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ENSAYO DE METALOGRAFIA, TRABAJO PRACTICO N°2 OBJETO DEL ENSAYO La técnica metalografica consiste en poner en evidencia los distintos tipos de granos, llamados constituyentes metalográficos para luego ser observados e interpretados en su composición. LAS ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS La cristalización (solidificación), puede comenzar en varios puntos de la masa metálica generando porciones de cristal llamados granos. Si se trata de un metal puro todos los granos responderán al mismo sistema cristalográfico, pero tendrán diferente orientación. Los limites entre dos granos o bordes de grano contienen átomos no ordenados, o sea que no han alcanzado el alto grado de equilibrio de la red cristalográfica. Poseen por lo tanto, una energía libre mayor que el resto del material. Los bordes de grano pueden considerarse porciones de cristal distorsionado donde los átomos se encuentran desplazados de su de su posición de equilibrio. La tensión provocada por este desplazamiento origina el aumento de energía libre mencionado, además los bordes de grano son sitios de acumulación de impurezas. Las impurezas al ir solidificando el material quedan en el líquido remanente, hasta quedar aprisionadas entre los granos. Por todas estas consideraciones los bordes de granos son sitios de mayor reactividad con los ácidos. Si pulimos una superficie metálica (FE) y la atacamos con un reactivo acido, por ejemplo el Nital (acido Nítrico al 2,5 a 3 % en alcohol), utilizado en los aceros, los bordes de grano se atacarán más rápidamente que el resto del material revelando la forma de los granos del material. En el microscopio se verán las líneas atacadas (rugosas y por lo tanto no devuelven los rayos en forma perpendicular) que marcan los bordes de grano. Las características de los granos así revelados, tamaño, forma, distribución etc. originan una estructura llamada metalográfica. Cuando existan varios constituyentes, los granos de uno se atacan más que los de otro, destacándose en la estructura metalografica, de esto podemos deducir el comportamiento del material. La técnica metalografica consiste en poner en evidencia los distintos tipos de grano, llamados constituyentes metalográficos. Existen diversas estructuras metalográfica, que se clasifican de acuerdo al modo de formarse en: a) Estructuras metalográfica de nucleación y crecimiento (regulares e irregulares) b) Estructuras eutécticas o de coprecipitacion. c) Estructuras martensíticas.

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  • ENSAYO DE METALOGRAFIA, TRABAJO PRACTICO N2 OBJETO DEL ENSAYO La tcnica metalografica consiste en poner en evidencia los distintos tipos de granos, llamados constituyentes metalogrficos para luego ser observados e interpretados en su composicin. LAS ESTRUCTURAS METALOGRAFICAS La cristalizacin (solidificacin), puede comenzar en varios puntos de la masa metlica generando porciones de cristal llamados granos. Si se trata de un metal puro todos los granos respondern al mismo sistema cristalogrfico, pero tendrn diferente orientacin. Los limites entre dos granos o bordes de grano contienen tomos no ordenados, o sea que no han alcanzado el alto grado de equilibrio de la red cristalogrfica. Poseen por lo tanto, una energa libre mayor que el resto del material. Los bordes de grano pueden considerarse porciones de cristal distorsionado donde los tomos se encuentran desplazados de su de su posicin de equilibrio. La tensin provocada por este desplazamiento origina el aumento de energa libre mencionado, adems los bordes de grano son sitios de acumulacin de impurezas. Las impurezas al ir solidificando el material quedan en el lquido remanente, hasta quedar aprisionadas entre los granos. Por todas estas consideraciones los bordes de granos son sitios de mayor reactividad con los cidos. Si pulimos una superficie metlica (FE) y la atacamos con un reactivo acido, por ejemplo el Nital (acido Ntrico al 2,5 a 3 % en alcohol), utilizado en los aceros, los bordes de grano se atacarn ms rpidamente que el resto del material revelando la forma de los granos del material. En el microscopio se vern las lneas atacadas (rugosas y por lo tanto no devuelven los rayos en forma perpendicular) que marcan los bordes de grano. Las caractersticas de los granos as revelados, tamao, forma, distribucin etc. originan una estructura llamada metalogrfica. Cuando existan varios constituyentes, los granos de uno se atacan ms que los de otro, destacndose en la estructura metalografica, de esto podemos deducir el comportamiento del material. La tcnica metalografica consiste en poner en evidencia los distintos tipos de grano, llamados constituyentes metalogrficos.

    Existen diversas estructuras metalogrfica, que se clasifican de acuerdo al modo de formarse en: a) Estructuras metalogrfica de nucleacin y crecimiento (regulares e irregulares) b) Estructuras eutcticas o de coprecipitacion. c) Estructuras martensticas.

  • d) Estructuras de compuesto intermetalico. Estas estructuras pueden estar solas o mezcladas. Cada tipo de estructura sugiere un comportamiento determinado de la aleacin. Es sumamente importante conocer el mecanismo de su formacin, pues de ese modo podemos en piezas ya fabricadas borrar una estructura y generar otra, de acuerdo a la modificacin de propiedades deseada, estos procesos se llaman tratamientos trmicos. A) ESTRUCTURAS DE NUCLEACION Y CRECIMIENTO Dentro de este tipo de estructura tenemos varias formas de estructuras:

    1) Estructura de colada Es en forma arborescente, la base del rbol la que se enfra primero y se va achicando hacia el centro, este tipo de estructura es propio de las fundiciones. Tambin se llama estructura dendrtica, y cada una de ellas dendrito.

    2) Estructura de recristalizacin Es el caso de una fase solida dentro de otra fase solida. Dentro de estas tenemos las estructuras de materiales deformados en frio, el caso es el trafilado. Cuando esto se utiliza para achicar el grano, se obtiene otra estructura intermedia. Fase solida dentro de otra fase solida Recristalizado Deformado en frio

    Estructuras producidas por enfriamientos bruscos (al aire), no permiten la correcta conformacin de los granos, dando estructuras de grano fino de formas irregulares. El constituyente se nucle pero no llega a conformar los granos equiaxiales, puede adoptar un aspecto de red dentro de la estructura, son las estructuras llamadas de normalizado. Con tratamientos de temperatura, o tiempos insuficientes, no se llegan a destruir completamente los granos previos y se obtienen estructuras heterogneas. Con calentamientos excesivos dan lugar al crecimiento de los granos, este crecimiento si es demasiado grande limita el uso del material a requerimientos inferiores.

  • B) ESTRUCTURAS EUTECTICAS O DE COPRECIPITACION Existen estructuras que en determinadas condiciones de temperatura y concentracin producen una precipitacin conjunta de dos o ms constituyentes metalogrficos. La estructura obtenida se llama eutctica. Esto ocurre solamente para una determinada concentracin de los componentes qumicos de la aleacin de los metales. La temperatura de solidificacin es la ms baja de toda la serie de las aleaciones. Composicin nica, temperatura nica: estructura eutctica. La cristalizacin eutctica lleva un tiempo determinado (no es instantnea) pero mientras se efecta la temperatura permanece constante. La transformacin eutctica ocurre simultneamente en toda la masa metlica, por lo cual los granos formados son muy pequeos y no pueden crecer, se obtiene una yuxtaposicin de los dos o tres componentes de la aleacin. Los granos pueden ser globulares, si provienen de un lquido, laminares o globulares si provienen de un slido, en este ltimo caso se llaman eutectoides ESTRUCTURA EN LAMINAS EUTECTOIDE ESTRUCTURA GLOBULAR EUTECTICO

    Una aleacin puede estar formada por varios constituyentes metalogrficos. De esa manera puede contener granos poligonales de solucin slida y zonas de eutctico, como por ejemplo el acero de 0,30 % de C que contiene granos de ferrita (solucin slida) y del eutectoide perlita.

    (Granos blancos= Ferrita; Granos negros= Perlita)

  • C) ESTRUCTURAS MARTENSITICAS Provienen de tratamientos trmicos, cuando una aleacin presenta diferentes estados alotrpicos a distintas temperaturas, ej. Fe - Fe gama, la recristalizacin puede hacerse sin deformacin previa. En esta recristalizacin intervienen dos mecanismos: la transposicin de la estructura cristalogrfica y la difusin. Los dos estados alotrpicos tienen distintas capacidad para disolver a los dems constituyentes de la aleacin. El movimiento de los tomos que permite la introduccin y la salida de los tomos del soluto en las distintas redes que se organizan durante la recristalizacion, se llama difusin, es relativamente lenta. Si despus de calentar y mantener la aleacin a la conveniente temperatura para que la fase de alta temperatura se homogenice, se lo enfra lentamente, se permite una recristalizacion normal pues los tomos del soluto han tenido tiempo para difundir y tomar la configuracin de equilibrio estable correspondiente a la temperatura ambiente: el tratamiento trmico se llama recocido, se produjo la difusin. La transposicin cristalogrfica es sumamente rpida, cuando se efecta un enfriamiento brusco, de tal forma que puede producirse la transformacin cristalogrfica pero no la difusin, se obtendr como resultado la estructura cristalogrfica estable a temperatura ambiente pero con una cantidad de soluto que corresponde a otra estructura, se tendr pues la red distorsionada y una estructura inestable . El tratamiento trmico se llama temple, es una transformacin martensitica y el producto de la transformacin se llama martensita (en el caso de los aceros) En otras aleaciones tambin se encontrar esta transformacin, que igualmente se denominar martenstica, pero los productos de la reaccin tienen diferentes nombres. La transformacin martensitica es esencialmente una transformacin sin difusin. Los productos obtenidos son duros, frgiles y de gran resistencia a la abrasin. Generalmente deben sufrir un tratamiento trmico adicional, un calentamiento a baja temperatura (revenido), para disminuir la fragilidad. El aspecto mtalogrfico de estas estructuras es de grano fino y acicular (agujas que forman entre s ngulos agudos).

  • D) ESTRUCTURAS DE COMPUESTOS INTERMETALICOS

    Son compuestos qumicos de gran dureza y resistencia a la abrasin. Los compuestos ntermetlicos son los que tienen el ms alto punto de solidificacin. Cuando se generan a partir de un lquido, se presentan en forma de grandes agujas o placas muy duras con interfaces que poseen poca cohesin con el resto del material. De esta manera, las aleaciones que los contienen son frgiles, duras y difciles de maquinar cuando se originan en la aleacin ya solidificada se ubican en los bordes de granos formando redes de fragilidad. Si se logra su precipitacin en forma de cristales aislados de pequeo volumen pueden usarse como elementos resistentes a la abrasin o cortantes.

  • PREPARACION DE LA PROBETA PARA EL ENSAYO DE METALOGRAFIA PASOS: 1ro. Corte del material 2do. Inclusin de la probeta 3ro. Pulido de la probeta 4to. Ataque con acido 5to. Observacin en el microscopio 6to. Confeccin del informe 1ro. Corte del material. Obtenido el material a ensayar debe analizarse cul es la vista a mostrar en el ensayo previo al corte en el equipo (analizar dimensiones y factibilidad del corte). Se corta en la cortadora metalogrfica una muestra de dimensiones variables, lo ptimo es entre 5 a 10 mm. de largo, por lo mismo de ancho, de alto es conveniente que no supere los 5 mm. Al cortar el material no se debe calentar demasiado el mismo, para ello se debe refrigerar convenientemente con lubricante adecuado, para no deformar la estructura metalografica que luego intentaremos observar en el microscopio, adems aplicar velocidad y presin en el corte de manera constante para evitar rayas y calentamiento sectorizado en la muestra. 2do. Inclusin de la probeta. Obtenida la probeta y antes de incluirla, se deben eliminar restos del aceite que se uso para cortar, para ello se lava con alcohol y adems se eliminan las rebabas que hayan quedado. Se coloca la superficie a observar hacia abajo en el fondo del cilindro de la incluidora y se tapa con bakelita hasta el tope, se coloca la tapa, se comprime, se enciende la resistencia para aportar temperatura por unos 10/15 minutos (total), se mantiene la presin sin sobrepasar las 100 atm*. Al calentar la bakelita bajo presin se va endureciendo hasta que la coccin de la misma se considera terminada, cuando el timmer corta**, se deja enfriar y se baja la presin, se saca la tapa, se da presin con la manivela y se saca la probeta del equipo. *La presin ideal la indica la luz naranja encendida, en caso de apagarse girar de la manivela hasta que encienda nuevamente indicando la presin en los valores OK (para evitar formar poros) **Tener en cuenta que al alcanzar los 150C el tiempo de cocido de la bakelita es de 8/10 min. 3ro. Pulido de la probeta. La probeta incluida tiene bordes muy filosos, que lastiman las manos al manipularla, por lo mismo antes empezar a pulirla hay que redondear los bordes del lado posterior con una lija. A) Desbaste, se hace con una lija gruesa (240) de manera que se eliminen los restos de bakelita y se empareje el material incluido, El pulido se realiza bajo un casi constante goteo de agua, cuando se considera que se encuentra la superficie pareja, se termina con este paso. La probeta se lava para eliminar todo vestigio del grano grueso utilizado;

  • B) Pulido con lija fina (400), luego de verificada la limpieza total de la probeta, se procede a pulir con la lija fina, este se realiza a 90 grados con respecto del pulido anterior (se puede hacer una marca en la parte de atrs de la probeta para usar de referencia) y continua hasta que las lneas gruesas se eliminan y quedan solo lneas finas en la superficie, luego se lava con agua para eliminar todos los granos de esmeril; C) Pulido con lija ultrafina (600), dem paso anterior, se procede a pulir con la lija ultrafina, este se realiza a 90 grados con respecto del pulido anterior y se contina hasta que no se observen lneas groseras y queden solo lneas finas en la superficie, luego se lava con agua para eliminar todos los granos de esmeril; D) Pulido fino con pasta de diamante de 6 micrones, se pone sobre el disco un poco de pasta sobre uno de los bordes, se moja el pao con alcohol y se pule hasta que no queden rayas del pulido anterior visibles, luego se limpia con alcohol, para eliminar todo el resto de partculas del primer pulido fino; E) Pulido fino con pasta de diamante de 3 micrones, se procede dem al paso anterior (a 90 del pulido previo) hasta que quede la muestra pulida a "espejo". Lavar la pieza con alcohol y secarla con secador de pelo (aire caliente) para eliminar todo resto de humedad. 4to. Ataque con acido. Para revelar la estructura metalogrfica es necesario atacar la superficie de la muestra con un cido adecuado, para los aceros se utiliza Nital (cido ntrico al 2 al 5 %) en alcohol. Se vuelca el cido sobre la superficie y se mueve para que el liquido cubra toda la superficie, se observa como la estructura se va revelando (3-5 segundos), se elimina todo el cido con suficiente alcohol para no prosiga el ataque, inmediatamente se seca con un secador para cabellos para eliminar restos de humedad. 5to. Observacin con el microscopio metalogrfico.

    Para observar la estructura de la probeta, deberemos colocar la misma sobre el lente del microscopio, ajustar el foco, intensidad de luz, y aumento deseado (este depende tambin de lo que se vaya a observar). Mediante el software se pueden tomar imgenes de la muestra y guardarlas como imagen para visualizacin en cualquier dispositivo.

  • PREPARACION DEL INFORME PARA EL ENSAYO DE METALOGRAFIA PASOS: 1ro. Explique (a modo de texto resumido) los pasos llevados a cabo en la prctica; 2do. Responda las preguntas relativas a cada paso de la prctica; 3ro. Explique conclusiones de las observaciones realizadas en el microscopio.-

    Presentar en el informe las repuestas de los pasos anteriores (no las primeras hojas de explicacin terica) 1ro. Explicacin de la prctica Explique con sus palabras los pasos realizados en la prctica y el porqu / importancia de cada una de ellas. 2do. Responda las siguientes preguntas (en no ms de tres lneas): Corte de la muestra:

    1. Para qu es necesario cortar una muestra? 2. Qu zona de la muestra considera importante para cortar / mostrar y por qu? 3. Qu se puede cortar para hacer una probeta metalogrfica, tipo de materiales,

    caractersticas? 4. Qu dimensiones aproximadas tiene que tener la muestra a cortar y de que dependen

    estas dimensiones? 5. Qu importancia tiene el disco de corte empleado en el resultado final del proceso de

    corte? 6. Una vez que tiene la muestra cortada, qu debe observar para considerar que la muestra

    se considera bien cortada? 7. Qu factores hay que tener en cuenta para hacer un buen corte y porque? (velocidad,

    lubricacin, etc...) 8. Teniendo en cuenta la respuesta anterior, Porque considera importante que no se debe

    "quemar" la muestra que se est cortando? 9. Cuntas muestras recomienda cortar para realizar la metalografa y de que depende esta

    cantidad? 10. La zona de la pieza cortada, puede ser que no sea representativa de lo que se quiere

    analizar con su muestra metalografica final llegando a resultados errneos? 11. SI la respuesta anterior fuera positiva, Qu recomendacin hara? 12. Teniendo en cuenta todas las respuestas anteriores, Cundo considera que la muestra

    cortada se considera lista para pasar a la siguiente etapa?

    Inclusin de la muestra:

    1. Qu significa incluir una muestra? 2. Siempre es necesario incluir una muestra?, explique

  • 3. Para qu es necesario hacer una inclusin de la muestra?, objetivo/s? 4. Qu tipo de muestras se pueden incluir? 5. Qu detalles hay que tener en cuenta para hacer una buena inclusin? 6. Explique, Como es el modo operatorio para realizar una inclusin? (Tener en cuenta las

    funciones de la luz naranja indicadora de presin, manivela lateral, tiempos seteados, etc...)

    7. La medida de la pieza a incluir, De qu depende segn el equipo a realizar la inclusin? 8. Qu consideraciones hay que tener en cuenta para realizar la inclusin? (Detalle valores

    de Temperatura, Presin, Material termoplstico utilizado, tiempo de cocido, etc...) 9. Cul es el tiempo y temperatura que se consideran aprox. para lograr un correcto cocido

    del material termoplstico? 10. Cmo determina a simple vista si la inclusin est correctamente realizada? (Presencia

    de poros, muestra no visible, etc...) 11. De acuerdo a la respuesta anterior, es posible que tenga que comenzar con una nueva

    inclusin para continuar con la prctica? 12. Teniendo en cuenta todas las respuestas anteriores, Cundo considera que la muestra

    cortada se considera lista para pasar a la siguiente etapa?

    Pulido de la muestra:

    1. Para qu es necesario hacer un pulido de la muestra?, objetivo? 2. De acuerdo a la respuesta anterior, Es siempre necesario realizar un pulido? 3. Por qu se utilizan diferentes medidas de lijas / paos para lograr un pulido espejo? 4. Que consideraciones hay que tener en cuenta para realizar un correcto pulido? (Por

    ejemplo lubricacin, sentido de giro de la muestra al momento del cambio de lijas, etc.) 5. Cundo considera que el pulido se encuentra terminado (a simple vista) en cada etapa? 6. Para reforzar la respuesta anterior, Con que medio o elemento se puede determinar si el

    pulido se encuentra terminado correctamente? 7. Limpieza de la probeta, Cmo y para qu es fundamental que la probeta se encuentre sin

    restos de lubricantes, grasas, etc.? 8. Porque se considera fundamental que la probeta se encuentre libre de humedad?, Qu

    efectos conlleva la humedad en la etapa siguiente de visualizacin en el microscopio?

    Observacin de la probeta en el microscopio:

    1. Es necesario observar la muestra en el microscopio? 2. Para qu se hacen observaciones de las probetas? 3. Qu valores de aumentos se tiene en el microscopio? 4. De acuerdo a la respuesta anterior, Qu cambia en la observacin de la muestra de un

    aumento a otro? 5. Cmo determina / estima el aumento correcto a utilizar en el microscopio de acuerdo a

    la muestra a observar? 6. Cmo se observan en el microscopio las manchas de humedad y rayas resto de la etapa

    de pulido? Hasta que punto consideramos la probeta "apta" para visualizar teniendo en cuenta las fallas comentadas anteriormente?

    7. Que podemos determinar (en cuanto a la estructura metalogrfica) con la visualizacin de la muestra en el microscopio? (granos, bordes, etc)

  • 8. En esta instancia del ensayo metalogrfico, Podemos determinar si lo observado en la muestra es representativo del resto del material en cuestin?

    9. Si lo observado no es lo esperado, Es posible que tenga que realizar nuevamente el ensayo para una nueva muestra (desde el corte, a la observacin en el microscopio)?

    10. Teniendo en cuenta todas las respuestas anteriores, y si lo observado no es lo esperado (pregunta 9), Qu estima pudo haber ocurrido?

    3ro. Redacte las conclusiones obtenidas luego de las visualizaciones en el microscopio, realice un esquema de las estructuras metalogrficas obtenidas y una breve descripcin de lo observado (granos, bordes de grano, formas, etc.)