Analisis macro y microscopico de metales

UNIVERSIDAD NACIONAL

JORGE BASADRE GROHMANN

TACNACIENCIA DE MATERIALESFACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE ING. MECANICA

LABORATORIO No. 03

ANALISIS MACROSCOPICO Y MICROSCOPICO DE LOS METALES

1. EXPOSICION TEORICA

La caracterstica ms importante de cualquier metal o aleacin es la relacin estrecha entre su estructura y sus propiedades. Los metales o aleaciones en estado slido presentan tres tipos de estructuras, dependiendo de la ampliacin que se requiera para su observacin: estructura macroscpica, estructura microscpica, estructura cristalina.

ESTRUCTURA MACROSCOPICA

Es la estructura visible a simple vista, con lupa o con microscopio de bajo aumento (menos de 20X) y esta formado por la textura o fibra del metal, poros, rechupes y segregaciones.

Textura o fibra

Poros

RechupesFigura 1: Macroestructuras de los metales: Textura o fibra, poros y rechupes.

ESTRUCTURA MICROSCOPICA

Que comprende estructuras observables con el microscopio ptico (hasta 2 000X). Esta formado por: granos, subgranos, lmites de grano, fases, microporos, microrechupes e inclusiones de xidos o escoria.

La aparicin del microscopio electrnico (hasta 200 000X) ha permitido observar estructuras submicroscpicas: dislocaciones, partculas o fases submicroscpicas (precipitados).

OBSERVACION

OBSERVACION CON MICROSCOPIO

MICROSCOPICA

ELECTRONICO

500X

100 000X

Figura 3: Estructuras microscpicas de los metales ESTRUCTURA CRISTALINALa estructura cristalina es el apilamiento simtrico de tomos en el espacio, denominado red cristalina cuya unidad bsica es la celda unitaria y es propia para cada elemento. El mtodo apropiado para la determinacin de la estructura cristalina es la difraccin de Rayos X.

CUBICA CENTRADA

HEXAGONAL COMPACTA

EN EL CUERPO

Figura 4: Estructura cristalina de los metalesCada una de las estructuras sealadas, en cierto modo, estn formadas con elementos de las otras (la estructura macroscpica esta formada por estructuras microscpicas y esta a su vez esta formada por celdas unitarias).

Figura 5: Esquema de los niveles de estructura de los metales

Un anlisis radiocristalogrfico (difraccin de R-X) permitir la determinacin de la estructura bsica de un metal puro o aleacin, mientras que un anlisis microscpico nos permite determinar el tamao y forma de los granos y la distribucin de las fases. En tanto que un anlisis macroscpico permite determinar la orientacin de la textura o fibra que el metal a adquirido en determinado proceso de fabricacin.

2. OBJETIVOS

Conocimiento de las tcnicas de anlisis de la estructura de los metales. Observacin de las estructuras macro y microscpicas de los metales y aleaciones.3. EQUIPOS Y MARERIALES

EQUIPOS

01 Microscopio ptico hasta 1 000X.

01 Equipo de preparacin de muestras metalogrficas: esmeril, desbastadora de lijas, pulidora mecnica.

01 Cocina elctrica.

01 Vaso para ataque qumico.

01 Pinza de acero inoxidable.

01 Termmetro.

01 Tornillo de banco.

01 Sierra de arco.

MATERIALES

04 Probetas : 01 de perno forjado, 01 de acero de construccin, 01 de latn alfa y 01 de bronce (alfa + delta).

50mlNital 3 (3 ml cido ntrico + 97 ml de alcohol etlico).

100mlMezcla de HCl al 50 % (50 ml HCl + 50 ml agua).

50mlMezcla de cloruro frrico ( 5 gr FeCl3 + 50 ml HCl + 100 ml agua).

25grAlgodn

100mlAlcohol etilco.

4. PROCEDIMIENTO

4.1.REVELADO DE LA TEXTURA DE UN ACERO FORJADO

1) Cortar longitudinalmente por la mitad el perno de acero forjado.

2) Desbastar hasta la lija No.100, una de las caras cortadas, luego lavar, amarar la probeta con alambre de nicrm, de manera que permita sumergirlo adecuadamente en el reactivo de ataque.

3) En un vaso de precipitado de 250 ml depositar 100 ml de HCl al 50 % y calentarlo hasta ebullicin.

4) Introducir la muestra en el reactivo de ataque e en ebullicin por un lapso de un (01) minuto, luego enjuagar con agua y observar si ya revel la textura de forja. En caso contrario volver a introducir la muestra por un minuto ms y as sucesivamente hasta que se observe la fibra o textura.

5) Despus lavar, secar y observar con una lupa y dibujar el aspecto de la textura revelada.

4.2 REVELADO DE LOS GRANOS Y FASES DEL ACERO Y ALEACIONES DE COBRE.

1) Cortar una probeta de acero, latn y bronce de 2 cm Dim. X 1.5 cm altura.

2) Desbastar en lija No.80, sin recalentar la muestra.

3) Hacer un desbaste fino, de las tres probetas, en lijas de agua cuyos nmeros son:

240, 320, 400 y 600.

4) Hacer un pulido grueso con almina de 0.3 micras, durante 3 minutos, cada probeta.

5) Realizar un pulido final al espejo con almina de 0.05 micras, luego lavar con agua y desengrasar con alcohol.

6) A cada muestra pulida someterla a un ataque qumico, para revelar su estructura microscpica:

Probeta de acero atacar de 5 a 10 seg. con Nital 3.

Probetas de aleaciones de cobre (latn y bronce) atacar con la mezcla de cloruro frrico (FeCl3).

7) En seguida lavar, secar y observar las muestras con el microscopio ptico; dibujar los campos observados y sealar las diferentes estructuras microscpicas.

5. TAREAPreparar y presentar un informe con todas las anotaciones y dibujos acumulados durante la prctica.

6. BIBLIOGRAFIAE. DUBOX. Prcticas de Metalografa. Ed. MARIMAR.

LASHERAS. Tecnologa de los materiales industriales. Rd CEDEL. Espaa 1977.

ASM. Metals Handbook. Metalography, structures and diagrams. Vol.8, 8th. Ed. 1993.

GREAVES. Metalografa Microscpica Prctica. Ed. URMO. Espaa.

CALVO RODES. Metalografa Prctica. Ed. ALHAMBRA. Espaa. 1972

Ing. Julin Nieto QuispeUNIVERSIDAD NACIONAL

JORGE BASADRE GROHMANN

TACNACIENCIA DE MATERIALESFACULTAD DE METALURGIA Y MECANICA

ESCUELA DE ING. MECANICA

LABORATORIO No.02

RECONOCIMIENTO DE METALES POR EL ENSAYO A LA CHISPA

1.OBJETIVOS

Conocimiento de la utilidad y limitaciones del ensayo a la chispa.

Reconocimiento de aceros, fundiciones y metales no ferrosos por medio de la chispa.

7. EXPOSICION TEORICA

FORMACION DE LA CHISPA

Al ser atacada una pieza de acero por una muela de esmeril girando a gran velocidad, sta arranca partculas de acero que son proyectadas en una direccin tangencial a la periferia de la muela. Al efectuarse ese brusco arranque se origina un fuerte calentamiento local; llegando las partculas desprendidas a alcanzar temperaturas de incandescencia, dibujando en el espacio las trayectorias que nosotros observamos en forma de rayos. Adems de esas lneas o rayos, aparecen en las chispas, explosiones, estrellas o arborescencias luminosas que son debidas a la oxidacin por el oxgeno del aire de algunos elementos que contiene el metal. El carbono que se transforma en anhdrido carbnico (CO2 ) es el que ms influencia ejerce en el carcter de las explosiones. Estas explosiones, en alguna de las cuales hay paso de estado slido a gaseoso, van acompaadas de aumento de volumen y por esto se origina en el interior de la partcula la presin suficiente para romper la envoltura superficial, poco resistente a esas temperaturas altas, originndose de ese modo las explosiones peculiares que observamos.

EXAMEN DE LAS CHISPASAl estudiar las chispas hay que observar con gran detalle su figura y color. Una chispa puede dividirse en tres partes principales (Fig. 1).

FIGURA No.01Primera zona, cercana a la muela, formada por rayos rectilneos y en los que se observa con bastante claridad el color caracterstico.

Segunda zona, Parte intermedia donde an se conserva las lneas primitivas, pero aparecen bifurcaciones de los rayos y hay ya algunas explosiones.

Tercera zona, parte final, donde aparecen la mayor parte de explosiones que adoptan diversas formas: estrellas, gotas, lengetas, flores, ramificaciones, puntas de lanza, etc.

En el examen de las chispas deben observarse los menores detalles, hay rayos cuya figura y forma son iguales en cambio tienen coloraciones distintas y diferente intensidad luminosa. Otros se diferencian por su longitud y por la clase de trazo, que puede ser continuo, punteado, abultado, etc. El extremo de los rayos es uno de los caracteres ms importantes de las chispas. Pueden ser chatos, sin punta, con explosiones o sin ellas. Hay que observar tambin la forma de las explosiones y el lugar donde se producen, pues unas veces aparecen en la punta del rayo, otras en las bifurcaciones, etc.

El estado de tratamiento trmico del material tiene relativa poca importancia e influencia en el ensayo pues an cuando las chispas saltan con mayor facilidad en una pieza templada que en una recocida, las templadas dan chispas algo ms claras y brillantes pero la figura no se modifica.

Hay que tener cuidado, al hacer el ensayo, con el estado superficial del material, pues estando un acero cementado o decarburado, el contenido en carbono de la periferia es diferente del que tiene el resto del material y es fcil equivocar los resultados.

8. EQUIPOS Y MARERIALES

EQUIPOS

Esmeril de banco

Lentes de proteccin

MATERIALES

Barras de acero al carbono con composicin qumica conocida.

Barras de fundiciones con composicin qumica conocida.

Barras de acero aleado de composicin conocida.

Barras de metales y aleaciones no ferrosas: Cu, Al, etc.

9. PROCEDIMIENTO

1) Prepara el local oscuro y tomar las precauciones de seguridad (colocarse lentes, no colocarse delante del esmeril, sino al costado).

2) Encender el esmeril y presionar contra la muela una probeta de acero. Observar la chispa producida y reconocer sus partes. Dibujarlo o tomar foto.

3) Presionar contra la muela una probeta de fundicin. Observar la chispa y compararlo con la del acero; dibujar y explicarlo.

4) Presionar contra la muela una barra de acero aleado. Dibujar y explicar

5) Presionar contra la muela las diferentes barras de metales y aleaciones no ferrosas y compararlas con los aceros y fundiciones. Fundamentar lo observado.

6) Observar el haz de chispas de una serie de barras de acero al carbono, cuya composicin vare desde 0.15 % C hasta 1.3 % C. Reportar los dibujos observados.

7) Observar el haz de chispa producida por una serie de barras de diferentes tipos de fundicin cuyas composiciones se conocen. Dibujar lo observado.

5.TAREA

Preparar y presentar un informe con todas las anotaciones y dibujos acumulados durante la prctica.

10. BIBLIOGRAFIA

LASHERAS

Tecnologa del acero. Ed. CEDEL. Espaa 1977.

APRAIZ Aceros especiales y otras aleaciones. Ed. CEDEL. Espaa.

LEYENSETTERtecnologa de los oficios metalrgicos. Ed. CECSA. Mxico.

ING. JULIAN NIETO QUISPE

Jefe prcticas JNQ/jnq.

UNIVERSIDAD NACIONAL

JORGE BASADRE GROHMANN

TACNACIENCIA DE MATERIALESFACULTAD DE METALURGIA Y MECANICA

ESCUELA DE ING. MECANICA

LABORATORIO No.03

DETERMINACION DE LAS TEMPERATURAS DE TRANSFORMACIONES DE FASE PARA LAS ALEACIONES PLOMO ESTAO

1.OBJETIVOS

Determinar las temperaturas de transformaciones de fases para los metales y aleaciones por el mtodo de anlisis trmico.

Construir las curvas de enfriamiento en las coordenadas temperatura-tiempo de enfriamiento.

11. EXPOSICION TEORICA

L definicin de las temperaturas de transformaciones de fase (puntos crticos) para los metales se reduce a la construccin de las curvas de enfriamiento en las coordenadastemperatura (eje de ordenadas)-tiempo (eje de abscisas).

Siguiendo las curvas de enfriamiento, se determinan con facilidad la temperatura de transicin del estado lquido al slido.

La Fig. 1 representa al diagrama de fases del sistema Pb Sn y las curvas de enfriamiento.

La temperatura a que comienza la cristalizacin primaria, o sea, a la que se forma los ncleos de la fase slida se denomina temperatura de lquidus, mientras que la temperatura final de dicha cristalizacin, a la que desaparecen las ltimas gotas de lquido, temperatura de slidus.La lnea de lquidus, por su esencia fsica, es la lnea de saturacin, es decir, corresponde a la composicin saturada de la solucin lquida. La aleacin de ms bajo punto de fusin del sistema Pb-Sn, cuya cristalizacin primaria se desarrolla a una temperatura constante, se conoce con el nombre de aleacin eutctica.Con cierta suposicin se puede admitir que el estao y plomo tienen una solubilidad ilimitada en estado lquido, mientras que en estado slido tienen una solubilidad parcial y no forman fases transitorias.

Si al plomo se le aade cierta cantidad de estao, la temperatura del comienzo de cristalizacin desciende. Cuanto mayor cantidad del segundo componente se aada, tanto ms baja ser la temperatura de cristalizacin. Esto es justo hasta una concentracin determinada de los componentes para la cual la temperatura de solidificacin de la aleacin sea la ms baja (aleacin eutctica).

Las temperaturas de transformaciones de fase se pueden definir por medio del dilatmetro (en estado slido), as como tambin por el mtodo de anlisis trmico. El esquema de la instalacin para el anlisis trmico se muestra en la fig.2.

12. EQUIPOS Y MARERIALES

EQUIPOS

01Horno elctrico.

01Crisol refractario.

01 Balanza

01 Termopar de contacto

01Cronmetro

01 una tenaza y par de guantes

MATERIALES

01 Kg. de plomo

01 Kg. de estao

01Kg. de carbn vegetal triturado.

13. PROCEDIMIENTO

1)El Plomo y estao se pesan en las proporciones indicadas en la tabla. En este caso la masa total de la aleacin puede ser 500 gr. 1000 gr.

No.

Aleacin% en masaPESO en gr.

PLOMOESTAOPLOMOESTAO

11000

8700

28713

870130

338.161.9

381250

42575

250750

2)

Las muestras pesadas se colocan en un crisol refractario y se calientan en el horno elctrico hasta su fusin completa ( lo cual se comprueba agitando la masa con un palito de madera).

Para evitar que la superficie de la aleacin se oxide, sta se cubre con una capa fina de carbn vegetal molido. El crisol con la masa fundida se sobrecalienta en 50 C.

3)El crisol caliente se saca del horno y se instala en un soporte de material refractario despus de lo cual en la masa fundida se introduce adecuadamente la punta del termopar

4)Las lecturas de la temperatura se anotan cada 15 segundos

La ltima lectura debe corresponder a la quinta o sptima observacin, una vez terminada la solidificacin.

5)Atendiendo a los datos recin obtenidos, se trazan las curvas de enfriamiento Temperatura tiempo y los puntos de inflexin indican las temperaturas de transformaciones de fase.

6)Preparar probetas metalogrficas de cada aleacin y realizar el respectivo estudio microscpico.

7) Se escribe el informe y se analizan los resultados obtenidos.

5.TAREA

Preparar y presentar un informe con todas las anotaciones y dibujos acumulados durante la prctica.

6)BIBLIOGRAFIA

V. ZUEV

Trabajos de laboratorio para la capacitacin de termistas. Ed. MIR.E. DUBOX

Prcticas de metalografia. Ed. AID.

LASHERAS

Tecnologa del acero. Ed. CEDEL. Espaa 1977.

ROSIQUE

Ciencia de materiales. Ed. PIRAMIDE. Madrid.

ING. JULIAN NIETO QUISPE

Jefe prcticas JNQ/jnq.