Facultad de Ingenierías. Curso de Materiales de Ingeniería
Procedimiento para análisis metalográfico Laboratorio de Materiales
Práctica:
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Tema:
Metalografía
NORMAS DE SEGURIDAD 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Lea cuidadosamente y completamente la guía presentada. El uso de bata manga larga es obligatorio. Tenga una mascarilla o tapabocas personal. Gafas de protección transparentes. Guantes de nitrilo. Use zapato cerrado. Mantenga el cabello recogido. No comer, ni llevar alimentos o bebidas al laboratorio. Manipule con precaución la pieza seleccionada para el análisis de falla. Cuide sus manos, las piezas metálicas pueden tener aristas y bordes agudos. 10. 10. Las herramientas de corte (pulidora de disco, co rtadora, segueta) se deben usar bajo la supervisión del profesor o auxiliar de laboratorio. 11. 11. Use tapabocas en el proceso de encapsulado, ya que las resinas usadas desprenden vapores fuertes. 12. 12. En el proceso de pulido no ponga en contacto sus dedos con las lijas, ya que podrían causarle heridas. 13. 13. Al usar la pulidora automática, mantenga firme la muestra a analizar, ya que puede salir expulsada. Use medias y bajas revoluciones. Es obligatorio el uso de gafas de protección. 14. 14. No manipule los reactivos para el ataque de la muestra. El uso de reactivos químicos se hace bajo la supervisión del profesor p rofesor o auxiliar de laboratorio. 15. 15. Las muestras deben ser secadas con aire frío antes de examinarlas al microscopio. (secador de cabello) 16. 16. El uso del microscopio y adquisición de imagenes lo debe hacer el p rofesor o auxiliar de laboratorio.
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OBJETIVO: 1. Identificar un material preliminarmente a través de la prueba de chispa 2. Socializar al estudiante con los pasos necesarios para el análisis metalográfico
OBJETIVOS ESPECIFICOS: 1. Observar diferentes tipos de material por medio del ensayo de chispa 2. Desarrollar el proceso de preparación de la probeta metalográfica 3. Realizar el corte, encapsulado, desbaste, pulido grueso y pulido fino de la probeta
MATERIALES: a. Pieza a cortar b. Probeta a evaluar c. Lijas de 120, 220, 320, 400, 500, 600 y 1000 (1/4 de papel de cada una) d. Paño tipo billar e. Paño tipo Gamal f. Suspensión de alúmina g. Guantes h. Gafas
EQUIPOS Y HERRAMIENTAS 1. Cortadora 2. Pulidora metalográfica
PROCEDIMIENTO 1. Inicialmente para el ensayo de chispa se hace presión de la muestra contra el disco de pulir o esmeril, de esta manera rápida y práctica se puede hacer una identificación aproximada del material. 2. Hacer el corte de la probeta con la máquina cortadora cuidando de no calentar 3. Una vez obtenido el fragmento del material se procede a la máquina encapsuladora 4. Hacer el montaje en baquelita 5. Después de obtener la probeta seguidamente se inicia el proceso de desbaste, los bordes de la probeta para evitar que esta corte la lija o los dedos al ser manipulada 6. Pulir la probeta en lijas 120, 240, 320, 400, 500, 600, 800 y 1000 bajo agua y cambiando la posición a 90 grados de la anterior cada vez que se cambie de lija. Las rayas de la lija anterior deben desaparecer. 7. Pulir la probeta en el pulidor metalográfico con paño tipo billar y tipo Gammal con suspensión de alúmina 8. Observar la probeta en el microscopio para constatar la buena preparación metalográfica, en caso contrario volver al paño. 9. En caso de no presentar rayaduras ni colas de cometa, observar los posibles defectos de fabricación a todos los aumentos.
NOTA. Si se debe suspender el laboratorio por algún motivo la probeta debe lavarse y secarse con algodón y cubrir muy bien la superficie trabajada para evitar corrosión
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MARCO TEORICO Prueba de Chispa La prueba de chispa es un método sencillo para determinar a nivel mundial los principales componentes de una muestra de hierro fundido, acero al carbono y acero aleado. Generalmente se emplea cuando se desea una identificación o clasificación rápida, y más cuando se necesitan resultados o conceptos inmediatos sin mayor exactitud y meramente cualitativo. El método también puede proporcionar información sobre el tratamiento térmico al que fue sometida la muestra (tales como el recocido o endurecimiento). No obstante, se requiere experiencia para la identificación y dar una interpretación correcta a la chispa producida. La chispa se produce al presionar una pieza de una aleación ferrosa contra una rueda (muela) de esmeril girando a gran velocidad arrancándole partículas de material, las cuales son proyectadas tangencialmente por la periferia de la rueda. Al mismo tiempo que tiene lugar este desprendimiento de material, se produce un fuerte calentamiento local, las partículas se desprenden a altas temperaturas que las ponen incandescentes, produciéndose rayos luminosos, chispas, explosiones, estrellas, arborescencias luminosas, etc.
E ste ensayo no puede sustituir al análisis químico, pero alguien con un ojo bien entrenado, reconoce bastante bien los materiales y la presenci a de ciertos elementos de aleación. Cada tipo de acero produce una serie de chispas características, mediante la observación d e éstas y la comparación con fotografías pueden ide ntificarse determinados tipos de aceros. En cuando al tipo de chispas proyectadas, aquí se indican algunas características importantes: Un haz de chispa puede dividirse en tres partes principales las cuales son mostradas en la figura: La primera, a la salida de la piedra del esmeril, que se encuentra formada por rayos rectilíneos en los que puede observarse perfectamente el c olor característico. La segunda zona es la de bifurcación, y algunas veces tiene lugar en ella algunas explosiones. La tercera y última zona, es donde aparecen la mayor parte de las explosiones, adopta diversas formas, que se denominan estrellas, gotas, lenguas, flores, etc
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Figura 1. Características de los diferentes tipos de chispa y sus etapas de desarrollo La observación debe de hacerse, en lo posible, en lugar oscuro. La rueda de esmeril debe de girar en sentido contrario al ordinario, para que el haz de chispas se proyecte hacia arriba y poder así observarlo mejor.
Análisis Metalográfico La Metalografía estudia microscópicamente las características estructurales de un metal o de una aleación. Es posible determinar el tamaño de grano, y el tamaño, forma y distribución de varias fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecánicas del metal. La microestructura revelará el tratamiento mecánico y térmico del metal y, bajo un conjunto de condiciones dadas, podrá predecirse su comportamiento esperado.
1. Preparación de la muestra La experiencia ha demostrado que el éxito en el estudio microscópico depende en mucho del cuidado que se tenga para preparar la muestra. El microscopio más costoso no revelará la estructura de una muestra que haya sido preparada en forma deficiente. El procedimiento que se sigue en la preparación de una muestra es comparativamente sencillo y requiere de una técnica desarrollada sólo después de práctica constante. El último objetivo es obtener una superficie plana, sin rayaduras, semejante a un espejo. La selección de una muestra para estudio microscópico puede ser muy importante. Si lo que se va a investigar es una falla, se debe escoger la muestra más próxima al área de la falla y comparársele con una tomada de la sección normal o sana. Si se va a realizar control de calidad no importa el punto donde se tome la muestra. Si el material es suave, como metales o aleaciones no ferrosas y aceros no tratados térmicamente, la sección puede obtenerse por corte manual con una segueta. Si el material es duro, la sección puede obtenerse mediante un disco cortador abrasivo, el cual es un plato delgado fabricado de un abrasivo de tipo adecuado,
5 que gira a alta velocidad. La muestra debe mantenerse fría durante la operación de corte para evitar cambio microestructural por transformaciones de fase.
3. Esmerilado burdo o tosco. Siempre que sea posible, la muestra debe ser de un tamaño fácil de manipular. Una muestra blanda se puede aplanar si se mueve lentamente hacia arriba y hacia abajo a través de la superficie de una lima plana poco áspera. La muestra blanda o dura puede esmerilarse burdamente sobre una lija de banda (rotatoria), manteniendo la muestra fría sumergiéndola frecuentemente en agua durante la operación de esmerilado. En todas las operaciones de esmerilado y pulido, la muestra debe moverse en sentido perpendicular a las rayaduras existentes. Esto facilitará darse cuenta del momento en que las rayaduras más profundas hayan sido sustituidas por las menos profundas, características del abrasivo más fino. El esmerilado continúa hasta que la superficie quede plana y libre de mellas, rebabas, etc., y todas las rayaduras debidas al corte manual o al disco cortador no son visibles.
3. Montaje de la Muestra Existen dos tipos de montaje: Montaje Mecánico y Montaje en Plástico. El primero es un montaje que se hace en abrazaderas de diferentes tipos, es un tipo de montaje sencillo, pues no requiere maquinaria especializada. El Montaje en Plástico, es el tipo de montaje más usado y básicamente se usan dos formas para montaje en plástico: Moldeo en frío: Se realiza vertiendo encima de la muestra, dos mezclas liquidas poliméricas que se solidifican al reaccionar a temperatura ambiente. Moldeo por compresión o montaje en caliente: Requiere de calor, presión y por tanto algún tipo de prensa especializada. Las muestras pequeñas o de forma incómoda deben montarse en polímeros termoendurecibles para facilitar el pulido intermedio y final. Alambres, varillas pequeñas, muestras de hoja metálica, secciones delgadas, etc.. También se utiliza para analizar metales con recubrimientos especiales. Este polímero protege los bordes los cuales se desprenderían en los procesos de pulido si no se ha montado. El montaje se realiza para facilitar las posteriores operaciones de pulido. Estos polímeros son muy resistentes a la acción de los reactivos de ataque que se emplean comúnmente. El polímero mas empleado es la baquelita la cual se adquiere en diferentes colores para simplificar la identificación de las muestras montadas. Estos polímeros vienen generalmente en forma de polvo o preformas. Los polímeros termoendurecibles junto con la muestra metálica se colocan en el cilindro de la prensa de montar. La temperatura aumenta gradualmente hasta 150°C y se aplica una presión de moldeo de unas 4000 lbs/pulg² simultáneamente. Una vez que la baquelita está adherida y curada se alcanza esta temperatura, la base con la muestra puede extraerse del dado de moldeo mientras está caliente. 5.
Pulido grueso
Después de montada, si el tamaño de la muestra así lo exige o si se debe evaluar el recubrimiento, la muestra se pule sobre una serie de lijas con abrasivos como por ejemplo carburo de silicio. El primer papel es generalmente Nº 120, luego 220, 320, 400, 500 y finalmente 600. La muestra debe moverse en sentido perpendicular a las rayaduras (90 grados) y debe enfriarse con agua para evitar transformaciones de fase.
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Pulido fino.
El tiempo utilizado y el éxito del pulido fino dependen en mucho del cuidado puesto durante los pasos de pulido previo. La última aproximación a una superficie plana libre de rayaduras se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño especial cargado con partículas abrasivas cuidadosamente seleccionadas en su tamaño. Existe gran disponibilidad de abrasivos para efectuar el último pulido. En tanto que muchos harán un trabajo satisfactorio, parece haber preferencia por la forma gamma del óxido de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los basados en cobre, y óxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. Otros abrasivos para pulido final que se emplean a menudo son la pasta de diamante, óxido de cromo y óxido de magnesio. La selección de un paño para pulir depende del material que vaya a pulirse y el propósito del estudio metalográfico. Se pueden encontrar paños de lanilla o pelillo variable, desde aquellos que no tienen pelillo (como la seda) hasta aquellos de pelillo intermedio (como paño ancho, paño de brillar y lanilla) además de aquellos de pelillo profundo (como el terciopelo). También se pueden encontrar paños sintéticos para pulir con fines de pulido general, de los cuales el Gamal y el Micropaño son los que se utilizan más ampliamente. Una muestra pulida en forma adecuada mostrará únicamente las inclusiones no metálicas; además, estará libre de rayaduras. Es importante no contaminar el paño con probetas de materiales duros (ferrosos) si se están puliendo materiales blandos (no ferrosos), o viceversa, debido a que para el primer caso la partícula de metal duro raya el blando, o para el segundo caso, las partículas de material blando se incrustan en el duro.
ACTIVIDADES DEL ESTUDIANTE En el informe de laboratorio el estudiante debe reportar 1. Muestre Imágenes de las diferentes tipos de chispa y diga a qué tipo de acero corresponde, composición y mencione la configuración de cada una de estas chispa, además consiga aquellas que revelan tratamientos térmicos (mínimo 10 imágenes). 2. ¿Qué tipo de metales no presentan chispas? 3. ¿Cuál es el objetivo del Encapsulado y Pulido de la Probeta Metalográfica? 4. Mencione los diferentes abrasivos usados para el Pulido Metalográfico y cuál será el empleado en las prácticas de Laboratorio del Curso? 5. ¡Cuáles son los defectos mas comunes durante el pulido y por qué se presentan?
BIBLIOGRAFÍA
Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Donal Thomson, Cuarta Edición.
R.
Askeland,
México D.F.
Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Williams Smith, México D.F., Mc Graw Hill, Cuarta Edición.
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Metalografía, Protocolo, Curso de Materiales, Edición 2011, Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, Facultad de Ingeniería Industrial. http://www.alexandersaavedra.com/2010/06/identificacion-de-metales-por-pruebade.html http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/mecanica-ingenieria/ciencia-de-losmateriales/2014/ii/guia-1.pdf https://chirinossilvaroger.files.wordpress.com/2015/10/metalografia_procedimiento. pdf
