas de la placa del siniestro; las cuales son mostradas en la figura 5.  Figura 5. Gráfico esfuerzo vs deformación de las probetas 3, 4 y 5 de la figura 1C, obtenidas de la placa del siniestro. Conclusiones Al hacer la comparación de las propiedades mecánicas con las descritas en la norma (ASTM 572/A 572/M, 2004) se observa que las propiedades del esfuerzo de fluencia y del esfuerzo ultimo, además el porcentaje de elongación no se ve disminuido al calculado en la tabla 4 de la norma citada, por que se concluye que la resistencia y la ductilidad no se ven afectadas por el siniestro. Con la valuación de la dureza que mostró mínima diferencia se garantiza que, el muestreo se hizo de manera correcta al tomar diferentes zonas de la placa. En la microestructura obtenida por MEB se observan las fases de ferrita y perlita (24%) la cual no presentó afectación térmica.  Además, no hay presencia de martensita dura por lo que no hay un daño microestructural por degradación perlitica ni transformación martensítica. Agradecimientos  Agradezco a la Doctora Miriam Aguilar Sánchez, por su apoyo en el proceso de escrito del texto y la elaboración de los ensayos mecánicos. A la doctora Elizabeth Garfias García, por su apoyo en las imágenes del microscopio electrónico de barrido. A mi compañero de licenciatura Rubén por apoyarme en el proceso metalográfico.  Referencias  AHMSA, Normas y características a las que se sujetan los aceros fabricados por Altos Hornos de México, www.ahmsa.com. 01002003004005006000 0.05 0.1 0.15Esfuerzo (MPa)Deformación (mm/mm)Probeta 3Probeta 4Probeta 5  Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química 2019 Año 5 Número 5 Universidad Autónoma Metropolitana, Ciudad de México P á g i n a  | 475 American Society for Testing and Materials ASTM E8M (2013). Standard test methods for tension testing of metallic materials. American Society for Testing and Materials ASTM 572/A 572/M-18 (2018). Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Columbium-Vanadium Structural Steel American Society for Testing and Materials ASTM A992/A992M–11 (2015) Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Columbium-Vanadium Structural Steel De máquinas y herramientas. (2013). Introducción a las máquinas de corte con agua. Recup. sep 04 de 2019  https://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-de-corte/corte-con-agua . Esam A., Venkatesh K., (2013). An approach for evaluating the residual strength of fire exposed bridge girders. J. of Constructional Steel Research, 88, 34-42 Esam A., Venkatesh K., Glassman J.D. (2014). Behavior of steel bridge girders under fire conditions. Journal of Constructional Steel Research, 106, 11-22 Esam M. A. (2015). Response of fire exposed steel bridge girders. Doctoral thesis, Michigan State University, USA. Hizb U., Ravi K., (2018). Influence of high stress triaxiality on mechanical strength of ASTM A36, ASTM A572 y ASTM A992 steels. 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Evaluación de daños de un acero A572 grado 60 en condiciones de siniestro

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