--- title: "Tamaño de grano del acero y sus efectos | Steel Equivalents" description: "Descubra cómo ASTM E112 y EBSD evalúan el tamaño de grano del acero, y cómo el refinamiento, la fase, la morfología y el procesamiento afectan a…" canonical: https://steelequivalents.com/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos language: es robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/steel-families/steel-grain-size-and-its-effects.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/skupiny-ocelí/velikost-zrna-oceli-a-její-účinky.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/stahlgruppen/korngröße-von-stahl-und-ihre-auswirkungen.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/familles-d-aciers/taille-des-grains-de-l-acier-et-ses-effets.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/acélcsaládok/az-acél-szemcsemérete-és-annak-hatásai.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/famiglie-di-acciai/dimensione-dei-grani-dell-acciaio-e-relativi-effetti.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/staalgroepen/korrelgrootte-van-staal-en-de-effecten-ervan.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/grupy-stali/wielkość-ziarna-stali-i-jej-wpływ.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/famílias-de-aço/tamanho-de-grão-do-aço-e-os-seus-efeitos.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/группы-сталей/размер-зерна-в-стали-и-его-влияние.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/çelik-grupları/çelik-tane-boyutu-ve-etkileri.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/钢材分类/钢材晶粒尺寸及其影响.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/鋼種の分類/鋼の結晶粒径とその影響.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/مجموعات-الفولاذ/حجم-حبيبات-الفولاذ-وتأثيراته.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/강종-계열/강철의-결정립-크기와-그-영향.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/famílias-de-aços/tamanho-de-grão-do-aço-e-seus-efeitos.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/स्टील-समूह/स्टील-के-दाने-का-आकार-और-उसके-प्रभाव.md content_hash: sha256:02519448d4e4665f65ce63ebee1beb186671688d3ce4b13b8f4aee8f9d835a7c generated: 2026-09-26 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos > Canonical URL: https://steelequivalents.com/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. 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Un grano de acero es una región dentro de la cual la red cristalina presenta una orientación cristalográfica común. Los átomos siguen dispuestos de acuerdo con la estructura de la fase —ferrita cúbica centrada en el cuerpo, austenita cúbica centrada en las caras u otra fase—, pero la orientación de la red cambia de un grano al siguiente. Un límite de grano es la interfaz entre regiones con orientaciones diferentes. No es simplemente una línea visible; es una zona de transición con una disposición atómica, energía, composición química y resistencia al movimiento de las dislocaciones diferentes. Esta distinción es importante porque la deformación plástica es direccional desde el punto de vista cristalográfico. Las dislocaciones se desplazan con mayor facilidad en determinados sistemas de deslizamiento, y los granos vecinos, por lo general, no presentan dichos sistemas en la misma dirección. Por lo tanto, un límite interrumpe el deslizamiento, obliga a las dislocaciones a acumularse o a cambiar de dirección, y puede aumentar la tensión necesaria para que continúe la fluencia. La relación clásica de Hall–Petch expresa aproximadamente esta contribución como σy=σ0+ky⁢d−1/2 donde σy es la tensión de fluencia, σ0 representa otras contribuciones al endurecimiento, ky es una constante dependiente del material y d es una dimensión característica del grano. El análisis de 2005 de la University of Cambridge describe la misma dependencia utilizando la intersección lineal media en lugar de un diámetro estimado visualmente. La relación es útil, pero no constituye una ley que haga más resistente, sin límite, cualquier estructura de grano cada vez más fino. A dimensiones muy pequeñas, el almacenamiento de dislocaciones, la deformación mediada por los límites de grano, la segregación de solutos, la transformación de fase y la textura pueden modificar o reemplazar el mecanismo clásico. Un material que contiene granos de 1 micrómetro no se describe adecuadamente diciendo únicamente que es de “grano fino”. #### ¿Qué unidad estructural se está midiendo? Tamaño de grano de ferrita Tamaño de los granos de ferrita, a menudo relevante para la fluencia en aceros ferrítico-perlíticos. Tamaño de grano de austenita Tamaño de los granos presentes mientras el acero se encuentra en la fase austenítica. Tamaño de grano de austenita previa Tamaño inferido de los granos de austenita reconstruidos después de la transformación. Tamaño de paquete o bloque Escala de subestructura en acero martensítico o bainítico que puede controlar la fractura de forma más directa que el grano de austenita previa. Tamaño de colonia de perlita Tamaño de las colonias de ferrita y cementita, que puede influir en la fractura y la deformación. El tamaño de grano de la ferrita es con frecuencia la magnitud utilizada en los aceros ferrítico-perlíticos convencionales, porque la ferrita soporta gran parte de la deformación plástica y sus límites influyen considerablemente en la fluencia. El tamaño de grano de la austenita se refiere a los granos presentes mientras el acero se encuentra en la fase austenítica, por lo general a una temperatura elevada. Si esos granos se transforman durante el enfriamiento, es posible que ya no sean directamente visibles. En tal caso, los metalógrafos reconstruyen o infieren el tamaño de grano de la austenita previa a partir de las características dejadas por la transformación. Los límites de la austenita previa pueden influir en la disposición de la bainita, la martensita, la ferrita y la perlita, aunque la austenita original haya desaparecido. Se trata de mediciones diferentes. El diámetro de grano de la ferrita no puede sustituirse por el diámetro de grano de la austenita previa, y ninguno de los dos equivale necesariamente al tamaño de la unidad que controla la fractura. En un acero martensítico, por ejemplo, un grano de austenita previa contiene paquetes, bloques y listones con orientaciones diferentes. La unidad efectiva de clivaje o de detención de grietas puede ser un bloque o un paquete, y no el grano completo de austenita previa. En la bainita, las dimensiones de los paquetes y las subunidades pueden controlar la propagación de las grietas. En un acero perlítico, el tamaño de las colonias de ferrita–cementita y el espaciado interlamelar pueden ser tan importantes como el tamaño de grano de la ferrita. ### Tamaño medio frente a distribución de tamaños y morfología Por lo tanto, el “tamaño de grano” es una descripción estadística de una estructura policristalina, no una única característica visible. La norma ASTM E112, *Standard Test Methods for Determining Average Grain Size*, proporciona procedimientos de comparación, planimétricos y de intersección para determinar el tamaño de grano plano medio. El método planimétrico cuenta los granos dentro de un área conocida; el método de intersección cuenta las intersecciones entre las líneas de prueba y los límites de grano. El número de tamaño de grano ASTM se obtiene a partir del número de granos por unidad de área o de las intersecciones de los límites de grano. Un promedio oculta la variación. Una sección puede contener muchos granos de 10 micrómetros y una población menor de granos de 100 micrómetros, y aun así presentar un promedio aparentemente aceptable. Esos granos gruesos pueden dominar la iniciación de grietas, la concentración local de deformación o el comportamiento frente al clivaje. Una distribución, incluida su dispersión, su cola superior y su ubicación espacial, puede ser más informativa que la media aritmética. La forma es igualmente importante. Los granos equiaxiales tienen dimensiones similares en distintas direcciones y suelen formarse después de la recristalización o de un recocido considerable. Los granos alargados se desarrollan cuando el laminado, el trefilado, la forja u otra deformación estira la estructura en una dirección de procesamiento. Los granos columnares crecen preferentemente a lo largo de un gradiente térmico, como ocurre en las piezas coladas y en algunos metales de soldadura. Las estructuras dúplex contienen dos poblaciones o morfologías claramente diferenciadas de tamaños de grano, como ferrita gruesa y fina, y no pueden representarse fielmente mediante un único promedio. Las estructuras bandeadas contienen regiones alternas enriquecidas en determinadas fases o elementos de aleación, a menudo alineadas con la dirección de laminado. En ese caso, el “tamaño de grano” medido en una sección transversal puede diferir considerablemente del medido en sentido longitudinal. Esta dependencia direccional no es un detalle menor de la medición. Un grano alargado con una dimensión transversal de 1 micrómetro puede ser varias veces más largo en la dirección de laminado. En un estudio de 2018 publicado por la Japan Society of Mechanical Engineers, un acero de bajo contenido de carbono con granos ultrafinos alargados mostró un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro en la condición que proporcionaba el mejor equilibrio informado entre resistencia, ductilidad y tenacidad. Denominar simplemente a esa estructura “acero con granos de 1 micrómetro” omite la geometría que contribuyó a determinar su comportamiento. La misma cautela se aplica a las estructuras transformadas ultrafinas. En un estudio de 2014 de Yonsei University se examinó una aleación austenítica metaestable con tamaños de grano de entre 0,3 y 2 micrómetros. Se registraron resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 % cuando la transformación martensítica inducida por deformación proporcionó un endurecimiento adicional por deformación. Esa ductilidad no surgió únicamente del afino de grano. Dependió de la estabilidad de la fase y del mecanismo de transformación durante la deformación. ### Por qué un número de tamaño de grano no constituye una descripción microestructural completa #### El contexto de la medición es importante No se deben comparar números ASTM, valores en micrómetros, mediciones ópticas y reconstrucciones mediante EBSD como si fueran resultados intercambiables, a menos que coincidan la fase, el plano de sección, la definición de límite, el muestreo y el procedimiento. Un número de tamaño de grano aporta poca información si no se indican la fase medida, la orientación de la sección, el método de ensayo y la morfología. Los números de tamaño de grano ASTM no deben tratarse como intercambiables con valores en micrómetros sin esa información. Dos laboratorios pueden informar del mismo número ASTM nominal mientras examinan fases diferentes, utilizan direcciones de intersección distintas o excluyen límites que uno de los laboratorios cuenta y el otro no. La norma ASTM E2627, publicada para mediciones mediante difracción de electrones retrodispersados, aborda el tamaño de grano medio, las distribuciones de tamaño de grano y la información estadística en materiales policristalinos completamente recristalizados. La técnica EBSD también puede revelar relaciones de orientación, subgranos y textura que las imágenes ópticas no muestran, aunque sus criterios de definición de los límites deben especificarse igualmente. El número tampoco identifica la constitución de fases ni el historial de procesamiento del acero. Un acero ferrítico-perlítico, un acero martensítico templado y revenido y un acero bainítico pueden presentar intersecciones medidas similares, pero tener una resistencia, una tenacidad y trayectorias de fractura muy diferentes. La deformación en frío puede alargar los granos y generar energía almacenada sin producir una estructura recristalizada refinada. Un tratamiento de recalentamiento puede engrosar la austenita antes de la transformación, mientras que una transformación posterior puede producir paquetes o listones finos que hagan que la estructura final parezca fina según otra medición. En los aceros ferrítico-perlíticos, el límite elástico y la temperatura de transición varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro de grano de ferrita. Strong evidence \[1\] \[1\] [**NIST Special Publication 596**](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nbsspecialpublication596.pdf). National Institute of Standards and Technology. NIST Special Publication, 1996.El comportamiento de Hall–Petch es especialmente útil como guía para la resistencia a la fluencia y el comportamiento de transición en aceros ferríticos comunes. La publicación especial 596 de NIST, publicada en 1996, informa de que la resistencia a la fluencia y la temperatura de transición dúctil-frágil en aceros ferrítico-perlíticos varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro de grano de la ferrita. La resistencia a la tracción es menos consistentemente sensible al tamaño de grano, mientras que el alargamiento es relativamente insensible. El European Structural Engineering Design Programme también informa de que la reducción del tamaño de grano aumenta la resistencia a la fluencia y reduce considerablemente la temperatura de transición dúctil-frágil. Estas tendencias respaldan el refinamiento, pero no justifican clasificar las microestructuras únicamente por su tamaño de grano. La fractura puede seguir los límites de la ferrita, las colonias de perlita, los bloques de martensita, las inclusiones, las bandas de segregación o los límites de la austenita previa, según la temperatura y la carga aplicada. En un acero, el deslizamiento puede estar controlado por los granos de ferrita, mientras que en otro puede estar controlado por los límites de los listones o de los paquetes. Por lo tanto, la medición debe responder a una pregunta concreta: ¿qué unidad estructural se está cuantificando y qué mecanismo se espera que controle la propiedad? \[2\] \[2\] [**Assessing the Quality of Received 4340 Steel for Production of NIST Charpy Reference Specimens**](https://www.nist.gov/publications/assessing-quality-received-4340-steel-production-nist-charpy-reference-specimens). National Institute of Standards and Technology. NIST assessment report, 2001. La evaluación de 2001 de NIST sobre el acero 4340 deja clara la consecuencia práctica. Las coladas aceptables utilizadas para las probetas de referencia Charpy tenían tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que las coladas no aceptables presentaban aproximadamente 60–70 micrómetros. La medición sirvió como indicador de evaluación de la calidad, no como una explicación completa por sí sola. El tamaño de grano identificó una diferencia significativa de procesamiento, pero su importancia procedía de la respuesta asociada de tenacidad y del historial de tratamiento térmico. Una descripción sólida del tamaño de grano del acero debe hacer lo mismo: informar de la magnitud estadística y, a continuación, identificar la fase, la morfología, la orientación, la distribución y el mecanismo de fractura o deformación que la sustenta. ![Tamaño de grano del acero y sus efectos](/images/uploads/3f517f1d-5969-482c-abfb-fc3034f489e2/wiki-inline-an-annotated-metallographic-measurement-field-showing-astm-e112-comparison-plani-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/3f517f1d-5969-482c-abfb-fc3034f489e2/wiki-inline-an-annotated-metallographic-measurement-field-showing-astm-e112-comparison-plani-1920x1094.avif "Ampliar imagen — Tamaño de grano del acero y sus efectos")ASTM E112 measures an average from a defined field, method, phase, and section. ## Cómo mide ASTM E112 el tamaño de grano ASTM E112, *Métodos de ensayo estándar para determinar el tamaño medio de grano*, mide el tamaño medio planar de grano en materiales metálicos mediante tres enfoques principales: comparación, conteo planimétrico y medición por intersecciones. La norma no asigna un diámetro físico único a cada grano. Proporciona procedimientos para obtener un promedio estadístico a partir de una imagen metalográfica preparada y, posteriormente, expresar ese resultado como un número de tamaño de grano ASTM, una longitud media de intersección u otra forma permitida. Esta distinción es importante porque los granos reales no son círculos ni cubos idénticos. Pueden alargarse debido al laminado, aplanarse cerca de una superficie, deformarse por forja o coexistir con varias fases. Un grano de ferrita, un grano de austenita previa y un paquete de martensita son características estructurales diferentes, aunque en una imagen sus límites parezcan similares. Por lo tanto, el informe debe indicar qué límite se midió, qué fase se evaluó, la orientación de la probeta, el aumento y el procedimiento de ASTM E112 utilizado. Una medición trazable del tamaño de grano registra tanto el resultado como la base de muestreo. | Factor de muestreo | Por qué es importante | Informe | |---|---|---| | Plano de sección | La forma de los granos y las intersecciones varían con la dirección | Plano longitudinal, transversal o a través del espesor | | Selección de campos | Las regiones gruesas o finas pueden sesgar el promedio | Número y ubicación de los campos | | Aumento | Cambia el área de la probeta representada | Aumento o dimensiones calibradas del barrido | | Definición de límite | Distintas características pueden contabilizarse como granos | Fase y límite que cumple los criterios | El examen comienza con un muestreo representativo. La sección se monta, desbasta, pule y ataca químicamente para que los límites que se van a medir sean visibles sin un teñido excesivo, arrancamiento de material, rayas o deformación. La imagen debe contener un número suficiente de granos para obtener un promedio significativo y no debe seleccionarse únicamente porque muestre una región excepcionalmente gruesa o fina. En una placa laminada, por ejemplo, las imágenes suelen obtenerse de los planos longitudinal, transversal y de espesor completo, ya que la forma de los granos puede diferir considerablemente entre ellos. Si un acero tratado térmicamente contiene ferrita y perlita, el analista debe decidir si la medición se refiere a los granos de ferrita, los granos de austenita previa u otra población definida. El aumento forma parte de la medición; no es una elección decorativa de la configuración de la imagen. Un campo demasiado pequeño proporciona estadísticas deficientes; uno con un aumento demasiado bajo puede ocultar los límites. Los límites deben ser visibles con el aumento seleccionado, y el ensayo debe abarcar varios campos en los que la estructura sea representativa. ASTM E112 también exige prestar atención a los granos que intersectan el borde de ensayo. En un conteo planimétrico, los granos parciales se tratan según una regla de borde especificada, en lugar de ignorarlos simplemente. En un conteo por intersecciones, una intersección con un límite se cuenta de acuerdo con el procedimiento, mientras que los extremos de la línea de ensayo requieren un tratamiento uniforme. ### Método de comparación y número de tamaño de grano ASTM El método de comparación coloca la micrografía de ensayo junto a cartas normalizadas de comparación ASTM con un aumento indicado. El operador selecciona el campo de la carta que más se asemeja a la probeta y asigna el número de tamaño de grano ASTM correspondiente, escrito convencionalmente como G. El método de comparación es rápido y útil para la inspección rutinaria, pero constituye una estimación visual. Es menos fiable cuando los granos están muy alargados, cuando la imagen contiene tamaños de grano mixtos o cuando el contraste entre fases hace que algunos límites sean más evidentes que otros. Granos de referencia por pulgada cuadrada a 100× La relación convencional de ASTM muestra por qué los números ASTM más altos representan estructuras granulares estadísticas más finas. El número de tamaño de grano ASTM es logarítmico. No es una designación en micrómetros. Según la relación convencional utilizada por ASTM E112, el número de granos por pulgada cuadrada a 100×, N, se relaciona con G mediante: N=2G−1 Por lo tanto, un aumento de una unidad en G duplica el número contado de granos en el área de comparación especificada. Así, un número ASTM más alto indica una estructura de grano estadísticamente más fina, mientras que un número más bajo indica granos más gruesos. El número no significa que cada grano tenga un diámetro de G micrómetros y no puede convertirse en un valor único en micrómetros sin especificar la convención de medición y asumir una morfología determinada. Por ejemplo, dos aceros pueden notificarse como de tamaño de grano ASTM n.º 8 mediante comparación, aunque sus formas de grano difieran porque uno tenga ferrita equiaxial y el otro granos alargados producidos por laminado. Sus longitudes medias de intersección, anisotropía mecánica y trayectorias de fractura pueden no ser iguales. A la inversa, un resultado de intersecciones expresado en micrómetros no debe volver a etiquetarse como un número ASTM a menos que se indiquen la conversión aplicable y las hipótesis correspondientes. El método de comparación también presenta una limitación práctica: la coincidencia con la carta depende de la calidad del ataque químico y de la visibilidad de los límites. Un constituyente oscuro en un límite de grano puede hacer que los granos parezcan más pequeños; unos límites tenues pueden hacer que parezcan más grandes. Cuando el resultado afecta a la aceptación, al análisis de fallos o a una decisión de proceso, un método basado en conteos generalmente proporciona un resultado más trazable. ### Procedimiento planimétrico o de Jeffries #### Secuencia del recuento planimétrico 1. **Definir el campo** Superponer un círculo, rectángulo u otra región conocida de ensayo. 2. **Contar los granos interiores** Registrar los granos completamente contenidos dentro del área de ensayo. 3. **Aplicar la regla de los bordes** Incluir los granos intersectados por el límite mediante la corrección prescrita. 4. **Corregir el aumento** Convertir el área de la imagen en el área real de la probeta representada. 5. **Informar el resultado** Indicar la fase, los campos, el aumento, el procedimiento y la población de granos calculada. El procedimiento planimétrico, denominado con frecuencia método de Jeffries, cuenta los granos contenidos en un área de ensayo conocida. Sobre la micrografía se superpone un círculo, rectángulo u otra región definida de ensayo. El analista cuenta los granos completamente contenidos en la región y aplica el tratamiento prescrito a los granos intersectados por el borde. El resultado es un conteo de granos por unidad de área, NA, después de corregir el aumento del microscopio y el área física representada por el campo de ensayo. Conceptualmente, el cálculo es sencillo: NA=número de granos contadosárea real representada El área real es el área de la imagen dividida por el cuadrado del aumento. Si la imagen se amplía de 100× a 200×, la misma área impresa o mostrada representa una cuarta parte del área de probeta, por lo que no puede omitirse la corrección por aumento. Los factores de conteo de Jeffries o las ecuaciones especificadas por ASTM E112 proporcionan una forma práctica de tener en cuenta los granos interiores y los granos del borde, y de convertir el conteo en el número de tamaño de grano ASTM. La corrección del borde es importante. Un grano cortado por el límite de ensayo solo está representado parcialmente en la región, pero omitir todos los granos parciales sesgaría el conteo a la baja, especialmente cuando el área de ensayo es pequeña. El procedimiento de Jeffries utiliza una ponderación definida o una regla de conteo equivalente para incluir la contribución esperada de los granos intersectados por el borde. El analista no debe establecer una corrección diferente para cada campo. El resultado planimétrico representa un número medio de granos por unidad de área. No mide directamente el volumen de los granos ni proporciona una distribución tridimensional completa del tamaño de grano. Una sección a través de una estructura tridimensional puede cortar granos grandes cerca de sus bordes y granos pequeños cerca de sus centros, por lo que la población planar medida constituye una muestra estereológica. Se requieren varios campos, especialmente cuando la recristalización es incompleta o el crecimiento anormal de grano ha producido una estructura mixta. El conteo es más defendible cuando los límites son continuos y la fase que se mide está claramente identificada. Si son visibles colonias de perlita, paquetes de martensita, películas de carburos y límites de austenita previa, el operador debe definir qué red se considera un límite de grano. Informar únicamente «ASTM n.º 8» oculta esa decisión. Un registro adecuado identifica ASTM E112, el procedimiento planimétrico o de Jeffries, la fase, el aumento, la orientación de la sección, el número de campos y el resultado calculado. ### Procedimiento de intersecciones o de Heyn Intersección lineal media **Intersección lineal media** Longitud total real de la línea de ensayo dividida por el número de intersecciones válidas con límites de grano. El procedimiento de intersecciones, también denominado método de Heyn, estima el tamaño de grano a partir de las longitudes de líneas trazadas a través de la microestructura. El ensayo puede utilizar líneas rectas, un círculo u otra geometría definida. Cada vez que una línea de ensayo cruza un límite de grano que cumple los criterios, se registra una intersección. La longitud total de la línea de ensayo dividida por el número de intersecciones contadas proporciona la intersección lineal media: l¯=LTP Aquí, LT es la longitud real total de la línea de ensayo dentro de la probeta y P es el número de intersecciones con límites de grano, aplicando las reglas relativas a los extremos y a los límites según lo especificado por ASTM E112. Un mayor número de cruces de límites por unidad de longitud significa una intersección media menor y, por lo general, una estructura más fina. Por lo tanto, el método de intersecciones convierte la separación entre límites en una escala de longitud planar media. A menudo es preferible a la comparación visual cuando los granos son alargados, porque la dirección de la línea puede revelar la anisotropía. Una línea longitudinal a través de un acero laminado puede producir una intersección media diferente de la obtenida con una línea transversal. En una estructura aproximadamente equiaxial, el promedio de varias direcciones de línea proporciona un valor más representativo. En una estructura alargada, debe informarse la dirección en lugar de ocultarla en un único número. Una línea de ensayo circular puede muestrear varias direcciones en un mismo campo, pero no elimina la necesidad de un muestreo adecuado. El analista debe utilizar suficientes líneas y campos para reducir la variación aleatoria y evitar colocar una línea deliberadamente a través de una región excepcionalmente gruesa o fina. Cuando una línea encuentra una unión triple, un límite tangente, un límite indistinto o una inclusión, la regla de conteo debe aplicarse de forma uniforme. Una imagen pulida con límites interrumpidos o atacados químicamente de forma falsa puede producir un número de apariencia precisa que describa el artefacto de preparación y no el acero. Los números de tamaño de grano ASTM pueden derivarse de las mediciones de intersecciones mediante las relaciones y tablas especificadas en ASTM E112, pero la conversión no convierte el número en un diámetro de grano universal. La longitud media de intersección, el diámetro de grano equivalente y G de ASTM describen magnitudes estadísticas relacionadas, no características físicas intercambiables. El informe debe conservar el resultado primario, por ejemplo, una intersección media de un número indicado de micrómetros, junto con el número ASTM derivado y el método utilizado. ASTM E112 está orientada al tamaño medio de grano en el plano. Por sí sola, no describe la distribución completa de tamaños de grano, la textura cristalográfica, la fracción de fases ni la morfología tridimensional. Para materiales policristalinos completamente recristalizados examinados mediante difracción de electrones retrodispersados, ASTM E2627 aborda el tamaño medio de grano, las distribuciones y la información estadística asociada. Esta distinción evita que una comparación con gráficos, un conteo de Jeffries, una medición de intersecciones y un mapa de límites obtenido mediante EBSD se traten como si produjeran mediciones idénticas. ## EBSD, análisis de imágenes y caracterización moderna del tamaño de grano La medición del tamaño de grano no consiste simplemente en contar regiones oscuras en una micrografía. El valor comunicado depende de qué se considera un grano, qué fase se está midiendo, cómo se revelan los límites y qué superficie se muestrea. La norma ASTM E112, revisada por ASTM International en 2024, reconoce los procedimientos de comparación, planimétrico y de intersecciones para determinar el tamaño medio de grano planar. Su número de tamaño de grano ASTM se calcula a partir del recuento de granos por unidad de superficie o de las intersecciones de los límites de grano, y no se asigna directamente mediante una conversión universal a micrómetros. Por tanto, un valor como el número de tamaño de grano ASTM 8 solo tiene significado si se indican el procedimiento, la orientación de la probeta, la fase y la morfología. La microscopía óptica con ataque químico sigue siendo útil porque es rápida, económica y permite cubrir una superficie comparativamente grande. Muestra la estructura que el metalurgista ha preparado realmente para su examen: la ferrita, la perlita, la bainita, la martensita, las inclusiones, las bandas de deformación y los granos anómalos pueden afectar al contraste. La limitación es que una línea producida por el ataque no siempre corresponde a un límite de grano cristalográfico. Algunos límites se atacan débilmente, mientras que el contraste entre fases puede crear líneas que un programa de análisis de imágenes interpreta como límites. Un ataque excesivo puede fusionar granos adyacentes; un ataque insuficiente puede dividir un solo grano en varias regiones oscuras. El análisis automatizado de imágenes mejora la repetibilidad cuando el contraste es claro. La umbralización, la separación mediante transformada de cuenca, la detección de bordes y la corrección manual pueden convertir una imagen en áreas de grano, diámetros equivalentes, relaciones de aspecto y distribuciones de tamaños. Sin embargo, el programa mide la segmentación que se le proporciona. Si se segmentan colonias de perlita en lugar de granos de austenita previa, el “tamaño de grano” resultante describe las colonias. Si los granos alargados de ferrita se reducen a círculos equivalentes por área, el valor oculta las dimensiones transversal y longitudinal que controlan diferentes mecanismos de deformación. Los métodos modernos de caracterización pueden medir objetos estructurales diferentes en el mismo acero. | Técnica | Información principal | Resultado típico | |---|---|---| | Microscopía óptica con ataque químico | Contraste visible de fases y límites | Tamaño medio, morfología, inclusiones y bandeado | | Análisis automatizado de imágenes | Características segmentadas de la imagen | Áreas, diámetros equivalentes, relaciones de aspecto y distribuciones | | EBSD | Orientación cristalográfica local | Granos, límites de desorientación, textura y estadísticas específicas de fase | La EBSD añade información cristalográfica. En la difracción de electrones retrodispersados, un haz de electrones focalizado barre una superficie pulida y registra patrones de difracción a partir de los cuales se determina la orientación cristalina local. El resultado es un mapa de orientaciones, en lugar de una imagen basada únicamente en el ataque químico. Los puntos de medición vecinos pueden agruparse en granos cuando sus orientaciones se encuentran dentro de una tolerancia de desorientación seleccionada. A partir del mismo mapa, el análisis puede generar el tamaño medio de grano, distribuciones de tamaños de grano, relaciones de aspecto, distribuciones de orientaciones, fracciones de longitud de límites y otras medidas estadísticas. ![Tamaño de grano del acero y sus efectos](/images/uploads/59378618-3597-4d78-a761-b40bc659cf64/wiki-inline-an-ebsd-orientation-map-of-steel-grains-with-colour-coded-crystal-orientations-h-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/59378618-3597-4d78-a761-b40bc659cf64/wiki-inline-an-ebsd-orientation-map-of-steel-grains-with-colour-coded-crystal-orientations-h-1920x1434.avif "Ampliar imagen — Tamaño de grano del acero y sus efectos")EBSD separates grains by crystallographic orientation, but its result depends on boundary criteria and scan resolution. ### ASTM E2627 y el mapeo de orientaciones mediante EBSD La norma ASTM E2627-2017 abarca la determinación del tamaño medio de grano mediante EBSD en materiales policristalinos completamente recristalizados. Esta práctica también aborda las distribuciones de tamaños de grano y la información estadística. Esta condición es importante. Una estructura recristalizada contiene granos que pueden separarse mediante cambios de orientación, mientras que una estructura fuertemente deformada puede contener subgranos, celdas, bandas de deformación y una rotación reticular que varía de forma continua. Aplicar un único cálculo del tamaño de grano a ambas estructuras puede producir una comparación engañosa. #### No se deben muestrear insuficientemente los mapas de EBSD Un tamaño de paso demasiado grande puede omitir granos estrechos y límites delgados. Se deben informar el tamaño de paso, el área analizada, la calidad de indexación, las reglas de depuración, la tolerancia de reconstrucción y el número de granos. Un mapa de EBSD se construye a partir de píxeles discretos o puntos de medición. Por tanto, el paso de muestreo es una variable determinante. Un paso demasiado grande puede omitir granos estrechos y no resolver regiones delgadas de los límites; uno demasiado pequeño aumenta el tiempo de adquisición y puede abarcar una superficie demasiado reducida para obtener una distribución representativa. Un estudio práctico debe resolver los granos más pequeños de interés con varios puntos de medición a lo ancho de estos y debe muestrear suficientes campos para incluir granos gruesos, agrupaciones y regiones anómalas poco frecuentes. De lo contrario, la media calculada puede ser precisa hasta varios decimales, pero deficiente como descripción del acero. \[3\] \[3\] [**New ASTM Standard Covers Use of Electron Backscatter Diffraction to Measure Grain Size**](https://www.astm.org/news/press-releases/new-astm-standard-covers-use-electron-backscatter-diffraction-measure-grain-size). ASTM International. ASTM International standard announcement, 2017. El mapa también necesita reglas de limpieza. Los píxeles no indexados pueden rellenarse, eliminarse o asignarse mediante las orientaciones vecinas. Las regiones pequeñas aisladas pueden eliminarse como ruido, pero esta operación también puede eliminar granos ultrafinos reales. Por consiguiente, las mediciones conforme a ASTM E2627 deben indicar el paso de muestreo, la calidad de indexación, los procedimientos de limpieza, la tolerancia de reconstrucción de granos, el área analizada y el número de granos. Sin estos detalles, dos resultados de EBSD etiquetados como “tamaño medio de grano” pueden no ser directamente comparables. La EBSD es especialmente útil cuando la morfología de los granos hace que un único diámetro sea inadecuado. Por ejemplo, una estructura de granos ultrafinos alargados en un acero de bajo contenido de carbono puede tener un tamaño de grano transversal cercano a 1,0 micrómetro, mientras que se extiende mucho más en la dirección de laminación. Un estudio de 2018 informó de que esta dimensión transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro proporcionaba el mejor equilibrio entre resistencia, ductilidad y tenacidad dentro de las condiciones de procesamiento evaluadas. Comunicar únicamente un diámetro equivalente por área ocultaría la estructura direccional. ### Desorientación de los límites y mediciones específicas de fase Un límite de grano cristalográfico se identifica mediante la diferencia de orientación entre puntos vecinos. La desorientación del límite incluye tanto la diferencia angular como, cuando corresponde, el eje de rotación. Los analistas suelen clasificar los límites inferiores a aproximadamente 15° como límites de bajo ángulo y los superiores a 15° como límites de alto ángulo, pero se trata de convenciones de análisis, no de leyes de la naturaleza. Un estudio puede utilizar una desorientación mínima de 2° para suprimir el ruido de indexación y, posteriormente, definir los granos reconstruidos con un umbral de 5°, 10° o 15°. Cambiar dicho umbral modifica el recuento de granos y el tamaño medio. Los límites de bajo ángulo suelen separar subgranos formados durante la recuperación o la deformación. Los límites de alto ángulo separan con mayor frecuencia granos recristalizados distintos y suelen ser los límites considerados en una medición convencional del tamaño de grano. Considerar cada cambio de orientación como un límite de grano dividiría un grano de ferrita recuperado en numerosos subgranos. Considerar únicamente las interfaces de alto ángulo como límites combinaría esos subgranos en una región progenitora más grande. Ambos cálculos pueden ser internamente coherentes y, aun así, describir niveles estructurales diferentes. La distinción adquiere mayor importancia en los aceros transformados. Los paquetes, bloques y granos de austenita previa de la martensita tienen significados cristalográficos y mecánicos diferentes. Un mapa de EBSD puede identificar los límites de paquetes o de bloques según su desorientación, mientras que una imagen óptica con ataque químico puede mostrar una región martensítica más grande sin resolver ninguna de esas características. En la bainita, la ferrita libre de carburos o los aceros de doble fase, el analista debe indicar si el resultado se refiere a granos de ferrita, austenita, bloques martensíticos o todas las regiones indexadas agrupadas con una única tolerancia. La identificación de fases puede combinarse con el mapeo de orientaciones porque los patrones de EBSD contienen información sobre la simetría cristalina y la estructura reticular. Con una indexación adecuada, la ferrita, la austenita, la cementita y otras fases pueden separarse antes de calcular las estadísticas de los granos. Esto evita contar un límite de fase como un límite de grano ordinario y permite obtener resultados específicos de fase, como el tamaño de grano de ferrita en un acero ferrítico-perlítico. La información química procedente de la espectroscopía de dispersión de energía puede respaldar la asignación de fases cuando las estructuras cristalinas producen patrones similares o débilmente diferenciados, aunque la identificación de fases mediante EBSD sigue dependiendo de la calidad del patrón, la preparación superficial y la biblioteca de fases utilizada. ### Cuando la metalografía convencional y la EBSD no coinciden La discrepancia entre una imagen con ataque químico y un mapa de EBSD no significa automáticamente que uno de los métodos sea incorrecto. Es posible que los métodos estén midiendo límites diferentes. El análisis óptico puede seguir líneas visibles producidas por el ataque, mientras que la EBSD sigue un umbral de orientación. Un límite de fase puede ser prominente ópticamente, pero quedar excluido de un cálculo de EBSD para una sola fase. A la inversa, la EBSD puede dividir una región visualmente uniforme en subgranos de bajo ángulo. El muestreo puede producir una segunda discrepancia. Una imagen óptica puede cubrir varios milímetros cuadrados, mientras que un barrido de EBSD puede cubrir unos pocos cientos de micrómetros cuadrados. En consecuencia, los granos gruesos, el bandeado y la segregación local tienen un efecto mucho mayor sobre un resultado que sobre el otro. El mismo problema se produce cuando un método mide una sección longitudinal y el otro una sección transversal. Las mediciones del tamaño de grano por intersecciones conforme a ASTM E112 y las reconstrucciones de granos mediante EBSD no deben compararse sin igualar la orientación de la sección y la definición de límite. La preparación también es importante. El pulido mecánico puede dejar una capa superficial deformada que debilita o distorsiona los patrones de EBSD. Para obtener una indexación fiable puede ser necesario realizar un electropulido o un pulido final cuidadosamente controlado. El ataque químico, en cambio, puede revelar límites que son invisibles en una probeta pulida para EBSD, pero también puede exagerar el contraste entre fases. El análisis óptico automatizado puede comunicar un tamaño menor porque cuenta las colonias visibles; la EBSD puede comunicar un tamaño de grano de ferrita mayor porque los límites de las colonias no presentan la desorientación cristalográfica seleccionada. La respuesta práctica consiste en comunicar tanto el método como el objeto medido: por ejemplo, “tamaño de grano de alto ángulo de la ferrita mediante EBSD, utilizando un umbral de reconstrucción de 15°”, o “tamaño de grano por intersecciones obtenido a partir de micrografías ópticas con ataque químico, conforme a ASTM E112”. Esta precisión es importante en la evaluación de la calidad. En una evaluación de 2001, NIST comunicó que las coladas aceptables de acero 4340 presentaban tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros y que las coladas no aceptables se situaban cerca de 60–70 micrómetros, pero esas cifras son significativas porque el examen y la comparación estaban definidos. El tamaño de grano es una evidencia sobre el historial de procesamiento, no una etiqueta independiente. ## El efecto Hall–Petch en el acero El efecto Hall–Petch describe un aumento habitual de la resistencia del acero a medida que disminuye el tamaño medio de grano. En su forma clásica, σy=σ0+ky⁢d−1/2 donde σy es la tensión de fluencia, σ0 representa la tensión de fricción necesaria para el movimiento de dislocaciones en la matriz, ky es la pendiente de Hall–Petch y d es una dimensión característica del grano. Según el estudio, d puede ser el diámetro medio planar del grano o la intersección lineal media medida en una sección pulida. Por tanto, la ecuación no constituye una ley completa del material. Es una relación ajustada para un acero, una estructura de fases, una morfología de grano, una temperatura y un método de ensayo definidos. La distinción es importante porque el «tamaño de grano» es una descripción estadística, no una única característica visible. ASTM E112:2024 especifica procedimientos de comparación, planimétricos y de intersección para determinar el tamaño planar medio de grano. Su número de tamaño de grano ASTM se deriva del recuento de granos por unidad de área o de las intersecciones con los límites de grano; no es un valor en micrómetros que pueda transferirse entre todos los métodos de medición sin las debidas precisiones. El diámetro de grano de la ferrita, el tamaño de grano de la austenita reconstruido a partir de los productos de transformación y una intersección transversal a través de granos alargados no describen la misma magnitud geométrica. ![Tamaño de grano del acero y sus efectos](/images/uploads/9197f766-8ea0-4a8c-adf1-4b5153e28e1e/wiki-inline-a-hall-petch-dislocation-pile-up-comparison-between-coarse-grained-and-fine-grai-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/9197f766-8ea0-4a8c-adf1-4b5153e28e1e/wiki-inline-a-hall-petch-dislocation-pile-up-comparison-between-coarse-grained-and-fine-grai-2027x2560.avif "Ampliar imagen — Tamaño de grano del acero y sus efectos")Finer grains shorten the distance available for dislocation pile-up and usually raise yield strength. ### Los límites de grano como obstáculos al deslizamiento de dislocaciones La deformación plástica en el acero ferrítico se produce principalmente mediante el deslizamiento de dislocaciones en sistemas cristalográficos de deslizamiento. Una dislocación que se desplaza a través de un grano encuentra un límite antes de poder continuar hacia el grano siguiente. Por lo general, el grano vecino presenta una orientación cristalina diferente, por lo que el plano y la dirección de deslizamiento incidentes no se alinean con un sistema adecuado al otro lado. El límite también puede contener segregación, precipitados, deformación residual o un cambio en la constitución de fases. Estas características dificultan la transmisión. Un modelo sencillo utiliza una acumulación de dislocaciones. Varias dislocaciones se desplazan sobre el mismo plano de deslizamiento y se acumulan en un límite de grano. Su concentración de tensiones combinada actúa en la cabeza de la acumulación. Si esa tensión local alcanza un nivel suficientemente alto, puede producirse la transmisión de dislocaciones hacia el grano adyacente, la nucleación de una nueva dislocación o una deformación local próxima al límite. Los granos más pequeños ofrecen una distancia menor para que se desarrolle una acumulación. Por tanto, se requiere una tensión aplicada mayor para producir una concentración suficiente en el límite, lo que da lugar a la tendencia proporcional a la raíz cuadrada inversa. Este modelo es útil, pero no constituye el único mecanismo. En granos muy pequeños, una acumulación convencional puede contener solo unas pocas dislocaciones, o ninguna. En ese caso, la plasticidad puede depender de la emisión de dislocaciones desde los límites, la absorción de dislocaciones, la rotación de granos, el deslizamiento de límites o el maclado por deformación. El límite no es simplemente una pared impenetrable. Su carácter, desorientación cristalográfica, inclinación, composición química y estado local de tensiones influyen en que bloquee, transmita o genere portadores de plasticidad. Los aceros ferrítico-perlíticos muestran con mayor claridad la respuesta clásica cuando se varía el tamaño de grano de la ferrita manteniendo controlados el contenido de carbono, la fracción de perlita, la precipitación, la textura y las condiciones de procesamiento. NIST Special Publication 596 (1996) informó de que la resistencia a la fluencia y la temperatura de transición dúctil-frágil en estos aceros varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro de grano de la ferrita. La resistencia a la tracción es menos sistemáticamente sensible al tamaño de grano, mientras que el alargamiento es relativamente insensible. Esta diferencia se debe a que la fluencia comienza con el movimiento local de dislocaciones, mientras que la resistencia última a la tracción y la deformación de fractura también dependen del endurecimiento por deformación, la morfología de la perlita, la estricción, las inclusiones, el desarrollo del daño y la disposición completa de las fases. \[4\] \[4\] [**Steel: Microstructure and Grain Refinement**](https://fgg-web.fgg.uni-lj.si/~/pmoze/ESDEP/master/wg02/l0100.htm). European Structural Engineering Design Programme. ESDEP lecture material, 2000. El beneficio frente a la fractura puede ser considerable. Los granos más pequeños de ferrita dividen las trayectorias de clivaje y dificultan la propagación de grietas por clivaje. El material del European Structural Engineering Design Programme publicado en 2000 describe el afino de grano como un proceso que aumenta la resistencia a la fluencia y reduce sustancialmente la temperatura de transición dúctil-frágil. Este resultado es especialmente importante en aceros ferríticos expuestos a bajas temperaturas, donde un pequeño desplazamiento del comportamiento de transición puede cambiar el modo de fallo, de desgarro dúctil a clivaje. ### La relación de la raíz cuadrada inversa El término d−1/2 significa que la resistencia no aumenta en proporción directa al afino. Si la dimensión de grano relevante se reduce de 16μ⁢m a 4μ⁢m, la raíz cuadrada inversa aumenta de 1/16=0.25 a 1/4=0.50, es decir, se duplica. Por tanto, la contribución del tamaño de grano a la resistencia a la fluencia se duplica, pero la resistencia total a la fluencia no necesariamente se duplica, porque σ0 y las demás contribuciones al endurecimiento siguen presentes. \[5\] \[5\] [**Hall–Petch relationship**](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2005/Graz3/Graz3.html). University of Cambridge. Phase Transformations materials notes, 2005. El tratamiento de la University of Cambridge de 2005 expresa la relación clásica en términos de la intersección lineal media. Una forma habitual es σy=σ0+ky⁢l¯−1/2 donde l¯ es la longitud media de intersección. Algunos estudios utilizan, en cambio, un diámetro medio de grano. Estas formas pueden producir pendientes numéricas diferentes incluso cuando describen la misma microestructura, porque la forma del grano y la dirección de medición modifican la relación entre el diámetro y la intersección. La pendiente ky no es una constante universal para el acero. Varía con la composición de la ferrita, el contenido de carbono y nitrógeno, los solutos sustitucionales, la precipitación, la densidad de dislocaciones, el carácter de los límites de grano, la textura y la temperatura. También depende de si la respuesta medida es la resistencia inferior a la fluencia, la resistencia superior a la fluencia, el límite elástico convencional del 0,2 % u otro punto definido de la curva de tensión-deformación. Un ensayo de tracción, un ensayo de compresión y una medición de transición Charpy no analizan el mismo proceso local de deformación. La constitución de fases es igualmente importante. En un acero ferrítico-perlítico, el tamaño de grano de la ferrita puede controlar el inicio de la fluencia, mientras que las colonias de perlita, el espaciamiento laminar y la orientación de las colonias afectan al endurecimiento y la fractura posteriores. En estructuras bainíticas, martensíticas, de doble fase o revenidas, el «grano» visible mediante un reactivo de ataque seleccionado puede ser un grano de austenita previa, un paquete, un bloque o una longitud efectiva de deslizamiento. Considerar cada uno de ellos como intercambiable con el diámetro de grano de la ferrita puede atribuir una pendiente de Hall–Petch engañosa a la escala estructural equivocada. La morfología puede hacer que un único valor medio resulte particularmente inadecuado. Los granos equiaxiales producen una disposición de obstáculos diferente de la de los granos alargados. Un acero laminado puede presentar una intersección transversal fina, pero una intersección longitudinal mucho mayor, junto con una marcada textura de deformación. Un estudio de la Japan Society of Mechanical Engineers publicado en 2018 observó que un acero bajo en carbono con granos ultrafinos alargados presentaba un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1.0μ⁢m en el equilibrio óptimo comunicado entre resistencia, ductilidad y tenacidad. Este resultado no puede reproducirse especificando únicamente «tamaño de grano de 1 micrómetro»; el alargamiento, la dirección, la estructura de fases y el historial de procesamiento forman parte de la descripción. Las aleaciones de grano ultrafino también muestran por qué la recta clásica debe utilizarse con cautela. Un estudio de 2014 de Yonsei University sobre una aleación austenítica metaestable con tamaños de grano de 0.3 a 2μ⁢m comunicó resistencias a la tracción próximas a 900MPa y alargamientos cercanos al 40⁢%, con una transformación martensítica inducida por deformación que proporcionaba un endurecimiento adicional por deformación. La resistencia y la ductilidad medidas fueron consecuencia del afino de grano más el comportamiento de transformación, no únicamente del término asociado al tamaño de grano. ### Qué puede predecir y qué no puede predecir la relación Una gráfica de Hall–Petch puede ser útil cuando las probetas pertenecen a una misma familia microestructural controlada. Si se representa la tensión de fluencia frente a d−1/2 para aceros ferríticos con composición, fracción de fases, textura, tratamiento térmico y temperatura de ensayo comparables, la pendiente y la ordenada en el origen pueden cuantificar la contribución del tamaño de grano. El ajuste puede respaldar entonces el control del proceso o explicar por qué una colada alcanza la fluencia a una tensión diferente de otra. Por sí sola, no puede predecir la tenacidad, la vida a fatiga, el comportamiento de una soldadura ni el alargamiento a tracción en aceros no relacionados. Tampoco puede identificar qué escala microestructural controla la fractura. El clivaje puede responder al tamaño de grano de la ferrita, mientras que la rotura dúctil puede estar gobernada con mayor intensidad por las inclusiones y el espaciamiento entre partículas. En un acero transformado, el control puede corresponder a los paquetes o bloques, y no a los granos de austenita previa. A tamaños muy pequeños, la base de acumulación de dislocaciones de la derivación clásica pierde validez y la tendencia puede aplanarse, cambiar de pendiente o invertirse cuando adquieren importancia la deformación mediada por los límites y la inestabilidad. La calidad de la medición forma parte del problema de predicción. La evaluación de NIST de 2001 sobre acero 4340 distinguió coladas aceptables con tamaños de grano de aproximadamente 30–40μ⁢m de coladas no aceptables próximas a 60–70μ⁢m, mostrando cómo la inspección del tamaño de grano puede revelar diferencias de producción. Sin embargo, esta comparación solo tiene significado si se indican el método, la ubicación, la fase y la morfología. ASTM E2627:2017 añade procedimientos de difracción de electrones retrodispersados para determinar el tamaño medio de grano, las distribuciones y la información estadística en materiales policristalinos completamente recristalizados. EBSD puede separar los granos definidos por la orientación de las regiones reveladas visualmente mediante ataque, pero aun así requiere declarar los criterios de desorientación y las decisiones de muestreo. La interpretación defendible es limitada, pero potente: el afino de grano suele aumentar la resistencia a la fluencia y mejorar la resistencia a la fractura a baja temperatura, especialmente en aceros ferríticos. El aumento numérico corresponde a la familia microestructural ensayada. Un coeficiente de Hall–Petch es un parámetro medido, no una constante de diseño transferible estampada sobre todos los grados de acero. ## Efectos del tamaño de grano sobre el límite elástico y la dureza El afino de grano generalmente eleva el límite elástico porque las fronteras de grano obstaculizan el movimiento de las dislocaciones. Una dislocación que se desplaza a través de un cristal de ferrita debe transmitirse a un cristal vecino con una orientación diferente o acumularse en la frontera hasta que la tensión aplicada sea suficientemente alta para que continúe el deslizamiento. Los granos más pequeños crean más fronteras a lo largo de una distancia determinada, lo que aumenta la tensión necesaria para que se produzca un flujo plástico generalizado. La relación clásica de Hall–Petch expresa este efecto de la siguiente manera: σy=σ0+ky⁢d−1/2 donde σy es el límite elástico, σ0 representa otras contribuciones al endurecimiento, ky es la pendiente de Hall–Petch y d es una dimensión característica del grano. El tratamiento de 2005 de la University of Cambridge describe la contribución del tamaño de grano en términos de la raíz cuadrada inversa del segmento lineal medio interceptado. ASTM E112 no define el tamaño de grano a partir de una única característica visible: sus procedimientos de comparación, planimétrico y de intersecciones obtienen un tamaño de grano plano medio a partir del recuento de granos o de las intersecciones con las fronteras de grano. Por tanto, el valor medido depende del método, del plano de sección, de la fase medida y de la morfología de los granos. La dureza suele aumentar con el afino porque la indentación produce flujo plástico, y las mismas barreras que elevan el límite elástico resisten dicho flujo bajo el indentador. Esta relación es útil, pero no autoriza a considerar una lectura de dureza como una medición directa del tamaño de grano. Un acero puede endurecerse debido al carbono en solución sólida, la martensita, la bainita, el afino de la perlita, la precipitación de carburos, la austenita retenida, las dislocaciones producidas por el trabajo en frío o un cambio en la fracción de fases. El tamaño de grano puede haber cambiado al mismo tiempo, pero el aumento de dureza no puede atribuirse automáticamente a dicho cambio. ### Aceros ferríticos y de bajo contenido de carbono La tendencia de Hall–Petch es más clara en los aceros ferríticos y de bajo contenido de carbono cuando la constitución de fases se mantiene, en términos generales, comparable. En la ferrita, el bajo contenido de carbono y las adiciones de aleación hacen que el deslizamiento de dislocaciones siga siendo un mecanismo de deformación principal, por lo que las fronteras de grano de la ferrita ejercen una influencia apreciable sobre el inicio de la fluencia. El afino de la ferrita, desde granos gruesos hasta granos finos, suele aumentar el límite elástico y, al mismo tiempo, reducir la temperatura de transición dúctil-frágil. El European Structural Engineering Design Programme informó de ambos efectos en aceros estructurales, aunque la magnitud de cada cambio depende de la composición, el contenido de inclusiones, la textura y el historial de procesamiento. La NIST Special Publication 596 (1996) establece una distinción importante para los aceros ferrítico-perlíticos. El límite elástico y la temperatura de transición varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro de grano de ferrita, mientras que la resistencia a la tracción es menos sensible al tamaño de grano de ferrita y el alargamiento es comparativamente insensible. Este resultado cuestiona la suposición habitual de que toda medida de resistencia debería responder por igual al afino. La fluencia comienza cuando un volumen suficiente de la microestructura puede sostener un flujo plástico; las fronteras de grano afectan fuertemente a ese umbral. La resistencia máxima a la tracción se alcanza más tarde, después de que la multiplicación sustancial de dislocaciones, el endurecimiento por deformación, los efectos asociados a la estricción y, en ocasiones, la transformación de fase local hayan modificado el estado de deformación. En un acero ferrítico de bajo contenido de carbono, un número de tamaño de grano ASTM menor no significa necesariamente un aumento proporcional de la dureza. El número de tamaño de grano ASTM y el diámetro en micrómetros solo están relacionados mediante la convención de recuento indicada y una morfología aproximadamente equiaxial. Una estructura bandeada de ferrita-perlita, una ferrita alargada o una población de granos mixta pueden producir intersecciones medias similares, pero trayectorias de deslizamiento y respuestas a la indentación diferentes. La densidad de fronteras de grano en la dirección de carga también puede diferir de la densidad observada en una sección transversal pulida. Esta distinción es importante en la evaluación de la calidad. En un estudio de 2001 sobre coladas de producción de acero 4340, NIST relacionó las coladas aceptables para probetas de referencia Charpy con tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que las coladas no aceptables presentaban aproximadamente 60–70 micrómetros. Esta comparación no constituye una regla universal de resistencia para todas las condiciones del 4340; muestra cómo el tamaño de grano puede revelar una diferencia de procesamiento que afecta al comportamiento frente a la fractura. Una prueba de dureza por sí sola podría no detectar la importancia de la estructura más gruesa, porque la dureza también refleja el revenido, la distribución del carbono y el estado martensítico. ### Aceros microaleados e interacciones con la precipitación En los grados microaleados, el afino de grano rara vez actúa de manera aislada. El niobio, el titanio y el vanadio pueden formar carbonitruros como Nb(C,N), TiN y V(C,N). Estas partículas fijan las fronteras de grano de la austenita durante el recalentamiento y la laminación, restringen la recristalización y pueden favorecer una estructura fina de ferrita después de la transformación. Algunas partículas también precipitan dentro de la ferrita, donde obstaculizan las dislocaciones y aportan endurecimiento por precipitación. Por tanto, el límite elástico medido es la suma de contribuciones que interactúan, no un valor de tamaño de grano con una pequeña corrección. Una expresión conceptual útil es: σy≈σ0+Δσsolution+Δσprecipitation+Δσdislocation+ky⁢d−1/2 Los términos no son perfectamente independientes. El procesamiento que produce un tamaño de grano fino de austenita también puede aumentar la densidad de dislocaciones de transformación, modificar las fracciones de fases ferrita-perlita y cambiar el momento de la precipitación. Un acero de bajo contenido de carbono normalizado, un acero HSLA procesado mediante control termomecánico y un acero 4340 templado y revenido pueden presentar dimensiones de grano medidas similares y, sin embargo, límites elásticos y valores de dureza muy diferentes, porque sus estructuras de fases y densidades de defectos son distintas. La precipitación también puede dificultar una interpretación simple basada en el tamaño de grano. Las partículas gruesas de TiN pueden fijar eficazmente las fronteras, pero actuar como sitios de iniciación de la fractura. Los precipitados finos de Nb(C,N) pueden aumentar considerablemente la resistencia sin modificar apenas el tamaño de grano de la ferrita. La precipitación de vanadio durante la transformación o después de ella puede producir un aumento adicional de la dureza que no constituye evidencia de un afino adicional. Por el contrario, el sobreenvejecimiento engrosa los precipitados y reduce su efecto de bloqueo de las dislocaciones, incluso cuando la estructura de grano permanece estable. ASTM E2627 (2017) aborda la medición del tamaño de grano medio mediante difracción de electrones retrodispersados en materiales policristalinos completamente recristalizados, incluidas las distribuciones de tamaño de grano y la información estadística. La EBSD puede separar las poblaciones con mayor eficacia que un único valor óptico de intersecciones, pero aun así requiere criterios de ángulo de frontera defendibles y la identificación de las fases. En un acero transformado o sometido a una deformación intensa, «grano», subgrano, paquete, bloque y grano de austenita previa no son unidades estructurales intercambiables. ### Por qué la resistencia a la tracción no sigue el tamaño de grano de forma idéntica El afino de grano no afecta a todas las propiedades mecánicas de la misma manera. | Propiedad | Sensibilidad típica al tamaño de grano en aceros ferrítico-perlíticos | Otros factores determinantes | |---|---|---| | Límite elástico | Sensibilidad aproximadamente inversamente proporcional a la raíz cuadrada | Endurecimiento por solutos, precipitados y dislocaciones | | Temperatura de transición | Sensibilidad aproximadamente inversamente proporcional a la raíz cuadrada | Inclusiones, textura, entalla y constitución de fases | | Resistencia a la tracción | Sensibilidad menos uniforme | Endurecimiento por deformación, disposición de las fases y estricción | | Alargamiento | Sensibilidad relativamente baja | Endurecimiento por deformación, daño, geometría y transformación | El límite elástico mide la tensión a la que comienza la deformación plástica; la resistencia máxima a la tracción mide la tensión máxima de ingeniería durante un ensayo de tracción. Las fronteras de grano influyen fuertemente en el primer fenómeno, pero la resistencia a la tracción también depende del endurecimiento por deformación posterior a la fluencia. El almacenamiento de dislocaciones, las atmósferas de soluto, los precipitados, la formación de martensita, la morfología de la perlita, la subestructura bainítica, la fracción de fases y la textura cristalográfica pueden dominar la parte posterior del ensayo. Por ello, NIST observó que la resistencia a la tracción era menos sensible al tamaño de grano que el límite elástico en los aceros ferrítico-perlíticos. El afino puede elevar considerablemente el límite elástico y, al mismo tiempo, producir un cambio menor o inconsistente en la resistencia máxima a la tracción. La diferencia puede ser especialmente grande cuando los granos finos reducen la capacidad disponible de endurecimiento por deformación o cuando un producto transformado aporta sus propias barreras intensas al movimiento de las dislocaciones. Los aceros de grano ultrafino y los aceros metaestables muestran por qué no debe extrapolarse ninguna tendencia única sin comprobar el mecanismo. Yonsei University informó de resistencias a la tracción próximas a 900 MPa y alargamientos cercanos al 40 % en una aleación austenítica metaestable con tamaños de grano de entre 0,3 y 2 micrómetros; la transformación de martensita inducida por la deformación proporcionó un endurecimiento adicional por deformación. El resultado no fue producido únicamente por las fronteras de grano. Un estudio de 2018 de la Japan Society of Mechanical Engineers sobre acero de bajo contenido de carbono con granos alargados ultrafinos informó de un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro, junto con un equilibrio favorable entre resistencia, ductilidad y tenacidad, pero la morfología alargada y la ruta de procesamiento formaban parte de ese resultado. El endurecimiento de Hall–Petch también tiene límites. A dimensiones muy pequeñas, la plasticidad mediada por las fronteras, la rotación de los granos, el agotamiento de dislocaciones y la deformación no uniforme pueden hacer que la relación clásica de la raíz cuadrada inversa se desvíe de los resultados experimentales. Sin embargo, para los aceros estructurales ferríticos ordinarios, la conclusión práctica es directa: el afino suele elevar el límite elástico y a menudo aumenta la dureza, mientras que la resistencia a la tracción debe interpretarse a través de la microestructura completa y no únicamente del tamaño de grano. ![Tamaño de grano del acero y sus efectos](/images/uploads/bffccd45-761e-4875-b5b0-fb232c3c4d84/wiki-inline-a-steel-cleavage-fracture-surface-showing-faceted-crack-paths-deflected-across-f-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/bffccd45-761e-4875-b5b0-fb232c3c4d84/wiki-inline-a-steel-cleavage-fracture-surface-showing-faceted-crack-paths-deflected-across-f-1920x1288.avif "Ampliar imagen — Tamaño de grano del acero y sus efectos")Fine grains can interrupt cleavage and make a crack path more tortuous. ## Tamaño de grano, tenacidad y transición dúctil-frágil ### Fractura por clivaje y trayectorias de grieta efectivas La fractura por clivaje es un modo de fallo rápido y de baja plasticidad. En el acero ferrítico, una grieta puede avanzar a través de un grano cuando la tensión local de tracción es suficiente para separar los átomos a lo largo de un plano cristalográfico favorable, comúnmente un miembro de la familia {100} en la ferrita cúbica centrada en el cuerpo. La grieta no se desplaza por un canal microscópico perfectamente recto. Cambia de dirección en las fronteras de grano, puede dividirse en varias ramas y puede detenerse cuando el grano siguiente presenta una orientación desfavorable o requiere una tensión local mayor para que se produzca el clivaje. El afino de grano hace que este proceso sea más difícil de dos maneras relacionadas. En primer lugar, una grieta que atraviesa un grano de ferrita más pequeño encuentra límites con mayor frecuencia. Su distancia de clivaje ininterrumpido es menor, por lo que la concentración de tensiones en el frente de grieta se redistribuye repetidamente. En segundo lugar, la grieta debe sortear un número mayor de cambios en la orientación cristalográfica a lo largo de una distancia macroscópica determinada. La trayectoria efectiva de la grieta resultante es más tortuosa que la trayectoria a través de ferrita de grano grueso, y aumenta la energía absorbida por la desviación de la grieta, la ramificación y la plasticidad local. Esto no equivale a afirmar que cada límite sea una barrera absoluta. Una secuencia favorable de granos con orientaciones similares todavía puede permitir el clivaje, mientras que un límite de alto ángulo, una segunda fase dura o una concentración local de tensiones pueden alterar el resultado. La forma del grano también es importante. La ferrita equiaxial, la ferrita alargada, los paquetes bainíticos, las láminas de martensita y las estructuras mixtas de ferrita–perlita no presentan la misma geometría de trayectoria de grieta, incluso cuando el diámetro medio de grano parece similar. Por tanto, un “tamaño de grano” medido solo tiene significado junto con la fase que se está midiendo, el plano de medición y la morfología. El efecto es especialmente importante en los aceros ferríticos porque su resistencia al clivaje depende mucho de la temperatura. A baja temperatura, el movimiento de las dislocaciones se vuelve más difícil y la zona plástica en una entalla se hace más pequeña. En consecuencia, el clivaje puede comenzar antes de que una deformación plástica suficiente embote la grieta. Los granos de ferrita más pequeños elevan la tensión necesaria para iniciar el clivaje e interrumpen su propagación, desplazando la fractura hacia un proceso dúctil de mayor consumo energético. Esta es la base metalúrgica de la observación habitual de que el afino de grano puede mejorar la tenacidad, en lugar de limitarse a aumentar la resistencia. ### Temperatura de transición y comportamiento Charpy La transición dúctil-frágil no es una única temperatura de transformación perfectamente definida en un acero ordinario. Es un intervalo de temperaturas en el que la energía de impacto Charpy con entalla en V cambia desde una meseta de baja energía, dominada por el clivaje, hasta una meseta dúctil de mayor energía. La temperatura de transición notificada depende del criterio elegido: una energía absorbida fija, un porcentaje de apariencia de fractura o el punto medio entre el comportamiento de las mesetas superior e inferior pueden producir valores diferentes. En los aceros ferrítico-perlíticos, la contribución del tamaño de grano tanto a la resistencia de fluencia como a la temperatura de transición suele representarse mediante una relación de inversa de la raíz cuadrada con el diámetro de grano de ferrita. La revisión de 1996 de la Publicación Especial 596 de NIST indica que la resistencia de fluencia y la temperatura de transición suelen variar aproximadamente con la inversa de la raíz cuadrada del tamaño de grano de ferrita, mientras que la resistencia a la tracción es menos consistentemente sensible al tamaño de grano y el alargamiento es comparativamente poco sensible. Por tanto, el afino de la ferrita tiende a elevar la tensión necesaria para la fluencia plástica y, al mismo tiempo, a reducir la temperatura a la que el clivaje se vuelve dominante. El aumento de resistencia sigue el marco de Hall–Petch, cuyo término de tamaño de grano suele escribirse como proporcional a la inversa de la raíz cuadrada de la intersección lineal media. Sin embargo, el comportamiento Charpy no es un ensayo directo del tamaño de grano. La condición de la entalla es decisiva. Una entalla en V aguda eleva la tensión triaxial local y limita la cantidad de plasticidad disponible antes de la fractura; una entalla dañada, roma o mecanizada incorrectamente puede cambiar la energía absorbida medida. También son importantes la temperatura de ensayo, la alineación del percutor, las dimensiones de la probeta y las condiciones de apoyo. ASTM E23 regula los ensayos de impacto de materiales metálicos, pero el cumplimiento del método de ensayo no elimina las variables metalúrgicas presentes en la probeta. La orientación puede cambiar sustancialmente el resultado. En una chapa laminada, las inclusiones, los granos alargados, la perlita bandeada y las regiones segregadas pueden alinearse con la dirección de laminación. Por tanto, una probeta cargada a través del espesor puede encontrar una población de interfaces y defectos diferente de la que encontraría una probeta cargada longitudinal o transversalmente. La grieta puede propagarse a lo largo de hileras de inclusiones o bandas de segregación, produciendo una energía menor de la esperada a partir de una medición media longitudinal del tamaño de grano. Las inclusiones proporcionan sitios de nucleación para los huecos y también pueden intensificar las tensiones locales delante de un frente de clivaje. Las inclusiones de sulfuro de manganeso que contienen azufre son un ejemplo habitual, especialmente cuando se alargan durante la laminación. Las distribuciones de carbono, manganeso, fósforo y otros solutos afectan a la resistencia de la ferrita, la templabilidad y el comportamiento de transición; la segregación de la línea central puede crear equilibrios de fases locales diferentes de los existentes en la matriz circundante. El tamaño de las colonias de perlita, la morfología de los carburos, la bainita, la martensita, la austenita retenida y las zonas afectadas térmicamente por la soldadura pueden alterar las curvas Charpy independientemente del tamaño nominal de grano de ferrita. Por tanto, el equilibrio de fases es fundamental. Una matriz de ferrita fina que contenga un constituyente frágil continuo no equivale a un acero ferrítico-perlítico uniformemente refinado. Por ejemplo, un acero 4340 templado y revenido está regido por la morfología de la martensita revenida, el tamaño de grano de la austenita previa, la distribución de carburos y la condición del tratamiento térmico, y no por un simple diámetro de ferrita. Una estructura gruesa de austenita previa puede favorecer trayectorias efectivas de fractura largas a través de paquetes o regiones con orientación cristalográfica relacionada, incluso cuando la microestructura final parece finamente subdividida. La evaluación de 2001 de NIST sobre acero 4340 de producción utilizado para probetas de referencia Charpy muestra por qué el tamaño de grano es una indicación útil para evaluar la calidad, pero no una explicación completa. Las coladas consideradas aceptables para el material de referencia tenían tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que las coladas inaceptables presentaban aproximadamente 60–70 micrómetros. Esta separación tiene significado metalúrgico: las coladas de grano más grueso tenían una microestructura más favorable al clivaje y una menor aptitud para el impacto. Sin embargo, el estudio no estableció que el tamaño de grano fuera la única causa de la diferencia. La composición química, la limpieza, la segregación, el historial de austenización, el revenido y otras características microestructurales pueden variar conjuntamente de una colada a otra. La propia medición puede ocultar estas diferencias. ASTM E112, revisada en 2024, especifica procedimientos de comparación, planimétricos y de intersecciones para determinar el tamaño medio de grano plano; el número de tamaño de grano ASTM se obtiene a partir del recuento de granos por unidad de área o de las intersecciones con los límites de grano. No debe convertirse de manera informal un número de tamaño de grano ASTM en un valor en micrómetros sin indicar el método y las hipótesis utilizadas. ASTM E2627, publicada en 2017, aborda la medición mediante difracción de electrones retrodispersados en materiales policristalinos completamente recristalizados y puede proporcionar el tamaño medio, distribuciones e información estadística. EBSD puede separar fases y revelar relaciones de orientación que una imagen óptica pulida no puede mostrar, pero aun así requiere criterios razonables de desorientación de los límites y un muestreo representativo. ### Por qué el afino puede mejorar simultáneamente la resistencia y la tenacidad Respuesta típica al afino de grano El artículo describe beneficios importantes para el límite elástico y el comportamiento de transición, pero efectos menos uniformes sobre la resistencia a la tracción y el alargamiento. La resistencia y la tenacidad suelen presentarse como propiedades contrapuestas porque muchos métodos de endurecimiento aumentan las barreras al movimiento de las dislocaciones y, al mismo tiempo, reducen la plasticidad disponible en la punta de una grieta. El afino de grano es inusual: puede elevar la resistencia de fluencia y mejorar simultáneamente la resistencia al clivaje. Cada límite obstaculiza el deslizamiento de las dislocaciones, produciendo el aumento de la resistencia de fluencia descrito por Hall–Petch; esa misma población de límites interrumpe una grieta de clivaje. Ambos efectos operan mediante mecanismos locales diferentes, pero se benefician de la misma reducción de la longitud característica. El beneficio tiene límites. El comportamiento de Hall–Petch es una aproximación, no una ley válida a cualquier escala ni en cualquier fase. A dimensiones muy pequeñas, el almacenamiento de dislocaciones, la deformación mediada por límites, la textura, la segregación y la estabilidad de las fases pueden cambiar la pendiente o invalidar una correlación convencional con el tamaño de grano. En los aceros multifásicos, la longitud controlante puede ser un paquete de martensita, un bloque de bainita, una colonia de perlita, una lámina o el espaciamiento entre inclusiones, en lugar del diámetro de grano de ferrita. Un afino excesivo también puede introducir una gran superficie de límites, tensiones residuales o fases inestables si la ruta de procesamiento no se controla adecuadamente. Algunos resultados obtenidos en materiales de grano ultrafino muestran por qué el tamaño de grano debe interpretarse junto con el mecanismo de deformación. Un estudio de 2014 de la Universidad Yonsei sobre una aleación austenítica metaestable con tamaños de grano de 0,3 a 2 micrómetros notificó resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 %. La transformación martensítica inducida por deformación proporcionó un endurecimiento adicional por deformación, por lo que la ductilidad no fue producida únicamente por el afino. Del mismo modo, un estudio de 2018 de la Japan Society of Mechanical Engineers sobre acero de bajo carbono con granos ultrafinos alargados notificó su mejor equilibrio entre resistencia, ductilidad y tenacidad con un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro. La morfología alargada y la dirección de carga formaban parte de ese resultado. En los aceros ferríticos convencionales, el objetivo práctico no es obtener el grano medible más pequeño. Es lograr una distribución controlada de ferrita, perlita u otros constituyentes, con un bajo contenido de inclusiones perjudiciales, segregación limitada, una textura adecuada y una trayectoria de grieta que requiera un trabajo plástico considerable. El afino suele reducir la temperatura de transición, pero la curva Charpy medida registra todo el historial de procesamiento. El tamaño de grano es uno de sus indicios más importantes, pero no constituye todo el diagnóstico. ## Efectos sobre la ductilidad, la elongación uniforme y la deformación de fractura ### Por qué la elongación convencional puede ser relativamente insensible El refinamiento de grano aumenta la resistencia a la fluencia de forma más fiable de lo que aumenta la ductilidad a tracción. Esta distinción es fundamental para interpretar los datos de tracción. La relación clásica de Hall–Petch asigna a la resistencia una contribución dependiente del tamaño de grano que varía aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del intercepto lineal medio: a medida que disminuye la dimensión del grano de ferrita, los límites de grano proporcionan más barreras al movimiento de las dislocaciones. Por tanto, la resistencia a la fluencia tiende a aumentar. La elongación no sigue la misma ley simple. El National Institute of Standards and Technology estableció esta distinción en *NIST Special Publication 596* (1996), al describir aceros ferrítico-perlíticos en los que la resistencia a la fluencia y la temperatura de transición dúctil-frágil varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro de grano de ferrita, mientras que la resistencia a la tracción es menos sensible y la elongación es relativamente insensible al tamaño de grano de ferrita. Esta observación se aplica al contexto ferrítico-perlítico específico examinado, no a todas las microestructuras de acero ni a todas las definiciones de ductilidad. Sin embargo, rechaza la suposición común de que un número de tamaño de grano ASTM menor —o un diámetro de grano medido menor— deba producir necesariamente una pérdida o una ganancia proporcional en el porcentaje de elongación. Cuando se informa de la “ductilidad”, suelen mezclarse varias mediciones. La elongación uniforme es la deformación plástica acumulada antes del inicio de la estricción difusa. La elongación total incluye la estricción localizada y, por tanto, depende de la longitud calibrada, la sección transversal, el estado superficial, el método del extensómetro y el proceso final de fractura. La deformación de fractura es una medida local de la deformación plástica en el momento de la rotura y se ve fuertemente afectada por la triaxialidad de tensiones en la estricción. Estas magnitudes pueden responder de manera diferente al mismo tratamiento de refinamiento. El tamaño de grano es importante de forma indirecta porque modifica la tensión necesaria para el deslizamiento y puede alterar la secuencia de la deformación plástica, pero el resultado de tracción también depende del endurecimiento por deformación, la nucleación de huecos, la evolución del daño, la transformación de fase, la textura cristalográfica, el contenido de inclusiones y la geometría de la probeta. En un acero ferrítico-perlítico, por ejemplo, el tamaño de las colonias de perlita, el espaciamiento lamelar, el contraste de resistencia entre la ferrita y la perlita y la distribución de inclusiones pueden controlar el daño antes que el tamaño medio de grano de ferrita. Una matriz de ferrita refinada puede aumentar la resistencia a la fluencia sin modificar sustancialmente la deformación disponible antes de la estricción si su respuesta al endurecimiento por deformación cambia poco. La medición añade otra limitación. ASTM E112 (2024) permite utilizar procedimientos de comparación, planimétricos y de interceptos para determinar el tamaño medio de grano plano; su número de tamaño de grano ASTM se calcula a partir del recuento de granos por unidad de área o de los interceptos de los límites de grano. Estos métodos describen una población estadística, no una única característica visible. Un valor medido en ferrita equiaxial no puede considerarse intercambiable con un valor medido en bainita alargada, austenita transformada o una estructura de fases mixtas. Si se omiten la fase medida, la orientación de la sección y el método empleado, una relación aparente entre el tamaño de grano y la elongación puede ser un artefacto de mediciones incompatibles. La misma precaución se aplica a la evaluación de la calidad. En una evaluación de NIST realizada en 2001 sobre acero 4340 utilizado para probetas de referencia Charpy, los lotes aceptables presentaban tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que los lotes no aceptables presentaban aproximadamente 60–70 micrómetros. Esta comparación muestra que los granos gruesos pueden indicar un historial de procesamiento indeseable y degradar el comportamiento al impacto, especialmente por su efecto sobre la temperatura de transición. No demuestra que el porcentaje de elongación cambie en proporción directa al diámetro de grano medido. ### Endurecimiento por deformación y compatibilidad de la deformación La elongación uniforme está gobernada principalmente por la capacidad del material para seguir endureciéndose a medida que aumenta la deformación plástica. En su forma más simple, la estricción difusa comienza cuando la tasa de incremento de la tensión de fluencia con la deformación plástica ya no puede compensar el aumento de la tensión verdadera causado por la reducción del área. Un tamaño de grano más fino eleva la tensión de fluencia inicial, pero la elongación uniforme depende de la curva de endurecimiento posterior. La resistencia a la fluencia y la capacidad de deformación están relacionadas, pero no son idénticas. Por eso es importante la compatibilidad de la deformación entre granos y fases. Los granos vecinos presentan orientaciones y tensiones cortantes resueltas diferentes, por lo que la deformación plástica no se distribuye de manera perfectamente uniforme. Los límites de grano restringen la transferencia del deslizamiento y crean concentraciones locales de tensión. El refinamiento acorta la distancia sobre la que puede acumularse la deformación incompatible, lo que puede reducir determinadas concentraciones locales de deformación. Sin embargo, el resultado depende de la textura, la naturaleza de los límites, las segundas fases y la distribución de las regiones más duras y más blandas. Un grano de ferrita rodeado de perlita no se deforma del mismo modo que un grano de ferrita en una aleación casi monofásica. El daño ofrece una segunda vía hacia la rotura. Las inclusiones, los cúmulos de carburos, las colonias de perlita y las interfaces entre fases pueden nuclear huecos microscópicos. La deformación plástica agranda y conecta posteriormente esos huecos, y la velocidad de este proceso está controlada por la triaxialidad local de tensiones y por el campo de deformación circundante. Los granos más finos pueden dificultar algunos procesos de crecimiento de grietas o huecos, pero no eliminan los sitios de nucleación. Por consiguiente, un acero con un tamaño de grano de ferrita fino y una población de inclusiones deficiente puede presentar una deformación de fractura menor que un acero más grueso y más limpio. La textura también modifica el resultado. El procesamiento puede producir granos alargados y orientaciones cristalográficas preferentes, de modo que la respuesta en las direcciones de laminación, transversal y del espesor puede diferir incluso cuando el tamaño medio de grano indicado sea el mismo. El estudio de la Japan Society of Mechanical Engineers (2018) sobre acero bajo en carbono con granos ultrafinos alargados informó de un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro para el mejor equilibrio entre resistencia, ductilidad y tenacidad observado en esa investigación. La variable importante no era simplemente un número pequeño expresado en micrómetros; la morfología, la direccionalidad y el historial de procesamiento asociado formaban parte de la microestructura. La deformación de fractura es especialmente sensible a la geometría de la probeta. Las probetas de tracción lisas, las probetas entalladas y las configuraciones de deformación plana imponen distintos niveles de triaxialidad. Una probeta lisa puede acumular una deformación plástica considerable en una estricción antes de la coalescencia de los huecos, mientras que una entalla puede acelerar el daño con una elongación global mucho menor. El refinamiento de grano puede mejorar la resistencia a la clivación y reducir la temperatura de transición dúctil-frágil, como informó el European Structural Engineering Design Programme en 2000, al tiempo que produce únicamente un cambio modesto en la elongación de una probeta lisa. La tenacidad y la elongación a tracción no deben considerarse equivalentes. ### La excepción de los granos ultrafinos \[6\] \[6\] [**Effect of grain size on the uniform ductility of a bulk ultrafine-grained metastable austenitic alloy**](https://yonsei.elsevierpure.com/en/publications/effect-of-grain-size-on-the-uniform-ductility-of-a-bulk-ultrafine/). Yonsei University researchers. Yonsei University research publication, 2014. Los aceros austeníticos metaestables con granos ultrafinos muestran por qué la observación convencional sobre los aceros ferrítico-perlíticos no puede generalizarse. Un estudio de la Yonsei University publicado en 2014 examinó una aleación austenítica metaestable con tamaños de grano de entre 0,3 y 2 micrómetros. El estudio informó de resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa junto con elongaciones próximas al 40 % cuando la transformación martensítica inducida por deformación intensificaba el endurecimiento por deformación. Estos valores no se explican únicamente por el endurecimiento de Hall–Petch. Durante la deformación, la austenita se transforma progresivamente en martensita. La transformación eleva la tensión de fluencia a medida que aumenta la deformación y puede mantener una elevada tasa de endurecimiento durante parte del ensayo de tracción. Esto retrasa la estricción difusa y permite una elongación uniforme considerable pese a la elevada resistencia a la fluencia y a la tracción asociada a la estructura refinada. La martensita recién formada también modifica el contraste local entre fases y la manera en que se reparte la deformación, por lo que la deformación de fractura final depende de la cinética de transformación, la estabilidad de la austenita, la textura y la evolución del daño, además del tamaño de grano. El refinamiento de grano puede alterar ese comportamiento de transformación. Los granos de austenita más pequeños pueden ser más estables frente a la transformación porque los límites de grano afectan a la nucleación y a las fuerzas impulsoras mecánicas; la respuesta exacta depende de la composición y del historial térmico. En consecuencia, dos probetas con dimensiones medias de grano similares pueden mostrar elongaciones uniformes diferentes si difieren la estabilidad de su austenita retenida o su fracción de fase. La conclusión es específica: los granos ultrafinos pueden combinarse con una resistencia y una ductilidad elevadas cuando un mecanismo de transformación aporta endurecimiento adicional por deformación. Sin ese mecanismo, reducir simplemente el tamaño de grano puede aumentar la resistencia a la fluencia y, al mismo tiempo, dejar la elongación uniforme prácticamente sin cambios o incluso reducirla. ASTM E2627 (2017) aborda la medición mediante difracción de electrones retrodispersados de la distribución del tamaño medio de grano y de la información estadística en materiales policristalinos completamente recristalizados, pero una distribución del tamaño de grano por sí sola no puede identificar si la plasticidad inducida por transformación, la partición del deslizamiento o el crecimiento de los huecos controla la rotura. La interpretación mecánica debe basarse en la morfología y la constitución de fases medidas, no precederlas. ## Cómo el procesamiento del acero cambia el tamaño de grano La estructura granular del acero evoluciona desde la solidificación a través de la deformación, la recristalización, el calentamiento y la transformación de fases. El tamaño de grano del acero no queda fijado durante la colada. Cambia a medida que el acero líquido se solidifica, que el sólido se deforma y que las fases se transforman durante el calentamiento y el enfriamiento. El “grano” observado en una micrografía puede referirse a austenita, ferrita, paquetes de bainita, paquetes de martensita o regiones cristalográficas identificadas mediante difracción de electrones retrodispersados (EBSD). Estas mediciones no son intercambiables. La norma ASTM E112, revisada en 2024, define procedimientos de comparación, planimétricos y de intersecciones para medir el tamaño medio de grano en un plano. El número de tamaño de grano ASTM se calcula a partir del número de granos por unidad de área o de las intersecciones con los límites de grano; no se asigna a partir de un único cristal visible. La forma de los granos es tan importante como su tamaño medio: los granos alargados, las estructuras dúplex, la bandeadura y las poblaciones mixtas de granos pueden dar el mismo valor medio y, sin embargo, producir respuestas mecánicas diferentes. ### Solidificación y formación de granos columnares Durante la colada, el acero pasa de líquido a sólido mediante nucleación y crecimiento. Los primeros cristales sólidos pequeños se forman cuando el líquido alcanza un subenfriamiento suficiente o cuando las inclusiones y las superficies del molde proporcionan sitios para la nucleación heterogénea. Cada núcleo posee una orientación cristalográfica. Una vez formado, crece incorporando átomos de hierro y de los elementos de aleación desde el líquido en la interfaz sólido-líquido. El gradiente de temperatura controla la morfología resultante. En la pared del molde, la rápida extracción de calor produce una zona de temple fina. Más hacia el interior, los granos cuya dirección de crecimiento está favorablemente alineada con el flujo térmico avanzan con mayor rapidez que los granos competidores. Estos granos se convierten en granos columnares largos y estrechos que se extienden hacia el centro de un lingote, una plancha o una línea de colada continua. Cerca del centro, donde los gradientes térmicos se debilitan y el líquido puede subenfriarse, pueden formarse en cambio granos equiaxiales. Por tanto, la pieza colada final puede contener una capa de temple, una zona columnar y una zona equiaxial central. Los granos columnares no se conservan automáticamente. El recalentamiento, la forja y el laminado pueden interrumpir su continuidad, introducir dislocaciones y generar nuevos granos. Sin embargo, una deformación insuficiente puede dejar restos de la estructura de colada, mientras que el recalentamiento puede provocar el crecimiento de granos de austenita previa alrededor de ellos. La historia de solidificación sigue siendo visible en la textura, la segregación y la alineación de las inclusiones mucho después de que haya desaparecido el líquido original. Los granos columnares grandes pueden crear propiedades direccionales y proporcionar trayectorias largas para la segregación. Los elementos solutos rechazados delante del frente sólido en avance se concentran en el líquido restante, produciendo bandeadura química o segregación interdendrítica. Por ello, el manganeso, el carbono, el fósforo, el azufre y las adiciones de aleación pueden distribuirse de manera desigual incluso antes de que comience el laminado. El espaciamiento de los brazos dendríticos también registra las condiciones locales de enfriamiento, aunque no es idéntico al tamaño de grano final. ### Trabajo en caliente, recristalización y crecimiento de grano El laminado y la forja modifican el tamaño de grano mediante la deformación y la temperatura. La deformación plástica alarga los granos existentes, aumenta la densidad de dislocaciones y almacena energía de deformación. A una temperatura adecuada, esa energía almacenada impulsa la recristalización: nuevos granos, relativamente libres de deformación, nuclean y crecen dentro de la estructura deformada. La nucleación suele comenzar en los límites de grano previos, las bandas de cizallamiento o las regiones con una densidad de dislocaciones inusualmente elevada. El crecimiento se produce cuando el límite de un grano nuevo migra hacia material con una energía almacenada mayor. En general, una mayor deformación proporciona más sitios de nucleación, por lo que la estructura recristalizada puede hacerse más fina. Una deformación menor, una deformación desigual o una temperatura de acabado inadecuada pueden producir una recristalización incompleta y una mezcla de granos gruesos y finos. La recristalización dinámica ocurre durante la deformación, cuando la recuperación y la formación de nuevos granos avanzan a la temperatura de trabajo. La recristalización estática ocurre después de retirar la carga, mientras el acero permanece caliente. El laminado controlado aprovecha estas diferencias. La deformación en la región de no recristalización de la austenita aplasta y subdivide los granos de austenita, aumentando los sitios para la nucleación de ferrita durante el enfriamiento. En los [aceros microaleados](/es/categorías/aceros-microaleados "aceros microaleados"), los compuestos de niobio, titanio o vanadio restringen el movimiento de los límites de la austenita y retrasan la recristalización. Las partículas de nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de niobio (Nb(C,N)) y carbonitruro de vanadio (V(C,N)) pueden fijar los límites al ejercer una fuerza de arrastre. Las partículas finas y bien dispersas fijan los límites con mayor eficacia que las partículas gruesas. La fijación por partículas tiene límites. Las partículas pueden disolverse a alta temperatura, eliminando la restricción precisamente cuando el crecimiento de grano es más rápido. Las partículas engrosadas también proporcionan una fijación menor por unidad de volumen. Si el acero caliente se mantiene durante demasiado tiempo o a una temperatura excesivamente alta, la migración de los límites reduce el área total de límites y los granos se engrosan. El resultado puede ser una estructura austenítica gruesa, incluso cuando el programa de laminado anterior produjo un refinamiento considerable. La relación de Hall–Petch explica por qué el refinamiento suele aumentar el límite elástico: la contribución del tamaño de grano es aproximadamente proporcional a la inversa de la raíz cuadrada de la intersección lineal media, como describió la Universidad de Cambridge en 2005. Los límites dificultan el movimiento de las dislocaciones. Esta relación no constituye una regla ilimitada. En tamaños ultrafinos, la deformación mediada por los límites, la textura, la segregación de solutos, la recuperación y la transformación de fase pueden modificar la pendiente o invalidar una extrapolación sencilla. En una aleación austenítica metaestable estudiada por la Universidad Yonsei en 2014, los granos de 0,3–2 micrómetros se asociaron con resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 %, en parte porque la martensita inducida por deformación proporcionó un endurecimiento adicional por deformación. El tamaño de grano por sí solo no produjo esa combinación. La estructura final también puede ser anisotrópica. Un estudio de 2018 informó de un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro en un acero de bajo contenido de carbono con granos ultrafinos alargados, y encontró un equilibrio favorable entre resistencia, ductilidad y tenacidad bajo las condiciones de procesamiento indicadas. Una intersección medida a través de granos alargados no será igual a una intersección medida a lo largo de ellos. ### Normalizado, austenización, temple y revenido El tratamiento térmico cambia el tamaño de grano al controlar la estabilidad de las fases, la movilidad de los límites y la cinética de transformación. El normalizado calienta el acero por encima de la temperatura crítica para convertirlo en austenita y después lo enfría al aire quieto. La austenita se forma con un tamaño determinado por la estructura de deformación previa, los sitios de nucleación, la velocidad de calentamiento, la temperatura máxima y el tiempo de mantenimiento. Durante el enfriamiento, la ferrita y la perlita nuclean en los límites de la austenita y dentro de ella. Por tanto, el normalizado puede sustituir una estructura basta e irregular de colada por una estructura ferrítico-perlítica más uniforme, pero una temperatura o un tiempo de mantenimiento excesivos pueden producir granos gruesos de austenita previa y productos de transformación gruesos. La temperatura de austenización es especialmente importante. El calentamiento justo por encima del intervalo crítico puede producir numerosos núcleos de austenita a partir de las interfaces ferrita-perlita y de los carburos no disueltos. Calentar mucho más por encima de ese intervalo aumenta la movilidad de los límites y disuelve una mayor cantidad de carburos, lo que permite que los granos crezcan. Un tiempo de mantenimiento más largo produce un efecto similar. Un acero austenizado a 950 °C durante un periodo corto y el mismo acero mantenido a 1.100 °C pueden presentar tamaños de grano de austenita previa marcadamente diferentes, aunque ambos se sometan posteriormente a temple. El temple suprime la formación difusiva de ferrita y perlita y puede producir martensita. La martensita no reproduce simplemente el grano de austenita previa como un único grano grande. Se forma en paquetes, bloques y listones dentro de cada grano de austenita previa. Estos paquetes mantienen relaciones cristalográficas con la austenita matriz y contienen límites entre listones con diferentes desorientaciones. En consecuencia, un grano grueso de austenita previa puede contener una escala de listones o paquetes mucho más fina, mientras que un grano fino de austenita previa generalmente limita el tamaño máximo de los paquetes. La fractura puede responder más intensamente al tamaño efectivo de los paquetes o bloques que al diámetro original de la austenita. Las velocidades de enfriamiento intermedias pueden producir bainita, cuyas haces y paquetes crean otra escala estructural. La transformación de la ferrita crea todavía otra escala, gobernada por la nucleación en los límites de la austenita, las inclusiones, las bandas de deformación y los precipitados. Por tanto, el “refinamiento del grano de austenita” no es sinónimo de “tamaño de grano final fino”: modifica los sitios y las distancias disponibles durante la transformación, pero la velocidad de enfriamiento y la composición determinan lo que se forma después. El revenido recalienta la martensita templada por debajo de la temperatura de transformación eutectoide. El carbono abandona la martensita sobresaturada, los carburos precipitan y se engrosan, las tensiones se relajan y los límites entre listones pueden recuperarse. El revenido suele modificar la dureza y la tenacidad más de lo que modifica el tamaño de grano de austenita previa. Sin embargo, a temperaturas de revenido elevadas o durante tiempos prolongados, el engrosamiento de los carburos y la recuperación de la subestructura reducen el endurecimiento proporcionado por los límites. NIST informó en 2001 de que las coladas aceptables de acero 4340 utilizadas para probetas de referencia Charpy presentaban tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que las coladas no aceptables medían alrededor de 60–70 micrómetros. Esta comparación muestra por qué los registros de procesamiento y la microscopía deben analizarse conjuntamente. ASTM E2627, publicada en 2017, especifica la determinación mediante EBSD del tamaño medio de grano, sus distribuciones y la información estadística en materiales policristalinos completamente recristalizados. En el caso del acero transformado, el informe debe indicar si midió granos de austenita previa, granos de ferrita, paquetes, bloques o listones, y qué método definió los límites. Sin esa información, un número de tamaño de grano ASTM o un valor en micrómetros puede ocultar la historia real del procesamiento. ## Morfología de los granos, direccionalidad y anisotropía ### Granos equiaxiales frente a granos alargados El tamaño de grano no constituye una descripción completa de la estructura de los granos. Es un resultado estadístico obtenido a partir de una sección, una fase y un procedimiento de medición especificados. ASTM E112:2024 permite los métodos de comparación, planimétrico y de intersecciones; su número de tamaño de grano ASTM se obtiene a partir del recuento de granos por unidad de área o de las intersecciones con los límites de grano. Estos métodos describen una escala planar media, pero por sí solos no indican si los granos son aproximadamente equiaxiales, aplanados, columnares o alargados en la dirección de procesamiento. Esta distinción es importante porque dos aceros pueden tener el mismo tamaño de grano medio nominal y responder de manera diferente bajo carga. En una estructura ferrítica equiaxial, una línea de prueba trazada en cualquier dirección encuentra una distribución de separaciones entre límites ampliamente similar. Una estructura alargada produce longitudes de intercepción diferentes según la orientación de la línea. Una línea paralela al eje longitudinal puede atravesar relativamente pocos límites y registrar una intercepción media grande; una línea perpendicular puede atravesar muchos límites y registrar una mucho menor. Informar únicamente de un promedio puede ocultar esta diferencia. La relación de Hall–Petch suele expresarse como una contribución del tamaño de grano a la resistencia proporcional a d−1/2, donde d se representa habitualmente mediante la intercepción lineal media. Los límites de grano obstaculizan el movimiento de las dislocaciones, por lo que una intercepción efectiva menor suele aumentar el límite elástico. La palabra *efectiva* es importante. El carácter de los límites, la orientación cristalográfica, las segundas fases, los precipitados y el mecanismo activo de deslizamiento o fractura también controlan la respuesta. Por tanto, el comportamiento de Hall–Petch constituye una tendencia útil, no una ley constitutiva completa. El estudio sobre acero de bajo contenido de carbono publicado por la Japan Society of Mechanical Engineers en 2018 ilustra el problema de la medición. Su estructura de granos ultrafinos alargados tenía un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro, y ese valor transversal estaba asociado al equilibrio informado entre resistencia, ductilidad y tenacidad. El número es significativo porque el estudio identificó la dirección en la que se realizó la medición. Denominar simplemente a la estructura «tamaño de grano de 1,0 micrómetro» eliminaría información sobre su morfología alargada. Los granos ultrafinos también pueden interactuar con la transformación de fase, en lugar de limitarse a bloquear el deslizamiento. Investigadores de Yonsei University informaron, en 2014, de resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 % en una aleación austenítica metaestable con tamaños de grano de entre 0,3 y 2 micrómetros. La transformación martensítica inducida por deformación proporcionó un endurecimiento adicional por deformación. Este resultado no puede extrapolarse directamente a un acero ferrítico-perlítico, en el que un tamaño de grano numéricamente similar puede producir un equilibrio diferente entre resistencia, ductilidad y tenacidad. ### Dirección de laminación, dirección transversal y efectos a través del espesor La orientación del plano de sección es esencial cuando la morfología de los granos es anisotrópica. | Dirección | Significado | Implicación para la medición | |---|---|---| | RD | Dirección principal de laminación o del flujo del material | Puede mostrar intersecciones largas a través de granos alargados | | TD | Dirección transversal a la placa en su plano | A menudo muestra intersecciones más cortas a través de granos alargados | | ND | Dirección a través del espesor o dirección normal | Puede revelar gradientes desde la superficie hasta el centro y efectos de segregación | En una chapa laminada, la dirección de laminación (RD) sigue el flujo principal del material, la dirección transversal (TD) se extiende transversalmente a la chapa dentro de su plano, y la dirección a través del espesor (ND, o dirección normal) es perpendicular al plano de laminación. La reducción en caliente y en frío puede aplanar los granos, alargar las inclusiones y las zonas de segregación, y producir textura cristalográfica. La recristalización, la recuperación, la transformación de fase y el tratamiento térmico posterior pueden atenuar o conservar estos efectos. Por tanto, una medición del tamaño de grano debería indicar tanto la sección como la orientación de la línea de prueba. Las intercepciones medidas en paralelo y en perpendicular a la RD pueden diferir sustancialmente en un producto laminado o forjado. Las secciones a través del espesor pueden mostrar otro resultado, porque la deformación y el enfriamiento no son uniformes desde la superficie hasta el centro. Las capas superficiales pueden recristalizarse de manera diferente a la región de la mitad del espesor, mientras que la segregación en la línea central puede alterar la constitución de fases y los productos de transformación. La consecuencia mecánica es la anisotropía. El límite elástico, el alargamiento uniforme, el comportamiento en flexión y la energía de impacto Charpy pueden diferir entre probetas en las direcciones RD, TD y ND. La fractura puede seguir una trayectoria direccionalmente más fácil: los granos de ferrita alargados, las inclusiones alineadas, las interfases débiles o las colonias de perlita pueden guiar la coalescencia de microhuecos o la clivación. Una grieta que atraviesa muchos límites de ángulo elevado puede desviarse o embotarse; una grieta que avance a lo largo de constituyentes alineados puede propagarse con menor desviación. El afino de grano generalmente reduce la temperatura de transición dúctil-frágil, pero la magnitud depende de la plasticidad en la punta de la grieta, la textura, la alineación de las inclusiones y la fase que se fractura. La Publicación Especial 596 de NIST (1996) informó de que, en aceros ferrítico-perlíticos, el límite elástico y la temperatura de transición varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro de grano de ferrita. La resistencia a la tracción es menos uniformemente sensible al tamaño de grano, mientras que el alargamiento es comparativamente insensible. Por ello, un tamaño de grano medido menor no garantiza una mejora proporcional en todas las propiedades de tracción. El European Structural Engineering Design Programme describió asimismo el afino de grano como un fenómeno que aumenta el límite elástico y reduce sustancialmente la temperatura de transición, pero esas mejoras siguen dependiendo de la dirección y del mecanismo de fractura. La misma cautela se aplica a los números de tamaño de grano ASTM. Un número ASTM no puede convertirse a un valor en micrómetros sin indicar si el valor procede de una comparación, de un recuento planimétrico o de una medición por intercepciones, y sin identificar la fase y la sección examinadas. Un promedio informado para material superficial RD–TD no es automáticamente equivalente a un valor medido en una sección ND. ### Bandas, textura y variación local del tamaño de grano Las bandas añaden una segunda fuente de variación oculta. Durante la solidificación, elementos de aleación como el manganeso y el carbono pueden segregarse. Posteriormente, la laminación y la transformación organizan las regiones con composición diferenciada en bandas, que a menudo producen capas alternas ricas en ferrita, perlita, bainita o martensita paralelas a la dirección de laminación. Cada banda puede contener granos de tamaño aparente similar, pero diferir en dureza, fracción de fase, contenido de carbono o resistencia de los límites. En consecuencia, un único campo de observación puede proporcionar un promedio engañoso. La textura produce otra forma de direccionalidad. Es posible que los granos no estén alargados, pero que sus orientaciones cristalográficas estén alineadas por laminación, trefilado o transformación. Por tanto, el deslizamiento se activa con mayor facilidad en unas direcciones de carga que en otras. La EBSD puede separar la información sobre la forma de los granos de la información sobre su orientación, identificar los límites de desorientación y mostrar si una estructura nominalmente fina contiene una orientación preferente marcada. ASTM E2627:2017 aborda la determinación, basada en EBSD, del tamaño de grano medio en materiales policristalinos completamente recristalizados, incluidas las distribuciones del tamaño de grano y la información estadística; no hace que la textura sea irrelevante ni sustituye el examen de regiones parcialmente transformadas o intensamente deformadas sin una interpretación adecuada. La variación local suele ser más importante que el promedio de toda la planta. Una chapa puede contener granos superficiales finos, granos centrales más gruesos y bandas de segregación cerca de la línea central. Una barra puede mostrar una zona exterior trabajada alrededor de un núcleo menos deformado. Una soldadura contiene granos de la zona de fusión, una zona afectada por el calor de grano grueso, una zona afectada por el calor de grano fino y metal base no afectado, cada uno con una historia térmica diferente. Medir únicamente la chapa de partida puede hacer que no se detecte la región donde se inicia una grieta. La evaluación de NIST de 2001 sobre el acero 4340 ilustra por qué el muestreo espacial tiene valor para el aseguramiento de la calidad: las coladas aceptables para probetas de referencia Charpy mostraron tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que las coladas no aceptables presentaron aproximadamente 60–70 micrómetros. Estas cifras solo son útiles junto con el método indicado y el contexto del material. Un informe defendible debería especificar la ubicación, la fase, el plano de sección, la orientación de la línea respecto de RD o TD, la distribución —no solo la media— y la presencia de bandas o textura. La morfología de los granos forma parte de la medición; no es un detalle decorativo. ## Acero de grano ultrafino y nanoestructurado: beneficios y limitaciones ### Qué cambia por debajo del intervalo convencional de tamaño de grano Un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetros produjo el mejor equilibrio informado entre resistencia, ductilidad y tenacidad en ese estudio. Preliminary evidence «Grano ultrafino» no corresponde a un umbral micrométrico universal. La denominación depende del estudio, de la fase que se mida y del método utilizado para calcular el tamaño de grano. En el estudio de la Universidad Yonsei publicado en 2014, el acero austenítico metaestable de grano ultrafino en estado masivo contenía granos de entre 0,3 y 2 micrómetros. Un estudio de la Japan Society of Mechanical Engineers publicado en 2018 examinó un acero de bajo contenido de carbono con granos ultrafinos alargados e informó de un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro. Estos son ejemplos técnicos útiles, no una definición aplicable a todos los aceros. «Nanoestructurado» generalmente describe unidades estructurales inferiores a 1 micrómetro, a menudo inferiores a 100 nanómetros, pero la unidad medida puede ser un grano de ferrita, un paquete de martensita, un cristalito, un subgrano o una celda. No son conceptos intercambiables. Una imagen obtenida mediante microscopía electrónica de transmisión puede mostrar cristalitos a escala nanométrica dentro de un grano de austenita previa de mayor tamaño, mientras que un mapa de difracción de electrones retrodispersados (EBSD) puede indicar un tamaño diferente después de aplicar un criterio de desorientación de los límites. Por tanto, las afirmaciones sobre el tamaño de grano que no indiquen la fase medida, la definición del límite, la orientación de la sección y el método estadístico pueden dar una falsa impresión de precisión. La norma ASTM E112, revisada en 2024, proporciona procedimientos de comparación, planimétricos y de intersecciones para determinar el tamaño medio de grano en un plano. Su número de tamaño de grano ASTM se deriva del recuento de granos por unidad de área o de las intersecciones con los límites de grano; no es una designación directa en micrómetros. La norma ASTM E2627, publicada en 2017, aborda la determinación mediante EBSD del tamaño medio de grano en materiales policristalinos completamente recristalizados, incluidas las distribuciones de tamaños de grano y la información estadística. El EBSD es especialmente útil cuando un acero contiene granos alargados, bandas de deformación o varias poblaciones distinguibles, aunque su resultado también depende del paso de escaneo y de las reglas utilizadas para identificar un límite. A dimensiones submicrométricas, la proporción de átomos asociados con las interfaces aumenta bruscamente. Los límites de grano ocupan un volumen mayor y su naturaleza adquiere importancia: los límites de alto ángulo pueden bloquear el deslizamiento, mientras que los límites de bajo ángulo pueden acomodar el reordenamiento de dislocaciones sin actuar como barreras igualmente fuertes. Los átomos de soluto, carburos, óxidos, vacantes e impurezas segregadas pueden acumularse en estas interfaces. La red de límites puede entonces reforzar el acero, facilitar la difusión o convertirse en una vía preferente para la fisuración y la recuperación. La morfología de los granos también es importante. Los granos equiaxiales de un micrómetro no se deforman como los granos alargados de un micrómetro alineados con la dirección de laminación. ### Endurecimiento, endurecimiento por deformación y estabilidad La relación clásica de Hall–Petch expresa la contribución del tamaño de grano a la resistencia como aproximadamente proporcional a la inversa de la raíz cuadrada de la intersección lineal media, tal como describió la University of Cambridge en 2005: σy=σ0+ky⁢d−1/2 Aquí, d es una dimensión de grano medida, σ0 representa otras resistencias al flujo plástico y ky es un coeficiente que depende del material y de las condiciones. Los límites interrumpen el movimiento de las dislocaciones, por lo que la reducción del tamaño de grano de la ferrita suele aumentar el límite elástico. La publicación especial 596 del National Institute of Standards and Technology (NIST), publicada en 1996, indica que, en los aceros ferrítico-perlíticos, el límite elástico y la temperatura de transición dúctil-frágil varían aproximadamente con la inversa de la raíz cuadrada del diámetro de grano de ferrita. El European Structural Engineering Design Programme informa de forma similar que el afino aumenta el límite elástico y reduce sustancialmente la temperatura de transición dúctil-frágil. El efecto sobre la resistencia a la tracción es menos uniforme, y el alargamiento es relativamente poco sensible al tamaño de grano en los aceros ferrítico-perlíticos ordinarios. Esta distinción es importante. Un grano de ferrita más pequeño puede aumentar la tensión necesaria para iniciar el flujo plástico sin producir un incremento equivalente del alargamiento uniforme. El espaciamiento de la perlita, la morfología de la cementita, la densidad de dislocaciones, la textura, las inclusiones y la presencia de bainita o martensita pueden dominar la respuesta a la tracción. Los granos ultrafinos también pueden modificar la forma en que se distribuye la deformación. Al existir muchos límites muy próximos entre sí, las dislocaciones recorren distancias cortas y pueden acumularse con menor eficacia que en los granos gruesos. La plasticidad puede implicar deslizamiento en los límites de grano, migración de límites, absorción de dislocaciones, emisión de dislocaciones desde las interfaces y rotación de fragmentos de grano. Estos procesos pueden favorecer una deformación adicional, pero también pueden reducir el almacenamiento convencional de dislocaciones. Un menor almacenamiento de dislocaciones implica un endurecimiento por deformación más débil en algunos aceros ferríticos de grano ultrafino, lo que puede provocar una estricción temprana incluso cuando el límite elástico es elevado. La transformación de la austenita metaestable puede combinar granos ultrafinos con una resistencia a la tracción cercana a 900 MPa y un alargamiento cercano al 40 %. Limited evidence El resultado de la Universidad Yonsei de 2014 muestra por qué el tamaño de grano no puede evaluarse al margen de la constitución de fases. En una aleación austenítica metaestable con granos de entre 0,3 y 2 micrómetros, se informaron resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 %. La combinación especialmente favorable se produjo porque la deformación indujo una transformación martensítica, aportando endurecimiento por deformación a medida que la austenita se transformaba durante la carga de tracción. El resultado es excepcional porque el mecanismo de transformación proporcionó un endurecimiento que una estructura ferrítica estable no habría proporcionado. No debe utilizarse para predecir el comportamiento de un acero ferrítico-perlítico convencional con el mismo tamaño de grano nominal. La estabilidad es otra limitación. Las estructuras ultrafinas contienen grandes cantidades de energía almacenada y de superficie de límites, lo que crea una fuerza impulsora termodinámica para el crecimiento de grano. El calentamiento puede provocar recuperación, migración de límites, recristalización, engrosamiento de carburos o transformación de fase. El resultado puede ser una pérdida rápida de la resistencia obtenida mediante deformación plástica severa, solidificación rápida o procesamiento termomecánico. La segregación de solutos y los precipitados finos pueden anclar los límites, pero las impurezas también pueden fragilizarlos. Los ciclos térmicos de soldadura son especialmente importantes: la zona afectada por el calor puede experimentar crecimiento de grano y transformaciones de fase incluso cuando el acero base conserva su estructura ultrafina. El estudio de la Japan Society of Mechanical Engineers de 2018 constató que un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro proporcionaba el equilibrio informado entre resistencia, ductilidad y tenacidad en su acero de bajo contenido de carbono con granos ultrafinos alargados. Este hallazgo refuerza una consideración práctica: el valor medido más pequeño no es automáticamente la estructura más útil. La orientación, la relación de aspecto, la textura, la distribución de fases y la concentración local de la deformación influyen conjuntamente en el resultado. ### Cuándo la extrapolación de Hall–Petch deja de ser segura El comportamiento de Hall–Petch es una tendencia empírica dentro de un intervalo microestructural definido, no una ley que permita una extrapolación ilimitada hacia un tamaño de grano igual a cero. A dimensiones suficientemente pequeñas, los supuestos en los que se basa la relación habitual dejan de ser fiables. Un grano puede contener muy pocas dislocaciones para que se forme una acumulación convencional, y el flujo plástico puede producirse en su lugar mediante mecanismos mediados por interfaces. El deslizamiento en los límites de grano, la rotación, la difusión, la migración de límites asistida por la tensión y la emisión de dislocaciones mediada por interfaces pueden modificar o incluso invertir la pendiente esperada. El comportamiento de «Hall–Petch inverso» descrito en algunos estudios no es una propiedad universal del acero nanoestructurado; depende de la pureza, la naturaleza de los límites, la temperatura, la velocidad de deformación, la textura y la estabilidad de la estructura. Un segundo riesgo consiste en tratar un promedio estadístico como si fuera el tamaño del defecto que controla el comportamiento. La fractura puede iniciarse en el grano más grande, una banda de carburos, una inclusión no metálica, un límite débil o una interfaz martensita-ferrita, y no en el grano medio. Por tanto, una matriz ultrafina puede coexistir con regiones locales gruesas que controlan la tenacidad o la fatiga. El mismo problema aparece en la evaluación de la calidad. El NIST informó en 2001 de que las coladas aceptables de acero 4340 utilizadas para probetas de referencia Charpy presentaban tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que las coladas no aceptables presentaban aproximadamente 60–70 micrómetros. La medición ayudó a identificar la calidad del procesamiento, pero no estableció un tamaño universalmente aceptable para todos los productos de acero 4340 ni para todas las condiciones de fractura. Los granos muy finos no garantizan una ductilidad, tenacidad, soldabilidad o estabilidad en servicio superiores. Pueden reducir la temperatura de transición en los aceros ferríticos, pero la resistencia a la clivación aún puede estar limitada por inclusiones, segregación, textura o redes de constituyentes frágiles. Pueden elevar el límite elástico y, al mismo tiempo, reducir la capacidad de endurecimiento por deformación. Pueden mejorar un resultado de tracción en el laboratorio y, sin embargo, engrosarse durante la soldadura o la exposición en servicio. Por tanto, una comparación significativa requiere conocer la constitución de fases, la morfología de los granos, la norma de medición, el historial térmico y el mecanismo de fractura, no simplemente un número menor expresado en micrómetros. ## Tamaño de grano en soldaduras y zonas afectadas por el calor Una unión soldada no tiene un único tamaño de grano. Contiene una zona de fusión formada a partir de metal fundido, una zona afectada por el calor (ZAC) que nunca llegó a fundirse, pero experimentó uno o más ciclos térmicos, y material base no afectado. Cada región puede contener varias fases y varias escalas de longitud relevantes. Por ejemplo, que una placa base tenga un número de tamaño de grano ASTM 8 dice poco sobre el tamaño de grano de la austenita previa en su ZAC de grano grueso o sobre el tamaño de los paquetes en un metal de soldadura transformado. El problema de la medición es fundamental. ASTM E112 (2024) especifica procedimientos de comparación, planimétricos y de intersecciones para determinar el tamaño medio de grano en un plano; su número de tamaño de grano ASTM se calcula a partir del recuento de granos por unidad de área o de las intersecciones con los límites de grano. Estos procedimientos no identifican automáticamente la fase, la morfología ni las unidades de transformación. Un grano de ferrita, un grano de austenita previa, un paquete bainítico y un bloque de martensita pueden producir límites diferentes en la misma sección. ![Tamaño de grano del acero y sus efectos](/images/uploads/5824a17a-9982-4662-87a4-f3c274cbbc7a/wiki-inline-a-welded-steel-cross-section-showing-fusion-zone-columnar-grains-equiaxed-weld-c-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/5824a17a-9982-4662-87a4-f3c274cbbc7a/wiki-inline-a-welded-steel-cross-section-showing-fusion-zone-columnar-grains-equiaxed-weld-c-1920x1094.avif "Ampliar imagen — Tamaño de grano del acero y sus efectos")A weld contains several grain structures because each region follows a different thermal history. ### Estructuras de solidificación de la zona de fusión La zona de fusión comienza como metal de soldadura líquido y solidifica contra el borde no fundido de la unión. Cerca del límite de fusión, los granos de austenita o ferrita existentes pueden proporcionar sitios de nucleación epitaxial. A continuación, los granos crecen alejándose del límite en la dirección del gradiente térmico máximo, produciendo comúnmente estructuras dendríticas columnares o celulares. En la región central de la soldadura, donde se encuentran los frentes de crecimiento competidores, pueden formarse granos equiaxiales si las condiciones de subenfriamiento e inoculación permiten la formación de un número suficiente de núcleos independientes. Esta estructura no está gobernada únicamente por la velocidad de enfriamiento. La corriente de soldadura, la velocidad de avance, el aporte térmico, la restricción de la unión, el espesor de la placa, la eficiencia del arco y la temperatura entre pasadas modifican la forma del baño líquido y el gradiente térmico local. Un gradiente pronunciado favorece el crecimiento direccional; un gradiente menor combinado con un mayor subenfriamiento favorece una solidificación más equiaxial. La composición de la aleación modifica tanto el intervalo de solidificación como la redistribución del carbono, manganeso, silicio, cromo, níquel, molibdeno, niobio, titanio y otros elementos. La microsegregación puede dejar regiones interdendríticas ricas en soluto que se transforman de manera diferente a los núcleos de las dendritas. Por tanto, los granos visibles de solidificación primaria no son necesariamente los granos finales de ferrita. Durante el enfriamiento, la austenita puede transformarse en ferrita poligonal, ferrita acicular, bainita o martensita. En un metal de soldadura de baja aleación, el grano de austenita establecido durante la solidificación puede contener muchas unidades de ferrita o paquetes bainíticos. A la inversa, una soldadura que parece fina al microscopio óptico puede contener granos gruesos de austenita previa subdivididos en productos de transformación finos. Informar sobre el “tamaño de grano de la soldadura” sin especificar el límite medido es ambiguo. Las múltiples pasadas de soldadura añaden otra complicación. Una pasada posterior vuelve a calentar parte de una zona de fusión anterior, refinando o transformando su estructura en una ubicación y dejando sin cambios otra. El metal recalentado puede experimentar un revenido intercrítico o subcrítico, en lugar de una recristalización completa. Por tanto, la sección transversal final de la soldadura registra historiales térmicos superpuestos, no una única curva de enfriamiento. ### Zonas afectadas por el calor de grano grueso y de grano fino La ZAC suele dividirse según la temperatura máxima alcanzada en relación con las temperaturas de transformación del acero. Inmediatamente junto al límite de fusión, la zona afectada por el calor de grano grueso (ZACGG) alcanza una temperatura máxima elevada, a menudo muy por encima de la temperatura crítica superior. Los granos de austenita existentes se disuelven o crecen, y las partículas que limitan el movimiento de los límites, como los carbonitruros de niobio o de titanio, pueden disolverse cuando el ciclo térmico es suficientemente severo. Una permanencia prolongada a alta temperatura produce granos grandes de austenita previa. La ZACGG no contiene necesariamente ferrita gruesa después del enfriamiento. Sus granos de austenita previa pueden transformarse en bainita fina o martensita, cuyos paquetes, bloques o listones son mucho menores que los granos de austenita originales. Estas unidades de transformación pueden controlar las trayectorias de las grietas y las facetas de clivaje de forma más directa que el límite original de la austenita. En otros aceros, un enfriamiento lento permite la formación de ferrita y perlita, haciendo que la estructura final también sea visiblemente gruesa. La velocidad de enfriamiento, el carbono equivalente, el espesor de la placa, el aporte térmico y el precalentamiento determinan cuál de estos resultados se produce. Más lejos de la línea de fusión, la zona afectada por el calor de grano fino (ZACGF) alcanza una temperatura máxima menor, generalmente por encima del intervalo de transformación de la austenita, pero no lo bastante alta —o durante un tiempo no suficientemente prolongado— como para que se produzca un engrosamiento sustancial de la austenita. Los nuevos granos de austenita nuclean con mayor frecuencia, a menudo favorecidos por precipitados no disueltos que restringen el movimiento de los límites. Durante el enfriamiento, esta región puede producir ferrita-perlita, bainita o martensita relativamente finas. El límite entre la ZACGG y la ZACGF es gradual, no perfectamente definido, porque la temperatura máxima y el tiempo varían de forma continua con la distancia. La ZAC intercrítica se calienta entre las temperaturas críticas inferior y superior. Solo una parte de la microestructura se transforma en austenita, por lo que se forman productos de transformación nuevos junto a regiones revenidas o transformadas previamente. En los [aceros templados y revenidos](/es/categorías/aceros-templados-y-revenidos "aceros templados y revenidos"), esta zona puede perder resistencia debido al revenido; en los aceros de doble fase o multifásicos, puede desarrollar islas locales de martensita dura. Una ZAC subcrítica puede experimentar revenido, recuperación o cambios en la precipitación sin austenitización. Estas regiones pueden controlar el ablandamiento local o la iniciación de grietas incluso cuando su tamaño de grano visible cambia poco. El recalentamiento es especialmente importante en la soldadura multipasada. Una segunda pasada puede refinar una ZACGG anterior mediante una reaustenitización parcial o completa, mientras que una región situada justo fuera de la nueva pasada solo experimenta revenido. Por tanto, una misma ZAC nominal puede contener, en una distancia de pocos milímetros, granos gruesos de austenita previa, ferrita refinada, islas transformadas y material ablandado. Los gradientes térmicos hacen que estos cambios sean espacialmente continuos, no un único valor para toda la unión. ### Interpretación de Hall–Petch en el metal de soldadura La relación clásica de Hall–Petch expresa aproximadamente la contribución del tamaño de grano a la resistencia mediante σy=σ0+ky⁢d−1/2, donde d suele ser una intersección lineal media y ky es un coeficiente dependiente del material. La University of Cambridge (2005) describe esta forma de raíz cuadrada inversa. Sin embargo, en los metales de soldadura, la elección de d es decisiva. Puede significar el diámetro del grano de ferrita, la intersección con el grano de austenita previa, el tamaño del paquete bainítico o el tamaño efectivo de la unidad de transformación. Estas magnitudes no son intercambiables. En los aceros ferrítico-perlíticos, NIST Special Publication 596 (1996) informa de que el límite elástico y la temperatura de transición dúctil-frágil varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro del grano de ferrita. La resistencia a la tracción presenta una sensibilidad al tamaño de grano menos uniforme, mientras que el alargamiento es relativamente poco sensible. Las directrices de European Structural Engineering Design Programme (2000) también relacionan el afino de grano con un mayor límite elástico y una temperatura de transición sustancialmente menor. En una soldadura, este beneficio puede verse compensado por segundas fases duras, segregación, tensiones residuales, hidrógeno o una estructura gruesa de austenita previa. El endurecimiento de Hall–Petch también tiene límites. Cuando las unidades de transformación se vuelven muy pequeñas, el almacenamiento de dislocaciones, la austenita retenida, la transformación martensítica y la resistencia de las interfaces pueden ser tan importantes como los límites ordinarios de ferrita. Yonsei University (2014) informó de resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 % en una aleación austenítica metaestable con granos de 0,3–2 micrómetros, en la que la transformación martensítica inducida por deformación mejoró el endurecimiento por deformación. Este resultado no puede extrapolarse directamente a una soldadura ferrítica. De forma similar, un estudio de Japan Society of Mechanical Engineers (2018) informó de un tamaño de grano transversal aproximado de 1,0 micrómetros en un acero de bajo carbono con granos ultrafinos alargados y un equilibrio medido favorable entre resistencia, ductilidad y tenacidad; la morfología alargada formaba parte del resultado, no era un detalle secundario. La EBSD puede separar algunas de estas escalas mediante el mapeo de la desorientación cristalográfica. ASTM E2627 (2017) contempla la determinación mediante EBSD del tamaño medio de grano, las distribuciones y la información estadística en materiales policristalinos completamente recristalizados, pero los criterios de los límites deben seguir especificándose. Por tanto, una unión soldada requiere identificación de fases, orientación de la sección, definición de los límites y un muestreo específico para cada ubicación. Un único valor del tamaño de grano del material base no basta para caracterizarla. ## El tamaño de grano como indicador térmico, del proceso y del control de calidad ### Uso del tamaño de grano para comparar coladas El tamaño de grano es útil en el control de calidad porque registra parte del historial térmico y mecánico de un acero. Una estructura de grano grueso puede indicar una temperatura de austenización excesiva, un mantenimiento prolongado, un enfriamiento lento, un control inadecuado de la recristalización o una ruta termomecánica diferente. Una estructura de grano fino puede reflejar un laminado controlado, una normalización, una transformación más rápida o adiciones refinadoras del grano, como niobio, titanio o vanadio. La medición no identifica por sí sola qué evento tuvo lugar, pero puede mostrar que dos coladas descritas con el mismo grado nominal no experimentaron un procesamiento equivalente. #### Comparación para el control de calidad El NIST distinguió las coladas aceptables, con tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, de las coladas no aceptables, con tamaños de grano de aproximadamente 60–70 micrómetros. Estas cifras corresponden al material y al estado evaluados; no son límites universales de aceptación. La evaluación realizada por NIST del acero 4340 recibido para probetas de referencia Charpy proporciona un ejemplo claro. En su informe de 2001, NIST determinó que las coladas consideradas aceptables para la producción de probetas de referencia tenían tamaños de grano medidos de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que las coladas no aceptables presentaban aproximadamente 60–70 micrómetros. La diferencia era suficientemente grande para separar poblaciones de material durante una investigación de la calidad de los ensayos de impacto. No debe convertirse en un límite universal de aceptación para todos los productos de acero 4340: el resultado corresponde a un material definido, una condición de tratamiento térmico, una aplicación de las probetas y un procedimiento de medición específicos. El «tamaño de grano» también necesita una definición precisa antes de comparar coladas. ASTM E112 (2024) proporciona procedimientos de comparación, planimétricos y de intersecciones para determinar el tamaño de grano plano medio. El número de tamaño de grano ASTM se calcula a partir del recuento de granos por unidad de área o de las intersecciones con los límites de grano; no es simplemente una etiqueta asociada a una micrografía. Un valor en micrómetros obtenido mediante el método de intersecciones lineales no puede considerarse automáticamente intercambiable con un número de tamaño de grano ASTM obtenido mediante otro método. El informe debe indicar el método, la magnificación o los parámetros de exploración, la ubicación de la sección, la orientación, la fase medida y si el resultado es una media aritmética, una distribución o el valor de un campo seleccionado. La morfología puede hacer que una única media resulte engañosa. Una chapa laminada puede contener granos alargados, ferrita y perlita bandeadas, o un gradiente a través del espesor. Por tanto, una sección longitudinal puede mostrar una longitud de intersección diferente de la observada en una sección transversal o transversal corta. Una microestructura transformada puede contener paquetes, bloques, listones o granos de austenita previa cuyos límites no son equivalentes para todas las propiedades. En un acero ferrítico-perlítico, el diámetro de grano de la ferrita suele ser la variable relevante para el límite elástico y la temperatura de transición; medir en su lugar el tamaño aparente de las colonias de perlita puede responder a una pregunta diferente. La razón subyacente de esta comparación es la relación de Hall–Petch. Los límites de grano dificultan el deslizamiento de las dislocaciones, por lo que el límite elástico suele aumentar a medida que disminuye el tamaño de grano medio o la intersección lineal media, aproximadamente con una dependencia inversamente proporcional a la raíz cuadrada. NIST Special Publication 596 (1996) informa de que, en los aceros ferrítico-perlíticos, el límite elástico y la temperatura de transición dúctil-frágil varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro de grano de la ferrita. La resistencia a la tracción es menos consistentemente sensible al tamaño de grano, mientras que el alargamiento es relativamente insensible. Por tanto, el afino de grano puede mejorar el equilibrio entre resistencia y tenacidad, pero la magnitud del beneficio depende de la composición química, las segundas fases, la textura y el mecanismo de fractura activo. El comportamiento de Hall–Petch no es una regla ilimitada. En las estructuras ultrafinas, los límites pueden estar en desequilibrio, la deformación puede localizarse intensamente y otros mecanismos pueden controlar la resistencia o la ductilidad. Un estudio de Yonsei University de 2014 informó de resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 % en una aleación austenítica metaestable con tamaños de grano de 0,3–2 micrómetros, en la que la transformación de martensita inducida por deformación proporcionaba un endurecimiento adicional por deformación. Un estudio de la Japan Society of Mechanical Engineers de 2018 sobre un acero de bajo contenido de carbono con granos ultrafinos alargados informó de un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro para su mejor equilibrio entre resistencia, ductilidad y tenacidad. Estos resultados no pueden transferirse directamente a un acero 4340 ferrítico-perlítico normalizado. ### Planes de muestreo y decisiones de aceptación #### Lista de comprobación mínima para el informe - **Material** Grado, colada o lote, y condición metalúrgica. - **Procesamiento** Tratamiento térmico, programa de reducción, velocidad de enfriamiento e historial de soldadura cuando proceda. - **Objeto medido** Fase, tipo de grano, paquete, bloque, colonia u otra unidad estructural. - **Método** ASTM E112, ASTM E2627, análisis óptico u otro procedimiento declarado. - **Geometría** Plano de sección, dirección de la línea de ensayo y morfología. - **Estadística** Número de campos o granos, media, dispersión y distribución. Un resultado útil del tamaño de grano comienza con un plan de muestreo, no con el campo más atractivo de una sección pulida. Las muestras deben representar la colada, la sección transversal del producto y las ubicaciones de procesamiento pertinentes. En el caso de una chapa, esto puede requerir posiciones cercanas a la superficie, a un cuarto del espesor y en la mitad del espesor; en el caso de una barra, pueden ser necesarias ubicaciones en el centro y en la periferia. Si el material fue cortado, forjado, laminado o tratado térmicamente en una dirección conocida, deben seleccionarse secciones longitudinales, transversales y transversales cortas según la propiedad que se esté evaluando. Los campos replicados son necesarios porque las estructuras de grano presentan variabilidad espacial. Es preferible utilizar varios campos no superpuestos en cada ubicación que un único campo seleccionado por conveniencia. El analista debe registrar el número de granos o de intersecciones que contribuyen a cada campo y, posteriormente, informar de la dispersión entre campos y secciones. Una media sin dispersión puede ocultar una estructura mixta en la que una región sea fina y otra gruesa. Los intervalos de confianza o una estimación declarada de la repetibilidad hacen que el resultado sea más útil para una decisión de aceptación. ASTM E112 respalda este enfoque estadístico, pero no elimina la necesidad de definir la regla de decisión. Una especificación puede exigir un valor medio, una fracción máxima de grano grueso, un límite de uniformidad o la concordancia con una carta de referencia. Se trata de requisitos diferentes. Si una colada queda cerca del límite, puede ser más defendible repetir la preparación y la medición con un segundo analista cualificado que tomar inmediatamente una decisión de aceptación o rechazo. El laboratorio también debe tener en cuenta la calidad del pulido, el contraste del ataque químico, el criterio del operador y la incertidumbre asociada al recuento de un número finito de granos. La difracción de electrones retrodispersados puede aportar información adicional cuando los límites ópticos son difíciles de resolver o cuando la estructura está muy deformada. ASTM E2627 (2017) contempla la determinación del tamaño de grano medio mediante EBSD en materiales policristalinos completamente recristalizados e incluye distribuciones del tamaño de grano e información estadística. Los resultados de EBSD siguen dependiendo del tamaño de paso, las reglas de depuración, los criterios de desorientación, la fracción de área indexada y la definición de un límite de grano. Estos ajustes deben acompañar al valor informado. Las decisiones de aceptación deben relacionar la medición con la función del producto. El hallazgo de NIST sobre el acero 4340 respalda el uso del tamaño de grano como uno de los criterios para discriminar entre coladas destinadas a probetas de referencia Charpy. No justifica rechazar todo acero por encima de 40 micrómetros ni aceptar todo acero por debajo de ese valor. La tenacidad al impacto, la dureza, las propiedades de tracción y los registros del tratamiento térmico siguen formando parte de la decisión. ### Separación de los efectos del tamaño de grano de la composición química y los defectos Una estructura de grano grueso o no uniforme puede correlacionarse con una tenacidad deficiente, pero la correlación no demuestra la causa. Dos coladas pueden tener tamaños de grano de ferrita similares y energías Charpy diferentes porque una contiene más oxígeno, azufre, fósforo o elementos de aleación que modifican la respuesta a la transformación y al revenido. El carbono, el manganeso, el níquel, el cromo y el molibdeno afectan a la constitución de fases y a la templabilidad; el niobio, el titanio y el vanadio pueden limitar el crecimiento del grano de austenita y, al mismo tiempo, formar precipitados. Por tanto, la composición química debe comprobarse junto con el tamaño de grano. Las inclusiones y la segregación pueden dominar el comportamiento de fractura incluso cuando el tamaño de grano medio parece aceptable. Las inclusiones alargadas de sulfuro de manganeso, las agrupaciones de óxidos, la segregación en la línea central y los constituyentes bandeados crean concentraciones locales de tensiones y trayectorias preferentes para las grietas. Una sección pulida debe examinarse en busca de estas características, en lugar de reducirse a un número correspondiente al tamaño de grano. La fractografía puede mostrar si una fractura Charpy o de tracción siguió inclusiones, facetas de clivaje, trayectorias intergranulares o hoyuelos dúctiles. Los ensayos mecánicos proporcionan la comprobación cruzada necesaria. La dureza puede revelar una fase o una condición de revenido inesperadas; el ensayo de tracción separa los cambios del límite elástico de los cambios de la resistencia máxima y el alargamiento; el ensayo Charpy mide directamente el comportamiento de transición. La metalografía debe identificar si los granos medidos pertenecen a ferrita, austenita previa, paquetes de martensita, bainita u otra fase. Si la composición química, las inclusiones, la segregación, la constitución de fases y los resultados mecánicos no se examinan conjuntamente, el tamaño de grano se convierte en un sustituto engañoso de todo el historial de procesamiento. Precisamente ahí termina su valor: es un indicador sensible, no un diagnóstico completo. ## Interpretaciones erróneas comunes de los números de tamaño de grano ASTM ### Por qué un número ASTM más alto significa granos más finos El número de tamaño de grano ASTM funciona en sentido contrario al significado cotidiano de «grande» y «pequeño». Un número más alto indica que hay más granos en un área definida y, por tanto, una estructura granular media más fina. ASTM E112:2024 determina el tamaño de grano plano medio mediante procedimientos de comparación, planimétricos o de intersecciones. En el método planimétrico, el analista cuenta los granos dentro de un área medida; en el método de intersecciones, cuenta las intersecciones con los límites de grano a lo largo de líneas de prueba. El número ASTM informado se obtiene a partir de esos recuentos, no de la impresión visual de una micrografía. La relación estándar es logarítmica. Para el marco de comparación y planimétrico comúnmente asociado con los números de tamaño de grano ASTM, el número de granos por pulgada cuadrada con un aumento de 100× se representa mediante: N=2G−1 Aquí, G es el número de tamaño de grano ASTM y N es el número de granos por pulgada cuadrada con un aumento de 100×. Por tanto, aumentar G en una unidad duplica la población de granos contada en esa área de referencia. ASTM n.º 8 no es simplemente «una clase de tamaño más fina» que ASTM n.º 7 en sentido lineal; su recuento de granos de referencia es el doble. ASTM n.º 10 tiene cuatro veces el recuento asociado con ASTM n.º 8. Esta inversión es importante en las especificaciones y en las investigaciones de fallos. Llamar «más grueso» a ASTM n.º 10 que a ASTM n.º 7 puede invertir el significado de un resultado de tratamiento térmico. En los aceros ferrítico-perlíticos, los granos de ferrita más finos suelen aumentar el límite elástico y reducir la temperatura de transición dúctil-frágil. La Publicación Especial 596 de NIST (1996) describe la dependencia aproximada inversamente proporcional a la raíz cuadrada del diámetro de grano de ferrita tanto del límite elástico como de la temperatura de transición, mientras que la resistencia a la tracción es menos uniformemente sensible al tamaño de grano y el alargamiento es comparativamente poco sensible. El European Structural Engineering Design Programme también informa de que el afino de grano aumenta el límite elástico y reduce considerablemente la temperatura de transición. La relación de Hall–Petch explica la tendencia habitual: σy=σ0+ky⁢d−1/2 donde d puede representar una dimensión media de grano adecuada o una intersección lineal media. Los límites de grano obstaculizan el movimiento de las dislocaciones, por lo que la reducción de la separación pertinente generalmente aumenta la tensión necesaria para que se produzca la fluencia. Se trata de una tendencia, no de una autorización para considerar que todo número ASTM más alto representa una mejora garantizada. En los aceros transformados, los paquetes bainíticos o martensíticos, las láminas, los bloques, los granos de austenita previa y las unidades de clivaje efectivas pueden controlar la deformación o la fractura con mayor intensidad que una única medición óptica del «grano». A escalas muy pequeñas, el comportamiento de Hall–Petch también puede apartarse de su forma clásica cuando la deformación mediada por los límites y otros mecanismos adquieren importancia. ### Número ASTM frente a micrómetros Un número de tamaño de grano ASTM es una designación estadística normalizada; un valor en micrómetros es una longitud física. Solo están relacionados una vez que se ha especificado la base de medición. Una conversión de G a un diámetro medio de grano estimado presupone una relación ASTM concreta, una forma de grano, una geometría de la sección y una definición de la dimensión medida determinadas. No significa que todos los granos de un acero ASTM n.º 8 midan el mismo número de micrómetros. Las tablas y ecuaciones de ASTM E112 pueden proporcionar un diámetro medio de grano o una intersección lineal media aproximados para un método especificado. Estas estimaciones no deben transferirse de manera arbitraria entre resultados de comparación, planimétricos y de intersecciones. Un resultado planimétrico pondera el área de los granos; un resultado de intersecciones mide los cruces con los límites a lo largo de líneas de prueba. Los granos alargados, los tamaños de grano mixtos, las maclas, los límites curvos y el crecimiento anormal de grano pueden hacer que sus resultados numéricos difieran incluso cuando ambos análisis se realizan correctamente. El aumento también requiere cautela. El número ASTM está vinculado a una convención de recuento de referencia, mientras que una estimación en micrómetros depende de la calibración de la imagen y de la dimensión seleccionada por el analista. Un grano medido en una sección longitudinal puede presentar un tamaño aparente diferente del de la misma población tridimensional observada transversalmente. En una chapa laminada, por ejemplo, los granos pueden estar alargados en la dirección de laminación y comprimidos a través del espesor. Informar de «8 ASTM» sin indicar si la probeta era longitudinal, transversal o de sección a través del espesor omite información que puede cambiar la interpretación. La constitución de fases crea otra posible fuente de error. El diámetro de grano de ferrita, el tamaño de grano de austenita previa, el tamaño de paquete de martensita y el tamaño de grano de clivaje efectivo no son magnitudes intercambiables. EBSD puede definir un límite mediante un umbral de desorientación, mientras que una sección óptica atacada puede mostrar un límite en función del ataque químico y el contraste. ASTM E2627:2017 aborda el tamaño de grano medio basado en EBSD, sus distribuciones y la información estadística en materiales policristalinos completamente recristalizados. Su resultado no debe presentarse automáticamente como equivalente a un número ASTM E112 de comparación óptica, particularmente cuando el material contiene regiones no recristalizadas o varias poblaciones cristalográficas. Por esta razón, «ASTM n.º 8 equivale aproximadamente a 20 micrómetros» es, en el mejor de los casos, una estimación abreviada, no una equivalencia universal. El valor en micrómetros citado debe identificar la relación estándar, el método de medición, la fase, el criterio de definición de los límites y el plano de la probeta. ### Tamaño de grano medio frente al cumplimiento de las especificaciones Un promedio informado no equivale a una prueba de que un material cumple una especificación. El tamaño de grano medio comprime una distribución en un único valor y puede ocultar islas gruesas, estructuras dúplex, bandeado o una zona afectada por el calor localizada. Dos probetas pueden compartir un promedio de 40 micrómetros mientras que una presenta una distribución estrecha y la otra contiene regiones tanto muy finas como muy gruesas. Su resistencia al agrietamiento no tiene por qué ser la misma. La evaluación de NIST de 2001 sobre el acero 4340 ilustra por qué esta medición es útil para el control de calidad. Los lotes aceptables utilizados para probetas de referencia Charpy presentaban tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que los lotes no aceptables medían aproximadamente 60–70 micrómetros. Estas cifras describen una diferencia en la calidad del procesamiento, pero no establecen un umbral universal de aceptación o rechazo para todos los productos, ubicaciones o especificaciones del acero 4340. El cumplimiento depende del documento aplicable, el plan de muestreo, el método permitido y el criterio de aceptación. Por tanto, el registro de la probeta debe indicar el grado y el estado del material, el calor o lote, la ubicación dentro del producto, la orientación de la sección, el método de preparación, el aumento, el procedimiento normalizado, la fase medida, la definición de los límites, el número de campos o líneas de prueba y la distribución de los resultados. Si se utilizó EBSD, también son importantes el paso de escaneo y el criterio de desorientación. Una única micrografía pulida constituye una evidencia, no una determinación completa del tamaño de grano. La misma cautela se aplica a las microestructuras ultrafinas y transformadas. Un estudio de la Yonsei University publicado en 2014 informó de granos de 0,3–2 micrómetros en una aleación austenítica metaestable, con resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 % cuando la transformación martensítica inducida por deformación reforzaba el endurecimiento por deformación. Un estudio de la Japan Society of Mechanical Engineers de 2018 constató que un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro proporcionaba el mejor equilibrio informado entre resistencia, ductilidad y tenacidad en un acero de bajo carbono con granos alargados ultrafinos. Ninguno de estos resultados puede reducirse a «gana el número ASTM más alto». La morfología, la estabilidad de las fases, la textura y el mecanismo de fractura determinan el significado del tamaño medido. ## Marco práctico para interpretar el tamaño de grano del acero ### Preguntas que deben plantearse antes de comparar resultados Un valor de tamaño de grano solo tiene significado una vez fijado el contexto de su medición. Comience por la designación y el estado metalúrgico: por ejemplo, AISI/SAE 4340, un acero ferrítico-perlítico normalizado, un acero martensítico templado y revenido, o un acero de bajo carbono procesado termomecánicamente. Registre el tratamiento térmico, el programa de reducción, la temperatura de recalentamiento, la velocidad de enfriamiento y cualquier historial de soldadura o procesamiento superficial. Dos muestras con la misma designación nominal pueden contener diferentes fracciones de fase, poblaciones de precipitados, densidades de dislocaciones y texturas. A continuación, pregúntese qué representa realmente el “grano” notificado. En un acero ferrítico-perlítico, la unidad medida puede ser el grano de ferrita, mientras que las colonias de perlita, los granos de austenita previa y los paquetes o bloques de una microestructura transformada pueden controlar una propiedad diferente. En un acero martensítico, una imagen óptica puede mostrar paquetes o bloques, en lugar de granos cristalográficos independientes. En una aleación de grano ultrafino, la escala pertinente puede ser un grano cristalográfico submicrométrico medido mediante difracción de electrones retrodispersados (EBSD), no la característica de mayor tamaño visible en un microscopio óptico. Debe indicarse el método. ASTM E112:2024 proporciona procedimientos de comparación, planimétricos y de intersecciones para determinar el tamaño medio de grano planar. Su número de tamaño de grano ASTM se obtiene a partir del recuento de granos por unidad de área o de las intersecciones con los límites de grano. Un número de tamaño de grano ASTM más alto generalmente indica granos más finos, pero ese número no es por sí mismo un valor en micrómetros. No puede compararse directamente con una intersección lineal media indicada si no se conocen el procedimiento, la definición de límite, la fase y la morfología. ASTM E2627:2017 abarca la determinación mediante EBSD del tamaño medio de grano en materiales policristalinos completamente recristalizados, incluidas las distribuciones de tamaño de grano y la información estadística. Los resultados de EBSD dependen del criterio de desorientación angular, las reglas de depuración, el paso de escaneo y el tratamiento de los píxeles no indexados. Estos detalles pueden modificar sustancialmente la población contabilizada. Una estructura bandeada o alargada también exige cautela: las intersecciones longitudinales y transversales serán diferentes, por lo que un único “tamaño de grano” escalar puede ocultar una anisotropía marcada. A continuación, deben considerarse la ubicación y la orientación del muestreo. Identifique si se trata de una placa, una barra, una pieza forjada, una zona de soldadura, una zona afectada por el calor o una capa superficial, y especifique si la sección es longitudinal, transversal o de todo el espesor. Siempre que sea posible, examine más de un campo. Una región local de grano grueso, una banda, una hilera de inclusiones o un gradiente de recristalización pueden hacer que una micrografía única no sea representativa. Informe la media y la dispersión, no únicamente el campo de grano más fino. Una distribución, el número de mediciones, un intervalo de confianza o, al menos, los valores mínimo y máximo permiten al lector hacerse una idea de la incertidumbre del muestreo. La evaluación de NIST de 4340 realizada en 2001 ilustra por qué esta es una cuestión de calidad y no meramente estética: las coladas aceptables para las probetas de referencia Charpy de NIST presentaban tamaños de grano de aproximadamente 30–40 micrómetros, mientras que las coladas no aceptables presentaban aproximadamente 60–70 micrómetros. La diferencia era importante porque el engrosamiento del grano modificaba el comportamiento al impacto y el desempeño del material de referencia. ### Relación entre la microestructura y la propiedad requerida La primera propiedad que normalmente debe relacionarse con el tamaño de grano es el límite elástico. La relación clásica de Hall–Petch expresa aproximadamente la contribución del tamaño de grano como σy=σ0+ky⁢d−1/2, donde d es el diámetro medio de grano o, en muchos tratamientos, la intersección lineal media. Los límites de grano obstaculizan el movimiento de las dislocaciones, por lo que la disminución de la dimensión relevante del grano de ferrita suele elevar el límite elástico. Los apuntes de materiales de la University of Cambridge de 2005 describen esta dependencia con la raíz cuadrada inversa como la relación central de Hall–Petch. Esta relación no constituye una promesa universal. La unidad microestructural que controla el comportamiento puede ser el tamaño de grano de ferrita en un acero y el tamaño efectivo de paquete o bloque en otro. El contenido de solutos, la precipitación, la textura, la densidad de dislocaciones, la fracción de fase y la tensión residual pueden contribuir tanto como, o incluso más que, la separación entre límites. A dimensiones suficientemente pequeñas, los mecanismos mediados por los límites de grano, la recuperación, la localización del cortante o los modos de deformación modificados pueden reducir la utilidad de una extrapolación simple. El endurecimiento Hall–Petch es un modelo con un intervalo de validez, no una garantía de que cada etapa de afino produzca el mismo incremento de resistencia. Para los aceros ferrítico-perlíticos convencionales, la Publicación Especial 596 de NIST (1996) informa que el límite elástico y la temperatura de transición dúctil-frágil varían aproximadamente con la raíz cuadrada inversa del diámetro de grano de ferrita. La resistencia a la tracción es menos consistentemente sensible al tamaño de grano, y el alargamiento es comparativamente poco sensible. Esta distinción debe orientar la comparación. Si el requisito de ingeniería es la resistencia al cedido o la tenacidad a baja temperatura, el afino puede ser muy valioso. Si el requisito es un alargamiento uniforme, un tamaño de grano menor por sí solo puede producir pocos cambios; en su lugar, pueden dominar el endurecimiento por deformación, la transformación de fase, las inclusiones y la textura. El comportamiento de transición Charpy merece un tratamiento independiente. Los granos de ferrita más finos generalmente reducen la temperatura de transición dúctil-frágil, según informó en 2000 el European Structural Engineering Design Programme, pero el desplazamiento medido también depende de la geometría de la entalla, la temperatura de ensayo, las facetas de clivaje, las inclusiones y la constitución de fases. Compare las curvas de transición, no solo un valor de energía absorbida. El análisis fractográfico debe identificar si la rotura fue por clivaje, cuasiclivaje, rotura dúctil por hoyuelos, fisuración intergranular o un mecanismo mixto. \[7\] \[7\] [**Study of low-carbon steel with ultrafine elongated grains**](https://www.jstage.jst.go.jp/article/transjsme/84/866/84_18-00237/_article/-char/en). Japan Society of Mechanical Engineers researchers. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2018. Los aceros ultrafinos y transformados hacen que las comparaciones simples sean aún menos fiables. Un estudio de Yonsei University publicado en 2014 informó sobre una aleación austenítica metaestable con tamaños de grano de 0,3–2 micrómetros, resistencias a la tracción cercanas a 900 MPa y alargamientos próximos al 40 %. La transformación martensítica inducida por deformación proporcionó un endurecimiento adicional por deformación, por lo que la ductilidad no puede atribuirse únicamente al afino de grano. Del mismo modo, un estudio de 2018 de la Japan Society of Mechanical Engineers sobre un acero de bajo carbono con granos alargados ultrafinos informó de su mejor equilibrio entre resistencia, ductilidad y tenacidad con un tamaño de grano transversal de aproximadamente 1,0 micrómetro. La dimensión transversal, y no un promedio no especificado, fue decisiva. ### Lista de comprobación para referencias técnicas Una referencia utilizable debe identificar la designación exacta del acero y su estado metalúrgico, incluido el tratamiento térmico o la ruta termomecánica. También debe indicar si la unidad notificada es ferrita, austenita, austenita previa, un paquete de martensita, un grano cristalográfico, una colonia u otra característica. La sección de medición debe mencionar ASTM E112 o ASTM E2627 cuando corresponda, especificar si se aplicó un procedimiento de comparación, planimétrico, de intersecciones o de EBSD, e indicar el criterio de límite de fase o de desorientación. Incluya el número de tamaño de grano ASTM notificado y la medida equivalente en micrómetros únicamente cuando la conversión y el método estén explicitados. Registre la orientación de la sección, la ubicación del muestreo, el número de campos, el aumento o el tamaño de paso de EBSD, el valor medio, la distribución y la incertidumbre. Para granos alargados, proporcione las dimensiones longitudinal y transversal. Una única media es inadecuada cuando la población es bimodal o está fuertemente bandeada. Por último, relacione la microestructura con el límite elástico, la resistencia a la tracción, el alargamiento, la dureza y el comportamiento de transición Charpy; después, examine las observaciones fractográficas y las variables de confusión, como las inclusiones, la textura, la precipitación, la tensión residual, el historial de enfriamiento y la fracción de fase. El afino de grano es una herramienta metalúrgica potente, pero su valor depende de la propiedad buscada, del mecanismo que soporte la carga o propague la grieta y de la forma en que se haya medido la estructura, no únicamente de su finura. ## Referencias 1. \[1\] National Institute of Standards and Technology. [NIST Special Publication 596](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nbsspecialpublication596.pdf). NIST Special Publication, 1996. [](/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos#wiki-cite-ref-1) https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nbsspecialpublication596.pdf 2. \[2\] National Institute of Standards and Technology. [Assessing the Quality of Received 4340 Steel for Production of NIST Charpy Reference Specimens](https://www.nist.gov/publications/assessing-quality-received-4340-steel-production-nist-charpy-reference-specimens). NIST assessment report, 2001. [](/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos#wiki-cite-ref-2) https://www.nist.gov/publications/assessing-quality-received-4340-steel-production-nist-charpy-reference-specimens 3. \[3\] ASTM International. [New ASTM Standard Covers Use of Electron Backscatter Diffraction to Measure Grain Size](https://www.astm.org/news/press-releases/new-astm-standard-covers-use-electron-backscatter-diffraction-measure-grain-size). ASTM International standard announcement, 2017. [](/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos#wiki-cite-ref-3) https://www.astm.org/news/press-releases/new-astm-standard-covers-use-electron-backscatter-diffraction-measure-grain-size 4. \[4\] European Structural Engineering Design Programme. [Steel: Microstructure and Grain Refinement](https://fgg-web.fgg.uni-lj.si/~/pmoze/ESDEP/master/wg02/l0100.htm). ESDEP lecture material, 2000. [](/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos#wiki-cite-ref-4) https://fgg-web.fgg.uni-lj.si/~/pmoze/ESDEP/master/wg02/l0100.htm 5. \[5\] University of Cambridge. [Hall–Petch relationship](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2005/Graz3/Graz3.html). Phase Transformations materials notes, 2005. [](/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos#wiki-cite-ref-5) https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2005/Graz3/Graz3.html 6. \[6\] Yonsei University researchers. [Effect of grain size on the uniform ductility of a bulk ultrafine-grained metastable austenitic alloy](https://yonsei.elsevierpure.com/en/publications/effect-of-grain-size-on-the-uniform-ductility-of-a-bulk-ultrafine/). Yonsei University research publication, 2014. [](/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos#wiki-cite-ref-6) https://yonsei.elsevierpure.com/en/publications/effect-of-grain-size-on-the-uniform-ductility-of-a-bulk-ultrafine/ 7. \[7\] Japan Society of Mechanical Engineers researchers. [Study of low-carbon steel with ultrafine elongated grains](https://www.jstage.jst.go.jp/article/transjsme/84/866/84_18-00237/_article/-char/en). Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2018. [](/es/wiki/familias-de-aceros/tama%C3%B1o-de-grano-del-acero-y-sus-efectos#wiki-cite-ref-7) https://www.jstage.jst.go.jp/article/transjsme/84/866/84\_18-00237/\_article/-char/en **De un vistazo** Relación clásica de endurecimiento σy = σ0 + ky d−1/2 Métodos ASTM E112 De comparación, planimétrico y de intersecciones Variable clave controlada Fase medida, morfología, orientación y distribución Contraste típico para la evaluación de la calidad Coladas de 4340: aproximadamente 30–40 μm frente a 60–70 μm [Volver a Familias de aceros](/es/wiki/familias-de-aceros "Familias de aceros — Steel Wiki")