Informe: Ensayo Metalográfico UNI FIM

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA FIM

 META  METALOGRAFIA OPTICA

CURSO:

CIENCIA DE LOS MATERIALES

PROF PROFES ESO OR:

SAMP SAMPEN EN ALQ LQUI UIZA ZAR R LU LUIS ALBER LBERT TO

INTEGRANTES: • • • •

REYNOSO GODOY RONALD BRUNO VILLUGAS PERCY TRUJILLO ROMAN HARVEY COSME MONTAÑEZ RAY

1. OBJETIVOS:

SECCION: C

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Preparar adecuadamente una muestra para ser sometida a observación metalogr!ica. "onocer los e#uipos involucrados en un estudio metalogr!ico.  $d#uirir algunas nociones acerca de las propiedades de las !ases presentes en las aleaciones %ierro&carbono. Establecer di!erencias visuales entre cada una de estas !ases en base a las imgenes observadas por medio del microcopio óptico. Estimar' en base a las !otogra!(as captadas en el laboratorio' el contenido de carbono de los materiales estudiados.

). *+,-$E,TO TE/0I"O a metalogra!(a consiste en el estudio de la constitución 2 la estructura de los metales 2 las aleaciones. a !orma ms sencilla de %acerlo es e3aminando las super!icies metlicas a simple vista' pudiendo determinar de esta !orma las caracter(sticas microscópicas. Este e3amen se denomina macrogr!ico 2 de ellos se e3traen datos sobre los tratamientos mecnicos su!ridos por el material' es decir poder determinar si el material !ue tre!ilado' laminado' !or4ado' etc.' comprobar la distribución de de!ectos como grietas super!iciales' de !or4a ' rec%upes' partes soldadas' etc. os e3menes macroscópicos se reali5an generalmente sin preparación especial' pero a veces es necesaria una cuidadosa preparación de la super!icie para poner de mani!iesto las caracter(sticas macroscópicas. El e3amen microgr!ico es una t6cnica ms avan5ada 2 se basa en la ampli!icación de la super!icie mediante instrumentos ópticos 7microscopio8 para observar las caracter(sticas estructurales microscópicas 7microestructura8. Este tipo de e3amen permite reali5ar el estudio o controlar el proceso t6rmico al #ue %a sido sometido un metal' debido a #ue los mismos nos ponen en evidencia la estructura o los cambios estructurales #ue su!ren en dic%o proceso. "omo consecuencia de ello tambi6n es posible deducir las variaciones #ue e3perimentan sus propiedades mecnicas 7dependiendo de los constitu2entes metalogr!icos presentes en la estructura8. os estudios ópticos microscópicos producen resultados #ue no solo son 9tiles a los investigadores sino tambi6n a los ingenieros. El e3amen de la microestructura es mu2 9til para determinar si un metal o aleación satis!ace las especi!icaciones en relación a traba4os mecnicos anteriores' tratamientos t6rmicos 2 composición general. a microestructura es un instrumento para anali5ar las !allas metlicas 2 para controlar procesos industriales. Para un estudio de la estructura microscópica se necesita una preparación a9n ms cuidadosa de la super!icie. ,o obstante el procedimiento de preparación de la super!icie es bsicamente el mismo para ambos ensa2os metalogr!icos. Esta e3periencia delinea una !orma de preparar muestras pe#ueas 7de acero blando8 con el !in de reali5ar un e3amen metalogr!ico. os cuatro pasos bsicos #ue se re#uieren para preparar la super!icie para su observación son: 18 "orte transversal. ,

)8 onta4e. ;8 -esbaste 2 pulido. <8 $ta#ue. os pasos a seguir en el procedimiento de preparación es el mismo para todos los materiales di!iriendo solo las %erramientas de corte 2 el grado de !inura de los papeles de esmeril' seg9n la dure5a del material. El reactivo de ata#ue a utili5ar depende del tipo de aleación. PROCEDIMIENTOS PARA PREPARAR LA MUESTRA Corte transversal: Por lo general' se deben cortar varios tro5os pe#ueos del material a e3aminar. a ubicación de las muestras 2 la !orma en #ue se corten a!ectarn los resultados 2 su interpretación. -ependiendo del tipo de pie5a a e3aminar es la 5ona donde se e!ectuara la muestra. ,o e3iste una regla !i4a #ue determine el lugar a elegir. os criterios var(an. Por  e4emplo: Si se estudian per!iles o barras laminadas' deben e3traerse probetas de sus e3tremos 2 parte media. Por e4emplo' una varilla de acero estirado en !r(o puede cortarse de tal !orma #ue #uede e3puesta una sección transversal o una longitudinal' 2 ambas secciones variarn notablemente su aspecto. En el caso del acero 72 de algunas otras aleaciones8' es necesario evitar el calentamiento de la muestra al %acer el corte. -ado #ue el material a e3aminar es un acero blando 7acero al carbono recocido' aleaciones livianas8' el corte se reali5ara con una sierra a mano 2 de diente grande. 7ientras ms blando sea el material' mas grande debe ser el diente de la sierra a utili5ar' con el ob4eto de #ue la viruta se !cilmente e3tra(da de la 5ona de corte' evitando #ue al agruparse se ad%iera a la super!icie a estudiar' !alseando la observación posterior.8 os materiales duros 7aceros aleados' templados' no !errosos endurecidos8 deben cortarse con discos abrasivos mu2 delgados de carbundum a altas velocidades 2 gran re!rigeración. os metales !rgiles como !undición blanca' aceros templados' bronces ricos en estao' etc.' pueden romperse con golpe de martillo para e3traer la probeta. •

Montaje Si la muestra #ue va a e3aminarse es lo su!icientemente grande como para #ue pueda su4etarse bien con la mano' no es necesario montarla. Siempre #ue se pueda se eligen probetas de )= 3 )= mm 2 alturas de 1> mm. ,o obstante la ma2or(a de las veces la muestra es demasiado pe#uea como para #ue pueda sostenerse de esta !orma 7por e4emplo un tramo de varilla' alambre' lmina8' mientras se esmerila o pule. El monta4e puede e!ectuarse de varias maneras. "on su4etadores tipo tena5as 7!igura de la i5#uierda8. a muestra puede tambi6n encerrarse en una resina epó3ica de dos compuestos' #ue se solidi!ican despu6s de #ue se me5clan 2 vac(an? asimismo pueden usarse resinas termoplsticas transparentes. $l emplear esta t6cnica' la muestra se coloca en el molde con plstico en polvo' luego se aplican presión 2 calor' %asta #ue el •

plstico se suavi5a 2 densi!ica. El en!riamiento se logra a presión' %asta #ue el plstico se endurece' 2 por 9ltimo se saca del molde el ob4eto 2a montado. En la !igura de la derec%a se muestra un monta4e de molde t(pico 2 a continuación se escribe el procedimiento a seguir. a super!icie de la muestra #ue va a e3aminarse se coloca cara aba4o sobre la placa de base 2 el cilindro se desli5a sobre la muestra 2 la placa. uego se llena el cilindro con ba#uelita' %asta la mitad o )@; de su volumen. Puesto #ue la ba#uelita se compacta' pero la muestra no cambia de tamao' es necesario llenar a ma2or altura cuando la muestra es pe#uea' #ue cuando es grande' a !in de tener un monta4e con las dimensiones. -espu6s' el embolo se inserta en el cilindro 2 alrededor del ensambla4e se coloca un calentador o elemento t6rmico. uego' ambos se colocan entre las planc%as de una prensa 2 se inserta un termómetro a trav6s de un soporte' por la parte superior %asta el cilindro. a presión se e!ect9a mientras se contin9a el calentamiento. $ apro3imadamente 1<= A* 7=A"8' l a ba#uelita en polvo se suavi5a 2 entonces se reduce la presión. Esta debe mantenerse alrededor de ;> lb@plg) %asta #ue la temperatura llegue a 1
Desbaste y pulio

Desbaste !rueso Este se logra me4or en un esmeril %9medo de banco o en una acabadora de super!icies de bandas %9medas' usando bandas de granos 1)=' 1<=' 1=. El ob4etivo del esmerilado es obtener una super!icie plana' libre de toda %uella de marcas de %erramientas' 2 en la #ue todas las marcas del esmerilado sigan la misma dirección. Se puede esmerilar en seco a condición de no producir cambios estructurales por el calentamiento de la muestra. Tambi6n se deben evitar presiones e3cesivas #ue calienten o distorsionen la super!icie a observar. uego' la muestra se lava 2 se seca antes de pasar a la pró3ima etapa de esmerilado. Desbaste "ino  Este proceso se e!ect9a utili5ando granos cada ve5 mas !inos de li4a metalogr!ica para esmerilar. Se utili5an papeles de grano ;)= en adelante. a li4a se sostiene sobre una super!icie plana 2 dura' #ue puede ser acero o vidrio' 2 la muestra se pasa sobre el papel de li4a SI, seguir un movimiento rotatorio. "uando se termina de esmerilar con un papel de li4a' las marcas deben estar todas en la misma dirección.  $ntes de proseguir con la siguiente li4a ms !ina' deben lavarse la muestra como las manos del operario.  $%ora la muestra debe despla5arse en !orma tal #ue las ra2as %ec%as por las distintas li4as !ormen ngulos rectos con las del inmediatamente anterior. $s(' puede verse con

claridad si se %an eliminado las ra2as ms gruesas #ue se %icieron en la operación anterior. El desbaste se da por terminado cuando se obtiene una cara per!ectamente plana' con ra2as mu2 !inas en toda la super!icie' producidas en un solo sentido' por el papel de esmeril de ma2or !inura. "uando ms blando es el material' ma2or es la !inura del grano del papel de esmeril utili5ado en 9ltimo t6rmino. Pulio Se procede a %acer el pulido solo despu6s de lavar con sumo cuidado tanto las manos como la muestra' a !in de evitar cual#uier contaminación de la rueda de pulido. Este procedimiento se basa en el uso de una rueda cubierta con una tela' cargada con una suspensión de al9mina. $l principio' la muestra se sostiene en una posición sobre la rueda' sin %acerla girar' %asta #ue se %a2an eliminado la ma2or(a de las ra2as anteriores. uego puede %acerse girar con lentitud en sentido contrario al de rotación de la rueda' %asta #ue solo puedan verse las marcas de al9mina. a rotación de la muestra reduce a un m(nimo el peligro de !ormación de ranuras. a muestra se %ace girar con lentitud en sentido contrario al de giro de la rueda tendiendo a obtener una super!icie especular. Si los pasos descriptos se reali5an debidamente' este pulido no debe re#uerir ms de dos minutos. os resultados del pulido pueden me4orarse si esta 9ltima etapa de pulido se reali5a sobre la rueda girando a ba4a velocidad. Para pulir aceros dulces' casi siempre es conveniente usar una al9mina de grano ==. En otros metales 2 aleaciones pueden lograrse me4ores resultados si se acaba con al9mina reba4ada' ó3ido de magnesio' diamante en polvo o cual#uier otro tipo de compuesto pulidor #ue se dispone. El electropulido es adecuado para el acabado de gran numero de muestras id6nticas' puesto #ue re#uieren a4ustes 2 control cuidadoso. Por otro lado alguno de los me4ores electrolitos constitu2e un peligro de e3plosión. •

Ata#ue Este permite poner en evidencia la estructura del metal o aleación. E3isten diversos m6todos de ata#ue pero el ms utili5ado es el ata#ue #u(mico. El ata#ue #u(mico puede %acerse sumergiendo la muestra con cara pulida %acia arriba en un reactivo adecuado' o pasar sobre la cara pulida un algodón embebido en dic%o reactivo. uego se lava la probeta con agua' se en4uaga con alco%ol o 6ter 2 se seca en corriente de aire. El !undamento se basa en #ue el constitu2ente metalogr!ico de ma2or velocidad de reacción se ataca ms rpido 2 se ver ms oscuro al microscopio' 2 el menos atacable permanecer ms brillante' re!le4ar ms lu5 2 se ver ms brillante en el microscopio. Por otro lado' en los metales con un solo constitu2ente metalogr!ico' los l(mites de grano estn su4etos a ata#ues selectivos' puesto #ue representan 5onas de imper!ección cristalina e impure5as #ue aceleran el ata#ue local. $dems los granos con orientaciones distintas son atacados con di!erente intensidad' dado #ue esta di!erencia en la orientación provoca velocidades de ata#ue di!erentes. Se debe evitar el sobreata#ue' dado #ue la super!icie se puede manc%ar 2 tapar la estructura o producirse manc%as de corrosión. •

+n reactivo com9n utili5ado para atacar %ierros 2 aceros al carbono en general es el nital' #ue consiste en >D de cido n(trico concentrado en alco%ol et(lico 7en 1==cm; de alco%ol et(lico >D agregar > cm; de ,O;F concentrado8. Para su aplicación' el nital se vierte en un plato 2 la muestra 7lavada 2 secada previamente8 se !rota con un algodón impregnado en nital. Por lo com9n es adecuado de ; a > segundos para #ue el ata#ue #u(mico sea adecuado. El nital oscurece la perlita 2 pone de mani!iesto los bordes de la !errita. *errita 2 cementita blancos 2 perlita ms oscura 7laminas claras 2 oscuras seme4ante a una impresión digital8. Inmediatamente despu6s se lava la muestra con elevada agua corriente' se en4uaga con alco%ol 2 se seca mediante un golpe de aire. ;. EG+IPOS E I,ST0+E,TOS +S$-OS

MICROSCOPIO

ALCO&OL

PA$O DE %ILLAR

SECADORA

LI'AS

<. P0O"E-IIE,TO •

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arcar en la cara de la probeta #ue no va ser pulida dos rectas perpendiculares #ue se crucen en el centro de la super!icie. Empe5ar a traba4ar con la li4a de 1C= en la cara #ue ser pulida' reali5ando el es!uer5o en una misma dirección 7 se debe seguir la dirección de una de las rectas tra5adas8. 0epetir el paso anterior con las li4as de ;=' ==' C==' 1=== 2 1)== cambiando de dirección a seguir cuando se cambia de li4a. +na ve5 terminado de li4ar la probeta' se empie5a a pulir con al9mina sobre el pao de billar %aciendo un movimiento radial. Se ataca #u(micamente con el compuesto indicado para cada tipo de probeta. Se seca luego de %aber sido atacada por un tiempo de )= a )> segundos. Se observa el rea traba4ada con a2uda del microscopio.

>. OBSE0V$"IO,ES Para el ata#ue #u(mico' en el caso del "u se utili5o F,O ; diluido al ;=D El aumento del microscopio !ue de 1==H • •

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Para el acero en el ata#ue se uso )D ,ital 2 CD alco%ol a di!erencia del "u.

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+n ensa2o de metalogra!(a se reali5a con el !in de obtener toda la in!ormación #ue es posible encontrar en la estructura de los di!erentes materiales. Este ensa2o se reali5a con la a2uda de un microscopio en donde se observa la estructura de ciertas muestras' #ue nos permitirn concluir #ue tipo de aleación se tiene' contenido de carbono 7una apro3imación8 2 tamao de grano.

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+na ve5 se logra esto la muestra se podr relacionar con las propiedades !(sicas 2 mecnicas #ue se desean.

. 0E"OE,-$"IO,ES •

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En la etapa del ata#ue #u(mico' es importante saber e3actamente la concentración del #u(mico para as( calcular el tiempo de ata#ue. ientras se proced(a a li4ar la super!icie del metal es recomendable siempre limpiar con agua mas no con la mano. Para poder obtener la imagen en el microscopio' la super!icie del metal tiene #ue tener un solo plano.