Objetivos


* Conocer los principios basicos de la metalografía.
* Conocer el funcionamiento de los equipos y etapas del proceso metalografico.

Materiales, equipos y/o reactivos:
* Una pieza de acero
* Cortadora de disco
* Desbastadora
* Lijas
* Paños
* Reactivo: Nital (Solución de acido nítrico y alcohol etílico) 1-5 mL HNO3
100 mL etanol (95%) o metanol (95%)


Procedimiento
• Cortar las muestras
• Desbastar y pulir las muestras hasta obtener una superficie adecuada.


INTRODUCCIÓN A LA PRACTICA METALOGRAFICA

La metalografía es, esencialmente, el estudio de las características estructurales 0 de constitución de un metal o una aleación para relacionar esta con las propiedades físicas y mecanicas. En un metal o aleación, los componentes de su microestructura se forman durante la solidificación del estado Líquido o durante las transformaciones que después tienen lugar en el metal solido. Las propiedades mecanicas de los metales se relacionan directamente con la estructura, los carnbios microestructurales, por lo tanto, conllevan cambios en las propiedades y posterior desempeño de los materiales en servicio.

EI examen metalografico tiene por objeto establecer el estado de un metal en un instante dado de su vida. Puesto que el estado E de un metal o una aleación de composición química conocida esta determinado por su integridad i, y su estructura e, es decir, se cumple E=f (i, e), resulta que elexamen metalografico concretamente, persigue el estudio de la integridad y estructura de un metal o de una aleación dada. La integridad de un material metalico esta determinada por la continuidad o discontinuidad de la masa metalica. Se dice que un material metalico es íntegro o continuo cuando carece de discontinuidades físicas macroscópicas. Las discontinuidades mas frecuentes son: fisuras, sopladuras, micro-cavidades de contracción e inclusiones no metalicas.
La practica metalografica comprende los estudios realizados mediante el analisis macroscópico y microscópico. E! analisis macroscópico puede realizarse a ojo desnudo o con la ayuda de un microscopio de pocos aumentos, este examen permite la observación visual de los detalles estructurales mas groseros del material. EI estudio microscópico de los materiales se realiza utilizando como herramienta el microscopio óptico y permite establecer con mayor precisión características estructurales tales como: el tamaño de grano, el tamaño y forma de fas fases que constituyen la aleación, la presencia de inclusiones o segundas fases, así como segregaciones y otras heterogeneidades que modifican las propiedades y el comportamiento en servicio del material. Adicionalmente, el analisis microscópico refleja la historia de los tratamientos térmicos y mecanicos a los que se ha sometido un material determinado.
Parte fundamental del ensayo metalografico es la preparación de la probeta, una probeta preparada en forma inadecuada puede conducir a interpretaciones erróneas. Así pues, una preparacióndefectuosa puede arrancar todas las inclusiones interesantes, destruir los bordes de grano, revenir el acero templado, y, en resumen, originar una estructura, por lo menos en la superficie, que no guarda ninguna relación con la verdaderamente representativa y característica del metal.

Preparación de la muestra
EI objetivo de la preparación de la muestra es conseguir una superficie plana y pulida que pueda ser observada en el microscopio metalografico. Es necesario que la superficie sea plana porque la pequeña profundidad de foco de los sistemas ópticos de observación a grandes aumentos no permitiría enfocar la imagen simultaneamente en planos situados a distintos niveles; y estar debidamente pulida para que solo puedan aparecer en ella detalles propios de su estructura, y no de circunstancias ajenas a ella que puedan enmascararla.
Este procedimiento comprende varias etapas
Toma de muestras:
La elección de fa muestra que sera observada es de gran importancia en la practica metalografica. EI corte tiene por objeto separar una muestra representativa del total de la pieza.
Es necesario que esta operación se realice utilizando agentes refrigerantes para evitar un calentamiento excesivo que puede producir modificaciones en la estructura de la superficie de corte.
Por conveniencia de manipulación, siempre que sea posible, se recomienda mantener el tamaño de las muestras para el examen microscópico dentro de ciertos límites, entre 6 y 25 mm de diametro para redondos o de lado para secciones cuadradas. Las muestras demasiadopequeñas o muy grandes resultan muy difíciles de pulir; las primeras por la tendencia que muestran los bordes a redondearse y las últimas por la dificultad para eliminar todas las rayas.
Si el material a analizar es blando, el corte puede realizarse utilizando una sierra mecanica o manual. Cuando las aleaciones son fragiles, como ocurre con las fundiciones y algunos bronces ricos en estaño, se puede romper la pieza con martillo y seleccionar un fragmento adecuado como probeta. Los materiales duros que no pueden cortarse facilmente utilizando una sierra, tales como los aceros templados y las aleaciones endurecidas por envejecimiento, se pueden cortar empleando discos abrasivos.


Desbaste

Una vez que se ha cortado la probeta metalografica, se procede al desbaste de la superficie que sera observada en el microscopio. AI igual que para el corte, la superficie debe refrigerarse durante toda la operación de desbaste para evitar cambios microestructurales en la misma.



El procedimiento llevado a cabo para realizar la metalografía fue el siguiente


1. Corte del material: La orientación de la superficie a examinar es de suma importancia, ya que de acuerdo al corte que se realice sobre el material, la estructura se podra observar de diferente manera. El método para cortar debe ser aquel que minimice la deformación y el calentamiento del area de corte ya que en ambos casos esto podría afectar la superficie que se examina.

La muestra en mi caso fue un corte de material de una soldadura hecha enlamina de acero al carbón de ¼” de espesor.
El corte de esta pieza se hizo sin refrigeración, con disco de corte de 1mm con pulidora manual.
Se hizo esmerilado de los bordes con piedra de esmeril.

2. Desbaste (Pulido): el pulido se realiza para remover todo el material o imperfecciones que quedan sobre el corte, esto con el fin de dejar un area totalmente plana, ademas se usa una serie de lijas para complementar esta operación, es importante señalar que el proceso se debe realizar de la lija mas gruesa a las mas delgada, y siempre utilizando agua como refrigerante sobre el material, con el fin de evitar algún cambio en la microestructura.

a- Primero se hizo un desbaste grueso con tela de esmeril grano 80, para delimitar una superficie plana en la cara del corte.
b- Luego se procede al desbaste fino usando lijas de diferente grado: 240, 360, 400 Y 600 de menor número a mayor, preservando siempre un solo plano de pulido. Cada que se usó un tipo de lija se giraba la pieza aproximadamente 90º con respecto a la dirección anterior de rayado, esto con el fin de observar el avance del pulido. Cada vez que se presumía que se podía pasar de lija se observaba en el microscopio la pieza para verificar que el rayado era uniforme y no se apreciaban rayas mas profundas a las alcanzadas con la lija usada ademas para verificar que se conservaba un solo plano.

c- El pulido de la pieza termina con un acabado tipo espejo, luego de pasar la pieza por la lija 600 se usa un abrasivo muy fino usualmente alúmina (Al2O3), lacual se coloca sobre un disco rotativo cubierto por un paño y ejerciendo la presión correcta entre la pieza y el paño se logra el acabado deseado. La pulidora de paño se usaba dandole vueltas a la pieza en la dirección contraria de giro del disco, desde el interior del disco hacia afuera cada que se adicionaba el abrasivo en el centro del mismo.

Cada que se usaba el paño, se lavaba la pieza con abundante agua, se adicionaba alcohol a la superficie y se secaba con aire caliente para luego observar en el microscopio el avance del pulido.

3. Ataque del Material: el ataque del material consiste en utilizar un agente químico que reaccione con la superficie a examinar, este es el paso de mayor importancia durante la metalografía, ya que si el agente no es el indicado, no se podran observar las características deseadas sobre la pieza, la selección del agente químico varía según el material y sus características.
El fundamento se basa en que el constituyente metalografico de mayor velocidad de reacción se ataca mas rapido y se vera mas oscuro al microscopio, y el menos atacable permanecera mas brillante, reflejara mas luz y se vera mas brillante en el microscopio.

El agente químico usado fue Nital (Solución de acido nítrico y alcohol etílico) 1-5 mL HNO3
100 mL etanol (95%) o metanol (95%)
Para el ataque químico de la superficie se usó un vidrio de reloj con Nital, suficiente para sumergir la cara pulida de la pieza.
El tiempo de ataque fue clave para lograr un buen revelado de la microestructura del metal,inicialmente el ataque fue de 3 segundos, en este primer intento no se observó todas las características del metal, el parecido de lo observado fue a austenita, esto al comparar con varias imagenes. Luego se dejó la pieza sumergida por exactamente 6 segundos, el revelado de la microestructura fue muy bueno.
Cada que se atacaba la superficie se lava con abundante agua, se adiciona alcohol y se seca la pieza con aire caliente.







4. Analisis de muestra al microscopio:

Imagen 1: En la primera imagen puede observarse dos zonas, una de ellas con microestructura mas fina que la otra, esto se nota por la diferencia de materiales en la soldadura, una es del metal base y la otra del metal soldado.



Imagen 2: correspondiente a una zona donde se observa mas ferrita que perlita en la microestructura, indicando esto que se trata de un acero de bajo carbono.





Preguntas sobre la practica

Preparación de las muestras:

1. ¿Para qué se utilizan diferentes tamaños de lija durante la operación de desbaste?
2. ¿Por que cuando se pasa de una lija a otra debe girarse la muestra 90 grados?
3. ¿Qué defectos se podrían inducir durante la preparación de las muestras para metalografía?

Ataque de probetas

1) ¿Por qué es necesario realizar un ataque químico a la superficie de las muestras?
2) ¿Qué cuidados deben tenerse en cuenta durante el ataque químico?
3) Describa la secuencia de ataque de su muestra. ¿Cual fue el tiempo óptimo de ataque?Respuesta a las preguntas

Preparación de las muestras:

R1 =
Los grados de lija diferentes se usan para poder avanzar en el pulido hacia el acabado espejo necesario para el ataque químico.


R2 =
Es debido girar la pieza 90º cada que se pasa de una lija a otra para poder verificar al microscopio que no se han quedado rayas remanentes del paso por la lija anterior y así poder verificar inmediatamente el avance del pulido.


R3 =
Durante la preparación pueden inducirse diferentes defectos según el material, por temperatura se pueden generar cambios en la microestructura si no se usa refrigeración con agua por ejemplo en un acero tratable térmicamente. Si se pule un acero inoxidable con lijas que se usen para desbastar un acero al carbono se puede contaminar el acero inoxidable y generar oxidación en este último.







Ataque de Probetas

R1 =
El ataque químico se realiza para revelar la microestructura que esta tiene en la superficie pulida.

R2 =
Durante el ataque químico debe tenerse inicialmente la superficie limpia y seca. Luego de seleccionar el reactivo adecuado que reaccione con el metal, el cuidado principal es el de controlar el tiempo de ataque químico de la superficie, del tiempo que se exponga la superficie al agente químico depende en gran medida la calidad de la imagen obtenida de la superficie atacada.

R3 =
Secuencia de ataque hecho en el laboratorio
a- Lavado con agua, enjuague con alcohol y secado con corrientede aire de la superficie con acabado tipo espejo.
b- En vidrio de reloj se sumerge la cara pulida por un tiempo determinado.
c- Lavado con agua, enjuague con alcohol y secado con corriente de aire de la superficie atacada de la pieza.
d- Observación en el microscopio del resultado obtenido.

El tiempo óptimo de ataque para la pieza de acero al carbono fue de 6 segundos, pues en un primer intento el tiempo de ataque fue menor y no se logró una buena imagen en el microscopio.





Observaciones

1- Se observa el cambio en la superficie al utilizar gradualmente los diferentes tipos de lijas, es de notar la suavidad y brillo que se obtiene al avanzar en el pulido.
2- Se notó en la practica la dificultad de manipulación de piezas pequeñas.






















Conclusiones



1. Durante el proceso de preparación de la muestra para metalografía es primordial conservar el orden de pulido en las lijas para llegar con una buena superficie al desbaste fino en el paño.

2. Al momento de seleccionar una pieza para analisis metalografico debe también considerarse el tamaño de la misma para una buena manipulación, ya que con una buena manipulación es mas facil conservar un solo plano en la superficie de interés. Esto cuando no se monta la muestra en baquelita por ejemplo.

3. El tiempo de ataque químico es fundamental para obtener una microestructura adecuada para la observación al microscopio.