Para cuantificar las características microestructurales, se deben caracterizar tanto las propiedades morfológicas como las materiales. El procesamiento de imágenes es una técnica muy eficaz para la determinación de características morfológicas, tales como la fracción de volumen, la morfología de inclusión,[2]​ el vacío,[3]​ y las orientaciones de los cristales. Para realizar micrografías, se usa comúnmente microscopía óptica y electrónica.

Para determinar las propiedades del material, la nanoindentación es una técnica adecuada para la determinación de propiedades de elementos cuyo tamaño es del orden de micras y submicras, para las que las pruebas convencionales no son factibles. Las pruebas mecánicas convencionales, como las pruebas de tracción o el análisis mecánico dinámico, solo pueden cuantificar propiedades macroscópicas sin ninguna indicación de propiedades microestructurales. Sin embargo, la nanoindentación se puede utilizar para la determinación de propiedades microestructurales locales de materiales homogéneos y heterogéneos. Las microestructuras[4]​ también se pueden caracterizar mediante modelos estadísticos de orden superior a través de los cuales se extrae de las imágenes un conjunto de propiedades estadísticas complejas. A su vez, estas propiedades se pueden usar para producir varios otros modelos estocásticos.[5]​[6]​[7]​.

Las microestructuras simuladas por computadora o microestructuras sintéticas, se generan para replicar las características de las microestructuras reales. Se utilizan para investigar qué característica microestructural es importante para una propiedad determinada. Para garantizar la equivalencia estadística entre las microestructuras generadas y las reales, las microestructuras se modifican después de la generación para que coincidan con las estadísticas de una microestructura real. Tal procedimiento permite la generación de un número teóricamente infinito de microestructuras simuladas por computadora que son estadísticamente iguales (tienen las mismas estadísticas) pero estocásticamente diferentes (tienen configuraciones diferentes).[3]​[8]​.

Un poro en una microestructura, a menos que se desee, es una desventaja para las propiedades del material. De hecho, en casi todos los materiales, un poro será el punto de partida para la aparición de una rotura, convertido en el punto de inicio de una grieta. Además, suelen ser bastante difíciles de eliminar. Las técnicas descritas más adelante involucran un proceso de alta temperatura. Sin embargo, incluso esos procesos a veces pueden hacer que el poro sea aún más grande. Los poros con un gran número de coordinación (rodeados de muchas partículas) tienden a crecer durante los procesos térmicos. Esto se debe a que la energía térmica se convierte en una fuerza impulsora para el crecimiento de las partículas que inducirán el crecimiento del poro, ya que el alto número de coordinación impide el crecimiento hacia el poro.

Para muchos materiales, se puede ver a partir de su diagrama de fase que pueden existir múltiples fases al mismo tiempo. Esas diferentes fases pueden exhibir una estructura cristalina diferente, exhibiendo así diferentes propiedades mecánicas.[9]​ Además, las distintas fases también exhiben una microestructura diferente (como el tamaño de grano y la orientación).[10]​ Este fenómeno también puede mejorar algunas propiedades mecánicas, ya que puede inducir la deflexión de las grietas, lo que retrasa la ruptura final, ya que crea una trayectoria de grietas más tortuosa en una microestructura más gruesa.[11]​.

En algunos casos, el simple hecho de cambiar la forma en que se procesa el material puede influir en su microestructura. Un ejemplo es la aleación de titanio TiAl6V4.[12]​ Su microestructura y sus propiedades mecánicas se mejoran mediante SLM (fusión selectiva por láser), que es una técnica de impresión 3D que utiliza polvo y funde las partículas con un láser de alta potencia.[13]​ Otras técnicas convencionales para mejorar la microestructura son los procesos térmicos.[14]​.

Estos procesos se basan en el principio de que un aumento de la temperatura inducirá la reducción o aniquilación de los poros.[15]​ El prensado isostático en caliente (HIP) es un proceso de fabricación que se utiliza para reducir la porosidad de los metales y aumentar la densidad de muchos materiales cerámicos, lo que mejora las propiedades mecánicas y la trabajabilidad del material.[16]​.

El proceso HIP expone el material deseado a una presión de gas isostática, así como a alta temperatura en un recipiente sellado (a alta presión). El gas debe ser químicamente inerte para que no se produzca ninguna reacción entre él y la muestra, por lo suele utilizarse principalmente argón. La presión se logra simplemente aplicando calor al recipiente herméticamente sellado. Sin embargo, algunos sistemas también asocian el bombeo de gas al proceso para alcanzar el nivel de presión requerido. La presión aplicada sobre los materiales es igual y proviene de todas las direcciones (de ahí el término “isostático”).[17]​ Cuando las fundiciones se tratan con HIP, la aplicación simultánea de calor y presión elimina los vacíos internos y la microporosidad mediante una combinación de deformación plástica, fluencia y unión por difusión; este proceso mejora la resistencia a la fatiga del componente.[18]​.

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Para cuantificar las características microestructurales, se deben caracterizar tanto las propiedades morfológicas como las materiales. El procesamiento de imágenes es una técnica muy eficaz para la determinación de características morfológicas, tales como la fracción de volumen, la morfología de inclusión,[2]​ el vacío,[3]​ y las orientaciones de los cristales. Para realizar micrografías, se usa comúnmente microscopía óptica y electrónica.

Para determinar las propiedades del material, la nanoindentación es una técnica adecuada para la determinación de propiedades de elementos cuyo tamaño es del orden de micras y submicras, para las que las pruebas convencionales no son factibles. Las pruebas mecánicas convencionales, como las pruebas de tracción o el análisis mecánico dinámico, solo pueden cuantificar propiedades macroscópicas sin ninguna indicación de propiedades microestructurales. Sin embargo, la nanoindentación se puede utilizar para la determinación de propiedades microestructurales locales de materiales homogéneos y heterogéneos. Las microestructuras[4]​ también se pueden caracterizar mediante modelos estadísticos de orden superior a través de los cuales se extrae de las imágenes un conjunto de propiedades estadísticas complejas. A su vez, estas propiedades se pueden usar para producir varios otros modelos estocásticos.[5]​[6]​[7]​.

Las microestructuras simuladas por computadora o microestructuras sintéticas, se generan para replicar las características de las microestructuras reales. Se utilizan para investigar qué característica microestructural es importante para una propiedad determinada. Para garantizar la equivalencia estadística entre las microestructuras generadas y las reales, las microestructuras se modifican después de la generación para que coincidan con las estadísticas de una microestructura real. Tal procedimiento permite la generación de un número teóricamente infinito de microestructuras simuladas por computadora que son estadísticamente iguales (tienen las mismas estadísticas) pero estocásticamente diferentes (tienen configuraciones diferentes).[3]​[8]​.

Un poro en una microestructura, a menos que se desee, es una desventaja para las propiedades del material. De hecho, en casi todos los materiales, un poro será el punto de partida para la aparición de una rotura, convertido en el punto de inicio de una grieta. Además, suelen ser bastante difíciles de eliminar. Las técnicas descritas más adelante involucran un proceso de alta temperatura. Sin embargo, incluso esos procesos a veces pueden hacer que el poro sea aún más grande. Los poros con un gran número de coordinación (rodeados de muchas partículas) tienden a crecer durante los procesos térmicos. Esto se debe a que la energía térmica se convierte en una fuerza impulsora para el crecimiento de las partículas que inducirán el crecimiento del poro, ya que el alto número de coordinación impide el crecimiento hacia el poro.

Para muchos materiales, se puede ver a partir de su diagrama de fase que pueden existir múltiples fases al mismo tiempo. Esas diferentes fases pueden exhibir una estructura cristalina diferente, exhibiendo así diferentes propiedades mecánicas.[9]​ Además, las distintas fases también exhiben una microestructura diferente (como el tamaño de grano y la orientación).[10]​ Este fenómeno también puede mejorar algunas propiedades mecánicas, ya que puede inducir la deflexión de las grietas, lo que retrasa la ruptura final, ya que crea una trayectoria de grietas más tortuosa en una microestructura más gruesa.[11]​.

En algunos casos, el simple hecho de cambiar la forma en que se procesa el material puede influir en su microestructura. Un ejemplo es la aleación de titanio TiAl6V4.[12]​ Su microestructura y sus propiedades mecánicas se mejoran mediante SLM (fusión selectiva por láser), que es una técnica de impresión 3D que utiliza polvo y funde las partículas con un láser de alta potencia.[13]​ Otras técnicas convencionales para mejorar la microestructura son los procesos térmicos.[14]​.

Estos procesos se basan en el principio de que un aumento de la temperatura inducirá la reducción o aniquilación de los poros.[15]​ El prensado isostático en caliente (HIP) es un proceso de fabricación que se utiliza para reducir la porosidad de los metales y aumentar la densidad de muchos materiales cerámicos, lo que mejora las propiedades mecánicas y la trabajabilidad del material.[16]​.

El proceso HIP expone el material deseado a una presión de gas isostática, así como a alta temperatura en un recipiente sellado (a alta presión). El gas debe ser químicamente inerte para que no se produzca ninguna reacción entre él y la muestra, por lo suele utilizarse principalmente argón. La presión se logra simplemente aplicando calor al recipiente herméticamente sellado. Sin embargo, algunos sistemas también asocian el bombeo de gas al proceso para alcanzar el nivel de presión requerido. La presión aplicada sobre los materiales es igual y proviene de todas las direcciones (de ahí el término “isostático”).[17]​ Cuando las fundiciones se tratan con HIP, la aplicación simultánea de calor y presión elimina los vacíos internos y la microporosidad mediante una combinación de deformación plástica, fluencia y unión por difusión; este proceso mejora la resistencia a la fatiga del componente.[18]​.

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