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LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES AVANZADO LABORATORIO N° 07 ENSAYOS METALOGRÁFICOS INTEGRANTES: Mendoza Espiritu, Jason Mendoza Montalvo, Eduars Milton Montalvo Espiritu, Diego Naveros Urrutia, Jacinto
GRUPO: C13 – 03 – B MESA: 03 PROFESOR: Sampén Alquízar, Luis Alberto
Fecha de realización: 10 de Noviembre Fecha de entrega: 01 de Diciembre
2014 - II
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INTRODUCCIÓN Los ensayos metalográficos, nos permiten conocer los micros constituyentes y las propiedades químicas de los materiales, garantizando el control de calidad en aquellas empresas que no disponen de laboratorio propio o para aquellas que quieren contrastar datos u obtener unos resultados independientes. El laboratorio de metalografía realiza ensayos macrográficos y micrográficos para determinar la macro y microestructura y así evaluar la calidad de elaboración del material, del proceso soldadura, del tratamiento térmico o superficial aplicado, así como la morfología de grietas, fracturas y corrosiones. Dentro de esta actividad, se realizan, tanto ensayos bajo normativa específica para verificación del cumplimiento de especificaciones, como estudios o análisis más completos para determinar causas de rotura o fallos en servicio .
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OBJETIVOS
Realizar el procedimiento que comprende la preparación de un material para su análisis metalográfico. Observar y reconocer la estructura metalográfica de los aceros empleando el microscopio metalográfico.
EQUIPOS Y MATERIALES
Limas basta y fina Lijas Nº 100; 200; 400; 1200 Pulidoras de metal Abrasivo alúmina Microscopio metalográfico UNITRON Reactivo de ataque químico Probeta de acero 1020 Probeta de acero 1045 Probeta de acero SK Probeta de cobre Probeta de latón
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MARCO TEÓRICO La metalografía es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o aleación y las relaciona con las propiedades físicas y mecánicas. Algunas de las características estructurales son el tamaño de grano, el tamaño, forma y distribución de las fases que comprenden el material y de las inclusiones no metálicas, así corno la presencia de segregaciones y otras irregularidades que profundamente pueden modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento general de un metal. El principal instrumento para la realización de un examen metalográfico lo constituye el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50 y 2000. Objetivos de un ensayo metalográfico:
Obtener toda la información que es posible encontrar en la estructura de los diferentes materiales Realizar una reseña histórica del material buscando micro estructura, inclusiones, tratamientos térmicos a los que haya sido sometido, micro rechupes, Determinar si dicho material cumple con los requisitos para los cuales ha sido diseñado. Hallar la presencia de material fundido, forjado y laminado. Conocer la distribución de fases que componen la aleación. Determinar la presencia de segregaciones y otras irregularidades.
Para este ensayo se requiere de tecnología y experiencia porque el proceso de análisis metalográfico es de gran cuidado y precisión ya que se debe tener un conocimiento amplio de la gran cantidad de casos que se pueden presentar. Pasos para un análisis metalográfico Muestreo: se debe seleccionar una muestra lo más representativa posible, es decir, si es una falla lo que se pretende analizar se debe tomar el área más cercana a ella y otra área sana para comparar. La muestra se toma haciendo cortes con sierras manuales si el material es suave o con un disco cortador abrasivo si el material es muy duro, se debe lubricar continuamente para facilitar el corte y evitar el recalentamiento de la muestra. La muestra no debe ser muy grande porque se dificulta el proceso de pulido y se recomienda hacer un corte en cada dirección (transversal y longitudinal) especialmente para muestras de acero y aleaciones de cobre y aluminio, para poder determinar por medio del grado de orientación de los granos, si el material ha sufrido algún tratamiento o si está en estado bruto. Esmerilado brusco o tosco: La muestra dura o blanda puede esmerilarse burdamente sobre una lija de banda (rotatoria), manteniendo la muestra fría sumergiéndola frecuentemente en agua o aceite (si el material es muy propenso a oxidarse) durante la operación de esmerilado. En todas las operaciones de esmerilado y pulido, la muestra debe moverse en sentido perpendicular a las ralladuras existentes. El esmerilado continuo hasta que la superficie quede plana y libre de mellas, imperfecciones y todas las ralladuras debidas al corte manual o al disco cortador no son visibles. Pulido intermedio: después del esmerilado brusco la muestra se pule sobre una serie de hojas de lija con abrasivos más finos sucesivamente. Por lo general las operaciones de pulido intermedio con lijas de esmeril se hacen en seco, sin embargo, en casos, como el de preparación de materiales suaves, se puede usar un abrasivo de carburo de silicio, el cual tiene mayor velocidad de remoción y se puede usar con un lubricante, el cual impide el sobrecalentamiento de la muestra, minimiza el daño cuando los metales son blandos y también proporciona una acción de enjuague para limpiar los productos removidos de la superficie de la muestra para que el papel no se ensucie. Los hierros grises, nodulares y maleables no deben
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ser sometidos al pulido intermedio, sino pasar directamente al pulido fino para evitar que se arranque el grafito.
Pulido fino: la última aproximación a una superficie plana libre de ralladuras se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño cargado con partículas abrasivas seleccionadas en su tamaño. Existen muchos abrasivos, se prefiere la gamma del oxido de aluminio para pulir metales ferrosos, los basados en cobre u oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. Otros abrasivos son la pasta de diamante, oxido de cromo y oxido de magnesio. La selección del paño para pulir depende del material que se va a pulir y el propósito del estudio metalográfico. Pulido electrolítico: es una alternativa de mejora al pulido total pudiendo reemplazar al fino pero muy difícilmente al pulido intermedio. Se realiza colocando la muestra sobre el orificio de la superficie de un tanque que contiene la solución electrolítica previamente seleccionada, haciendo las veces de ánodo. Como cátodo se emplea un material inerte como platino, aleación de níquel, cromo, etc. dentro del tanque hay unas aspas que contienen en constante agitación al líquido para que circule permanentemente por la superficie atacándola y puliéndola a la vez. Deben controlarse el tiempo, el amperaje, el voltaje y la velocidad de rotación del electrolito para obtener un pulido satisfactorio. Muchas veces después de terminado este pulido la muestra queda con el ataque químico deseado para la observación en el microscopio. Ataque químico: mediante este se hacen visibles las características estructurales del metal o aleación. Hay una enormidad de ataques químicos, para diferentes tipos de metales y situaciones. En general, el ataque es hecho por inmersión o fregado con algodón embebido en el líquido escogido por la región a ser observada, durante algunos segundos hasta que la estructura o defecto sea revelada. Uno de los más usados es el NITAL, (ácido nitrico y alcohol), para la gran mayoría de los metales ferrosos.
Microscopia: observar el material ya preparado a través de un microscopio metalográfico.
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PROCEDIMIENTO En este laboratorio haremos pruebas físicas donde utilizaremos herramientas. Puesto que debemos tomar las medidas de seguridad de antemano: botas de seguridad, casco de seguridad y gafas de protección, este último con más prioridad.
Plan de trabajo:
Cada alumno recibirá preparada una probeta de acero al carbono. Realizar un desbaste grueso con lijas de 200 y 400(al agua) en forma sucesiva con el objeto de eliminar las ralladuras iniciales. Realizar un desbaste fino de 1200 y en forma sucesiva empleando refrigeración con agua. Hasta eta etapa, cuidar el dejar aristas cortantes sobre la superficie abajada. Realizar el Pulido Grueso empleando paño de nylon en las lijadoras Bühler y empleando pasta de diamante. Realizar el pulido fino sobre paño de lana con pasta de alúmina. Realizar un ataque químico para los aceros. Observar la estructura en el microscopio y realizar el reconocimiento del material y dibujar la estructura.
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RESULTADOS
EN ACEROS:
Perlita
Ferrita
Se puede observar que en esta probeta al realizar el ensayo de metalografía obtenemos en su mayoría granos de ferrita (zonas claras), también obtenemos perlita (zonas oscuras). En la probeta SAE 1045 obtenemos más perlita (zona oscura) en su microestructura, esto se debe por el mayor contenido de carbono en dicha probeta, la ferrita son las zonas claras.
LATÓN
COBRE
Después de realizar el ensayo de metalografía al latón se puede observar la textura de la laminación en los granos. Granos de ferrita (zonas claras), granos de perlita (zonas oscuras).
Perlita Ferrita
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CONCLUSIONES
Se reconoció la estructura de dos tipos de aceros al carbono analizando la presencia de ferrita libre, perlita y otros componentes analizados en los granos del material.
El ensayo de metalografía nos ayuda a identificar las diferentes estructuras del acero y relacionarlas con las propiedades físicas y mecánicas.
Para que la prueba se realice de manera adecuada y de resultados correctos es necesaria una buena preparación de la probeta.
El microscopio metalográfico, debido a la opacidad de los metales y aleaciones, opera con la luz reflejada por el metal. Por lo que para poder observar la muestra es necesario preparar una probeta y pulir a espejo la superficie.
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CUESTIONARIO 1. Qué indica el tamaño de grano del acero? El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano.
2. Cuál es la finalidad del reactivo utilizado? Es igual para el análisis de todos los materiales? El propósito del ataque químico es hacer visibles las características estructurales del metal o aleación. El proceso debe ser tal que queden claramente diferenciadas las partes de la micro estructura. Para la determinación del reactivo se tiene en consideración al material y el objetivo buscado por el ataque. Existen las NORMAS ASTM E 304 (macroataque) y E 407 (microataque).
3. Cómo se demuestra el mayor contenido de carbono en una aleación ferrosa? Esta se ve reflejado con la presencia de la de la perlita que su mayor constituyente es el carbono y esto se puede en el análisis micrográfico que se realizó en el ensayo y podemos observar que las probetas ensayadas contienen un porcentaje de carbono que varía entre 0.25 y 0.60 C %, la presencia de perlita en la gráfica son las partes oscuras y la ferrita es la parte blanca.
4. Dentro de que constituyente está presente el carbón en el. Acero? El carbón está presente en perlita en aceros al carbono el cual podemos observar en el análisis micrográfico el cual se observa a la perlita de color oscuro y con una mayor cantidad de perlita la estructura micrografía sería más oscura.
5. Hasta qué nivel de pulido se deben preparar las probetas antes del ataque químico? En el pulido apenas hay arranque de material y lo que se pretende es eliminar todas las rayas producidas en procesos anteriores. El pulido finaliza cuando la probeta es un espejo perfecto.
6. Puede saberse o estimarse con un ensayo métalo gráfico la dureza del acero? Si se puede estimar del ensayo metalo grafico la dureza del acero ya que al comprar los graficos metalograficos y determinamos el proceso al que fue sometido y dependiendo del tratamiento termico al que fue sometido podemos estimar la dureza.
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BIBLIOGRAFÍA
Enciclopedia Encarta. Materiales de Ingeniería – Emilio Chire Enciclopedia virtual Wikipedia. www.neokatana.com/web/nihonto/ciencia/img/martensita.jpg&imgrefurl=http://ww w.neokatana.com/web/nihonto/ciencia/ciencia_metal.htm http://www.mailxmail.com/curso/vida/metalografia/capitulo1.htm http://www.agapea.com/Metalografia-n276183i.htm
