TRABAJO DE LABORATORIO SEMESTRE 2016-I INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA DE LOS MATERIALES MATERIALES Tema: Preparación Metalográfca
Alumna: Morán Viale, Andrea Eunice Profesora: Rosalba Guerrero
Facultad de Ingeniería Uniersidad de Piura Piura ! "#
%$ PREPARA&I'( ME)A*+GRFI&A I.
Objetivos:
-eterminar, seg.n la microestructura obserada en cada material, las /ro/iedades 0ue /resenta este1 -eterminar características como el tama2o de grano, distribuci3n de las fases 0ue com/onen la aleaci3n, defectos cristalinos1
-eterminar los factores de los cuales de/ende el tama2o de grano de un material 4 conocer su in5uencia sobre las /ro/iedades mecánicas de este1 &onocer la /re/araci3n de una /robeta /ara su obseraci3n al microsco/io1 Identi6car los /asos 0ue se deben seguir /ara reali7ar un análisis metalográ6co1 Generar a /artir de un e8amen metalográ6co bien /racticado un diagn3stico 49o un /ron3stico1
II.
A/licar 4 conocer los ti/os de 0uímicos en el ata0ue a la su/er6cie de las /robetas1
Procedimiento, materiales y eqipos tili!ados Materiales: ". Probetas:
Probeta "; Probeta "% Probeta $ Probeta < Probeta "# Probeta "> )UD+ %1" )UD+ %1< *+ )UD+ ""
Acero con #1<%= de carbono1 *aminado en caliente1 Acero con #1<%= de carbono1 *aminado en caliente1 Austeni7ado 4 enfriado en agua desde >%#?&1 <= &, "1%=@i, #1"=@, Fe Aleaci3n &u con ;= @n, moldeada en arena1 Recocida a B##? durante dos Coras1 Acero con $1<= de carbono1 Redondo laminado1 Acero con #1#$= de carbono1 *aminado en caliente 4 normali7ado1 #1$;= &, #1;$= @i, #1%%= Mn, #1##>= P, #1##<= @, ;1>>= &r, #1#%>= (i, #1;B=
"1 *ias de $>#, ";#, <"#, ## <1 Pasta diamantada ;1 AlcoCol %1 @ecador 1 Reactios #qipos tili!ados: $1 Microsco/io metalográ6co
"1 Ma0uina /ulidora
Procedimiento:
I1 Pre/araci3n metalográ6ca @e diide en arias eta/as, de las cuales, solo el desbaste 4 el /ulido 6no se reali7aron en el laboratorio
@elecci3n 4 e8tracci3n de muestras -urante la e8tracci3n de la muestra es fundamental considerar el lugar de donde se e8traerá la /robeta 4 la forma en 0ue se Cará dicCa e8tracci3n1 En cuanto a la forma de e8tracci3n de la /robeta se debe tener en cuenta 0ue esta o/eraci3n debe reali7arse en condiciones tales 0ue no afecten la estructura su/er6cial de la misma1 Por lo tanto se debe cuidar 0ue la tem/eratura del material no se elee demasiado durante el /roceso de e8tracci3n /ara no deformarlo1
*a e8tracci3n se /uede Cacer con cierras de corte manual, o en el caso de /ie7as mu4 duras con cortadoras sensitias mu4 bien refrigeradas1 El tama2o recomendado de las /robetas, a/ro8imadamente, "# 8 "# 8$% mm1
Em/astillado &onsiste en embutir la /robeta en alg.n /roducto como la ba0uelita, de forma 0ue el conunto sea maneable manualmente o adecuado /ara insertarlos en los aloamientos de los dis/ositios de /re/araci3n1 @e reali7a las /re/araciones metalográ6ca manual cuando se trata de muestras /e0ue2as 0ue son difíciles de manear o suetar 4 cuando se /retende obserar la su/er6cie o borde de la /robeta1
-esbaste El desbaste consigue /oner al descubierto la su/er6cie del material, eliminando todo lo 0ue /udiera obstaculi7ar su e8amen, a la e7 0ue se obtiene una su/er6cie /lana con /e0ue2a rugosidad1 Para eliminar material de la su/er6cie de la muestra, se utili7an abrasios cada e7 con /artículas mas 6nas1 Esmerilado grueso: o @u obetio es eliminar la su/er6cie de la muestra 0ue fue deformada /or el /roceso anterior 4 lograr un solo /lano de /ulido /ara las eta/as /osteriores1 Abrasios de grano grueso H># <"#, discos o /a/eles abrasios al agua1 El agua: refrigera 4 elimina de la su/er6cie las /artículas de material tanto de la muestra como del abrasio1 Ra4as en una misma direcci3n1 Para cambiar de /a/el: se gira la muestra #? &ada fase será com/letada cuando desa/are7can todas las ra4as /roducidas /or el /aso del /a/el abrasio anterior1 El desbaste manual se reali7a en caas de desbaste donde se colocan ordenados, de i70uierda a derecCa, de ma4or a menor rugosidad, los /a/eles abrasios1 El desbaste /uede Cacerse manualmente, o mediante a/aratos 0ue se denominan deastadoras o liadoras1 @uele Cacerse en C.medo, /ara eitar los calentamientos 0ue /ueden modi6car la estructura de la /robeta1
Pulido 6no En el laboratorio, se utili73 una ma0uina /ulidora /ara reali7ar el /ulido 6no1 Para esta má0uina se /ueden utili7ar dos ti/os de /a2os: con /elo H/ana, tercio/elo, lanas 4 sin /elo Hseda natural1 @e debe elegir el 0ue más se ada/te al ti/o de material a e8aminar1 En cuanto a los abrasios /ueden ser: /asta de diamante, al.mina, alumdun, etc1 El abrasio com.nmente utili7ado es la al.mina, 0ue es o8ido de aluminio en /artículas &on diamante: En nuestro caso se us3 este ti/o1 @e utili7a /ara lograr una eliminaci3n efectia 4 rá/ida de material1 @e obtienen los meores resultados en cuanto a /lanitud1 @e reali7a en /a2os es/eciales colocados en /latos giratorios1 @e debe utili7ar lubricante Hetilenglicol1 En general la elecci3n del /a2o, tama2o de grano del diamante 4 el lubricante, de/enden del material a /ulir
Hde/enden de las /robetas dadas en el laboratorio1 En general se usa /olo de diamante de $ 4 < micras
II1
+bseraci3n sin ata0ue -es/uJs de reali7ar los /ulidos 6nales, se lle3 la muestra Cacia el microsco/io metalográ6co1 En esta eta/a del /rocedimiento se /ueden a/reciar las fases no metálicas 4 defectos 0ue Ca4 en la /robeta1
III1
Ata0ue 0uímico El ata0ue se reali7a sumergiendo la muestra metálica /ulida en una soluci3n ácida o básica dJbil 0ue ataca a la su/er6cie a una elocidad 0ue aría con la orientaci3n cristalina de la misma1 *os GRA(+@ de un metal tienen usualmente distintas orientaciones, los cristales ad4acentes se disuelen /or la soluci3n de ata0ue a diferentes /rofundidades, /roduciendo el efecto de alti/lano1 Estas su/er6cies no re5ean la lu7 en las lentes obetios de un microsco/io, 4 como resultado, se obserará la /osici3n de los límites de los GRA(+@1 Para la determinaci3n del reactio se tiene en consideraci3n al material 4 el obetio buscado /or el ata0ue1 E8isten las (+RMA@ A@)M E <#; Hmacroata0ue 4 E ;#B Hmicroata0ue1
III.
$esltados
Probeta %&' • •
PU*I-+: desde
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E* A)ALUEO Ferrita mas /erlita1
•
&+( A)ALUE:
@e atac3 sumergiJndolo $# segundos en (ital al "=1 Fisicamente: Al atacarlo se oscureci3 la /robeta1
En el microsco/io: *aminar de Ferrita mas /erlita1
Probeta %&( • • •
*IA-+: ## PU*I-+: desde
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E* A)ALUEO Ferrita mas /erlita
•
&+( A)ALUE: @e atac3 sumergiJndolo $# segundos en (ital al "=1 Fisicamente: Al atacarlo se oscureci3 la /robeta1 Microsco/io: @e asemea a la martensita1 -ebido a su enfriamiento rá/ido, no entra el diagrama de e0uilibrio1
Probeta " • •
PU*I-+: desde
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E* A)ALUEO @e es/eraba Gra6to
•
&+( A)ALUE: @e atac3 con (ital1
en
Fisicamente: Al atacarlo se oscureci3 la /robeta1 Microsco/io: @e e como una Cuella digital de manera laminar1 @e e la /arte metálica 4 la matri7 /erlita1 Probeta %) • • •
*IA-+: -esde ;## PU*I-+: desde
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E* A)ALUEO Un grano mu4 grande, /rinci/almente de &obre1
•
&+( A)ALUE: Inmersi3n durante un minuto en soluci3n alcoC3lica de cloruro fJrrico1 Fisicamente: A sim/le ista se /odía a/reciar el grano debido a su gran tama2o1 Microsco/io: @e en los grandes granos rodeados de una 7ona de distinto color 0ue rodea1
los
Probeta %&* • • •
*IA-+: ## PU*I-+: desde
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E*
A)ALUEO &ementita /erlita •
&+( A)ALUE: @e atac3 sumergiJndolo de " a % segundos en (ital al "=1 Fisicamente: Pe0ue2os /untos1 Microsco/io: @e /uede a/reciar laminas de /erlita1 Probeta %&+
• • •
*IA-+: ## PU*I-+: desde
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E* A)ALUEO Ferrita
•
&+( A)ALUE: @e atac3 sumergiJndolo $# segundos en (ital al "=1 Fisicamente: Al atacarlo se oscureci3 la /robeta1 Microsco/io: @e i3 un color blanco /or0ue Ca4 su6ciente sulfuro de carbono /ara formar /erlita1 Es decir, es ferrita /ura1 T-O (.&
• •
PU*I-+: $ K @I( A)ALUE: @e e una su/er6cie lisa con /e0ue2os /untos
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E* A)ALUEO
no
Ferrita mas /erlita •
&+( A)ALUE: @e atac3 con (ital1 Físicamente: Al atacarlo se oscureci3 la /robeta1 Microsco/io: @e obser3 lo 0ue se es/eraba, ferrita más /erlita con un tama2o de grano /e0ue2o T-O (.) /O
• •
PU*I-+: $ K @I( A)ALUE: @e e una su/er6cie lisa con /e0ue2os /untos
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E* A)ALUEO Ferrita como matri7 4 /erlita dis/ersa1
•
&+( A)ALUE: @e atac3 con (ital Físicamente: Al atacarlo se oscureci3 la /robeta1 Microsco/io: @e obtuo lo es/erado com/arando con el diagrama de e0uilibrio, diferencia de la /robeta anterior tubo, esta obtuo unos granos más grandes1 T-O 0&1&
• •
PU*I-+: $ K @I( A)ALUE: @e e una su/er6cie lisa con /e0ue2os /untos
•
LUN @E E@PERADA +D@ERVAR E( E* MI&R+@&+PI+ -E@PUE@ -E* A)ALUEO Ferrita como matri7 4 /erlita dis/ersa1
a
•
I2. $1
3iscsión de resltados E8/li0ue e inter/rete lo obserado en la /robeta $ sin ataqe1
"1
En la /robeta uno se obser3 unas líneas negras, esto es debido a 0ue Ca4 /resencia de gra6to1 @u matri7 es ferrita 4 contiene gra6to dis/erso, el no metal1 Esta /ertenece al diagrama estable
E8/li0ue e inter/rete lo obserado isualmente en la /robeta <, una e7 atacada1
<1
&+( A)ALUE: @e atac3 con (ital Físicamente: Al atacarlo se oscureci3 la /robeta1 Microsco/io: @e obtuo lo es/erado com/arando con el diagrama de e0uilibrio, a diferencia de las /robetas anteriores Qtubo, esta obtuo unos granos a.n más grandes1 Ferrita /arte blanca, /erlita oscura1
@e obseran unos granos mu4 grandes, tal así 0ue se /ueden obserar a sim/le ista1 Esta /robeta fue moldeada en arena /or lo tanto se obsera 0ue a sim/le ista los granos se encontraban distribuidos de manera radial, forma de dendritos, el material se uele /oroso1
En base a la com/osici3n 0uímica 4 a los datos de la lista de materiales, e8/li0ue 0uJ microestructura es/era encontrar en cada una de las /robetas1
@eg.n el diagrama de e0uilibrio metaestable /odemos decir 0ue:
o
o
o
o
o
Probeta "; H#1<%= &
FERRI)A MA@ PER*I)A
Probeta "% H#1<%=& PER*I)A
FERRI)A MA@
Probeta "# H$1<= & MA@ PER*I)A
&EME()I)A
Probeta "> H#1#$= & Probeta )ubo %1< Probeta )ubo %1" PER*I)A Probeta )ubo "1"
Probeta < H;= @n
Probeta $
FERRI)A
H#1$;= &
FERRI)A MA@
H<= &
;1
&on a4uda de bibliografía, identi60ue la microestructuras obseradas en el microsco/io1 Presente la imagen 4 la cita bibliográ6ca 0ue Ca usado /ara la identi6caci3n1 *a microestructura identi6cada es la 0ue es/eraba encontrarO
%1
Es0uematice las /robables curas de tracci3n de las /robetas "#, ">, ";, Cágalo en un mismo /lano /ara 0ue /ueda com/ararlos1 Fundamente su res/uesta1
1
Para las /robetas <, "#, ">, ";, "% 4 /robeta $: determine el /orcentae de fase matri7 a tem/eratura ambiente1
2.
4estionario $1 En 0uJ /robetas se obsera microestructura en bruto de colada Has castO &3mo lo deduce o reconoceO Muestre las micrografías1 LuJ forma de grano se obseraO "1 En 0uJ /robetas se obsera microestructura recristali7adaO Por 0uJO <1
LuJ ti/o de aleaci3n es la /robeta $O LuJ /ro/iedades suelen /resentar 4 /ara 0uJ a/licaciones tí/icas suelen usarseO
;1 -e acuerdo a la com/osici3n 0uímica, identi60ue el material de las /robetas Qtubo1 LuJ diferencias 49o semean7as encontr3 en las tres /robetasO Indi0ue a/licaciones tí/icas de este material1 Indi0ue las fortale7as 4 debilidades 0ue /resenta este ti/o de material %1 Identi60ue las familias de aceros a las 0ue /ertenecen las /robetas "#, ">, ";1 &uáles cree 0ue son sus diferencias o semean7as en cuanto a tenacidadO Es0uematice en un solo grá6co, las /osibles curas de resiliencia de los tres materiales1
2I.
4onclsiones
El e8amen metalográ6co /uede reali7arse antes de 0ue la /ie7a sea destinada a un 6n, a los efectos de /reenir inconenientes durante su funcionamiento, o bien /uede ser /racticado sobre /ie7as 0ue Can fallado en su sericio, es decir, /ie7as 0ue se Can deformado, roto o gastado1 En este caso la 6nalidad del e8amen es la determinaci3n de la causa 0ue /roduo la anormalidad1 Una e7 reali7ado el ata0ue 0uímico Hsometer la /robeta a un reactio se a/recian las untas de granoHsecci3n /lana1 *as o/eraciones a seguir /ara /re/arar la muestra son: corte, montae, desbaste 4 /ulido1 *uego se obsera lo obtenido en el microsco/io metalogra6co, /ara asegurarnos de Caber obtenido el acabado es/eo necesario /ara des/uJs reali7ar la /rueba adecuadamente mediante ata0ue 0uímico 4 lograr er la microestructura resultante1 Podemos reconocer las fases de acuerdo al reactio 0ue utilicemos, /or0ue, Jste /ermite 0ue unas ado/ten una coloraci3n distinta, lo cual resulta mu4 /roecCoso en el momento de diferenciarlas H/or ser de dierso color1 -ebido a 0ue los tama2os de grano no son isibles al oo Cumano, la metalografía re0uiere el em/leo de un microsco/io ca/a7 de alcan7ar grandes am/liaciones1
Además /odemos reconocer las fases, /or las características intrínsecas 0ue /resentan, con el reactio 4 conociendo los elementos bases 0ue conforman el material1 A /esar de tener el mismo /orcentae de carbono algunas /robetas /resentan distinta microestructura, esto da como conclusi3n 0ue de/ende de la forma de enfriado /ara er el tama2o 4 forma de granos1
Bibliografía • “Fundamentos de la Práctica Metalográfica”, Kehl • “Metalografía Microscópica Práctica”, Greaves • “ iencia de Materiales e !ngeniería Metal"rgica”, Pero# $an% • “ !ntroducción a la Metalurgia Física”, &vner • Metals 'and(oo), de la &$M “&tlas of microstructure” • &puntes de clase, capítulos *, *!, *!! + *!!!
