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PRESENTACIÓN
El siguiente informe de ensayo de metalografía, ha sido elaborado por
alumnos de la Universidad Nacional de Ingeniería de la Facultad de Ingeniería
de Mecánica, que gracias al trabajo colectivo de la supervisión del ingeniero
Edwin Bejarano y el apoyo del técnico Abraham Tapia se realizó en el
laboratorio de Ciencia de los Materiales.
En esta experiencia se cumple con la norma internacional ASTM E3-01
Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens que trata sobre
las correctas técnicas de preparación de muestras metalográficas.
Esperamos que este informe sea del agrado del lector, motive el estudio en las
estructuras micrográficas de los diversos materiales, en especial de los metales
donde uno de los importantes en el rubro de la ingeniería Mecánica es el acero.
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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.
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OBJETIVOS
Los objetivos principales en el ensayo de metalografía, son los siguientes:
Aprender a realizar correctamente el ensayo de metalografía para el
reconocimiento de los metales.
Determinar en base de una comparación de microfotografías (obtenida
en el laboratorio y la establecida por la norma), el porcentaje de carbono
en el acero, de perlita y ferrita.
Determinar algunas de las propiedades físicas, mecánicas y químicas
del acero, en base a su composición de perlita, ferrita y carbono.
Reconocer las diferentes microestructuras de los materiales mecánicos
en nuestro caso el acero, que varía de acuerdo a su composición.
Establecer las aplicaciones (comerciales, industriales, etc.,) de los
aceros que se reconocen a través del ensayo de metalografía.
Valorar la valiosa información que nos puede brindar el ensayo de
metalografía, para ello es necesario obtener muestras que sean
representativas y que no presenten alteraciones debidas a la extracción
y/o preparación metalográfica.
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MARCO TEÓRICO
METALOGRAFÍA
La metalografía cosiste en el estudio de la constitución y la estructura de los
metales y las aleaciones. La forma más sencilla de hacerlo es examinando las
superficies metálicas a simple vista. Los estudios microscópicos producen
resultados que son útiles no sólo a los científicos, sino también a los ingenieros
metalúrgicos, mecánicos, y personas dedicadas a la ciencia de los materiales.
El examen de la microestructura es muy útil para determinar si un metal o una
aleación satisfacen las especificaciones en relación con trabajos mecánicos
anteriores, tratamientos térmicos y composición general. La microestructura es
un instrumento para analizar las fallas mecánicas y para controlar procesos
industriales y de manufactura.
CONSTITUYENTES METALOGRÁFICOS
Ferrita: Este constituyente está formado por una solución sólida de inserción
de carbono en hierro alfa. Es el constituyente más blando de los aceros pero es
el más tenaz, es el más maleable, su resistencia a la tracción es de 28
daN/mm2 y su alargamiento de 35 %. Su solubilidad máxima es de 0,008 %.
Puede también mantener en solución de sustitución a otros elementos tales
como Si, P, Ni, Cr, Cu... que figuran en los aceros, bien como impurezas, bien
como elementos de aleación. La ferrita se presenta en los aceros
hipoeutectoides como constituyente y mezclada con la cementita entra a formar
parte de la perlita. Si el acero es muy pobre en carbono, su estructura está
formada casi en su totalidad por granos de ferrita cuyos límites pueden
revelarse fácilmente con el microscopio, después de un ataque con ácido
nítrico diluido. Los granos son equiaxiales. Tiene una distancia interatómica de
2,86 A y un diámetro atómico de 2,48 A.
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Perlita: Está formada por una mezcla eutectoide de dos fases, ferrita y
cementita, se produce a 723 ºC cuando la composición es de 0,8 %. Su
estructura está constituida por láminas alternadas de ferrita y cementita, siendo
el espesor de las láminas de ferrita superior al de las de cementita, estas
últimas quedan en relieve después del ataque con ácido nítrico, lo cual hace
que en la observación microscópica se revelen por las sombras que proyectan
sobre las láminas de ferrita. La perlita es más dura y resistente que la ferrita,
pero más blanda y maleable que la cementita. Se presenta en forma laminar,
reticular y globular.
LIJADO
Es la acción mecánica el cual permite reducir y eliminar las líneas
circunferencias en la base de la probeta.
PULIDO
El pulido tiene por objeto eliminar las rayas finas producidas en el desbaste
final y producir una superficie con características especulares. Esta operación
por lo general se realiza en forma mecánica y se utiliza un paño impregnado
con partículas de algún abrasivo en solución acuosa.
ATAQUE QUÍMICO
Permite poner en evidencia la estructura del metal o aleación. Existen diversos
métodos de ataque pero el más utilizado es el ataque químico. El ataque
químico puede hacerse sumergiendo la muestra con cara pulida hacia arriba en
un reactivo adecuado, o pasar sobre la cara pulida un algodón embebido en
dicho reactivo. Luego se lava la probeta con agua, se enjuaga con alcohol o
éter y se seca en corriente de aire. El fundamento se basa en que el
constituyente metalográfico de mayor velocidad de reacción se ataca más
rápido y se verá más oscuro al microscopio, y el menos atacable permanecerá
más brillante, reflejará más luz y se verá más brillante en el microscopio.
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MATERIALES
Los materiales que usamos para llevar a cabo la experiencia fueron los
siguientes:
Probeta metálica Lijas
Pulidora Secadora
Alúmina
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Nital Pinzas
Microscopio Trilocular Invertido Metalográfico
(Modelo: XJL-17BT Procedencia: Alemana .aumento x200)
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PROCEDIMIENTO
Este procedimiento lo realiza cada integrante del grupo con su respectiva
probeta.
Lijar la base de la probeta en una sola dirección y sentido con presencia
de agua, realizar el mismo procedimiento con las diferentes lijas
brindadas hasta que quede con rayas uniforme.
Llevar la probeta en la pulidora y realizar
el respectivo proceso en la base donde se lijo, para esto se debe sujetar
bien la probeta y acompañar el proceso con la alúmina.
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Proceder a limpiar la base de la probeta, atacarla con Nital y realizar el
respectivo secado.
Finalmente se lleva la probeta al microscopio y se debe observar la
microestructura del material del cual está hecho la probeta. A
continuación se muestra la micrografía de una de las probetas con un
aumento x200 de un integrante.
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Luego de tomar las fotos de la microestructura, se procede a hacer una
comparación con distintas fotografías de aceros previamente recabadas.
Para realizar esta comparación, se igualaron las escalas de ambas fotos para
obtener una mejor vista y se tomó la región con mejor resolución para facilitar
la observación.
a) Primera probeta
Comparaciones
La
primera imagen muestra claramente unos granos bien formados con contornos redondeados y con rastros claros de perlita en las zonas oscuras.
Comparando con la imagen del costado se puede ver que el parecido de granos y de la cantidad de perlita alrededor de estos se asemeja mucho.
Así concluimos que la probeta es el acero SAE 1018
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Propiedades
Las principales propiedades de este acero son las siguientes:
1. Propiedades mecánicas:
o Dureza 126 HB (71 HRb)
o Esfuerzo de fluencia 370 MPa (53700 PSI)
o Esfuerzo máximo 440 MPa (63800 PSI)
o Elongación máxima 15% (en 50 mm)
o Reducción de área 40%
o Modulo de elasticidad 205 GPa (29700 KSI)
o Maquinabilidad 76% (AISI 1212 = 100%)
2. Propiedades físicas:
o Densidad 7.87 g/cm3 (0.284 lb/in3)
3. Propiedades químicas:
o 0.15 – 0.20 % C
o 0.60 – 0.90 % Mn
o 0.04 % P máx
o 0.05 % S máx
4. Usos: se utiliza en operaciones de deformación plástica como remachado y
extrusión. Se utiliza también en componentes de maquinaria debido a su
facilidad para conformarlo y soldarlo. Piezas típicas son los pines, cuñas,
remaches, rodillos, piñones, pasadores, tornillos y aplicaciones de lámina.
b) Segunda probeta
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Comparaciones
La primera imagen muestra granos alargados y disparejos. Además, muestra zonas oscuras de perlita que en algunos casos rodean totalmente al grano.
Comparando con la imagen del costado se puede ver que el alargamiento de estos granos se asemejan mucho entre si y que las zonas oscuras ocupan una proporción similar a la misma escala.
Así concluimos que la probeta es el acero SAE 1045
PropiedadesLas principales propiedades de este acero son las siguientes:
1. Propiedades mecánicas:
o Dureza 163 HB (84 HRb)o Esfuerzo de fluencia 310 MPa (45000 PSI)o Esfuerzo máximo 565 MPa (81900 PSI)o Elongación 16% (en 50 mm)o Reducción de área (40%)o Módulo de elasticidad 200 GPa (29000 KSI)o Maquinabilidad 57% (AISI 1212 = 100%)
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2. Propiedades físicas:
o Densidad 7.87 g/cm3 (0.284 lb/in3)3. Propiedades químicas:
o 0.43 – 0.50 % Co 0.60 – 0.90 % Mno 0.04 % P máxo 0.05 % S máx
4. Usos: los usos principales para este acero es piñones, cuñas, ejes, tornillos, partes de maquinaria, herramientas agrícolas y remaches.
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CONCLUCIONES:
Los materiales metálicos estudiados mediando este ensayo, resultaron
ser el acero SEA 1018 y el SAE 1045.
Se pudo determinar algunas propiedades de los aceros a través del
ensayo de metalografía.
Se comprobó que las propiedades de los metales, dependen de su
composición, en nuestro caso de perlita y ferrita.
Se necesita de un adecuado patrón base de las estructuras (en nuestro
caso el de la norma ASTM), para realizar comparaciones y determinar el
tipo de microestructura correspondiente.
Este ensayo nos da una visión más amplia sobre los distintos ensayos
similares que existen y se usan para reconocer a muchos materiales del
universo.
La importancia de este ensayo radica en su importancia en el ámbito
industrial y le da ingeniería, del cual muchas personas se ganan la vida
con esta especialidad.
Este ensayo metalográfico para detectar el tipo del metal con que se
trabaja, es económico y el material no se perjudica mucho (ensayo no
destructivo).
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RECOMENDACIONES:
Realizar una inspección de estado físico a los materiales a usarse, para
el buen resultado del ensayo.
Para que el ensayo se realice de manera adecuada y de resultados
correctos, es necesario una buena preparación de la probeta.
Es importante hacer el lijado de la base de la probeta en una sola
dirección para mantener la uniformidad.
Realizar adecuadamente el pulido de la base de la probeta, ya que de
este depende los resultados para el reconocimiento de la composición
del material.
Graduar el microscopio adecuadamente para poder observar más
claramente la estructura a estudiar.
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BIBLIOGRAFÍA
Donald R.Askeland. Ciencia de ingeniería de los materiales. 4ta edición.
Editorial International Thomson. México. 2007
W. F. SMITH. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Editorial McGraw-Hill,
(2007).
Shackelford J. Ciencia de Materiales para Ingenieros, 3ra edición. Prentice
Hall. México1995.
Keiser Carl. Técnicas de Laboratorios para pruebas de Materiales,2da
edición. Limusa – Wiley.
Zolotorovski, V. Pruebas Mecánicas y Propiedades de los Metales. Ed. Mir.
W.D.Callister. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los
materiales.Editorial Reverté, S.A., (2003).
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