lab. metalografia

Tecnologa de Materiales AvanzadoNro. DD-106

Pgina 13

Tema :Ensayos de MetalografaCdigo :M35313

Semestre:III

Grupo :

Nota: Apellidos y Nombres:Lab. N :06

I.OBJETIVOS1. Identificar los diferentes componentes granulares de los materiales.II. RECURSOSA. HERRAMIENTAS : Microscopio metalogrfico Olimpus GX 41 Mquina Pulidora. MATERIALES Y/O PROBETAS Probetas de : 02 Acero SAE 1020 02 Acero SAE 1045 02 Aluminio 02 Bronce 02 Soldadura Reactivo de ataque : cido ntrico y alcohol etlico. ( Nital ) Baquelita (resina sinttica obtenida con fenol y formol), en polvo. Materiales para esmerilar: papeles lijas con distintos tamaos de grano. Materiales para pulir : pao sujeto sobre disco de la pulidora automtica y abrasivo almina.

III. CONOCIMIENTOS PREVIOS1. El examen microgrfico, es una tcnica ms avanzada y se basa en la amplificacin de la superficie mediante instrumentos pticos (microscopio) para observar las caractersticas estructurales microscpicas (microestructura). Este tipo de examen permite realizar el estudio o controlar el proceso trmico al que ha sido sometido un metal, debido a que los mismos nos ponen en evidencia la estructura o los cambios estructurales que sufren en dicho proceso.

Como consecuencia de ello tambin es posible deducir las variaciones que experimentan sus propiedades mecnicas (dependiendo de los constituyentes metalogrficos presentes en la estructura).

Los estudios pticos microscpicos producen resultados que no solo son tiles a los investigadores sino tambin a los ingenieros. El examen de la microestructura es muy til para determinar si un metal o aleacin satisface las especificaciones en relacin a trabajos mecnicos anteriores, tratamientos trmicos y composicin general. La microestructura es un instrumento para analizar las fallas metlicas y para controlar procesos industriales.

Para un estudio de la estructura microscpica se necesita una preparacin an ms cuidadosa de la superficie. No obstante el procedimiento de preparacin de la superficie es bsicamente el mismo para ambos ensayos metalogrficos.

Esta experiencia delinea una forma de preparar muestras pequeas (de acero blando) con el fin de realizar un examen metalogrfico. Los cuatro pasos bsicos que se requieren para preparar la superficie para su observacin son:1) Corte transversal.2) Montaje.3) Desbaste y pulido.4) Ataque.

Los pasos a seguir en el procedimiento de preparacin es el mismo para todos los materiales difiriendo solo las herramientas de corte y el grado de finura de los papeles de esmeril, segn la dureza del material. El reactivo de ataque a utilizar depende del tipo de aleacin

Procedimiento de preparacin de una muestra:

2.1 Corte transversal: Por lo general, se deben cortar varios trozos pequeos del material a examinar. La ubicacin de las muestras y la forma en que se corten afectarn los resultados y su interpretacin. Dependiendo del tipo de pieza a examinar es la zona donde se efectuara la muestra. No existe una regla fija que determine el lugar a elegir. Los criterios varan. Por ejemplo: Si se estudian perfiles o barras laminadas, deben extraerse probetas de sus extremos y parte media.

Por ejemplo, una varilla de acero estirado en fro puede cortarse de tal forma que quede expuesta una seccin transversal o una longitudinal, y ambas secciones variarn notablemente su aspecto. En el caso del acero (y de algunas otras aleaciones), es necesario evitar el calentamiento de la muestra al hacer el corte.

Dado que el material a examinar es un acero blando (acero al carbono recocido, aleaciones livianas), el corte se realizara con una sierra a mano y de diente grande. (Mientras mas blando sea el material, mas grande debe ser el diente de la sierra a utilizar, con el objeto de que la viruta sea fcilmente extrada de la zona de corte, evitando que al agruparse se adhiera a la superficie a estudiar, falseando la observacin posterior).

Los materiales duros (aceros aleados, templados, no ferrosos endurecidos) deben cortarse con discos abrasivos muy delgados de carbundum a altas velocidades y gran refrigeracin.

Los metales frgiles como fundicin blanca, aceros templados, bronces ricos en estao, etc, pueden romperse con golpe de martillo para extraer la probeta.

2.2 Desbaste y pulido:

Desbaste grueso: Este se logra mejor en un esmeril hmedo de banco o en una acabadora de superficies de bandas hmedas, usando bandas de granos 120, 140, 160. El objetivo del esmerilado es obtener una superficie plana, libre de toda huella de marcas de herramientas, y en la que todas las marcas del esmerilado sigan la misma direccin. Se puede esmerilar en seco a condicin de no producir cambios estructurales por el calentamiento de la muestra. Tambin se deben evitar presiones excesivas que calienten o distorsionen la superficie a observar. Luego, la muestra se lava y se seca antes de pasar a la prxima etapa de esmerilado.

Desbaste fino: Este proceso se efecta utilizando granos cada vez mas finos de lija metalogrfica para esmerilar. Se utilizan papeles de grano 320 en adelante. La lija se sostiene sobre una superficie plana y dura, que puede ser acero o vidrio, y la muestra se pasa sobre el papel de lija sin seguir un movimiento rotatorio. Cuando se termina de esmerilar con un papel de lija, las marcas deben estar todas en la misma direccin, como se indica en la figura 1.

Antes de proseguir con la siguiente lija mas fina, deben lavarse la muestra como las manos del operario.

Ahora la muestra debe desplazarse en forma tal que las rayas hechas por las distintas lijas formen ngulos rectos con las del inmediatamente anterior. As, puede verse con claridad si se han eliminado las rayas ms gruesas que se hicieron en la operacin anterior. Ver figura 1.

El desbaste se da por terminado cuando se obtiene una cara perfectamente plana, con rayas muy finas en toda la superficie, producidas en un solo sentido, por el papel de esmeril de mayor finura. Cuando mas blando es el material, mayor es la finura del grano del papel de esmeril utilizado en ltimo trmino.

Figura 1

Pulido: Se procede a hacer el pulido solo despus de lavar con sumo cuidado tanto las manos como la muestra, a fin de evitar cualquier contaminacin de la rueda de pulido. Este procedimiento se basa en el uso de una rueda cubierta con una tela, cargada con una suspensin de almina. Al principio, la muestra se sostiene en una posicin sobre la rueda, sin hacerla girar, hasta que se hayan eliminado la mayora de las rayas anteriores. Luego puede hacerse girar con lentitud en sentido contrario al de rotacin de la rueda, hasta que solo puedan verse las marcas de almina. La rotacin de la muestra reduce a un mnimo el peligro de formacin de ranuras.

La muestra se hace girar con lentitud en sentido contrario al de giro de la rueda tendiendo a obtener una superficie especular. Si los pasos descriptos se realizan debidamente, este pulido no debe requerir ms de dos minutos. Los resultados del pulido pueden mejorarse si esta ltima etapa de pulido se realiza sobre la rueda girando a baja velocidad.

Para pulir aceros dulces, casi siempre es conveniente usar una almina de grano 600. En otros metales y aleaciones pueden lograrse mejores resultados si se acaba con almina rebajada, xido de magnesio, diamante en polvo o cualquier otro tipo de compuesto pulidor que se dispone.

El electro pulido es adecuado para el acabado de gran nmero de muestras idnticas, puesto que requieren ajustes y control cuidadoso. Por otro lado alguno de los mejores electrolitos constituye un peligro de explosin.

3. Ataque: Este permite poner en evidencia la estructura del metal o aleacin. Existen diversos mtodos de ataque pero el ms utilizado es el ataque qumico. El ataque qumico puede hacerse sumergiendo la muestra con cara pulida hacia arriba en un reactivo adecuado, o pasar sobre la cara pulida un algodn embebido en dicho reactivo. Luego se lava la probeta con agua, se enjuaga con alcohol o ter y se seca en corriente de aire. El fundamento se basa en que el constituyente metalogrfico de mayor velocidad de reaccin se ataca ms rpido y se ver mas oscuro al microscopio, y el menos atacable permanecer ms brillante, reflejar ms luz y se ver ms brillante en el microscopio.

Por otro lado, en los metales con un solo constituyente metalogrfico, los lmites de grano estn sujetos a ataques selectivos, puesto que representan zonas de imperfeccin cristalina e impurezas que aceleran el ataque local. Adems los granos con orientaciones distintas son atacados con diferente intensidad, dado que esta diferencia en la orientacin provoca velocidades de ataque diferentes. Observar figura2 . (Se observa como vara el aspecto superficial de cada uno de los granos.)

Figura 2: Se aprecia que el ataque del reactivo es selectivo, los granos afectados se ven oscuros mientras los no afectados reflejan la luz.

Se debe evitar el sobre ataque, dado que la superficie se puede manchar y tapar la estructura o producirse manchas de corrosin.

Un reactivo comn utilizado para atacar hierros y aceros al carbono en general es el nital, que consiste en 5% de cido ntrico concentrado en alcohol etlico ( en 100cm3 de alcohol etlico 95% agregar 5 cm3 de NO3H concentrado).

Para su aplicacin, el nital se vierte en un plato y la muestra (lavada y secada previamente) se frota con un algodn impregnado en nital. Por lo comn es adecuado de 3 a 5 segundos para que el ataque qumico sea adecuado. El nital oscurece la perlita y pone de manifiesto los bordes de la ferrita. Ferrita y cementita blancos y perlita mas oscura (laminas claras y oscuras semejante a una impresin digital). Inmediatamente despus se lava la muestra con elevada agua corriente, se enjuaga con alcohol y se seca mediante un golpe de aire.

4. Examen microscpico:La muestra se coloca en la placa de un microscopio metalrgico, de modo que la superficie sea perpendicular al ojo ptico. Puede observarse con ampliaciones diferentes, y elegir la adecuada. Si se examina con un aumento de 500x deben aparecer claramente el constituyente perlita, en una muestra de acero completamente recocido. Puede quizs tomarse una imagen de la microestructura. Si la muestra no ha sido bien atacada por el cido, el aspecto de la perlita ser prcticamente invisible o muy dbil. Si el ataque ha sido excesivo la perlita tendr un aspecto muy negro. Se puede hacer un repulido rpido y un nuevo ataque.

I. PROCEDIMIENTO

Pasos a seguir para realizar el ensayo metalogrfico

PREPARACION DE LAS PROBETAS

Preparar las probetas, limarlas hasta obtener una superficie pulida sin rayones.Preparar el nital para realizar el quemado correspondiente a las probetas.

UTILIZACION DEL MICROSCOPIO Y EJECUCION DEL ENSAYO.

Uso del microscopio electrnico Olympus GX - 41Posicionar el lente ptico 50X para realizar la tarea

Ubicar la probeta en el sentido de la lente

Calibrar la lente hasta obtener una imagen ntida

4.1 Datos del examen microscpicoProbeta 1.

a) Aumento:50xb) Nombre de la estructura metalogrfica: Austenita + martensitac) % de Carbono: 1%d) Tratamiento trmico de la probeta: TEMPLADOe)Enfriamiento: En aceiteProbeta 2

a) Aumento:50xb) Nombre de la estructura metalogrfica:Austenita + martensitac) % de Carbono:1-2 %d) Tratamiento trmico de la probeta TEMPLADO e)Enfriamiento: En agua

Probeta 3

a) Aumento:50xb) Nombre de la estructura metalogrfica: Austenita + martensitac) % de Carbono:2%d) Tratamiento trmico de la probeta TEMPLADO e)Enfriamiento: En aceiteProbeta 4

a) Aumento:50xb) Nombre de la estructura metalogrfica:Austenita + martensitac) % de Carbono: 2-3%%d) Tratamiento trmico de la probeta TEMPLADO e)Enfriamiento: En agua

Probeta 5

a) Aumento:50xb) Nombre de la estructura metalogrfica:Austenita + martensitac) % de Carbono:3-4%d) Tratamiento trmico de la probeta: TEMPLADOe)Enfriamiento: En aceiteProbeta 6

a) Aumento:50xb) Nombre de la estructura metalogrfica:Austenita + martensitac) % de Carbono: 4-5%d) Tratamiento trmico de la probeta TEMPLADO e)Enfriamiento: En agua

II. CUESTIONARIO

1. Que indica el tamao de grano del acero?El tamao de grano del acero ser el indicador de las propiedades mecnicas de la pieza o probeta a probar. La muestra no debe sobrecalentarse, no importa si es dura o blanda ya que las estructuras de grano pueden alterarse con una alta temperatura de corte.

2. Cul es la finalidad del reactivo utilizado? Es igual para el anlisis de todos los materiales?El propsito del ataque qumico es hacer visibles las caractersticas estructurales del metal o aleacin para que as queden claramente diferenciadas las partes de la micro estructura.

Esto se logra mediante un reactivo apropiado, en nuestro caso utilizaremos el cido ntrico con una mezcla de alcohol atacando la muestra durante el tiempo necesario sumergindolas boca

Si el tiempo de ataque es demasiado corto, 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 quemara quedando muy obscura; el anlisis en los diversos materiales ira variando segn su composicin, aleacin o pre tratamiento (pulido).

3. Cmo se demuestra el mayor contenido de carbono en una aleacin ferrosa?Se puede demostrar viendo su microestructura y definiendo el tipo de grano q este posee o interpretando los resultados en un diagrama de fases meta estable Hierro Carbono, as definiremos si es martensita, austenita, cementita o perlita

4. Dentro de que constituyente est presente el carbn en l. Acero?Tenemos ciertas calidades de acero:

Acero dulce: El porcentaje de carbono es de 0,25%, tiene una resistencia mecnica de 48-55 kg/mm2

Acero semidulce: El porcentaje de carbono es de 0,35%. Tiene una resistencia mecnica de 55-62 kg/mm2Acero semiduro: El porcentaje de carbono es de 0,45%. Tiene una resistencia mecnica de 62-70 kg/mm2 Acero duro: El porcentaje de carbono es de 0,55%. Tiene una resistencia mecnica de 70-75 kg/mm2

5. Hasta que nivel de pulido se deben preparar las probetas antes del ataque qumico? Primero se realiza un Pulido intermedio.

La muestra se pule sobre una serie de hojas de lijaren la maquina lijadora de forma giratoria a la cual se le adiciona agua para un mejor acabado. La velocidad y el material influyen mucho en el acabado

Luego continuamos con un Pulido fino

En esta operacin se utiliza la lijar ms fina (800) y se disminuye la velocidad de giro de la mquina para as poder conseguir un aspecto brilloso y liso como un espejo

6. Puede saberse o estimarse con un ensayo mtalo grfico la dureza del acero?Segn las grficas y el diagrama de fases podemos llegar a una aproximacin de la dureza del material

CEMENTITA: dureza de 912 HB = 960 Vickers PERLITA: dureza de190 HB = 200 Vickers AUSTENITA: dureza de 290 HB = 305 Vickers MARTENSITA: dureza de 38 HB = 40 Vickers

III. OBSERVACIONES Los calentamientos realizados en los aceros fueron hasta temperaturas austeniticas Este ensayo se realiz con la ayuda de un microscopio en donde se observa la estructura de ciertas muestras que nos permitan concluir que tipo de aleacin se tiene, contenido de carbono y tamao de grano. Se emple como reactivo de ataque el Nital, porque este resalta diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos del acero. Es necesario graduar el microscopio parapoder observarms claramente la estructura Es necesario tener un patrn base (folleto) de las estructuras para poder compararlas y determinar a que tipo de microestructura correspondiente.

IV. CONCLUSIONES Al realizar el tratamiento de temple en el acero se obtuvo un material ms duro y resistente, pero frgil, esto se debe a que la velocidad de enfriamiento fue muy rpida por lo que se form una estructura martensitica.

Al someter los aceros al tratamiento trmico de temple con enfriamiento rpido se obtuvo que el porcentaje de carbono aumento volvindose el acero mas dctil.

Se pudo identificar a la martensita con sus debidas propiedades y caractersticas que nos fueron proporcionadas al realizar el ensayo de metalografa en las probetas.

Las probetas de acero que fueron sometidas a mayor temperatura y posteriormente fueron enfriadas en agua presentaron un aumento mayor de carbono en su estructura cristalina.

La estructura martensitica formada despus del temple presenta bastantes tensiones internas y es muy frgil.

El microscopio metalogrfico opera con la luz reflejada por el metal debido a la opacidad de los metales, es por eso que para poder observar la muestra es necesario preparar una probeta y pulir a espejo la superficie.

Con el ensayo de metalografa realizado se pudo observar la forma y tamao del grano de cada una de las probetas y as poder deducir sus propiedades mecnicas y fsicas.

V. ANEXOSEQUIPOS MICROSCOPIO METALOGRAFICOEl microscopio metalogrfico es la herramienta que permite ver de forma clara y magnificada las probetas destinadas para la prctica. Sus partes son:

1. Interruptor de encendido2. Perilla control de iluminancia: Controla la cantidad de lux que iluminan la muestra.3. Tubo de observacin binocular4. Platina: Sobre ella se arreglan las probetas5. Portador de espcimen: Base sobre la que se encuentra la platina6. Puente giratorio: Contiene el objetivo(lentes de aumento),lentes de aumento de 5x,10x,50x,100x.7. Control de movimiento en Y, posiciona el portador de la muestra en el eje Y.8. Control de movimiento en X, posiciona la muestra en el eje X.9. Perillas de ajuste fino: Ajuste de imagen fino.10. Perillas de ajuste grueso: Ajust de imagen grueso. PULIDORALa pulidora es utilizada para dar el acabado final a la superficie , haciendo uso de lijas y paos especializados. Las partes de la pulidora son:

1. Discos: Sobre ellos se arreglan los paos para realizar el pulimento.2. Arandelas: Su funcin es proteger los alrededores de los discos3. Tubo de desage4. Interruptor: Controla el paso de agua por la manguera de refrigeracin:5. Manguera de refrigeracin6. Perilla: Controla la velocidad angular en los discos.7. Interruptor de encendido.

BIBLIOGRAFIABoero, C. (2012). Mantenimiento industrial. Cordoba: Jorge Sarmiento.Borras, C. F.-V. (2005). Tecnologia de Materailes. Valencia: Alfaomega.

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