18358098 Guia Para Practica de Metalografia

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UNIVERSIDAD DEL NORTE

GUIA DE METALOGRAFIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA

LABORATORIO DE MATERIALES DEINGENIERIA

2007


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FUNDACIN UNIVERSIDAD DEL NORTEDEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA

LABORATORIO DE MATERIALES DE INGENIERIAPgina 2 de 14

GUIA DE METALOGRAFA

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Desarrollar adecuadamente un estudio metalogrfico sobre varias aleaciones del

sistema hierro-carbono y analizar los resultados obtenidos a partir de la prctica.

1.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Preparar adecuadamente una muestra para ser sometida a observacin

metalogrfica.

Conocer los equipos involucrados en un estudio metalogrfico.

Adquirir algunas nociones acerca de las propiedades de las fases presentes en

las aleaciones hierro-carbono.

Establecer diferencias visuales entre cada una de estas fases en base a las

imgenes observadas por medio del microcopio ptico.

Estimar, en base a las fotografas captadas en el laboratorio, el contenido de

carbono de los materiales estudiados.

Conocer la influencia del tamao de grano en las propiedades mecnicas de los

metales y comentar acerca de este aspecto en los materiales ensayados.

Elaborar un informe presentando todos los resultados y anlisis derivados de la

prctica desarrollada.

2. MATERIALES

La experiencia del laboratorio se llevar a cabo con los siguientes materiales:

Acero 1045 con recocido

Acero 1045 templado

Acero de construccin civil

Fundicin gris


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3. INSUMOS Y EQUIPOS

Para la prctica se har uso de los siguientes equipos, insumos e instrumentos de

laboratorio.

Corte del material

o Tronzadora de corte refrigerado

o

Segueta y prensa de banco Desbaste y pulido

o Mesn de pulido.

o Pulidora de velocidad variable.

o Papel abrasivo N 100, 240, 320, 400 y 600.

o Almina (Al2O3) de 1 y 0.3 micras de tamao de grano.

Ataque qumico

o Nital (cido ntrico y Alcohol etlico) al 3 %.

Microscopa

o Microscopio ptico

o Sistema de adquisicin de datos

o Computador y software para manejo y visualizacin de imgenes

metalogrficas.

Microdureza

o Microdurmetro

4. PROCEDIMIENTO

El desarrollo de la prctica del laboratorio de Metalografa parte con una introduccin

terica por parte del profesor sobre los conceptos fundamentales y generalidades de la

preparacin metalogrfica siguiendo con un reconocimiento de los equipos empleados

en la prctica, y los materiales que sern ensayados.


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asistencia y supervisin directa del auxiliar de laboratorio responsable del

equipo o instrumento en uso.

Seguir las recomendaciones del profesor y el auxiliar del laboratorio.

6. VARIABLES DEL ENSAYO

Fases presentes en la microestructura del material Propiedades mecnicas del material debido a los tratamientos trmicos del

mismo

7. DATOS A ANALIZAR

MATERIALFASES

PRESENTES

TRATAMIENTO

TERMCOCARACTERISTICAS

CONTENIDO

DE

CARBONO

Acero 1045

Recocido

Acero 1045

Templado

Acero

corrugado

Fundicin gris

8. TEORA DE LA PRCTICA

La metalografa estudia la estructura de los metales y sus aleaciones estos tienen un

enorme campo de aplicacin en las construcciones mecnicas y metlicas

Los ensayos microgrficos se realizan sobre muestras o probetas de los materiales que

han de ser sometidos a estudio, preparamos una superficie que luego de ser pulida


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convenientemente, se ataca con reactivos qumicos apropiados a la finalidad de la

determinacin a realizar.

Si el examen se ejecuta para analizar una fractura, la que se sospecha provocada por

irregularidades en el material, las muestras debern ser por lo menos dos, una de la

propia fractura y otra de una zona intacta de la misma pieza, con el objeto de observar

y comparar las modificaciones que ha sufrido la estructura y de las que se podrn

deducir y contar con una mayor cantidad de datos, es necesario tener en cuenta

adems, los tratamientos recibidos por la pieza en su fabricacin, como forjado,laminado, recocido, temple, etc. pues en muchos casos (forjado y laminado) es

beneficio contar con muestras en las distintas direcciones de sus fibras. Como se ha

indicado, el estudio en si se hace sobre superficies convenientemente preparadas de

dichas muestras o probetas. Esta preparacin consistente en llegar a un pulido casi

perfecto, para lo cual se parte de un desbaste que podramos llamar grueso, con el fin

de aplanar la superficie, lo que se consigue con un ajuste a lima o con el auxilio de

devastadoras mecnicas de diseo especial.

Los reactivos qumicos y sus finalidades son muy variadas, pero en principio se busca

con ellos la revelacin, por coloracin o por corrosin, de los distintos componentes de

una estructura metalogrfica para poder diferenciarlos con facilidad. Por lo general,

estn constituidos por cidos, lcalis, etc. diluidos en alcoholes, agua, glicerina, etc. Y

su eleccin se har de acuerdo con la naturaleza qumica la estructura a destacar en la

muestra.

Con tal fin, una vez pulida la superficie se har en agua caliente, frotndola con un

algodn o tela suave para quitarle todo rastro de las operaciones anteriores o grasitud

que pueda presentar, concluyendo esta limpieza con alcohol etlico o solvente similar y

secndola con un soplado de aire caliente.Las fotografas obtenidas de estos exmenes, genricamente llamados

Microfotografas , se logran con la ayuda del microscopio mtalo grfico, cuyos

principios pticos y de observacin no difieren mayormente de los comunes. En l, con

iluminacin adecuada de una, se observa por reflexin (los rayos luminosos al incidir

sobre el objeto se refleja hacia el ocular), la imagen de la superficie atacada, a travs

de un sistema de lentes con los que se amplifica segn lo que requiera la observacin.


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Por otra parte, con la observacin de las estructuras microgrficas y por comparacin

con microfotogrfias, es posible deducir el contenido aparente de carbono, finura y

variedad de los componentes, clasificacin de aceros, reconocer las inclusiones por

defectos de fabricacin (xidos, silicatos, oxisulfuros, silicoaluminatos), etc

Se sabe que existe cierta relacin entre la tenacidad de los aceros y el tamao de

grano.

Siempre se han preferido los aceros de grano fino, porque las herramientas y piezasfabricadas con esos aceros, tiene mayor tenacidad que los fabricados con acero de

grano grueso.

En metalografa a menudo es necesario establecer cuantitativamente valores diferentes

tales como:

1. El nmero de partculas o poros por unidad de volumen (las partculas se usan aqu

en el sentido de partculas sueltas o unidades separadas de un constituyente en la

matriz; granos y tamaos de grano se refieren a los cristales de la matriz y su

tamao).

2. El tamao de las figuras presentes en la probeta.

3. El tamao del grano del material.

4. La fraccin de volumen de las fases presentes en una probeta.

Generalmente, los clculos de la fraccin de volumen a partir de las mediciones

cuantitativas sobre una superficie de un material opaco solamente puede, proporcionar

valores aproximados. No obstante, este mtodo es empleado casi sin excepcin.

TAMAO DE GRANO

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

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

desarrollados para estimar el tamao de grano, estos procedimientos estn

sintetizados en detalle en ASTME112

Algunos tipos de tamao de grano son medidos, tamao de grano de la ferrita, tamao

de grano de la austenita y tamao de grano de la austenita previa. Cada tipo presenta


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Figura 2. Diagrama de Fases de las Aleaciones Hierro Carbono

La figura 2 muestra el diagrama de fases del sistema Hierro-Carbono, en el que el eje

vertical corresponde a la temperatura y el eje horizontal a la composicin qumica. En

el extremo izquierdo se encuentra la composicin 100% Fe y 0% C y en el extremo

derecho se encuentra la composicin 100% C y 0% Fe. En la figura se muestra

solamente hasta 5% C y 95% Fe por ser la zona de mayor inters ya que contiene losaceros y las fundiciones de mayor uso.

Este verdadero mapa de ordenamientos cristalinos nos muestra cmo el metal al

solidificar se dispone en diversas formas. Al variar la temperatura, los cristales ganan o

pierden energa y buscan una nueva ordenacin tratando siempre de permanecer

estables.


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EXAMEN MICROSCPICO DE LOS METALES

Los detalles de la estructura de los metales no son fcilmente visibles, pero las

estructuras de grano de los metales pueden verse con un microscopio. Las

caractersticas del metal, el tamao de grano y el contenido de carbono pueden

determinarse estudiando la micrografa. A continuacin se muestran varias imgenes

obtenidas de muestras de materiales metlicos observadas a travs del microscopio

ptico:

Figura 3. Imgenes metalogrficas

El porcentaje aproximado de carbono puede estimarse por medio de porcentaje de

perlita (zonas oscuras) en los aceros al carbono recocidos. Para este propsito, se

utilizan un microscopio metalrgico y tcnicas asociadas de foto microscopia. El

microscopio metalrgico de luz reflejada es similar a aquellos utilizados para otros

propsitos, excepto que contiene un sistema de iluminacin dentro del sistema delentes para proveer iluminacin vertical.

Algunos microscopios tambin tienen un retculo y una escala micromtrica para medir

la imagen aumentada. Otro retculo que se utiliza contiene los diferentes tamaos de

grano a aumentos de 100X y se utiliza para comparar o medir el tamao de grano

relativo. Los filtros y polarizadores se utilizan en la iluminacin o el sistema ptico para

reducir el brillo y mejorar la definicin de las estructuras de grano. En poder de

aumento del microscopio puede determinarse si se multiplica el poder de la lente


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objetivo por el del ocular. Por tanto, un lente objetivo de 40X con un ocular de 12.5X

agrandara la imagen hasta 500X (500 dimetros).

Los microscopios de platina invertida ofrecen un diseo ms moderno. En este

instrumento la muestra se coloca boca abajo en la platina. Se utiliza un microscopio de

platina invertida, junto con una cmara de video y un monitor de TV de circuito

cerrado. El poder 400 del microscopio, pero se pierde algo de resolucin. La mayor

ventaja de este arreglo se obtiene en la visualizacin de grupo. Los instrumentos de

metalografa tambin permiten un observacin en grupo del aumento metalrgico. Laimagen se proyecta sobre una pantalla de brillo mate. En los grandes laboratorios

metalrgicos se utilizan modelos de gran tamao. Muchos instrumentos mtalo

grficos tienen la capacidad de producir microfotografas de color instantneas o

estndar. Para obtener fotografas existen adaptadores para la mayora de los

microscopios. Los acaparadores de manga sencilla pueden utilizarse con una cmara

SLR de 35mm para la toma de foto micrografas. Con este arreglo simple, el obturador

se abre y se permite la entrada de la luz durante pocos segundos (6 a 8 segundos con

una pelcula Panatomic-X de 32 ASA). El enfoque se realiza sobre le vidrio mate de la

cmara.

Preparacin de la muestra

La muestra debe seleccionarse de la zona de la pieza que necesita eximirse y en la

orientacin apropiada. Es decir, si el flujo de grano o la distorsin es importante,

puede ser que una seccin transversal de la parte no muestre granos alargados;

nicamente una tajada paralela a la direccin de laminado revelara adecuadamente

los granos alargados debido al laminado. Algunas veces se requiere ms de unamuestra. Usualmente, una soldadura se examina por medio de una seccin

transversal.

Los materiales blandos (de durezas menores a 35 RC) pueden seccionarse por

aserrado, pero los materiales ms duros deben cortarse con un disco agresivo. Las

sierras de corte metalrgico con hojas abrasivas y flujo de refrigerante son las

herramientas que se usan para este propsito. La muestra no debe sobrecalentarse, no


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importa si es dura o blanda. Las estructuras de grano pueden alterarse con una alta

temperatura de corte.

La muestras pequeos o de forma incomoda deben montarse de alguita manera para

facilitar el pulido intermedio y final. Alambres, varillas pequeos muestras de hoja

metlica, secciones delgadas, etc. Deben montarse en un material adecuado o

sujetarse rgidamente en una monta mecnica.

A menudo, se utiliza los plsticos termo fijos conformndolos con calor y presin

alrededor de la muestra. La resina termo fijada que ms se emplea para montarmuestras es la baquelita.

Pulido de la muestra

Los granos y otras caractersticas de los metales no pueden verse al menos que la

muestra se desbaste y se pula para eliminar las ralladuras. Se utilizan diferentes

mtodos de pulido tales como el electroltico, el rotatorio o el de vibracin.

El procedimiento ms comn consiste en desbastar primero la superficie de la muestra

en una lijadora de la banda y luego a mano con papel abrasivo de varios grados, desde

el nmero de partcula de 240 hasta de 600.

Pulido intermedio

La muestra se pule sobre una serie de hojas de esmeril o lija con abrasivos ms finos,

sucesivamente.

El primer papel es generalmente no. 1, luego 1/0, 2/0, 3/0 y finalmente 4/0. Por lo

general, las operaciones de pulido intermedio con lijas de esmeril se hacen en seco; sinembargo, en ciertos casos, como el de preparacin de materiales suaves, se puede

usar un abrasivo de carburo de silicio. Comparado con el papel esmeril, el carburo de

silicio tiene mayor rapidez de remocin y, como su acabado es a base de resina, se

puede utilizar con un lubricante, el cual impide el sobrecalentamiento de la muestra,

minimiza el dao cuando los metales son blandos y tambin proporciona una accin de

enjuague para limpiar los productos removidos de la superficie de la muestra, de modo

que le papel no se ensucie.


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Pulido fino

El tiempo utilizado y el xito del pulido fino dependen en mucho del cuidado puesto

durante los pasos de pulido previo. La ltima aproximacin a una superficie plana libre

de ralladuras se obtiene mediante una rueda giratoria hmeda cubierta con un pao

especial cargado con partculas abrasivas cuidadosamente seleccionadas en su tamao.

Existe gran posibilidad de abrasivos para efectuar el ltimo pulido. En tanto que

muchos harn un trabajo satisfactorio parece haber preferencia por la forma gama delxido de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los basados en cobre, y xido de

serio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. Otros abrasivos para pulido final

que se emplean a menudo son la pasta de diamante, xido de cromo y xido de

magnesio.

La seleccin de un pao para pulir depende del material que vaya a pulirse y el

propsito del estudio mtalo grfico. Se pueden encontrar paos de lanilla o pelillo

variable, desde aquellos que no tienen pelillo (como la seda) hasta aquellos de pelillo

intermedio (como pao de ancho, pao de billar y lonilla) adems de aquellos de pelillo

profundo (como el terciopelo). Tambin se pueden encontrar paos sintticos para

pulir con fines de pulido general, de los cuales el gamal y el micro pao son los que se

utilizan ms ampliamente. Una muestra pulida en forma de cuadro mostrar

nicamente las inclusiones no metlicas; adems, estar libre de ralladuras.

Ataque qumico de la muestra

El propsito del ataque qumico es hacer visibles las caractersticas estructurales del

metal o aleacin. El proceso debe ser tal que queden claramente diferenciadas laspartes de la micro estructura. Esto se logra mediante un reactivo apropiado que

somete a la superficie pulida a una accin qumica. Los reactivos que se sutilizan

consisten en cidos orgnicos o inorgnicos y el lcalis disueltos en alcohol, agua u

otros solventes. En la tabla que se muestra a continuacin se observan los reactivos

ms comunes.

Las muestras pueden ahora atacarse durante el tiempo necesario sumergindolas boca

abajo en una solucin contenida en una caja de Petri. Un mtodo opcional consiste en


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aplicar el reactivo con un gotero para ojos. Si el tiempo de ataque es demasiado corto,

la muestra quedar subatacada y los lmites de grano y otras configuraciones se vern

desvanecidos e indistintos cuando se observen en el microscopio. Si el tiempo de

ataque es demasiado largo, la muestra se sobre atacar y quedar muy obscura,

mostrando colores no usuales. El tiempo de ataque debe controlarse muy

cuidadosamente.

La accin del ataque se detiene al colocar la muestra bajo una corriente de agua.

Lmpiese la muestra con alcohol y utilice una secadora de pelo para terminar desecarla. Cudese de no frotar la muestra pulida y atacada con alguna tela o con los

dedos, porque esto altera la condicin superficial del metal.

9. CUESTIONARIO

Investigue acerca de la composicin y propiedades de las siguientes fases

propias del sistema hierro-carbono: ferrita, perlita y cementita.

Qu es martensita?, Cules son las propiedades propias de esta fase?,

Cmo se obtiene?

Cules son las diferencias entre los aceros y las fundiciones de hierro? (Estas

diferencias tienen que ver con las fases presentes, la manera en que el Carbo

est presente en el material, las propiedades mecnicas, etc)

Investigue acerca de la influencia del tamao de grano en las propiedades

mecnicas de los metales.

Para cada uno de los aceros estudiados en la prctica estime el porcentaje de

carbono en base a las imgenes obtenidas en la prctica.

En base a toda la informacin anterior y las imgenes obtenidas en ellaboratorio, comente acerca de las fases presentes y las propiedades de los

materiales observados.

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