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PRACTICA DE LABORATORIO Nº 01

ANALISIS METALOGRAFICO DE UNIONES SOLDADAS

I. OBJETIVOS

Comprender los requerimientos para el desarrollo de la práctica de metalografía.

Desarrollar la capacidad para diferenciar entre muestras de uniones soldadas de diferentes

tipos de materiales.

Realizar un análisis completo sobre microestructuras presentes en las uniones soldadas.

II. GENERALIDADES

La metalografía es una disciplina de la ciencia que se encarga de examinar y determinar los

componentes en una muestra de metal, haciendo uso de varios niveles de magnificación que

pueden ir desde 20X hasta 1000 X. También se conoce como el proceso entre la preparación de

una muestra de metal y la evaluación de su microestructura.

Mediante la metalografía se ha desarrollado precisamente la habilidad para identificar las

fases presentes en los metales y en sus aleaciones, y para explicar el mecanismo de su formación.

Para lo cual se muestran procesos de soldadura de aceros mediante soldadura de arco eléctrico

en los cuales se determinan las propiedades y características de los aceros en un proceso de

soldadura.

En un proceso de soldadura, se producen transformaciones en estado sólido mediante

transformaciones en la fase sólida durante el enfriamiento en las cuales podemos mencionar:

Transformación perlítica.

Transformación martensítica.

Nos podemos topar también con un fenómeno llamado epitaxia, en el cual la fase liquida

solidifica y su estructura cristalina coincide con la del metal base.

2.1. Análisis Macroscópico.

El análisis macroscópico es aquel que se puede realizar a simple vista, es decir sin necesidad

de microscopio. El rango de tamaño como se puede ver en la Figura 2.1, inicia en 10-3m en

adelante. El análisis macroscópico se puede usar en:

Líneas de flujo en materiales forjados.

Capas en herramientas endurecidas por medio de tratamiento térmico.

Zonas resultado del proceso de soldadura.

Granos en algunos materiales con tamaño de grano visible.

Marcas de maquinado.

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Grietas y ralladuras.

Orientación de la fractura en fallas.

Figura 2.1: Analisis macroscopico de union soldada.

2.2. Análisis Microscópico.

Aquel tipo de análisis que no se puede realizar a simple vista, (menor a 10-3m). Observar las

estructuras microscópicas en materiales ayuda a comprender el comportamiento de los mismos.

El análisis microscópico se puede usar en:

Tamaño de grano.

Límites de grano y dislocaciones.

Análisis microestructural.

Distribución de fases en aleaciones.

Para comprender el análisis microscópico es necesario tener claridad sobre el concepto de

grano y el funcionamiento del microscopio metalográfico.

Figura 2.1: Analisis microscopico de union soldada.

2.3. Ensayo de Metalografía.

La preparación de una muestra consiste en los pasos necesarios para poder analizar la misma

de forma correcta. Específicamente se describen a continuación, los pasos para la preparación de

muestras observadas en microscopio.

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2.3.1. Seccionar.

Consiste en remover una muestra del material a analizar, teniendo en cuenta las

convenciones en tamaño y qué tan representativa es dicha porción del total a analizar. Este

primer paso es usado para otras prácticas además de la metalografía, por ejemplo, ensayos de

dureza.

2.3.2. Preparación de la superficie.

Durante el análisis de muestras generalmente el objeto de estudio es solamente una

superficie, los tipos de preparación son:

Maquinado: Uso de herramientas con filos de diferentes formas, ejemplo torneado y

fresado.

Rectificado y abrasión: Arreglo de partículas abrasivas fijas que actúan como

herramientas de corte.

Pulimento: Arreglo de partículas abrasivas suspendidas entre las fibras de un paño.

Para la preparación de superficies típicamente se utiliza una secuencia de maquinado o

rectificado y luego de pulimento. La operación se compone de distintas etapas que van

incrementando su fineza para proporcionar un mejor acabado.

2.3.3. Ataque químico.

Luego de la última pasada de pulimento, la superficie es tratada químicamente. El ataque

químico es un proceso de corrosión controlada de la muestra, se realiza sumergiendo la superficie

en algún tipo de solución adecuada. La solución química usada depende del material que

compone la muestra, la temperatura y tiempo del ataque, el efecto deseado en la superficie entre

otros. La siguiente tabla muestra soluciones químicas para realizar el ataque en algunos metales

típicos.

III. MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales Reactivos Equipos

EPP. Probeta de planchas soldadas 12.7 mm

x 100 mm x 150 mm. Algodón. 2 vasos de 250 cc. 1 probeta de 100 ml. 1 pipeta de 10 ml. Pinzas. Papeles abrasivos Nº: 100/200/

400/600/800/1000/1500/2000/2500/ 3000/4000.

Alcohol Metílico. Agua destilada. HNO3 concentrado. Pastas abrasivas.

Cortadora Metalográfica. Desbastadora Metalográfica. Pulidora Metalográfica. Estereoscopio. Microscopio Metalográfico. Secadora. Calibrador. Laptop.

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IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1. Análisis Macroscópico.

1. Recolección de la muestra a analizar.

2. Desbastado de las muestras.

3. Pulido de las muestras.

4. Ataque químico.

5. Observación en el estereoscopio.

6. Toma de imágenes.

7. Análisis.

4.2. Análisis Microscópico.

1. Recolección de la muestra a analizar.

2. Desbastado de las muestras.

3. Pulido de las muestras.

4. Ataque químico.

5. Observación en el microscopio metalográfico.

6. Toma de imágenes.

7. Análisis.

V. CUESTIONARIO

1. ¿Qué observamos con el análisis macroscópico?

2. Determine las zonas observas en el análisis macroscópico.

3. Explique el crecimiento de granos en la unión soldada.

4. ¿Qué tipos de microestructuras se encontraron durante el análisis microscópico en la

zona soldada? Explique las presencias de estas.

5. La presencia de diferentes microestructuras en la unión soldada. ¿Afecta sus propiedades

mecánicas? Explique.

6. ¿Qué tipo de imperfección encontró durante sus análisis de la unión soldada y explique la

presencia de estos?

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ANEXO

REACTIVOS DE ATAQUE

REACTIVO DE ATAQUE

COMPOSICIÓN USOS OBSERVACIONES

Nital

NHO3

Alcohol metílico (98 % o

absoluto)

1 – 5 ml.

100 ml.

En ceros al carbono: para oscurecer

perlita y dar contraste entre

colonias de perlitas; para revelar

fronteras de perlitas; para

diferenciar la ferrita de la

martensita.

La rapidez de ataque

aumenta, la selectividad

disminuye y se incrementa

los porcentajes de NHO3, el

tiempo de ataque es de unos

cuantos segundos a un

minuto.

Picral

Picral

Etil o alcohol metilo

(95% absoluto)

4g.

100ml.

Para todos los grados de aceros al

carbono recocidos, normalizados,

templados y revenidos,

esferoidizados, austenizados. Para

todos los aceros de baja aleación

atacados por este reactivo.

Ocasionalmente útiles para

soluciones más diluidas. No

revela las fronteras de grano

de ferrita tan fácilmente

como el nital. Tiempo de

ataque en unos cuantos

segundos a un minuto o más.

Cloruro férrico y

acido

hidroclórico

Cloruro férrico

Acido hidroclórico

Agua

5 g.

50 ml.

100 ml.

Aceros austeniticos al niquel y

aceros inoxidables.

Hidróxido de

amonio y

peróxido de

hidrogeno.

Hidróxido de amonio

Agua

Peróxido de hidrogeno

5 partes

5 partes

2-5 partes

Generalmente empleado para

cobre y muchas de sus aleaciones.

El contenido de peróxido

varía directamente con el

contenido de cobre de la

aleación que será atacada.

Inmersión o frotamiento por

casi un minuto. Usar peróxido

fresco para buenos

resultados.

Persulfato de

amonio

Persulfato de amonio

Agua

10 g.

90 ml.

Cobre, latón, bronce, plata, níquel,

bronce aluminico.

Utilizarlo frio o hirviendo,

inmersión.

Reactivo de

Palmerton

Oxido crómico

Sulfato de sodio

agua

200 g.

15 g.

1000 ml.

Reactivo general para zinc y sus

aleaciones.

Inmersión con agitación

moderada.

Ácido

hidrofluòrico

ácido hidrofluórico

agua

0.5 ml.

99.5 ml.

Examen microscópico general para

aluminio y sus aleaciones.

Frotar con algodón suave por

15 seg.