Practica Metalografia - 2014

5/26/2018 Practica Metalografia - 2014

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[Metalurgia Fsica II] U.N.J.F.S.C. - HUACHO

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METALOGRAFIALaboratorio

1. INTRODUCCIONLa evaluacin y ensayo de los materiales metlicos es fundamental, tanto en las actividades de

produccin, como en las de investigacin y desarrollo de materiales. Entre las tcnicas deevaluacin destaca la metalografa (herramienta fundamental de la metalurgia) pues permitecaracterizar la estructura y los constituyentes de los metales y aleaciones, relacionando esta conpropiedades tales como la resistencia a la corrosin y la resistencia mecnica. As, basndose enlos aspectos metalrgicos de cada caso, el analista puede predecir el comportamiento de undeterminado material bajo condiciones agresivas o severas, establecer las causas del fallo de uncomponente metlico y/o tomar medidas para prevenir o minimizar el dao en situacionessimilares.

1.1. Objetivos Comprender el concepto de metalografa. Comprender los requerimientos para el desarrollo de la prctica de metalografa. Conocer los pasos para el desarrollo de la prctica de metalografa. Conocer el uso del microscopio metalogrfico y la pulidora. Conocer las microestructura de los aceros. Desarrollar la capacidad para diferenciar entre muestras de diferentes materiales. Realizar un anlisis completo sobre microestructuras. Entender la importancia y uso adecuado de los instrumentos de seguridad en la prctica.

1.2.Instrucciones de Seguridad

Seguir las instrucciones del profesor en todo momento. Usar EPP. Conocer el funcionamiento de los equipos antes de interactuar con los mismos. No debe haber contacto directo con algn tipo de qumico. Portar tapabocas, guantes de

ltex y gafas en todo momento. Desechar el cido usado en lugares permitidos.

1.3. Equipos y Materiales

Microscopio Metalogrfico. Lijadora y Pulidora para muestras metalogrficas. Cmara fotogrfica. Pinzas metlicas. Secador. Muestra metalografa. Papeles abrasivos N 100, 200, 400, 600, 800, 1000. Pastas abrasivas diamantadas / almina. Acido Ntrico. Probetas. Pipetas.

Agitador. Alcohol Etlico. Algodn.


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Practica - Metalografa Ing. Luis E. LUNA QUITO

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Agua Destilada. Bandejas para ataque qumico.

2. FUNDAMENTO TEORICO2.1. Generalidades sobre Metalografa

La metalografa es una disciplina de la ciencia que se encarga de examinar y determinar loscomponentes en una muestra de metal, haciendo uso de varios niveles de magnificacin quepueden ir desde 20x hasta 1000.000x. Tambin se conoce como el proceso entre la preparacinde una muestra de metal y la evaluacin de su microestructura.

El estudio de metalografa comprende en gran parte la observacin de granos, la direccin, eltamao y la composicin de los mismos; estas microestructuras pueden ser observadas en unrango entre 10-8 m y 10-2 m. El estudio de metalografa puede integrarse en dos subdivisiones:

Anlisis macroscpico y Anlisis microscpico.

2.1.1.Anlisis MacroscpicoEl anlisis macroscpico es aquel que se puede realizar a simple vista, es decir sin necesidad

de microscopio. El rango de tamao se inicia en 10-3m en adelante. El anlisis macroscpico sepuede usar en:

Lneas de flujo en materiales forjados. Capas en herramientas endurecidas por medio de tratamiento trmico. Zonas resultado del proceso de soldadura.

Granos en algunos materiales con tamao de grano visible. Marcas de maquinado. Grietas y ralladuras. Orientacin de la fractura en fallas.

Figura 2.1:Grieta superficial en cordn de soldadura.


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2.1.2.Anlisis MicroscpicoEs aquel tipo de anlisis que no se puede realizar a simple vista, (menor a 10-3m). Observar

las estructuras microscpicas en materiales ayuda a comprender el comportamiento de losmismos. El anlisis microscpico se puede usar en:

Tamao de grano. Lmites de grano y dislocaciones. Anlisis microestructural. Distribucin de fases en aleaciones.

Figura 2.2:Microestructura de un acero.

Para comprender el anlisis microscpico es necesario tener claridad sobre el concepto de

grano y el funcionamiento del microscopio metalogrfico.

2.1.2.1.GranosLos metales son materiales de estructura policristalina, este tipo de materiales estn

compuestos por una serie de pequeos cristales los cuales se conocen convencionalmente comogranos. Cada tipo de grano desde su concepcin obtiene diferentes caractersticas fsicas, porejemplo, la orientacin del mismo y la rugosidad en la superficie.

Figura 2.3: Formacin de granos por solidificacin.


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2.1.2.2.Microscopio MetalogrficoLos microscopios pticos funcionan bsicamente por medio de la combinacin entre el

sistema ptico y la iluminacin.

Figura 2.4: Funcionamiento de un microscopio metalogrfico.

3. ENSAYO DE METALOGRAFIALa preparacin de una muestra consiste en los pasos necesarios para poder analizar la misma

de forma correcta. Especficamente se describen a continuacin, los pasos para la preparacin demuestras observadas en microscopio.

Una preparacin defectuosa puede originar una estructura, por lo menos, en la superficie queno guarda ninguna relacin con la verdaderamente representativa caracterstica del material. Estclaro que el examen de una superficie de este tipo da lugar a interpretaciones errneas y aconclusiones inadmisibles.

3.1. SeccionarConsiste en remover una muestra del material analizado, teniendo en cuenta las

convenciones en tamao y qu tan representativa es dicha porcin del total a analizar. Esteprimer paso es usado para otras prcticas adems de la metalografa, por ejemplo, ensayos dedureza.

Figura 3.1: Obtencin de muestra metalogrfica.


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3.2. Montaje de la MuestraConsiste en proporcionar una base que sostenga la muestra, lo anterior brinda facilidad de

uso. Por ejemplo, en la manipulacin de especmenes pequeos o cortantes. Es importante teneren cuenta que, antes de realizar el montaje se debe limpiar la muestra segn su naturaleza. Por

ejemplo, muestras con xido deben ser limpiadas qumicamente, por otro lado la limpieza fsicaes adecuada y casi siempre necesaria.

3.2.1.Montaje mecnicoMontaje en abrazaderas de diferentes tipos. Es un tipo de montaje sencillo, pues no

requiere maquinaria especializada.

Figura 3.2: Montaje mecnico de probetas metalogrficas.

3.2.2.Montaje en plsticoEs el tipo de montaje ms usado. Bsicamente se usan dos formas para montaje en

plstico:

Moldeo por compresin o montaje en caliente:requiere de calor, presin y por tanto algntipo de prensa especializada.

Figura 3.3: Montaje en caliente de probetas metalogrficas.


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Montaje en frio: se realiza vertiendo encima de la muestra, dos mezclas lquidaspolimricas que se solidifican al reaccionar a temperatura ambiente.

Figura 3.4: Montaje en frio de probetas metalogrficas.

3.3. Preparacin de la SuperficieDurante el montaje de muestras generalmente el objeto de estudio es solamente una

superficie, los tipos de preparacin son:

3.3.1.DesbasteDurante la obtencin de la muestra no es posible evitar que la superficie del metal se

distorsione por la accin mecnica del corte. Para eliminar estas irregularidades estructurales, esque se realiza el desbaste de la muestra. El mtodo tradicional de desbaste se realiza por abrasin

superficial con abrasivos de granulaciones decrecientes. El desbaste ha de realizarse hastahaberse eliminado todas las rugosidades que existan inicialmente y que son ajenas a la estructuradel metal estudiado.

Figura 3.5: Desbaste de probetas metalogrficas.

3.3.2.PulidoLa ltima aproximacin a una superficie plana se obtiene mediante la tcnica del pulido,

esto es, mediante una rueda giratoria hmeda cubierta con un pao especial cargado conpartculas de distintos tamaos (5, 1, 0.3 y 0.05 m). En la operacin de pulido la probeta debe deestar firmemente sujeta, agregando peridicamente el refrigerante, hasta el punto final.


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Durante el proceso se debe mover ocasionalmente la probeta en el sentido contrario al dela rotacin del disco, acompaando de pequeos giro, para evitar la aparicin de colas de cometaque arruinan una buena operacin de pulido. Despus del pulido lavar cuidadosamente lamuestra con agua y alcohol a fin de eliminar las partculas abrasivas, para no contaminar lospaos de pulido final.

Figura 3.6: Pulido de probetas metalogrficas.

Para el pulido fino puede emplearse hasta 3 procedimientos (pulido mecnico, pulidoelectroltico y pulido a tampn). Para materiales ferrosos se utiliza almina o polvo de diamante.Durante esta operacin debe realizarse el mismo movimiento que durante el pulido basto, paraevitar las colas de cometa.

La siguiente etapa es la observacin al microscopio sin ataque, para el anlisis deinclusiones y oquedades.

3.4. Ataque QumicoEl ataque qumico es un proceso de corrosin controlada de la muestra, se realiza

sumergiendo la superficie en algn tipo de solucin adecuada. La solucin qumica usada dependedel material que compone la muestra, la temperatura y tiempo del ataque, el efecto deseado enla superficie entre otros.

El mecanismo de ataque es el de producir una destruccin selectiva en la superficie del metaly colorear o manchar de diferentes maneras las distintas partes del metal. La destruccinselectiva y el coloreado por reactivo se deben a que las distintas partes de la superficie del metaltienen diferentes composiciones u orientaciones cristalogrficas y diferentes niveles energticos.

Figura 3.7:Ataque qumico de probetas metalogrficas.


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4. EQUIPOS4.1. Microscopio Metalogrfico

El microscopio metalogrfico es la herramienta que permite ver de forma clara y magnificada

las probetas destinadas para la prctica. Las partes del microscopio son:

Figura 4.1:Microscopio metalogrfico invertido GX41 OLYMPUS.

1. Interruptor de encendido.2. Perilla control de iluminancia: Controla la cantidad de lux que iluminan la muestra.3. Tubo de observacin binocular.4. Platina: Sobre ella se arreglan las probetas.5. Portador del espcimen: Base sobre la que se encuentra la platina.6. Puente giratorio: Contiene el objetivo (lentes de aumento). En total son 4 lentes con

aumento de 5x, 10x, 50x y 100x.7. Control de movimiento en Y: Posiciona el portador del espcimen en el eje Y.8. Control de movimiento en X: Posiciona el portador del espcimen en el eje X.9. Perilla de ajuste fino: Ajuste de imagen fino.10.Perilla de ajuste grueso: Ajuste de imagen grueso.


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4.2. PulidoraLa pulidora es utilizada para dar el acabado final a la superficie objeto de estudio, haciendo

uso de lijas y paos especializados. Las partes de la pulidora son:

Figura 4.2:Pulidora de doble disco (BSPIL-MET-IND-01021).

1.

Discos, sobre ellos se arreglan los paos para realizar el pulimento.2. Arandelas, su funcin es proteger los alrededores de los discos.3. Tubo de desage.4. Interruptor: Controla el paso de agua por la manguera de refrigeracin.5. Manguera de refrigeracin.6. Perilla: Controla la velocidad angular en los discos.7. Interruptor de encendido.

5. DESARROLLO DE LA PRCTICASe tomarn probetas de acero de dimetro aproximado 30.00 mm. las cuales ya han sido pre-

pulidas con lijas de varios calibres.

Figura 5.1:Probetas de acero de dimetro 30.00 mm.


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El pulimento con lijas se realiza utilizando lijas de diferentes calibres. El calibre en una lija serefiere al tamao de grano en las partculas que conforman la misma, el nmero en convencioneses ms alto si la lija es ms fina.

Para pulir con lijas se realiza un movimiento en una sola direccin, la lija es puesta sobre una

superficie plana, se humedece con agua y la superficie de la probeta se frota contra la misma, unavez el rayado de la superficie se encuentre en la direccin del pulido, se rota la probeta 90, sereemplaza la lija por una de mayo calibre y se repite el proceso.

Las lijas usadas para el pre-pulido son: 80, 160, 220, 320, 400, 600 y en algunos casos 1000.Adicionalmente lijas de calibres mayores a 320 pueden ser acopladas en la pulidora, para unmejor acabado.

Figura 5.2:Pulido de probetas con lijas.

Se realizar un pulido final con paos de almina, para ello colocar la probeta sobre el discoindicado por el profesor en la prctica, tener en cuenta que se debe sostener firmemente lamuestra pues la pulidora gira a una gran velocidad. Se debe girar la probeta cada cierto tiempo.

Figura 5.3:Pulido de probetas con pao y almina.

Una vez concluido con el proceso de pulido se procede a realizar el ataque qumico con Nital al2%, sumergiendo la probeta durante 2 a 5 segundos y posteriormente se realiza un enjuague para

evitar la oxidacin.


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Figura 5.4:Ataque qumico.

La probeta ahora es llevada al microscopio, se procede primero a enfocar la imagen por medio

de las perillas de ajuste. Una vez la imagen sea clara para el estudio, se realiza una anlisis de lamicroestructura presente en la superficie.

Figura 5.4:Observacin metalogrfica.

6. CUESTIONARIO1. Determine el tipo de microestructura presente en su muestra.2. Realice una interpretacin de sus resultados.

7. BIBLIOGRAFIA- Yoni Jorge Abrigo Iparraguirre - METALOGRAFIA Y PROPIEDADES DE LOS METALES

CONCYTECLima 1996.- Mg. Ing. Nilthon Zavaleta Gutirrez METALOGRAFIA DE ACEROS Y FUNDICIONES

Unversidad Nacional de Trujillo - Trujillo 1998.- D. M. K de Grinberg TRATAMIENTOS TERMICOS DE ACEROS Y SUS PRACTICAS DE

LABORATORIOLIMUSAMxico 1989.- Richard Henry GreavesMETALOGRAFIA MICROSCOPICA PRACTICAEdiciones URMO

Espaa 1989.


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ANEXO 01

Tabla 01: Soluciones qumicas para ataque metalogrfico (acabado).

METAL SOLUCIN QUIMICA COMENTARIOS

Aluminio

-60ml H2SO4-30ml H3PO4-10ml HNO3

Usar a 100C de 2 a 5 min.

-70ml H3PO4-15ml cido Actico-15ml Agua Usar de 100C a 120C por 2 a 6 min.

Cobre

-6ml HNO3-65ml cido Actico-27ml H3PO4

Pulir hasta lija 600 y sumergir a 60C por 1 min.

-80ml H2SO4-20ml HNO3-1ml HCl-55-60g CrO3-200ml Agua

Usar de 20C a 40C por 1 a 3 min. Eficaz conaleaciones tambin.

Hierros -70ml H2O2(30%) Usar de 15C a 25C.

Hierro, aleacionescon bajo contenido

deCarbono

-30ml HNO3-70ml HF-300ml agua Usar a 60C.-25g cido Oxlico-10ml H2O2-1gota de H2SO4-1000ml de agua Pulir hasta lija 600 y sumergir a 20C.-3 partes de H3PO4-1 parte de H2SO4-1 parte de HNO3

Usar a 85C.

Aceros al carbono-90ml H2O2(30%)-10ml Agua-15ml H2SO4

Usar a 25C de 2 a 5 min.

Aceros inoxidables

Agregar por peso-30% HCL-40% H2SO4-5.5% tetracloruro de titanio-24.5% Agua

Usar por inmersin de 70C a 80C de 2 a 5 min.

Aceros

Solucin A-3 partes de H2O2-(30%)-10 partes agua-1 parte HF

Concentraciones mayores a 0,3% C:Pulir hastalija 150, sumergir en solucin A de 15 a 25segundos, lavar con agua, limpiar con solucinB en algodn, lavar con agua y secar.Concentraciones entre 0.15 y 0.3% C: Pulirhasta lija 320 y sumergir en solucin A de 12 a18 segundos, luego realizar proceso de limpiezaindicado anteriormente.Concentraciones menores a 0.15% C: Pulirhasta lija 600 Sumergir en solucin A de 3 a 5segundos, luego realizar proceso de limpiezaindicado anteriormente.

Solucin B-1 parte H3PO4-15 partes agua


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Tabla 02: Soluciones tpicas para el ataque de aceros.

METAL SOLUCIN QUIMICA COMENTARIOS

Picral - 4 gr. cido pcrico.- 100 ml. Alcohol etlico.

-Revela los lmites de grano de austenita enestructuras martensiticas.

-Ennegrece la perlita.Nital 2%

- 2% cido ntrico.- 98% alcohol etlico -Realza la interfase entre los carburos y la matriz.-Ennegrece la perlita.


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ANEXO 02

Figura A2-1:Observacin de ferrita y perlita en un acero SAE 1015.

Figura A2-2:Observacin de ferrita y perlita laminar en un

acero SAE 1045.

Figura A2-3:Observacin de martensita en una matriz ferriticaAcero AISI 420.


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Figura A2-4:Observacin de la microestructura interna de la

cementita.

Figura A2-5:Observacin de la martensita y austenita

retenida.

Figura A2-6:Observacin de la martensita y austenita

retenida.


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ANEXO 03

FORMATO PARA LA TOMA DE MUESTRA

Fecha: Ciclo: Ao Acadmico:

Nombre:

Tipo de Material:

Estado de la Probeta (recocido,temple, sin tratamiento)

:

Microscopio: Aumento:

ANALISIS MICROESTRUCTURAL

Microestructura Encontrada:

Observaciones Adicionales:

Conclusiones:

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