imforme de metalografia

Universidad Nacional de Ingeniera

Facultad de Ingeniería Mecánica

Ciencias de los Materiales

Cuarto Laboratorio

Ensayo de Metalografía

Condor Aranda Juan 20120124C

Sección: F

19/11/2012

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Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniería Mecánica

ÍndiceIntroducción..................................................................................................................3

Objetivos.......................................................................................................................4

Fundamento Teórico....................................................................................................5

Procedimiento.............................................................................................................10

Equipos e Instrumentos Utilizados.............................................................................14

Observaciones............................................................................................................17

Recomendaciones......................................................................................................18

Conclusiones..............................................................................................................19

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Introducción

La metalografía es la parte de la metalurgia que estudia las características

estructurales o de constitución de los metales y aleaciones, para relacionarlas con

las propiedades físicas, mecánicas y químicas de los mismos.

La importancia del examen 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 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 un pronóstico. 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 caso 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

observación microscópica, la experiencia demuestra que poco se puede hacer si

alguna de las operaciones previas se realiza 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 una

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muestra de fundición, o modificar la distribución de fases si la muestra ha sufrido un

sobrecalentamiento excesivo.

Objetivos

Relacionar las características estructurales de un metal o aleación con sus

propiedades físicas o mecánicas.

Comprender la importancia de los estudios metalográficos.

Conocer los equipos involucrados en un estudio metalográfico.. Conocer el tipo de material y su forma granular de acuerdo a una tabla de

comparación.

Determinar los factores de los cuales depende el tamaño de grano de un

material y conocer su influencia sobre las propiedades mecánicas de este.

Determinar por qué después del ataque se ven los límites de grano.

Aprender a reconocer que tipo de reactivo utilizar en cada uno.

Analizar detalladamente con el microscopio si en realidad existen los límites

de grano como se sabe por teoría.

Porque es importante no tocar el material con los dedos luego del secado.

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Fundamento Teórico

Metalografía:

Es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal

o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas. Un ensayo de

metalografía se realiza con el fin de obtener toda la información que es posible

encontrar en la estructura de los diferentes materiales.

Este ensayo se realiza con la ayuda de un microscopio en donde se observa la

estructura de ciertas muestras, que nos permitirán concluir que tipo de aleación se

tiene, el contenido de carbono (una aproximación) que posee y el tamaño de grano

de la muestra. Una vez que se logra esto; la muestra se podrá relacionar con las

propiedades físicas y mecánicas que se desean.

Uno de los objetivos más importantes de este tipo de prueba, es la realización de una

reseña histórica del material buscando micro estructura, inclusiones, tratamientos

térmicos a los que haya sido sometido, micro rechupes (Semi componentes

conformados en estado semisólido), con el fin de determinar si dicho material cumple

con los requisitos necesarios para los cuales ha sido diseñado; además hallaremos

la presencia de material fundido, forjado y laminado.

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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.

Para este ensayo se requiere una gran tecnología y experiencia por que el proceso

de análisis metalográfico es de gran cuidado y precisión.

El 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.

Mucha es la información que puede suministrar un

examen metalográfico. 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.

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.

Con un equipo denominado Devastadora y Pulidora

Metalográfica, se prepara la superficie del material, en su

primera fase denominada Desbaste Grueso, donde se devasta

la superficie de la muestra con papel de lija, de manera

uniforme y así sucesivamente disminuyendo el tamaño de

grano (numero de papel de lija) hasta llegar al papel de menor

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PULIDORA


tamaño de grano. Una vez obtenido el ultimo pulido con el papel de lija de tamaño de

grano más pequeño daremos el 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 par la forma gama

del oxido de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los basados en cobre y

óxido de cerio para pulir aluminio, magnesia y sus aleaciones.

Existe una norma internacional ASTM E 112 que trata sobre las correctas técnicas de

Metalografía.

Aleación CuZn30 (latón alfa)

TAMAÑO DE UN GRANO:

Una de las mediciones micro estructurales cuantitativas más comunes es aquella del

tamaño de grano de metales y aleaciones. Numerosos procedimientos han sido

desarrollados para estimar el tamaño de grano, estos procesos están sintetizados en

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detalle en la norma ASTM E112. Algunos tipos de tamaño de grano son medidos, de

acuerdo al tamaño de grano de la ferrita y el tamaño de grano de la austenita.

Cada tipo presenta problemas particulares asociados con la revelación de estos

bordes de manera que puede obtenerse un rango exacto. Los principales métodos

para la determinación del tamaño de grano recomendados por la ASTM (American

Society for Testing and Materials) son:

Método de comparación:

Mediante el método de prueba y error se encuentra un patrón que coincide con la

muestra en estudio y entonces se designa el tamaño de grano del metal por el

número correspondiente al número índice del patrón mixto; se tratan de manera

semejante, en cuyo caso se acostumbra especificar el tamaño de granos en términos

de dos números que denota el porcentaje aproximado de cada tamaño presente. El

método de comparación es más conveniente y bastante preciso en muestras de

granos de ejes iguales.

Método planimétrico:

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FERRITA AUSTENITA

http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-28.htm


Es el más antiguo procedimiento para medir el tamaño de grano de los metales. El

cual consiste en que un circulo de tamaño conocido (generalmente 19.8 mm f, 5000

mm2 de área) es extendido sobre una rnicrofotografia o usado como un patán sobre

una pantalla de proyección. Se cuenta el número de granos que están

completamente dentro del círculo n1 y el número de granos que interceptan el circulo

n2 para un conteo exacto los granos deben ser marcados cuando son contados lo

que hace lento este método.

Métodos de intercepción:

El método de intercepción es más rápido que el método planimétrico debido a que la

microfotografía o patrón no requiere marcas para obtener un conteo exacto. El

tamaño de grano se estima contando por medio de una pantalla dividida de vidrio, o

por fotomicrografía o sobre la propia muestra, el número de granos interceptados por

una o más líneas rectas. Los granos tocados por el extremo de una línea se cuentan

solo como medios granos. Las cuentas se hacen por lo menos en tres posiciones

distintas para lograr un promedio razonable. La longitud de líneas en milímetro,

dividida entre el número promedio de granos interceptados por ella da la longitud de

intersección promedio o diámetro de grano. El método de intersección se recomienda

especialmente para granos que no sean de ejes iguales.

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Procedimiento

1. Selección de la muestra.

Durante la extracción de la muestra es fundamental considerar el lugar de

donde se extraerá la probeta y la forma en que se hará dicha extracción.

Se debe tener en cuenta que no es indiferente el lugar de donde

se extraerá la muestra, según sea el objetivo del examen. Por ejemplo

cuando se trata de una pieza rota en servicio y el objeto del examen

es determinar las causas de dicha falla, la probeta debe extraerse, en

la medida de lo posible, de la zona puntual donde la pieza ha fallado. Esto

permitirá obtener la mayor información posible de las características del

material en dicha zona y así obtener mejores conclusiones sobre las

posibles causas de la falla.

2. Toma o corte de la muestra.

El corte de la probeta puede realizarse con seguetas, cortadora de cinta o

disco abrasivo, teniendo la precaución de evitar el calentamiento que

puede ocasionar alteraciones estructurales, por lo tanto no es conveniente

realizar el corte de la muestra con soplete oxiacetilénico.

Un caso extremo es el corte de probetas de plomo, que debe realizarse

con sierras-cintas para evitar el empaste de los dientes de la segueta y el

calentamiento excesivo.

Cuando sólo se dispone de pequeñas partes o grismas del metal tales

como alambres, tornillos, hilos y chapas de secciones delgadas es

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necesario montarlos en un material adecuado o sistema de sujeción que

haga posible su manejo durante la preparación.

3. preparación de la muestra

Se prepara la muestra de la siguiente manera.

- Usando la lija de menor grado se hacen movimientos suaves y hacia abajo

hasta formar rayas paralelas.

- Repetir el procedimiento anterior con las de más lijas, teniendo como con

sideración que las yayas trazadas con la siguiente lija sean perpendiculares a

las anteriores.

- Al llegar a la última lija se debe de observar que las líneas trazadas sean de

corta longitud ( menor al diámetro de la probeta), conseguido esto pasar al

siguiente paso.

- El proceso de pulido se llevara a cabo en un disco el cual deberá de tener

una franela humedecida e impregnada de un polvo especial que ayudara al

proceso de pulido.

4. Ataque de la muestra.

Algunos de los reactivos de ataque son los siguientes:

Acido pícrico (picral)

4 g. de ácido pícrico cristalizado,100 cm3, de alcohol etílico al 95%. Utilizable con

todos los aceros aleados, aceros especiales y fundición gris, así como para

estructuras particularmente finas. Oscurece la martensita, el ataque se prolonga

desde 10 segundos hasta unos cuantos minutos, si se desea un ataque más lento,

se sustituye el alcohol etílico por el amílico.

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Acido nítrico (nital)

4 cm3 de ácido nítrico concentrado (d= 1,4)100 cm3, de alcohol etílico al 95%

Resalta los diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos de los

aceros no aleados. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita

se ennegrece y la cementita se mantiene blanca.

Agua regia glicerinada

10 cm3 de ácido nítrico concentrado (d = 1,4)30 cm3 de ácido clorhídrico (d = 1,19)

30 cm3 de glicerina bidestilada

Pone de manifiesto las estructuras de los aceros especiales resistentes al calor y a la

corrosión y de las aleaciones de Ni-Cr. Puede calentarse la probeta en agua

hirviendo y también puede utilizarse el agua regia caliente.

Picrato sódico

2 g de ácido pícrico cristalizado100 cm 3 de solución acuosa de hidrato sádico a

25%. Descubre la cementita y los carburos complejos en los aceros especiales.Debe

usarse la solución recién preparada e hirviendo.La duración del ataque es de unos 5

a 10 minutos.

Ferrocianuro potásico alcalino

10 g. de ferrocianuro potásico10 g. de hidrato sódico100 cm3, agua destilada.

Destaca los carburos en los aceros rápidos y en los especiales resistentes al calor y

la corrosión. Se utiliza recién preparada y normalmente hirviendo, la duración del

ataque es de unos 5 a 10 minutos.

Ácido fluorhídrico

0,5 cm3 de ácido fluorhídrico al 40%99,5 cm3, de agua destilada.

Reactivo de uso general para mostrar la microestructura del acero. Se aplica frotando

con algodón hidrófilo durante unos 15 segundos.

Ácido sulfúrico

20 cm3, de ácido sulfúrico (d = 1,84)80 cm3, de agua destilada.

Pone de manifiesto los compuestos conteniendo hierro. Se aplica sumergiendo la

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probeta durante 30 segundos en el reactivo a 700C, y enfriando bruscamente en

agua.

Reactivo tríacido

1 cm3, de ácido fluorhídrico al 40%1,5 cm3, de ácido clorhídrico (d = 1.19)2,5 cm3,

de ácido nítrico (d = 1,41)95 cm5. De agua destilada.

Descubre los granos de las aleaciones conteniendo cobre y de las aleaciones A1-Zn-

Mg. Es muy adecuado para aleaciones tipo duraluminio y para ver la difusión del

cobre en los enchapados. Se aplica por inmersión durante 5 a 20 segundos.

Después del ataque se lava con agua caliente y se seca a chorro de aire. No debe

eliminarse el depósito formado sobre la superficie.

Ácido fosfórico

40 cm3, de ácido fosfórico a 75%60 cm3, de agua destilada.

Pone en evidencia la micro estructura del aluminio en las aleaciones Al-Mg y las Al-

Zn-Mg elaboradas plásticamente. Se aplica por inmersión durante 3 a 10 minutos.

Para el ataque del cobre

Solución al 10% de persulfato amónico Solución al 3% de agua oxigenada y

amoníaco concentrado. Solución al 10% de ácido nítrico.

Para bronces y latones

50 cm3, de ácido clorhídrico;5 g. de percloruro de hierro100 cm3, de agua destilada.

Reactivo al ácido nítrico

50 cm3, de ácido nítrico25 cm3, de ácido acético glacial25 cm3, de agua destilada.

Apropiado para el bronce de aluminio

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Equipos e Instrumentos Utilizados

A. Probeta: Acero SAE 1010

B. Lijas.

Numero

180

360

600

800

1000

1200

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C. Paño de billar.

D. Disco giratorio (pulidora)

E. Secadora

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F. Componentes químicos.

Al2O3

Nital 3% Solución de HNO3

Alcohol

G. Microscopio óptico.

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Observaciones

Al observar la muestra atreves del microscopio se distinguen líneas largas a

través de la superficie del metal.

La superficie del material es parecido a un suelo con grietas oscuras.

El disco pulidor solo desaparece las líneas más superficiales en cambio las

líneas más profundad no desaparecen.

Se forman líneas oscuras en el metal al contacto con el ácido.

Para el pulido se utiliza un disco envuelto con una tela el cual gira sobre una

máquina, además de un polvo abrasivo (alúmina).

Después del pulido se lava la probeta con agua para eliminar la alúmina

adherida.

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Recomendaciones

Se recomienda que el movimiento de la probeta sea lento para evitar que se

formen caras laterales.

No presionar la probeta con la lija demasiado fuerte debido a que se podrían

formar líneas demasiado profundas que no podrían ser borradas por la

pulidora

Mantener el flujo de agua para que así el metal no se caliente y las partículas

de metal sean arrastradas por el flujo de agua.

Se recomienda secar el metal de estar húmedo para no acelerar su oxidación.

El tiempo que debe de estar la probeta en contacto con el ácido no debe de ser demasiado, sino el necesario para que se haga presencia del ataque.

Es recomendable no tocar la cara pulida de la probeta, ya que dejara la grasa y el resultado se alteraría (el ácido no atacaría adecuadamente a la muestra).

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Conclusiones

Concluiremos que por la proporción relativa de la ferrita y cementita en

los aceros se puede saber su contenido de carbono.

Concluiremos que El carbono que no cabe en la ferrita forma el compuesto

llamado carburo de hierro, Fe3C, que aparece en forma de laminillas blancas

en los granos más claros de la figura.

La ductilidad del acero SAE 1010 se debe a su bajo contenido en carbono el

cual permite que el acero procesado presente granos pequeños.

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