METALOGRAFIA
La metalografía es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas. Mucha es la información que puede suministrar un examen metalográfico. En el variado sector de la investigación y del control de calidad a nivel industrial, la observación mediante el microscopio óptico y electrónico de la estructura de un material, es un medio de indagación indispensable para el conocimiento de las propiedades mecánicas, físicas y tecnológicas. Tales análisis pasan necesariamente a través de la preparación de una muestra según una metodología válida para todos los materiales sólidos (plásticos, composites, metales, cerámicas, minerales, vidrio, materiales biológicos, etc.)
OBJETIVOS DE LA METALOGRAFÍA
El objetivo más importante de la metalografía, es la realización de una reseña histórica del material buscando microestructura, inclusiones, tratamientos térmicos a los que haya sido sometido, microrechupes, con el fin de determinar si dicho material cumple con los requisitos para los cuales ha sido diseñado; además hallaremos la presencia de material fundido, forjado y laminado. Se conocerá la distribución de fases que componen la aleación y las inclusiones no metálicas, así como la presencia de segregaciones y otras heterogeneidades que tan profundamente puedan modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento general del metal. La preparación de la muestra Metalográfica es ya parte integrante del sistema de control de calidad en los procesos productivos y es por lo tanto fundamental, el concepto de producción económica de las muestras Metalográficas. Tal objetivo depende esencialmente de los siguientes factores: . Máquina utilizada. . Calidad de los materiales de consumo . Método de preparación.
EQUIPOS UTILIZADOS
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. Gracias al microscopio, observamos la estructura de ciertas muestras, que nos permitirán concluir que tipo de aleación se tiene, contenido de carbono y tamaño de grano. Para la realización de un ensayo metalográfico se requiere una gran tecnología y experiencia por que el proceso de análisis de las microfotografías es complejo, aunque se realice a simple vista ya que se debe tener un conocimiento amplio de la gran cantidad de casos que se pueden presentar. 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. Otros equipos utilizados son: Cortadora eléctrica de disco abrasivo, desbastadora eléctrica, Pulidora intermedia (lijas), pulidora de paño (pulido final), prensa para montaje metalográfico. Acerca de su funcionamiento hablaré de manera extensa en los pasos a seguir.
CORTADORA ELÉCTRICA
PRENSA DE MONTAJE
MICROSCOPIO METALOGRÁFICO
PULIDORA ELÉCTRICA
PASOS A SEGUIR PARA REALIZAR UN ENSAYO DE METALOGRAFÍA
Tradicionalmente, para la realización de las prácticas de metalografía se dividen las sesiones de prácticas en dos grandes grupos: un primer ciclo dedicado a la obtención y preparación de muestras (corte, montaje o encapsulado, lijado, pulido y ataque químico) junto al manejo básico de los equipos de obtención de imágenes (microscopios y accesorios) y un segundo orientado a la interpretación de las imágenes obtenidas en la mayor cantidad de muestras posibles. Preparar una muestra Metalográfica significa, partir desde la pieza inicial para llegar a obtener una porción de la misma con superficie perfectamente especular, lista para la observación microscópica, sin introducir ningún género de alteración térmica o estructural. Tal proceso se divide en cinco fases fundamentales:
1. CORTE. La primera fase de la preparación Metalográfica es el corte, que consiste en la preparación de una muestra representativa de la pieza a examinar. Esta operación no debe producir la más mínima alteración estructural durante el corte, por lo que debemos tener en cuenta lo siguiente: • •
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Hacer cortes paulatinos, es decir, con poca presión. Durante el corte, se debe refrigerar contínuamente con agua para regular la temperatura, eliminar los residuos del corte y evitar deformaciones en la estructura del material. Para cortar materiales suaves deben utilizarse los discos duros, y para cotar materiales duros deben utilizarse los discos suaves.
El resultado final es una superficie plana, de baja rugosidad, exenta de quemaduras y con la mínima deformación mecánica.
2. MONTAJE O ENCAPSULADO. Para que el manejo de la muestra sea más sencillo y seguro y además que al pulir no se pierda nada de las fronteras de la pieza se acostumbra a encapsularlas en resinas epóxicas, acrílicas o baquelita, que son materiales de alta dureza y muy buena resistencia mecánica y a la corrosión. Las finalidades del encapsulamiento son múltiples: Proteger las muestras frágiles ó con revestimiento superficial. Evitar el efecto de redondeo de los bordes de la muestra. Permiten manipular muestras muy pequeñas. • • •
Para el montaje deben tenerse en cuenta tres aspectos: presión, temperatura y tiempo. En el montaje se coloca la parte plana de la muestra en el cilindro de la prensa de montar, luego se le hecha la cantidad correcta de polvo de la
resina, que en este caso usaremos la baquelita, luego se baja y se aumenta gradualmente la temperatura hasta 150ºC y se aplica una presión de moldeo simultáneamente. Cuando la muestra está totalmente adherida y la resina curada, se extrae. A continuación veremos el cilindro de la prensa de montar:
3. PULIDO. •
Pulido grueso: Este se logra mejor en un esmeril húmedo de banco o en una acabadora de superficies de bandas húmedas, usando bandas de granos 120, 140, 160. El objetivo del esmerilado es obtener una superficie plana, libre de toda huella de marcas de herramientas, y en la que 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. También se deben evitar presiones excesivas que calienten o distorsionen la superficie a observar. Luego, la muestra se lava y se seca antes de pasar a la próxima etapa de esmerilado.
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Pulido fino: Este proceso se efectúa utilizando granos cada vez mas finos de lija metalográfica para esmerilar. Se utilizan papeles de grano 320 en adelante. La lija se sostiene sobre una superficie plana y dura, que puede ser acero o vidrio, y la muestra se pasa sobre el papel de lija sin seguir un movimiento rotatorio. Cuando se termina de esmerilar con un papel de lija, las marcas deben estar todas en la misma dirección, como se indica en la siguiente figura.
Antes de proseguir con la siguiente lija mas fina, deben lavarse tanto la muestra como las manos del operario. Ahora la muestra debe desplazarse en forma tal que las rayas hechas por las distintas lijas formen ángulos rectos con las del inmediatamente anterior. Así, puede verse con claridad si se han eliminado las rayas más gruesas que se hicieron en la operación anterior como lo vimos en la figura anterior. El desbaste se da por terminado cuando se obtiene una cara perfectamente plana, con rayas muy finas en toda la superficie, producidas en un solo sentido, por el papel de esmeril de mayor finura. Cuando mas blando es el material, mayor es la finura del grano del papel de esmeril utilizado en último término. •
Pulido Final: Se procede a hacer el pulido solo después de lavar con sumo cuidado tanto las manos como la muestra, a fin de evitar cualquier 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 alúmina. Al principio, la muestra se sostiene en una posición sobre la rueda, sin hacerla girar, hasta que se hayan eliminado la mayoría de las rayas anteriores. Luego puede hacerse girar con lentitud en sentido contrario al de rotación de la rueda, hasta que solo puedan verse las marcas de alúmina. La rotación de la muestra reduce a un mínimo el peligro de formación de ranuras. La muestra se hace girar con lentitud en sentido contrario al de giro de la rueda tendiendo a obtener una superficie especular. Si los pasos descriptos se realizan debidamente, este pulido no debe requerir más de dos minutos. Los resultados del pulido pueden mejorarse si esta última etapa de pulido se realiza sobre la rueda girando a baja velocidad.
4. ATAQUE QUÍMICO. Después del pulido, la superficie plana de una muestra metalográfica, observada al microscopio, se presenta sin contrastes apreciables. En tales condiciones pocas cosas, como las características estructurales del metal o aleación, pueden ser observadas. Mediante un reactivo en la superficie pulida se diferencian claramente las partes de la microestructura. Por tanto, el objetivo del ataque químico, es evidenciar la estructura, o bien permitir, a través de una acción selectiva, la diferenciación de los distintos componentes cristalinos de la aleación, ó por la diversa intensidad de la corrosión de los mismos ó por la diversa coloración de los productos de la reacción. Es obvio, por lo tanto que poniendo en contacto la superficie pulida con el reactivo químico, tanto la velocidad de la reacción (disolución) como el producto de la misma dependen de la naturaleza de los componentes, los cuales, a igual tiempo, serán atacados más ó menos. En las aleaciones compuestas de dos o más fases, las componentes se revelan cuando el reactivo ataca a uno o más de estos constituyentes debido a ala diferencia en composición química de las fases.
En las aleaciones uniformes se obtiene contraste y las fronteras de grano se hacen visibles debido a las diferencias en la rapidez a que los granos son atacados por el reactivo.
