I N S T I T U T O P OL I T É C N I C O N A C I ON A L UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS GUANAJUATO
LABORATORIO DE INGENIERÍA EN MATERIALES
PRACTICA 1: Preparación de muestras metalográficas metalográficas CARRERA: Ingeniería en Aeronáutica ASIGNATURA: Ingeniería en Materiales SEMESTRE: Tercero
GRUPO: 3AM2 INTEGRANTES:
EQUIPO No:2
FECHA:
y y y y y
I.
HABILIDADES A DESARROLLAR: El estudiante será capaz de obtener muestras para análisis metalográfico a partir de la presentación comercial de metales y sus aleaciones. Aplicará los conocimientos teóricos, así como las normas Mexicanas e Internacionales para garantizar la correcta preparación de las mismas y con ello una caracterización de materiales adecuada.
II.
INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN: Para un correcto uso de los materiales de ingeniería se debe comprender su estructura pues ésta determina en gran medida el comportamiento del material ante una situación dada. El conocer la estructura de un material puede servir como base para seleccionar un material en específico para fabricar componentes mecánicos y estructurales en general. La estructura de los materiales se puede examinar y describir en cinco niveles diferentes: 1. macroestructura, 2. microestructura, 3. nanoestructura, 4. arreglos atómicos de corto y largo alcance; 5. estructura atómica. La estructura del material a nivel macroscópico es la macroestructura; entre las propiedades que se pueden observar a este nivel están la porosidad, los recubrimientos superficiales y las microgrietas internas y externas. El orden de medición de estas propiedades es de una escala de longitud mayor a 1000 nm. Por otro lado, conocer la microestructura de un metal o de una aleación, es decir, la estructura del material a una escala de longitud que va desde 10 nm hasta 1000 nm permite comprender sus propiedades físicas y mecánicas. Por ejemplo, el tamaño de grano es una propiedad a nivel
microestructura y es un factor dominante en la resistencia mecánica de metales y aleaciones: a menor tamaño de grano se tendrá mayor resistencia mecánica. Hablar de la nanoestructura de los materiales es describir al material a una nanoescala que comprende dimensiones desde 1 nm hasta 100 nm; conocer la nanoestructura de materiales permite desarrollar tecnologías, por ejemplo ferrofluídos que son utilizados como medio de enfriamiento. El arreglo atómico se refiere a la f orma en que se ordenan los átomos y moléculas de un material; si el arreglo es periódico y se repite a distancias mayores de 100 nm (hasta a algunos centímetros) se dice que el arreglo es de largo alcance y al material se le llama cristalino; de lo contrario, se dice que es un material amorfo y que su arreglo atómico es de corto alcance. Como ejemplo de materiales cristalinos se tienen a los metales y como materiales amorfos a los polímeros, que como se puede intuir, tienen propiedades físicas y mecánicas diferentes muy marcadas. Conocer la estructura atómica es otra manera de caracterizar a los materiales pues los tipos de enlace que se presentan entre los átomos y moléculas determinan si el material es conductor eléctrico o aislante, blando o duro, por mencionar algunas propiedades. El estudio de la estructura o
atómica maneja dimensiones hasta de 1 A . Para iniciar un estudio metalográfico que revele las propiedades estructurales de los materiales se debe comenzar por preparar una muestra de material en la que sea posible determinar la estructura del mismo. En general, la forma convencional de obtener una muestra metalográfica de un metal es cortar, lijar y pulir hasta que se tenga un acabado tipo espejo, a continuación, la superficie se expone a ataque químico y los límites de grano son atacados de forma más intensa que el resto del grano; ello permite determinar el límite de grano, tamaño promedio de grano, distribución de ese tamaño de grano y la orientación de los granos. Como fines ilustrativos, en la figura 1 se muestra la imagen metalográfica de un hierro gris y de un material dúctil.
(a)
(b)
Fig. 1 Microesstructura de (a) hierro gris y (b) acero.
Como conclusión parcial diremos que la importancia de conocer la estructura de un material es la base para caracterizarlo y predecir las tendencias en las propiedades de éste.
III. y y y y y y y y y y y y
IV.
MATERIAL, HERRAMIENTAS Y EQUIPO DE SEGURIDAD A EMPLEAR: 1 Lijadora-pulidora 1 Cortadora de metal 1 Encapsuladora para montaje m etalografico 1 barra de bronce f 1 barra de acero 1018 1 barra de aluminio 1 trozo de hierro gris 1 Lija de 240 Desbaste burdo 1 lija de 320 Desbaste medio 1 lija de 400 desbaste m edio 1 lija de 600 Desbaste final 1 Paño para esmeril
DESARROLLO EXPERIMENTAL:
Experiencia 1. Corte de las barras de metal. 1. 2. 3. 4. 5.
Montar las barras de metal sobre la cortadora metalográfica. Energizar la cortadora e iniciar la circulación de refrigerante. Realizar el corte con el mayor de los cuidados Obtener rodajas de la barra, esto para cada tipo de material. Des energizar la cortadora metalográfica.
Se corta una probeta de 1 a 2 cm. de diámetro y aproximadamente 1 cm. de longitud del material a examinar, sí es que este es demasiado grande. El corte se realizará utilizando un disco especial para metáles o bien utilizando un disco abrasivo Experiencia 2. Encapsulado del metal. Si el diámetro del material a analizar es menor de una pulgada se tendra la necesidad de encapsularlo para poderlo manipular. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Conectar la encapsuladora Establecer las condicones de operación de la encapsuladora (según el tipo de resina) Colocar el material a analizar sobre el piston Agregar la resina (una cucharada, tener cuidado durante el vaciado) Tapar la encapsuladora Checar que haya circulación de agua en la encapsuladora. Iniciar el programa Esperar a que termine el programa (enfriamiento) Retirar la muestra del piston.
Encapsulado el materia se biselan las aristas de la probeta para evitar que se deagarren los papeles del esmeril.
Experiencia 3. Lijado y pulido. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Montar las probetas en el disco giratorio de la lijadora. Colocar la lija sobre el disco. Energizar la lijadora y lijar la probeta hasta ya no notar cambios en la superficie del espécimen. Hacer el cambio de lijas hasta hacer el desbaste final con la lija de 600 Para pulir usar los paños para esmeril Impregnar de alúmina y pulir hasta conseguir un acabado a espejo.
Se debasta la probeta en papeles de esmeril cada vez mas finos, teniendo cuidado de realizar una com pleta limpieza de la superficie de la muestra entre el cambio de cada papel.
Pulido intermedio: Para este tipo de pulido se utilzan papeles de esmeril (lijas) entre 120 y 600 de número de grano, y se realiza generalmente en seco. Cuando el material a pulir es blando las lijas se deberán de humedecer con un lubricante. Al efectuar el cambio de un papel de esmeril a otro de grano mas fino se deberá de lavar perfectamente la probeta con alcohol o bien con acetona para evitar que las particulas de esmeril de grano grueso pasen al papel de de grano fino lo que podria provocar rayaduras sobre la probeta El debaste sobre cualquier papel se debe de realizar en una dirección perpendicular a la utilizada en el papel anterior hasta que se eliminen las grietas anteriores. Se deberá de cuidar de no realizar movimientos de rotación porque se pueden generar una superficie curveada. Se recomienda mantener inmovil la muñeca de la mano (si es que no se cuenta con una lijadora-pulidora) y la mano se movera de arriba hacia abajo sin doblarla.
Pulido Fino: La duración de esta opercaión generalmente depende de la etapa anterior, el pulido fino se realiza sobre un paño en el que se le va adicionando el polvo abrasivo que podra ser una suspensión de óxido de alúmina, de magnesio, de cromo o bien polvo de diamante dependiendo de la naturaleza del material a analizar. Para preparar la suspensión de óxido de magnesio o de alumina (tamaño de grano 1 Qm) se utiliza agua destilada, por lo general se utilizan 10 g de polvo en 10 ml. Algunas ocasiones se podra utilizar ³Silvo´ o ³Braso´ que son productos comerciales utilizados para pulir o abrillantar.
V.
REGISTRO DE DATOS:
VI.
CUESTIONARIO:
y y y y y y y y
y y y
¿Qué es la metalográfia? Describa los pasos a seguir en la preparación de una muestra metalografica Dentro de su carrera, ¿Qué aplicaciones tiene un estudio metalografico? ¿Qué características debe reunir una probeta metalográfica? ¿Qué propiedades microestructurales pueden obtenerse de una prueba metalográfica? ¿Qué relación existe entre el tamaño de grano y la resistencia mecánica de los metales? ¿Qué ventajas tiene conocer la microestructura de un material en específico? Haga un análisis comparativo entre las propiedades microestructurales que esperaría encontrar entre los diferentes metales usados en la práctica. ¿Qué diferencias esenciales existen entre materiales cristalinos y amorfos? ¿Qué cuidados hay que tener en el laboratorio para obtener una probeta metalográfica adecuada? ¿Qué recomendaría para una construcción ingenieril en relación al tamaño de grano?
VII.
ANÁLISIS Y CONCLUSIONES INDIVIDUALES:
VIII.
BIBLIOGRAFÍA EMPLEADA: Askeland D. R. y P. P. Phulé. Ciencia e ingeniería de los materiales . 4ª ed. Cengage Learning.
IX.
DATOS DE REVISIÓN:
CRITERIOS A EVALUAR
PORCENTAJE
Registro de datos
15%
Cuestionario
15%
Análisis y conclusiones individuales
20%
Preguntas orales
30%
Medidas de seguridad (bata y/o gogles)
10%
Limpieza del material y el lugar utilizado
10%
TOTAL
100%
Fecha de evaluación: Firma de profesor que evaluó:
INTEGRANTE 1
INTEGRANTE 2
INTEGRANTE 3
INTEGRANTE 4
