Materiales 4. METALOGRAFÍA Final (1)

UNI – FIM CIENCIA DE LOS MATERIALES I INFORME 4 - METALOGRAFÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

CURSO

: CIENCIA DE LOS MATERIALES – I

PROFESOR

: INGENIERO EDMUNDO E. GUTIERREZ JAVE

TEMA

: ENSAYO DE METALOGRAFÍA

SECCIÓN

:D

INTEGRANTES:: INTEGRANTES CUBAS MASGO ALVARO JESÚS

20130057G

GÓMEZ LÁZARO CRISTIAN

20134125G

CICLO 2013 - 2 1


INTRODUCCIÓN La metalografía es parte de la metalurgia que estudia las características estructurales o de constitución de los metales o aleaciones, para relacionarlas con las propiedades físicas, mecánicas y químicas de los mismos. La importancia del ensayo metalográfico radica en que, aunque con ciertas limitaciones, es capaz de revelar la historia del tratamiento mecánico y térmico que ha sufrido el material. A través de este estudio se pueden determinar dete rminar características como el tamaño de grano, distribución de las fases que componen la aleación, inclusiones no metálicas como sopladuras, micro cavidades de contracción, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecánicas del metal. En general a partir de un examen metalográfico bien practicado es posible obtener un diagnóstico y/o propósito. El examen metalográfico puede realizarse antes de que la pieza sea destinada a un fin, a los efectos de prevenir inconvenientes durante su funcionamiento, o bien puede ser practicado sobre piezas que han fallado en su servicio, es decir, piezas que se han deformado, roto o gastado. En este estado la finalidad del examen es la determinación de la causa que produjo la anormalidad. Básicamente, el procedimiento que se realiza en un ensayo metalográfico incluye la extracción, preparación y ataque químico de la muestra, para terminar en la observación microscópica. Si bien la fase más importante de la metalografía es la obtención microscópica, la experiencia demuestra que poco se puede hacer si algunas de las operaciones previas se realizan deficientemente. Si la etapa de preparación no se realiza cuidadosamente es posible que se obtenga una superficie poco representativa del metal y sus características. Una preparación incorrecta puede arrancar inclusiones no metálicas, barrer las láminas de grafito en unas muestras de fundición, o modificar la distribución de fases si la muestra ha sufrido un calentamiento sobre excesivo.

2


INTRODUCCIÓN La metalografía es parte de la metalurgia que estudia las características estructurales o de constitución de los metales o aleaciones, para relacionarlas con las propiedades físicas, mecánicas y químicas de los mismos. La importancia del ensayo metalográfico radica en que, aunque con ciertas limitaciones, es capaz de revelar la historia del tratamiento mecánico y térmico que ha sufrido el material. A través de este estudio se pueden determinar dete rminar características como el tamaño de grano, distribución de las fases que componen la aleación, inclusiones no metálicas como sopladuras, micro cavidades de contracción, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecánicas del metal. En general a partir de un examen metalográfico bien practicado es posible obtener un diagnóstico y/o propósito. El examen metalográfico puede realizarse antes de que la pieza sea destinada a un fin, a los efectos de prevenir inconvenientes durante su funcionamiento, o bien puede ser practicado sobre piezas que han fallado en su servicio, es decir, piezas que se han deformado, roto o gastado. En este estado la finalidad del examen es la determinación de la causa que produjo la anormalidad. Básicamente, el procedimiento que se realiza en un ensayo metalográfico incluye la extracción, preparación y ataque químico de la muestra, para terminar en la observación microscópica. Si bien la fase más importante de la metalografía es la obtención microscópica, la experiencia demuestra que poco se puede hacer si algunas de las operaciones previas se realizan deficientemente. Si la etapa de preparación no se realiza cuidadosamente es posible que se obtenga una superficie poco representativa del metal y sus características. Una preparación incorrecta puede arrancar inclusiones no metálicas, barrer las láminas de grafito en unas muestras de fundición, o modificar la distribución de fases si la muestra ha sufrido un calentamiento sobre excesivo.

2


ÍNDICE

1. Introducción

2

2. Objetivos

4

3. Fundamentación teórica del tema

5

4. Realización del ensayo

8

5. Cálculos y resultados

16

6. Observaciones

27

7. Conclusiones

28

8. Recomendaciones

29

9. Bibliografía

30

10. Anexos

31

3


OBJETIVOS



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.

4


FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DEL TEMA Preparación de la probeta metalográfica La metalografía estudia la estructura microscópica de los metales y sus aleaciones. Antes de observar un metal al microscopio, es necesario acondicionar la muestra de manera que quede plana y pulida. Plana, porque los sistemas ópticos del microscopio tienen muy poca profundidad de campo y pulida porque así observaremos la estructura del metal y no las marcas originadas durante el corte u otros procesos previos. Las fases de preparación de la probeta metalográfica son las siguientes: 1. Corte de la muestra. 2. Montaje (opcional) 3. Desbaste 4. Pulido 5. Ataque químico o electrolítico.

Corte de la muestra El corte es un proceso en el que se produce calor, por fricción, y se raya el metal. Si el corte es muy agresivo, no veremos el metal que queremos estudiar sino la estructura resultante de la transformación sufrida por el mismo. Para reducir estos efectos al mínimo, hay que tener en cuenta las siguientes variables: lubricación, corte a bajas revoluciones y poca presión de la probeta sobre el disco de corte. Las cortadoras metalográficas están provistas de sistemas de refrigeración, regulación de la velocidad de giro del disco y de la presión de corte.

5


Desbaste Durante el proceso de desbaste se eliminan gran parte de las rayas producidas en el corte. Se realiza en una pulidora empleando discos abrasivos de distintos diámetros de partícula, cada vez más finos. Cada vez que se cambia de disco, es muy importante limpiar muy bien la probeta con agua abundante para eliminar los posibles restos de partículas del disco anterior, así evitamos que se produzcan rayas por partículas que hayan podido quedar del disco anterior cuando estamos trabajando con un disco de grano más fino.

Pulido Se realiza con paños especiales, del tipo de los tapices de billar. Como abrasivo, se puede utilizar polvo de diamante o alúmina. El primero se aplica con un aceite especial, para lubricar y extender la pasta de diamante y el segundo con agua. 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


Ataque químico En este punto la probeta es plana y está pulida, es un espejo. El ataque químico pondrá de manifiesto la estructura del metal ya que atacará los bordes de los granos y afectará de manera diferente a las distintas fases presentes en el metal. Para cada metal y aleación se utiliza un reactivo de ataque diferente. En el caso del acero el más utilizado es el NITAL, que se prepara disolviendo ácido nítrico en etanol. Cuando el acero es inoxidable se suele realizar un ataque electroquímico. En la fotografía aparece la probeta antes de ser tratada con Nital-5 (nítrico en etanol al 5%). Después del ataque perderá su brillo.

Microscopio metalográfico El microscopio metalográfico se diferencia del ordinario, fundamentalmente, en su sistema de iluminación. La luz no puede atravesar el metal y por tanto la luz entra en el objetivo después de ser reflejada en la probeta metálica. Los microscopios metalográficos suelen llevar un acoplador para montar una cámara fotográfica o de video ya que, para poder estudiar mejor la estructura del metal, se obtienen microfotografías. En la imagen puede verse la probeta sobre la pletina del microscopio, debajo están los objetivos y a la derecha la fuente de luz.

7


REALIZACIÓN DEL ENSAYO

Relación de máquinas, equipos, instrumentos, herramientas y materiales usados.

Ensayo de Metalografía. Probetas

1. 2. 3. 4. 5.

Aluminio Cobre trefilado y recocido Bronce Acero SAE 1010 Acero SAE1045

Sistema de goteo de agua

8


Secadora

Algodón

Un juego de lijas de las siguientes medidas: 180,

360, 600, 800, 1000, 1200,1500

9


Piceta con agua

Alúmina de aprox. 3 µm

Piceta conAlcohol

Nital (Ácido) al 2.5%

10


Pulidora

Microoscopio Metalográfico

11


Descripción del procedimiento del ensayo ordenado y sistemático.

1. Tomamos una de las probetas la cual está cortada en su sección transversal recta y le hacemos una marca en la cara que no va a ser usada, para guiarnos en la dirección que vamos a tomar para lijar y así evitar confusiones.

2. Frotamos su sección transversal en un papel abrasivo (lija de agua), que descansa sobre una lámina de vidrio, mientras le cae chorros suaves de agua, el grado de rugosidad del papel abrasivo variará según vayamos avanzando: P180, P360, P600, P800, P1000, P1200, P1500

12


3. Debe observarse que se formen líneas paralelas cada vez q ue se acabe de lijar con cada una de las lijas hasta que estas sean casi invisibles, teniendo en cuenta que cada vez que cambiamos del papel abrasivo rotábamos la pieza un ángulo de 90º.

4. Una vez concluida la secuencia con el papel abrasivo, lavamos bien la superficie trabajada para que no queden ningún tipo de partículas en este y posteriormente introducimos la probeta en un disco giratorio que contenía un paño al cual rociábamos

un

producto abrasivo en polvo (Alúmina) junto con pequeños chorros de agua, para que el paño pula aún más a la probeta. La probeta debe estar pulida al espejo.

5. Después

“atacamos” a la probeta, en la parte pulida con Nital

durante 8-12 segundos para aceros y con ácido nítrico al 70% para Cobre, Bronce y Aluminio durante 5-8 segundos

13


6.

Después de rociar a cada

probeta con el reactivo se lava probeta con agua por un momento. Luego secamos las probetas con la secadora teniendo en cuenta que la secadora no esté muy cerca de la probeta.

14


7. Finalmente observamos las probetas a través del

microscopio

metalográfico.

Este procedimiento se realiza para cada probeta.

CALCULOS Y RESULTADOS MATERIALES: (microfotografía)

15


Primero tomamos una muestra de 1 pulg 2 de la fotografía tomada en el laboratorio:

Luego resaltamos los granos para poder contarlos: Según el método ASTM 

INDICE DE GRANO: 

(

) 100





N = Numero de granos por pulgada cuadrada

−

=2

a=aumento n=índice de grano

a=200(aumento x200) Despejando:

(( 

= 1+

Del gráfico: 

= 8+



)  ) 100 2

10 2

……… (Φ)

= 13

Entonces, reemplazando N en (Φ): 

=1+

52 2



=6.7 16




TAMAÑO DE GRANO:

Longitud promedia en mm (TABLAS):0.0328mm Granos/mm2 (TABLAS): 701.4

FORMA DE GRANO: Columnares


Luego resaltamos los granos para poder contarlos: Según el método ASTM




(

) 100





−

=2

N = Numero de granos por pulgada cuadrada a=aumento n=índice de grano

17



(( 

= 1+



) ) 100 2

Del gráfico: 

= 9+

15 2

……… (Φ)

= 16




=1+

64 2



=7

TAMAÑO DE GRANO:

Longitud promedia en mm (TABLAS): 0.0391mm Granos/mm2 (TABLAS): 496.0

FORMA DE GRANO: Columnares


18




(

) 100






−

=2


a=200(aumento x200) Despejando: (( 

= 1+



) ) 100 2

……… (Φ)

Del gráfico:

8 = 3 + = 7 Entonces, reemplazando N en 2 (Φ): 





=1+

28 2



=5.8

TAMAÑO DE GRANO:

Longitud promedia en mm (TABLAS): 0.0391mm Granos/mm2 (TABLAS): 496 

FORMA DE GRANO: 19


Dendriticas






(

) 100





−

=2



= 1+



) ) 100 2

……… (Φ)

20


Del gráfico:  =

19 +

11 = 24.5 2




=1+

98 2

 =

7.61

TAMAÑO DE GRANO:

Longitud promedia en mm (TABLAS): 0.0232 mm Granos/mm2 (TABLAS): 1403 

FORMA DE GRANO:

Dendriticas

21





(

) 100






−

=2



= 1+



) ) 100 2

Del gráfico:  =

20 +

14 2

……… (Φ)

= 27


= 1+

108 2



= 7.75

22




TAMAÑO DE GRANO:

Longitud promedia en mm (TABLAS):0.0232mm Granos/mm2 (TABLAS): 1403 

FORMA DE GRANO:

Columnares





INDICE DE GRANO: 23




(

) 100






−

=2


a=200(aumento x200) Despejando: 

= 1+



)  ) 100 2

((

Del gráfico:  =

……… (Φ)

9

13 + = 17.5 2




=1+

70

 =

7.12

2

TAMAÑO DE GRANO:

Longitud promedia en mm (TABLAS):0.0276 mm Granos/mm2 (TABLAS): 992 

FORMA DE GRANO:

Equiaxial

24





(

) 100





−

=2



(( 

= 1+

Del gráfico: 



) ) 100 2

11 = 5 + = 10.5 2

……… (Φ)

25





=1+

42

 =

6.39

2

TAMAÑO DE GRANO:

Longitud promedia en mm (TABLAS):0.0328 mm Granos/mm2 (TABLAS): 701.4 

FORMA DE GRANO:

Equiaxial

26


OBSERVACIONES



Lijar en líneas no rectas hace que las grietas micrográficas vistas por el microscopio sean más notorias.



En el lijado, al cambiar de una lija no sucesiva la superficie se torna dispareja.



El pulido en forma prolongada hace que la superficie se torne como espejo, pero no hace que las grietas grandes desaparezcan.



Si dejas por mucho tiempo el pulido se formara oxido en la superficie para materiales corrosibles como los aceros SAE dados para esta experiencia.



Dejar mucho tiempo reposar sobre el ataque químico sin frotar con alcohol hace que se queme la probeta y no se pueda observar los cambios que supuestamente debería pasar.

27


CONCLUSIONES



Los bordes de grano son de gran importancia en la determinación de las propiedades de un material.



Se determina la relación: A mayor índice de grano menor tamaño de grano por lo tanto hay mayor resistencia mecánica esto se debe principalmente a que los límites de grano anclan las dislocaciones impidiendo el movimiento.



Análogamente también se determina: A menos índice de grano mayor tamaño de grano por los tanto hay menos resistencia mecánica.



Es posible observar en la micro fotografía los constituyentes principales ferrita (Feα) cementita (Fe3) perlita, etc.



Para poder observar claramente los granos de un material deben estar adecuadamente pulidos y haber realizado también un adecuado ataque químico yaqué de la cantidad de lo contrario nos e podría determinar los constituyentes ni el índice de grano de una material.

28


RECOMEDACIONES



La superficie de la probeta tiene que tener un nivel adecuado para poder realizar en forma correcta el lijado y por consiguiente el pulido.



Lijar y bien la superficie de donde se va realizar el ataque ya que de ello depende que se pueda reflejar en la microfotografía.



Realizar el lijado en un solo sentido y de manera uniforme respetando la sucesión de lijas que se les proporciono.



Al momento de realizar el pulido de la superficie formar líneas curvas en la máquina y en un solo sentido para poder obtener una superficie mucho más limpia y libre de imperfecciones.



No se debe presionar demasiado la probeta al momento de pulirla, ya que malograría la superficie abrasiva y daría el mismo resultado.



Respetar el tiempo de ataque para cada material y su respectivo reactivo ya que es muy importante.



Después del ataque frotar fuertemente con alcohol y algodón para que no se queme la probeta.

29


Bibliografía Donald Askeland, “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Editorial Thomson

Editores, 3era edición, 1998. William Callister, “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”,

Editorial Reverté S.A William F. Smith. “Fundamentos de ciencia e ingeniería de materiales”, Editorial

McGrawHill, 1998.

PÁGINAS DE INTERNET Guía de laboratorio. http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/mecanica-ingenieria/ciencia-de-losmateriales/2012/ii/guia-3.pdf Ensayo de metalografía. http://es.scribd.com/document_downloads/direct/71088955?extension=pdf&ft=134 9018130<=1349021740&uahk=gYXDm7T9tfPVgePc4Rn2HYv+6cw

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Materiales 4. METALOGRAFÍA Final (1)

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