Download Práctica 9-Metalografía (1)

PRÁCTICA Nº 9: METALOGRAFÍA
8.1. OBJETIVOS
•
Conocer uno de los métodos de caracterización más importantes de los metales: la
metalografía.
•
Realizar el procedimiento necesario para la correcta visualización en el microscopio.
•
Reconocer las fases presentes en el acero.
8.2. RECURSOS
1. Materiales
•
Probetas cilíndricas de 1” de diámetro de los siguientes metales:
o Acero SAE 1045.
o Acero SAE 1020.
•
Vitalloy.
•
Vitacryl.
Figura 8.1:
Resina dental de curado rápido.
Fuente: (Acrilico dental de curado rápido, s.f.)
2. Herramientas
•
Tubo de 1 ½” cortado y lijado.
•
Cera para piso.
•
Huaype blanco.
1
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
•
Vaso de policarbonato y bajalengua.
•
Lijas al agua N° (100, 220, 400, 600,1000, 1200 y 2000).
•
Piseta con agua.
•
Algodón y alcohol.
•
Alúmina.
3. Insumos químicos
• Nital al 3%.
4. Equipos
• Microscopio metalográfico.
• Pulidora metalográfica.
5. Equipo de protección personal
•
•
•
•
•
Barbijo.
Guantes de látex.
Mandil protector.
Zapatos de seguridad.
Lentes de seguridad.
6. Otros
Probetas de acero SAE 1020 y SAE 1045 previamente templadas y bonificadas;
atacadas químicamente con Nital al 3%.
8.3. DURACIÓN DE LA PRÁCTICA
Dos sesiones (Cuatro horas)
8.4. MARCO TEÓRICO
8.4.1. METALOGRAFÍA
El objetivo principal del examen metalográfico es revelar los constituyentes y la
estructura de los metales y sus aleaciones por medio del microscopio óptico. En casos
especiales, el objetivo del examen puede requerir el desarrollo de menos detalles que en otros
casos, pero, en casi todas las condiciones, la selección y preparación adecuadas de la muestra
es de gran importancia. (ASTM E3 - 95, 1995)
El término metalografía se ha empleado por muchos en un sentido relativamente limitado,
como sinónimo de microscopía de los metales. Sin embargo, en rigor, en él deben incluirse
2
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
todos los métodos de examen sobre la estructura y propiedades de los metales: el estudio de la
estructura de los metales constituye solamente una etapa del examen metalográfico completo
de cualquier material. (Morral, Jimeno, & Molera, 1985)
8.4.2. PREPARACIÓN DE MUESTRAS METALOGRÁFICAS:
El éxito del análisis metalográfico depende, en gran parte, del cuidado que se haya
tenido en la preparación de la muestra. El camino que se ha de seguir en la preparación de una
muestra es sencillo, pero constituye una técnica que se adquiere solamente tras una práctica
constante. (Morral, Jimeno, & Molera, 1985)
8.4.2.1. CORTE
Es la primera de las operaciones a realizar, y tiene por objeto elegir las muestras de la
zona de la pieza que más información proporcione, en función de la causa de estudio. El corte
de la muestra puede realizarse con sierra o con disco abrasivo, mediante una cortadora
metalográfica, cuidando en este caso que la refrigeración sea intensa, para evitar que el
calentamiento modifique la constitución original de la pieza. (García, Martin, Gómez, &
Águeda, 2004)
8.4.2.2. MONTAJE
Las muestras pueden montarse mecánicamente, montarse en plástico, o puede usarse
una combinación de ambas para proporcionar resultados óptimos.
Las muestras pueden estar incrustadas en plástico para protegerlas de daños y
proporcionar un formato uniforme para la preparación manual y automática. Este es el método
más común para montar muestras metalográficas. (ASTM E3 - 95, 1995)
8.4.2.3. DESBASTE
La superficie a pulir primero se desbasta pasándola sucesivamente por papeles con
abrasivos cada vez más finos. La superficie de la probeta queda con marcas de desbaste del
papel con abrasivo más fino en la misma dirección. (Gil Mur & Manero Planella, 2005)
8.4.2.4. PULIDO
La superficie de la probeta, desbastada hasta el grano más fino, se pasa por unos paños
impregnados de abrasivos que suelen ser suspensiones de alúmina, magnesia o polvo de
diamante. Cuando la probeta ya está especularmente pulida, se puede observar si en ella hay
grietas. (Gil Mur & Manero Planella, 2005)
3
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
8.4.2.5. ATAQUE QUÍMICO
El primer paso para realizar el ataque químico es la elección del reactivo a usar. A
continuación, es necesario observar el cuidado de la seguridad laboral y el cuidado del medio
ambiente relativo al uso y al descarte del agente seleccionado.
El ataque propiamente dicho es hecho, normalmente, agitando la muestra con la
superficie pulida sumergida en el reactivo colocado en una pequeña tina.
La duración del ataque depende de la concentración del reactivo y de la naturaleza y
estructura del material a examinar. El tiempo promedio para el acero común y el hierro fundido,
usando reactivos habituales, es del orden de 5 a 15 segundos.
Después del ataque, lave inmediatamente la superficie con alcohol.
Luego, el secado se lleva a cabo, como se describió anteriormente, es decir, primero se
pasa una pequeña bola de algodón humedecida con alcohol y luego se somete la muestra a un
chorro de aire caliente. (da Costa e Silva , 2008)
Tabla 1
Reactivos Metalográficos para Hierro y Acero
ATACANTE
COMPOSICIÓN
Nital
2 ml de HNO y 98 ml de
etanol o metanol (95% o
absoluto, también puede
usarse el alcohol amílico)
Picral
4 g de ácido pícrico, 100
ml etanol o metanol (95%
o absoluto.).
Picral/ nital
50 ml 1 a 2 % nital
50 ml 4% picral
Metalbisulfito de sodio
Vilella
A) 8 g Na2S2O5 y 100 ml
de agua destilada
5 ml de HCl, 1 g de ácido
pícrico y 100 ml etanol o
metanol (95% o absoluto)
USOS
Para aceros al carbono, da un
máximo contraste entre la ferrita y
la perlita o red de cementita;
revela los límites de grano de la
ferrita; diferencia la ferrita de la
martensita.
Para todo grado de acero al
carbono, recocido, normalizado,
templado y revenido,
esferoidizado, bainitizado.
Ataque químicamente aceros de
bajo carbono y hierro, así como
también algunas aleaciones de
acero como las 4340
Generalmente usado para aceros
de fase dual.
Para revelar el tamaño de grano
austenítico en aceros templados y
aceros templados y revenidos
Fuente: Metalografía de aceros y fundiciones, 2000
4
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
8.4.2.6. OBSERVACIÓN DE LAS MUESTRAS
Una vez realizadas las operaciones anteriores, el análisis de las muestras se deberá
realizar por medio de microscopios especiales en los que el rayo de luz procedente del foco
luminoso se refleja en la probeta y pasa a través del objetivo (situado junto al objeto) y del
ocular (situado junto al ojo del observador), dando el aumento correspondiente. (García,
Martin, Gómez, & Águeda, 2004)
El microscopio metalográfico es, en esencia, un instrumento de gran precisión ideado
lo mismo para el examen visual que para el registro permanente de las estructuras metálicas por
medio de la fotografía.
En la interpretación de la microestructura se ha de tener presente que se ve una sección
de dos dimensiones de un objeto que posee tres, por lo que un grano que ocupa una pequeña
área necesariamente no ha de ser pequeño, pues puede ser la esquina de un grano grande.
También el aspecto de la probeta puede cambiar notablemente con el aumento empleado, así
que se ha de establecer un criterio riguroso para utilizar adecuadamente los aumentos. (Morral,
Jimeno, & Molera, 1985)
8.5. ACTIVIDADES DE LA PRÁCTICA Y PROCEDIMIENTO:
MONTAJE Y DESBASTE DE LA PROBETA (Primera sesión):
1.
Encerar el tubo y el vidrio teniendo cuidado de esparcir bien la cera para que no
queden grumos. Colocar el tubo y la probeta encima del vidrio cuidando de que la
pieza esté centrada todo el tiempo.
2.
En el vaso de policarbonato vaciar el sobre de Vitalloy para después agregar lento
pero constante el Vitacryl, se realiza de esta manera para que no haya una reacción
violenta. Luego se mezcla lento hasta que sea homogéneo el contenido.
3.
Vaciar la mezcla en el tubo, esperar a que cure para luego retirar el mismo y dejar
la pieza ya montada.
4.
Lijar la probeta con todas las lijas (100, 220, 400, 600,1000, 1200 y 2000)
tomando en cuenta que antes de pasar a otra se debe girar 90° para así “borrar
5
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
las líneas anteriores”. Ser muy cuidadoso en esta etapa para evitar que la pieza
salga dispareja o rayada.
Figura 1
Pieza desbastada con lijas gruesos y finos.
Fuente: Elaboración propia.
PULIDO, ATAQUE Y VISUALIZACIÓN EN EL MICROSCOPIO (Segunda sesión):
1.
La pieza sin manchas, totalmente lisa y bien lijada es llevada a la pulidora donde,
con ayuda de la alúmina se deja la superficie con un aspecto especular. Se enjuaga
cuidando que la alúmina no deje manchas y se seca con algodón.
Figura 2
Pulido de la probeta.
Fuente: Elaboración propia.
6
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
2.
La pieza es atacada químicamente con Nital al 3% durante 15 segundos para luego
enjuagarse con un chorro de alcohol y de agua.
Figura 3
Ataque químico de la probeta con Nital al 3%.
Fuente: Elaboración propia.
3.
La probeta es llevada al microscopio metalográfico donde se adecúan los lentes de
aumento para una mejor visualización. Se determina las fases presentes en cada tipo
de acero y se comparan entre si las diferencias.
Figura 4
Probeta lista para la visualización en el microscopio.
Fuente: Elaboración propia.
7
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
Figura 5
Micrografía del acero SAE 1020 sin tratamiento.
Fuente: Elaboración propia.
8.6. ACTIVIDADES ENCARGADAS
1. ¿Qué es el ataque electroquímico? ¿En qué casos se usa?
2. ¿A qué se debe la forma acicular de la martensita?
3. ¿Qué es la austenita retenida? Explique con sus propias palabras.
4. Defina lo siguiente:
•
Perlita.
•
Martensita.
•
Ferrita.
•
Cementita.
8.7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
ASTM E3 - 95. (1995). Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens
da Costa e Silva , A. (2008). Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. São Paulo:
Edgard Blucher.
García, J., Martin, J., Gómez, T., & Águeda, E. (2004). Elementos amóviles y fijos no
estructurales. Madrid: Thomson Editores Spain.
Gil Mur, F., & Manero Planella, J. (2005). Metalografía. Barcelona: UPC.
Morral, F., Jimeno, E., & Molera, P. (1985). Metalurgia General Tomo II. España:
Reverté.
8
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
9
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
10
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
11
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
12
Ciencia e Ingeniería de los Materiales