Denominación: E 3 – E112 – E7 Jorge Cárdenas García .
METALOGRAFIA Jorge Cárdenas García e-mail:
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1 INTRODUCCIÓN
E 12 1245 45 Pr Prác ácti tica ca pa para ra de dete term rmin inar ar la in incl clus usió ión n o la Segunda Contenido fase constituyente de los metales por automático de la imagen Análisis
El principal objetivo de los exámenes metalográficos es dar a conocer las componentes y la estructura de los metales y sus aleaciones por medio de un electrón de la luz visibl visible e o de explor exploraci ación ón micros microscop copio. io. En casos casos especi especiale ales, s, el objeti objetivo vo del examen examen puede puede requer requerir ir el desarrollo de los menos detalles que en otros casos pero, pero, en casi casi todas todas las condic condicion iones, es, la selecc selección ión y preparación preparación de la muestra muestra es de gran importancia. importancia. A causa de la diversidad en los equipos disponibles y la amplia amplia varied variedad ad de los proble problemas mas encont encontrad rados, os, el sigu siguie ient nte e text texto o pres presen enta ta para para la orie orient ntac ació ión n de la meta metall llog ogra raph pher er sólo sólo aque aquell llas as prác prácti tica cas s que que la experiencia ha demostrado son en general satisfactorios, no puede y no describe las variaciones en la técni écnica ca nece necesa sari ria a para para reso resolv lver er prob probllemas emas individuales de preparación de muestras.
E 1268 Prá Prácti ctica ca par para a evalua evaluarr el grado grado de ban bandas das u Orientación de las microestructuras E 1558 Gu Guíía metalográficos
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3 METALOGRAFÍA La metalografía es la ciencia que estudia las cara caract cter erís ísti tica cas s micr micro o estr estruc uctu tura rall o cons consti titu tuti tivo vo de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas, químicas y mecánicas.
NOTA NOTA 1-Pa 1-Para ra una una desc descri ripc pció ión n más más exte extens nsa a de vari varios os metalo metalográ gráfic fico o técnic técnicas, as, se refier refieren en a Samue Samuels, ls, LE, LE, pulido pulido metalo metalográ gráfic fico o de mecáni mecánica ca Los método métodos s de la Socied Sociedad ad Norteamericana de Metales (ASM) Metales, Metales , OH, tercero Ed, 1982;. 1982;. Petzow, Petzow, G., Grabado Grabado metalográf metalográfico, ico, ASM, 1978; y Vander Voort, G., Metalografía: Principios y Práctica , McGraw Hill, Nueva York, 2 ª Ed., 1999.
Mucha Mucha es la inform informaci ación ón que puede puede sumini suministr strar ar un examen metalográfico, para ello es necesario obtener muestras muestras que sean representat representativas ivas y que no presenten presenten altera alteracio ciones nes debida debidas s a la extrac extracció ción n y/o prepar preparaci ación ón metalográfica.
Los pasos a seguir para una preparación metalográfica son los siguientes: 3.1 CORTE METALOGRÁFICO
2 DUCUMENTOS DE REFERENCIA 2.1 DE LA NORMA ASTM : A 90 / A 90M Método de prueba para el peso [masa] del revestimiento en Hierro y acero con zinc o artículos recubrimientos de aleación zinc. E 7 Terminología relacionada con Metalografía E 45 Métodos de prueba para determinar el contenido de inclusión de acero E 340 Método de prueba para Macroetching Metales y Aleaciones
Figura 1, Cortadora metalográfica
Cortar la muestra con una cortadora o micro-cortadora metalo metalográ gráfic fica: a: es un equipo equipo capaz de cortar cortar con un disco especial de corte por abrasión, mientras suministra un gran gran caud caudal al de refr refrig iger eran ante te,, evit evitan ando do así así el sobrecalentamiento de la muestra. De este modo, no se alteran las condiciones microestructurales de la misma.
E 407 Práctica de Metales y Aleaciones micro grabado E 76 768 8 Gu Guía ía pa para ra la pr prep epar arac ació ión n y ev eval alua uaci ción ón de muestras para Evaluación de la inclusión automática de acero E 1077 Mét Método odos s de pru prueba eba par para a la est estima imació ción n de la profundidad de descarburación Las muestras de acero E 1122 Práctica para obtener calificaciones JK inclusión con Análisis2 automática de la imagen
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3.2 INCLUIDO METALOGRÁFICO
La etapa del pulimento es ejecutada en general con paños macizos colocados sobre platos giratorios circulares, sobre los cuales son depositadas pequeñas cantidades de abrasivos, en general diamante industrial en polvo fino o bien en suspensión, con granulometrías como por ejemplo de 10, 6, 3, 1, y 0,25 micras El pulido se realiza sujetando la muestra a tratar con la mano o bien mediante un cabezal automático para pulir varias muestras a la vez. El cabezal automático ejerce una presión pre-configurada hacia el disco o paño de desbaste o pulido durante un tiempo concreto. Estos parámetros deben ser configurados según tipo de material (dureza, estado del pulido, etc...) Opcionalmente existen sistemas con dosificador automático de suspensión diamantada.
Figura 2, Incluidora metalográfica
La muestra cortada se incluye en resina para su mejor tratamiento posterior y almacenado. La inclusión se puede realizar mediante resina en frío: normalmente dos componentes, resina en polvo y un catalizador en líquido, o bien en caliente: mediante una incluidora, que, mediante una resistencia interior calienta la resina (monocomponente) hasta que se deshace. La misma máquina tiene la capacidad de enfriar la muestra, por lo que es un proceso recomendado en caso de requerimientos de muchas muestras al cabo del día.
3.5 ATAQUE QUÍMICO 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. Una guía de los ataques químicos utilizados para revelar las fases y micro constituyentes de metales y aleaciones se pueden ver en la norma ASTM E407 - 07 Standard Practice for Microetching Metals and Alloys
3.4 PULIDO METALOGRÁFICO Se usa el equipo Desbastadora o Pulidora Metalográfica, se prepara la superficie del material, en su primera fase denominada Desbaste Grueso, donde se desbasta la superficie de la muestra con papel de lija, de manera uniforme y así sucesivamente disminuyendo el tamaño de grano (Nº de papel de lija) hasta llegar al papel de menor tamaño de grano. Una vez obtenido el último pulido con el papel de lija de tamaño de grano más pequeño. Al inicio de la segunda fase de pulido denominada Desbaste Fino,en la que se requiere de una superficie plana libre de ralladuras la cual se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño especial cargado con partículas abrasivas cuidadosamente seleccionadas en su tamaño para ello existen gran posibilidad de abrasivos para efectuar el ultimo pulido; en tanto que muchos harán un trabajo satisfactorio parece haber preferencia por la gama de óxidos de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los basados en cobre y óxido de cerio para pulir aluminio, magnesia y sus aleaciones.
3.6 MICROSCOPIO Utilización de lupas estereoscópicas (que favorecen la profundidad de foco y permiten por tanto, visión tridimensional del área observada) con aumentos que pueden variar de 5x a 64X 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 50x y 2000x . 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. Existe una norma internacional ASTM E3-01 Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens que trata sobre las correctas técnicas de preparación de muestras metalográficas.
4 CEMENTACIÓN. La cementación es un tratamiento termoquímico que se realiza al acero de bajo carbono (menos del 0.25%) que no está templado con el objetivo de enriquecer en carbono (más del 0.8 %) la capa superficial. Consiste en someter la pieza a un ambiente rico en
Figura 3, Pulidora metalográfica
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Denominación: E 3 – E112 – E7 Jorge Cárdenas García . carbono elemental a altas temperaturas (900-950 oC), para que se produzca su difusión dentro del material de la pieza. Gracias a la cementación la pieza tendrá dos capas: superficie cementada y núcleo sin cementar. Después de la cementación la pieza se somete a temple y revenido a bajas temperaturas. El núcleo, debido al bajo contenido de carbono, no admite temple, queda tenaz y puede trabajar bajo cargas dinámicas, y la zona periférica adquiera temple a una profundidad de cerca de 1 mm haciéndose resistente al desgaste por rozamiento. La cementación puede hacerse por dos vías: • •
Cementación en medio sólido. Cementación gaseosa.
4.1 Cementación en medio sólido. Para la cementación en medio sólido, las piezas limpias y libres de óxidos se colocan en la mezcla de cementación, dentro de cajas de chapas de acero soldadas y selladas. Estas cajas se cargan luego al horno de cementación, y se mantienen ahí durante varias horas a una temperatura entre 900 y 950 oC hasta obtener la profundidad de la capa de difusión deseada. Como mezcla de cementación se puede utilizar la de 7080 % de carbón vegetal finamente pulverizado, con 2030 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de bario (BaCO3); carbonato de sodio (Na2CO3) ó carbonato de potasio (K2CO3) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario para la cementación. Para el sellaje de la tapa de la caja de cementación puede utilizarse una masilla hecha con arena de fundición mezclada con silicato de sodio (vidrio soluble).
4.2 Cementación gaseosa. La cementación gaseosa necesita de un equipo especial más complicado y se aplica a la producción en masa de piezas cementadas. Esta cementación tiene ventajas considerables con respecto a la cementación en medio sólido; el proceso es dos o tres veces más rápido, la tecnología es menos perjudicial a la salud, y las propiedades del núcleo sin cementar resultan mejores debido al menor crecimiento del grano. El proceso se realiza en hornos especiales, en cuyo interior se inyecta como gas cementante algún hidrocarburo saturado tales como metano, butano, propano y otros. Al calentar a unos 900-970 oC se desprende el carbono elemental que cementa el acero. Por ejemplo al calentar metano CH4
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C
+
2H2
3
