UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA” COMPLEJO ACADEMICO PUNTO FIJO AREA DE TECNOLOGÍA UNEFM DEPARTAMENTO DE MECÁNICA Y TECNOLOGÍA DE LA PRODUCCIÓN CÁTEDRA: LABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES
PRACTICA Nº 4: PREPARACIÓN DE PROBETAS METALOFRÁFICAS I.- OBJETIVO GENERAL: Preparar probetas metalográficas usando las técnicas y procedimientos adecuados para luego estudiar la estructura micrográfica de los metales. OBJETIVOS ESPECIFICOS: 1. Que el estudiante conozca y aprenda a utilizar y mantener adecuadamente los diferentes equipos básicos a ser empleados en la preparación de probetas para análisis metalográficos. 2. Aprender a seleccionar el proceso de preparación más adecuado, en función del tipo de probeta a ser preparada. 3. Adquirir y desarrollar destrezas básicas requeridas para la correcta preparación de probetas metalográficas. II.- INTRODUCCIÓN: La metalografía es la rama de la metalurgia que evalúa micrográficamente la estructura de los metales y sus aleaciones, con la finalidad de identificar las fases presentes, su porcentaje y morfología y relacionar estas características con las propiedades químico-mecánicas del material. Este tipo de estudio tiene su aplicación, ya sea para verificar los requerimientos en las áreas de control de calidad de materia prima, piezas semi-terminadas o terminadas y
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equipos o componentes metálicos industriales; análisis de fallas de piezas y quipos o componentes metálicos. La preparación metalográfica de la zona a ensayar es de vital importancia para la obtención de una réplica de buena calidad que permita realizar análisis metalográficos confiables. Y para esto es necesario eliminar todo tipo de residuos abrasivos que provengan de desbastes o pulidos precedentes, así como cualquier tipo de contaminante externo. III.- FUNDAMENTOS TEÓRICOS: Metalografía: Se define como el estudio de la estructura interna de los metales y sus aleaciones, y su relación a su composición y a sus propiedades físicas y mecánicas. Corte abrasivo: Consiste en la separación o seccionado de un material utilizando discos con abrasivos específicos. Tipos: Discos de oxido de aluminio. Discos de carburo de silicio. Técnicas de corte abrasivo: Elegir correctamente el tipo de disco de acuerdo al material que se va a cortar. Sujetar firmemente la pieza a la mesa de corte. Al avanzar el disco hacia la pieza, debe ser lento. Utilizar velocidad de corte adecuada al disco. Utilizar refrigerante, si el corte es con disco de óxido de aluminio. Limpiar la máquina. Desbaste: Procedimiento mediante el cual se eliminan imperfecciones en la superficie de un metal, utilizando lijas de papel abrasivo de distintos tamaños de granos. Tipos: Grueso: Elimina imperfecciones proveniente del corte, utiliza equipo mecánico con lija de grano grueso normalmente de 80-120.
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Fino: Elimina rayas que se originan en el desbaste grueso, al pasar sucesivamente el material por una serie de lijas de grano decreciente 240-320-400 y 600. Equipos: Desbastadora de banda mecánica. Desbastadora manual. Desbastar piezas metálicas: Refrigerar adecuadamente. Sujetar firmemente la pieza. La pieza debe moverse, sobre toda la superficie de la lija. La presión sobre la lija es directamente proporcional al material a eliminar. Al cambiar de una lija a otra la muestra debe lijarse 90º. Las rayas que se obtienen en cada lija se utilizan en forma creciente. En el término de la última lija, la superficie debe estar libre de rayas. Pulido: Es la parte final de la preparación de una probeta metalográfica y tiene por objeto dejar una superficie completamente plana, libre de pequeños rasguños y con un brillo espejo. Tipos: Inicial o grueso (verde) Intermedio (rojo) Final (micro-cloth o terciopelo). Pulitura de piezas metálicas: Inicial o grueso: Sujetar firmemente la probeta girándola en sentido contrario al giro del disco, utilizar paño de Billar Verde y alúmina de 1 micra (µ). Intermedio: Utilizar para el segundo disco paño de fieltro rojo y alúmina de 0.3 micra. Pulido Final: Pulir finalmente utilizando paño de pelo fino (micro-cloth) y alúmina de 0.05 micra.
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Al pasar de un paño a otro lave la muestra con abundante agua, para eliminar los restos de abrasivos. Evitar tocar la superficie pulida con los dedos o manos. Para ello se usa una pulidora mecánica de discos giratorios con dispensador de agua. Ataques químicos: Es el proceso que permite el revelado de los detalles de la microestructura de un material. Tipos de ataques químicos: Por inmersión Por frotamiento. Por goteo. Por inmersión: Se introduce la superficie pulida en el reactivo. Por frotamiento: Con un gotero y sujetando la muestra con una pinza, se frota el reactivo. Por goteo: Con el gotero y sujetando la muestra con una pinza se agrega el reactivo. Técnicas: Agregar reactivo. Lavar con agua abundante. Agregar alcohol. Secar con una corriente de aire caliente. Precaución: Al preparar un reactivo, nunca agregar agua al ácido o alcohol al ácido, siempre al contrario.
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III.- MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR: MATERIALES Muestras diversas de aceros y aleaciones
EQUIPOS Desbastadora doble
ferrosas Lijas nº (240; 320; 400 y 600) Platos de pulitura (1 m; 0.3 m y 0.05 m) Alúmina levigada con tamaños de
Cortadora abrasiva Pulidora metalográfica
(1 m; 0.3 m y 0.05 m) Acido nítrico, acido sícrico, metanol
Limpiador ultrasónico
(o propanol) Bakelita Pinzas, guantes, lentes protectores
IV.- PROCEDIMIENTO: 1. Cada grupo seleccionará dos muestras diferentes. 1.1. Seccionar las muestras a un tamaño que facilite su manipulación, mediante la cortadora abrasiva, con inmersión. 2. La pieza será sometida a procedimientos técnicos para su preparación metalográfica. 2.1. Usar desbastadora doble sobre lija, el desbaste será proporcional al número de grano de lija. El desbaste se hará con movimientos de vaivén, aplicando sobre la probeta presión uniforme, por medio de los dedos, pulgar, índice y medio. Se usará como medio refrigerante el agua. Y cada vez que tenga que cambiar de lija según el número de grano lavar la probeta para evitar residuos que puedan contaminar lijas más finas.
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2.2. Usar lija de grano nº 80 para el desbaste grueso, hasta que se observen que las rayas superficiales estén orientadas en la misma dirección. La probeta no debe ser presionada excesivamente sobre la lija.
2.3. Desbaste grueso en lija nº 120, girar la probeta 90º antes de efectuar el desbaste de manera que las rayas superficiales queden en sentido contrario a la anterior. La operación concluirá una vez que no se observen las rayas obtenidas en el paso anterior (2.2).
2.4. Proceder al desbaste medio, lijando manualmente la probeta, empezando con lija de grano nº 240 y continuando con la nº 320, siguiendo con la lija 400 y 600 para el desbaste fino tomado en consideración la metodología empleado para el desbaste grueso (2.2 y 2.3). 2.5. Culminado el desbaste fino con lija nº 600, se lavará la probeta en agua, posteriormente será sumergida en un limpiador ultrasónico por unos 10-15 segundos. Después es nuevamente lavad en agua. Las rayas presentes en la superficie de la probeta deben ser apenas perceptibles a simple vista. Si hubiese alguna irregularidad (no es totalmente plano, es curvo, regresar al paso 2.3). Si se observan rayas profundas y en direcciones diferentes, deberán regresar al paso anterior. 2.6. Si la superficie obtenida es adecuada, se procederá a pulir, con la pulidora metalográfica de discos rotativos, asegurándose que la superficie del paño metalográfico esté en buen estado. 2.7. Para el pulido se empleará alúmina de (1, 0.3 y 0.05) micras según el pulido que se desee y un pequeño chorrito de agua. Colocar la probeta sobre el plato de rotación agarrándola firmemente, pero sin presionar fuertemente sobre el
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paño. Colocar la probeta en sentido contrario a la rotación del plato. Para disminuir la fricción y dispersar la suspensión de alúmina sobre el paño, recordar que cada vez que tenga que cambiar el paño, lavar con abundante agua. 2.8. Pulido grueso, se empezará usando suspensión de alúmina empleando el Paño Metalográfico Verde. No se debe observar ninguna raya a simple vista, de haber rayas, deberá proseguirse el pulido y si son profundas, deberá regresarse a las etapas de desbaste que las produjeron (2.2, 2.3 o 2.4). 3. Pulido fino, se empleará suspensión de alúmina de 0.3 micras y se utilizará el Paño Metalográfico Rojo según indicaciones dadas en los pasos 2.7 y 2.8. 3.1. Pulido superfino, se empleará suspensión de alúmina de 0.05 micras y Paño Metalográfico de Terciopelo según lo indicado anteriormente. Este paso debe omitirse para aleaciones de alta dureza. 3.2. Lavar la probeta según el paso 2.5 atomizar con alcohol isopropílico en su superficie y secar con aire caliente. Verificar que la probeta no presente manchas, de ser así regresar al paso 3.1. NOTA: No tocar la superficie pulida con la yema de los dedos o con algún otro objeto. Utilizar pinzas t tomarlas por los bordes.
3.3. Atacar química o electrolíticamente la probeta usando el reactivo correspondiente (Nital) a fin de revelar las fases de la microestructura. Si la probeta se observa oscura (quemada) se debe a un ataque excesivo y se debe regresar al paso 2.6 y repetir los pasos siguientes. 3.4. Se debe identificar cada probeta y guardarlas en un desecador al vacío, procurando no dañar la superficie pulida, la cual será analizada en la práctica Nº 5.
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VI.- PROCEDIMIENTO EN DIAGRAMA DE FLUJO:
INICIO
Seleccionar dos muestras Hacer desbastado con desbastadora doble e ir cambiando a lija
Lavar la muestra con agua antes de continuar desbastando NO Tiene residuo la probeta SI Pulir la probeta sobre el disco con un paño humedecido con alúmina y agua Cambiar el paño y lavar la probeta con abundante agua
Se observan rayas en la probeta SI
NO Lavar la probeta con agua y atomizar con alcohol y secar con aire caliente Atacar la probeta químicamente con el reactivo correspondiente Identificar la probeta y guardarla en un desecador al vacío FIN
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VI.- BIBLIOGRAFÍA •
LUGO, Maida. Guía de Piezas Metálicas. División de Apoyo Técnico.
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SYDNEY H. Avner. Introducción a la Metalurgia Física. Segunda Edición. Editorial McGraw Hill.
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CORREA, Luís Guillermo. Trabajo mecánico de los metales. 1985. Editado por Banco de la República. Bogotá, Colombia.
Ing. Celirys Morales.
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