3.- Ensayo de Metalografia

ÍNDICE 

Introducción………………………………………………………………..Pag.3

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Objetivos………………………………………………………………………Pag.4

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Recursos……………………………………………………………………….Pag.4

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Conocimiento previo…………………………………… previo……………………………………………………Pag.5 ………………Pag.5

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Datos del examen exame n microscópico………………………………Pag.11

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Cuestionario……………………………………………………………….Pag.19

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Observaciones…………………………………………………………..Pag.22

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Conclusiones……………………………………………………………….Pag.23

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Bibliografía……………………………………………………………….. Pag.23

MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA PESADA

INTRODUCCIÓN

En este laboratorio se estudiara el tema de metalografía donde se podrá observar las características de diferentes materiales, para tener una variedad de pruebas se trabajara con 4 diferentes materiales los cuales estarán sometidos a diferentes procesos mecánicos y químicos, los cuales nos darán una característica que lo representa. representa. El ensayo de metalografía nos será de mucha utilidad en nuestra vida profesional ya que se aplicada en el campo de la mecánica para poder saber ciertas características características de los materiales con los que se van a trabajar.

LABORATORIO LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES AVANZADO

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1. Objetivos: 1.1. Objetivo general: Identificar los diferentes componentes granulares.

1.2. Objetivo especifico: Verificar la estructura interna de cada metal e identificar la estructura metalografica. Obtener el porcentaje de carbono en cada material.

2. Recursos: 2.1. Herramientas: Microscopio metalografico Olimpus GX 41. Maquina pulidora.

2.2. Materiales y/o probetas: Probetas de : 02 acero SAE 1020. 01 acero SAE 1045. 02 aluminios. 01 soldadura.

Reactivo de ataque: acido nítrico y alcohol etílico (Nital). Materiales para esmerilar: papeles lijas con distintos tamaños de grano.

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3. Conocimientos previos: 3.1. Examen micrográfico: Es una técnica muy avanzada y se basa en la amplificación de la superficie mediante instrumentos ópticos (microscopio) para observar las características estructurales microscópicas (micro estructura). Este tipo de examen permite realizar el estudio o controlar el proceso térmico al que se ha 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 también es posible deducir las variaciones que experimentan sus propiedades mecánicas (dependiendo de los constituyentes metalograficos presentes en la estructura). Los estudios ópticos microscópicos producen resultados que no solo son útiles a los investigadores sino también a los ingenieros. El examen de la micro estructura es muy útil para determinar si un metal o aleación satisface las especificaciones en relación a trabajos mecánicos anteriores, tratamientos térmicos y composición general. La micro estructura es un instrumento para analizar las fallas metálicas y para controlar procesos industriales. Para un estudio de la estructura microscópica se necesita una preparación aun más cuidadosa de la superficie. No obstante el procedimiento de preparación de la superficie es básicamente el mismo para ambos ensayos metalograficos. Esta experiencia delinea una forma de preparar muestras pequeñas (de acero blando) con el fin de realizar un examen metalografico. Los cuatro pasos básicos que se requieren para prepara la superficie para su observación son: Corte transversal. Montaje. Desbaste y pulido. Ataque.


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

3.2. Procedimiento de preparación de una muestra: 3.2.1. Corte transversal: Por lo general, se deben variar trozos pequeños del material a examinar. La ubicación de las muestras y la forma en que se corten afectaran los resultados y su interpretación. 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 varían. Por ejemplo: si se estudian perfiles o barra laminados, deben extraerse probetas de sus extremos y parte media. Por ejemplo, una varilla de acero estirado en frio puede cortares de tal forma que quede expuesta una sección transversal o una longitudinal, y ambas secciones variaran 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 más blando sea el material, mas grande debe ser el diente de la sierra a utilizar, con el objetivo de que la viruta sea fácilmente extraída de la zona de corte, evitando que al agruparse se adhiera a la superficie a estudiar, falseando la observación posterior). Los materiales duros (aceros aleados, templados, no ferrosos endurecidos) deben cortarse con discos abrasivos muy delgados de carbudum a altas velocidades y gran refrigeración. Los metales frágiles como fundición blanca, aceros templados, bronces ricos en estaño, etc., pueden romperse con golpe de martillo para extraer la probeta.


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3.2.2. Desbaste y pulido: Desbaste grueso: Este se logra mejor en un esmeril húmedo de banco o en una acabadora de superficies de bandas húmedas, usando bandas de grano 120, 140, 160. El objetivo del esmerilado obtener una superficie plana, libre de toda huella de marcas de herramientas, y en la que todas las marcas del esmerilado sigan la misma dirección. Se puede esmerilar en seco a condición de no producir cambios estructurales por el calentamiento de la muestra. También se deben evitar presiones excesivas de pasar a la próxima etapa de esmerilado.

Desbaste fino: Este proceso se efectúa utilizando granos cada vez más finos de lija metalografica 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 dirección, como se indica en la figura 1. Antes de proseguir con la siguiente lija más 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 ángulos rectos con las del inmediatamente anterior. Así, puede verse con claridad si se han eliminado las rayas más gruesas que se hicieron en la operación 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 más blando es el material, mayor es la finura del grano del papel de esmeril utilizado en último término.


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Figura 1. Pulido: Se produce al hacer el pulido solo después de lavar con sumo cuidado tanto las manos como la muestra, a fin de evitar cualquier contaminación de la rueda de pulido. Este procedimiento se basa en el uso de una rueda cubierta con una tela, cargada con una suspensión de alúmina. Al principio, la muestra se sostiene en una posición sobre la rueda, sin hacerla girar, hasta que se hayan eliminado la mayoría de las rayas anteriores. Luego puede hacerse girar con lentitud en sentido contrario al de rotación de la rueda, hasta que solo puedan verse las marcas de alúmina. La rotación de la muestra reduce a un mínimo el peligro de formación 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 descritos se realizan debidamente, este pulido no debe requerir más de dos minutos. Los resultados del pulido pueden mejorarse si esa última etapa de pulido se realiza sobre la rueda girando a baja velocidad. Para pulir aceros dulces, casi siempre es conveniente usar una lámina de grano 600. En otros metales y aleaciones pueden lograrse mejores resultados si se acaba con alúmina rebajada, oxido de magnesio, diamante en polvo o cualquier otro tipo de compuesto pulidor que se dispone. El electro pulido es adecuadamente para el acabado de gran número de muestras idénticas, puesto que requieren ajustes y control


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cuidadoso. Por otro lado alguno de los mejores electrolitos constituye un peligro de explosión.

Ataque: Este 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 n 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 metalografico de mayor velocidad de reacción se ataca más rápido y se verá más oscuro al microscopio, y el menos atacable permanecerá más brillante, reflejara más luz y se verá más brillante en el microscopio. Por otro lado, en los metales con un solo constituyente metalografico, los límites de grano están sujetos a ataques selectivos, puesto que representan zonas de imperfección cristalina e impurezas que aceleran el ataque local. Además los granos con orientaciones distintas son atacados con diferente intensidad, dado que esta diferencia en la orientación provoca velocidades de ataque diferentes. Observar figura 2. (Se observa como varia 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. LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES AVANZADO

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Se debe evitar el sobre ataque, dado que la superficie se puede manchar y tapar la estructura o producirse manchas de corrosión. Un reactivo común utilizado para atacar hierros y aceros al carbono en general es el nital, que consiste en 5% de acido nítrico concentrado en alcohol etílico (en 100 cm 3 de alcohol etílico 95% agregar 5 cm3 de NO3H concentrado). Para su aplicación, el nital se vierte en un plato y la muestra (lavada y secada previamente se frota con un algodón impregnado en nital. Por lo común es adecuado de 3 a 5 segundos para que el ataque químico sea adecuado. El nital oscurece la perlita y pone de manifiesto los bordes de la ferrita. Ferrita y cementita blancos y perlita más oscuro (laminas claras y oscuras semejante a una impresión digital). Inmediatamente después se lava la muestra con elevada agua corriente, se enjuaga con alcohol y se seca mediante un golpe de aire.

Examen microscópico: La muestra se coloca en la placa de un microscopio metalúrgico, de modo que la superficie sea perpendicular al ojo óptico. Puede observarse con ampliaciones diferentes, y elegir la adecuada. Si se examina con un aumento de 500x deben aparecer claramente la constituyente perlita, en una muestra de acero completamente recocido. Puede quizás tomarse una imagen de la micro estructura. Si la muestra no ha sido bien atacada por el acido, el aspecto de la perlita será prácticamente invisible o muy débil. Si el ataque ha sido excesivo la perlita tendrá un aspecto muy negro. Se puede hacer un repulido y un nuevo ataque.


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4. Datos del examen microscópico: Probeta 1: aluminio.

Aumento: ZOOM 10x. Nombre de la estructura metalografica: Martensita. % de carbono: 0%C. Tratamiento químico de la probeta: Ninguno. Tratamiento mecánico: ninguno.

Aumento: ZOOM 20x. Nombre de la estructura metalografica: Martensita. % de carbono: 0%C. Tratamiento químico de la probeta: Ninguno. Tratamiento mecánico: ninguno.


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Probeta 2: acero 1020

Aumento: ZOOM 10x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita. % de carbono: 0.2%C. Tratamiento químico de la probeta: Ninguno. Tratamiento mecánico; ninguno.

Aumento: ZOOM 20x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita. % de carbono: 0.2%C. Tratamiento químico de la probeta: Ninguno. Tratamiento mecánico: ninguno.


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Probeta 3: aluminio.

Aumento: ZOOM 10x. Nombre de la estructura metalografica: Martensita. % de carbono: 0%C. Tratamiento químico de la probeta: Ninguno. Tratamiento mecánico: pulido.

Aumento: ZOOM 20x. Nombre de la estructura metalografica: Martensita. % de carbono: 0%C. Tratamiento químico de la probeta: Ninguno. Tratamiento mecánico: pulido.


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Probeta 4: acero 1020.

Aumento: ZOOM 10x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita. % de carbono: 0.2%C. Tratamiento químico de la probeta: Ninguno. Tratamiento mecánico: pulido.

Aumento: ZOOM 20x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita. % de carbono: 0.2%C. Tratamiento químico de la probeta: Ninguno. Tratamiento mecánico: pulido.


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Probeta 5: aluminio

Aumento: ZOOM 10x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita. % de carbono: 0%C. Tratamiento químico de la probeta: Nital. Tratamiento mecánico: pulido.

Aumento: ZOOM 20x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita. % de carbono: 0%C. Tratamiento químico de la probeta: Nital. Tratamiento mecánico: pulido.


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Probeta 6: acero 1020

Aumento: ZOOM 10x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita y ferrita. % de carbono: 0.2%C. Tratamiento químico de la probeta: Nital. Tratamiento mecánico: pulido.



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Probeta 7: acero SAE 1045.




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Probeta 8: soldadura en acero.

Aumento: ZOOM 10x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita y ferrita. % de carbono: 0.15%C. Tratamiento químico de la probeta: Nital. Tratamiento mecánico: soldadura y pulido.

Aumento: ZOOM 20x. Nombre de la estructura metalografica: Perlita y ferrita. % de carbono: 0.15%C. Tratamiento químico de la probeta: Nital. Tratamiento mecánico: soldadura y pulido.


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5. Cuestionario: 5.1. ¿Qué indica el tamaño de grano del acero? El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano. En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande. Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y dados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad, la cual es deseable a menudo para la carburización y también para el acero que se someterá a largos procesos de trabajo en frío. Todos los metales experimentan crecimiento de grano a altas temperaturas. Sin embargo, existen algunos aceros que pueden alcanzar temperaturas relativamente altas (alrededor de 1800 ºF o 982 ºC) con muy poco crecimiento de grano, pero conforme aumenta la temperatura, existe un rápido crecimiento de grano. Estos aceros se conocen como aceros de grano fino. En un mismo acero puede producirse una gama amplia de tamaños de grano.

5.2.¿Cuál es la finalidad del reactivo utilizado? ¿Es igual para el análisis de todos los materiales? 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 en el reactivo adecuado, o pasar sobre la cara pulida un algodón humedecido con 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 LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES AVANZADO

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permanecerá más brillante, reflejará más luz y se verá más brillante en el microscopio. El resultado del ataque será distinto en los metales debido a la composición química que estos poseen.

5.3.¿Cómo se demuestra el mayor contenido de carbono en una aleación ferrosa? Esta se ve reflejado con la presencia de la de la perlita que su mayor constituyente es el carbono y esto se puede en el análisis micrográfico que se realizo en el ensayo y podemos observar que las probetas ensayadas contienen un porcentaje de carbono que varía entre0.25 y 0.60 C %, la presencia de perlita en la grafica son las partes oscuras y la ferrita es la parte blanca.

5.4.¿Dentro de que constituyente está presente el carbón en el acero? El hierro puro está presente en tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente: Hasta los 911 °C (temperatura crítica AC 3), el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de la aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE MATERIALES AVANZADO

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cualidad; se suele llamar también AC 2). La ferrita puede disolver pequeñas cantidades de carbono.

Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico de caras centradas y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.

Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura. A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido. Si se añade carbono al hierro aumenta su grado de macicez y sus átomos podrían situarse simplemente en los instersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), de acuerdo con lo que dijo el Doctor Cesar Rayas, es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros asados al carbono están constituidas realmente por ferrita y cementita.

5.5.¿Hasta que nivel de pulido se debe prepara las probetas antes del ataque químico? El nivel de pulido representa una de los pasos de mayor cuidado por parte del preparador de muestras, ya que en muchas ocasiones en la superficie del metal se han formado dobles caras o planos y que por supuesto por ningún motivo pueden ser utilizadas para el pulido fino, sino se remedia tal defecto superficial. Se realiza un nivel de pulido fino el cual realiza mediante un disco giratorio cubierto con un paño especial, húmedo, cargado con partículas abrasivas, como es el oxido de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los base cobre, y oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. La selección del paño para pulir depende del material y del propósito del estudio metalográfico.


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5.6.¿Puede saberse o estimarse con un ensayo métalo grafico la dureza del acero? Si se puede estimar del ensayo métalo grafico la dureza del acero ya que al comprar los gráficos metalograficos y determinamos el proceso al que fue sometido y dependi endo d el t ratamiento térmico al que fue sometido podemos estimar la dureza.

6. Observaciones: Se puede observar que cada metal tiene su propia estructura metálica. A cada metal tiene diferente reacción química ante acido nítrico y alcohol. Una metalografía consiste en realizar un estudio de la micro estructura del material además que una vez realizada conoceremos ciertas características de este como lo es: el tamaño de grano, los granos de frontera y las fases o fases características presentes en este. El ataque de material consiste en utilizar un agente químico que reaccione con la superficie a examinar, en nuestro ensayo utilizamos el nital (acido nítrico y alcohol metílico), este fue uno de los pasos de mayor importancia ya que si el agente no es el indicado, no se podrá observar las características deseadas sobre el material, el químico varía según el material. En esta práctica pudimos darnos cuenta de las características del acero que teníamos en la probeta, debido a que fueron preparadas para el ensayo de acuerdo a norma. Se necesita un rango de acercamiento en el microscopio mayor para poder observar con mayor claridad la estructura de los metales estudiados.


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7. Conclusiones: Se puede clasificar el metal, sabiendo las estructuras y él % del carbono. El aluminio no tiene ningún efecto hacia la composición química. Un ensayo de metalografía se realiza con el fin de obtener toda la información que es posible encontrar en la estructura de los diferentes materiales. Este ensayo se realizo con la ayuda de un microscopio en donde se observo la estructura de ciertas muestras, que nos permitieron concluir que tipo de aleación se tiene, contenido de carbono (una aproximación) y observar el tamaño de grano que posee su estructura. La importancia de realizar una metalografía permitirá que de acuerdo al tipo de micro estructura y de fases presentes en el material, se determinara la aplicación y características que posee. El acero inoxidable pertenece a una familia de aleaciones diseñadas para resistir un gran nivel de corrosión gracias a las características que contiene su estructura, sin embargo es necesario añadir otros elementos que nos permitan implementarlos en otras áreas. Es necesario tener un patrón base de las estructuras para poder compararlas y determinar a qué tipo de micro estructura corresponde.

8. Bibliografía: http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201018.pdf http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201045.pdf http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/aceros.pdf


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3.- Ensayo de Metalografia

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