Preparación de muestras micrográficas

Preparación de Muestras Micrográficas 26-04-2012

UCA-ME-Laboratorio de Ciencia de los Materiales 01-2012 Página 1

PREPARACIÓN DE MUESTRAS MICROGRÁFICAS

AUTORES Carlos Enrique Zelaya Echeverría 00026511, Joaquín Ernesto Villalobos Arriaga 00000410

Universidad Centroamericana José Simeón Cañas

Ciencia de los Materiales

Correos electrónicos: [email protected]; [email protected]

COORDINADOR Ing. Manuel Pineda

[email protected]

INSTRUCTORES José Ricardo Durán Aguilar

Víctor Enrique Dimas Valle

Resumen

En el presente trabajo se tiene como objetivo el exponer de una manera clara y comprensible el proceso

requerido para realizar el análisis micrográfico de una pieza de metal. Se pueden elegir diferentes tipos de

metales y piezas, pero para el proceso que se expondrá en este reporte se seleccionó una varilla de construcción.

Se presenta los pasos que se deben seguir para este análisis, desde la selección del area de corte, la formación de

la probeta, que es una parte muy importante, el desbaste y el pulido, el ataque químico y la revisión en el

microscopio de nuestra muestra, y también saber leer lo que nos dice esto.

Objetivo

Aprender y poner en práctica las técnicas de preparación de muestras micrográficas metálicas, utilizando los

equipos disponibles en el laboratorio.

Descriptores

Metalografía, muestras micrográficas, probeta metalográfica, análisis metalográfico, características micro-estructurales,

constitución de los metales, varilla de construcción, propiedades físicas y mecánicas de los metales.

1. Introducción Teórica

La metalografía es, esencialmente, el estudio de las

características estructurales o de constitución de un

metal o una aleación para relacionar ésta con las

propiedades físicas y mecánicas.

Mediante ella se pueden definir características

estructurales, como el tamaño de grano, con toda

claridad; se puede conocer el tamaño, forma y

distribución de las fases que comprenden la aleación y

de las inclusiones no metálicas, así como la presencia

de segregaciones y otras heterogeneidades que tan

profundamente pueden modificar las propiedades

mecánicas y el comportamiento general de un metal.

Pero para poder determinar todo esto, es sumamente

importante una buena preparación de la muestra a

analizar, de hacer los pasos correctamente, con la



mayor precisión posible, para que hayan menos

factores externos que puedan afectarnos a la hora de la

parte más importante y el objetivo de esto que es la

observación en el microscopio de la muestra, con la

que determinamos lo anteriormente descrito.

La metalografía estudia la estructura microscópica de

los metales y sus aleaciones.

Antes de observar un metal al microscopio, es

necesario acondicionar la muestra de manera que

quede plana y pulida. Plana, porque los sistemas

ópticos del microscopio tienen muy poca profundidad

de campo y pulida porque así observaremos la

estructura del metal y no las marcas originadas durante

el corte u otros procesos previos.

En primer lugar, se debe tomar la muestra en el lugar

correcto de la pieza, no debe ser de cualquier parte si

no que hay ciertos lugares definidos que son

preferentes para un buen análisis metalúrgico, como lo

son los extremos de la pieza o el centro, dependiendo

también del tipo de pieza que se va a analizar. Luego

de seleccionada la pieza se procede al corte de la

muestra.

Después de esto, una de las partes más importantes es

la preparación de la probeta, la cual puede hacerse de

resina y se suele usar algún tipo de máquina para la

realización más práctica y sin errores de esta.

Desbaste: Mediante el desbaste se consigue poner al

descubierto la superficie del material, eliminando todo

lo que pudiera obstaculizar su examen, a la vez que se

obtiene una superficie plana con pequeña rugosidad.

Consiste en frotar la superficie de la probeta, que se

desea preparar, sobre una serie de papeles abrasivos,

cada vez más finos. Una vez obtenido un rayado

uniforme sobre un determinado papel, se debe girar la

probeta 90° para facilitar el control visual del nuevo

desbaste. Cada fase será completada cuando

desaparezcan todas las rayas producidas por el paso

por el papel abrasivo anterior.

El desbaste puede hacerse manualmente, o mediante

aparatos que se denominan desbastadoras o lijadoras.

Suele hacerse en húmedo, para evitar los

calentamientos que pueden modificar la estructura de

la probeta.

Pulido: El pulido de una probeta metalográfica tiene

por objeto eliminar de su superficie las rayas finas

producidas en la última operación de desbaste y

conseguir una superficie sin rayas y con alto

pulimiento.

Ataque Químico: Un reactivo común para atacar

hierros y aceros al carbono en general es el nital, que

consiste en 5% de ácido nítrico concentrado en alcohol

etílico (en 100 cm3 de alcohol etílico 95% agregar 5

cm3 de HNO3 concentrado).

Para que el ataque del metal o aleación sea perfecto y

muestre claramente los detalles estructurales deseados,

es necesario que la composición del reactivo empleado

corresponda exactamente a la composición de la

probeta y las distintas fases que la constituyen.

2. Materiales y métodos

2.1 Materiales 1. Cortadora de disco

2. Maquina Embutidora

3. Resina

4. Desbastadora

5. Pulidora con Pana

6. Nital al 1%

7. Varilla de construcción

8. Microscopio



2.2 Sobre el equipo

Microscopio: Los microscopios de Leeuwenhoek

constaban de una única lente pequeña y convexa,

montada sobre una plancha, con un mecanismo

para sujetar el material que se iba a examinar la

muestra o espécimen.

Embutidora: Se coloca la muestra a analizar con

resina, la presa consta de un pistón, controladores

de presión, controladores de temperatura, y

controlador para bajar y subir el pistón, el resto es

automático.

Pulidora: Se prepara la superficie del material, en

su primera fase denominada Desbaste Grueso,

donde se desbasta la superficie de la muestra con

papel de lija, de manera uniforme y así

sucesivamente disminuyendo el tamaño de grano

(Nº de papel de lija) hasta llegar al papel de menor

tamaño de grano. Una vez obtenido el último

pulido con el papel de lija de tamaño de grano más

pequeño. Al inicio de la segunda fase de pulido

denominada Desbaste Fino, en la que se requiere

de una superficie plana libre de ralladuras la cual

se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda

cubierta con un paño especial cargado con

partículas abrasivas cuidadosamente seleccionadas

en su tamaño para ello existen gran posibilidad de

abrasivos para efectuar el ultimo pulido.

Cortadora de Disco: Con este equipo se corta

cualquier material metálico para realizar su

análisis, este equipo cuenta con un sistema de

enfriamiento para tener un corte más perfecto, que

es una mezcla de agua con aceite.

2.3 Metodología

Primero se seleccionó una tipo de pieza para analizar,

la pieza elegida fue la varilla de construcción. Esta es

una varilla de acero que se utiliza mucho para la

construcción de edificios y otras estructuras. Se eligió

la parte a la cual se iba a hacer el análisis y se utilizó

una cortadora para hacerlo.

La cortadora tenía una función especial que para evitar

el calentamiento excesivo de la pieza y que se

modificaran sus propiedades, rociaba un líquido

refrigerante, manteniendo la pieza a una temperatura

adecuada.

Una vez que ya se tenía cortada la pieza a utilizar, se

tenía que hacer la probeta para colocarla, esta se creó

con resina y se utilizo una embutidora para el proceso.

Se le subió el pistón a la embutidora y se colocó la

pieza con la parte a analizar hacia abajo sobre el

pistón. Se tomó una medida de resina de 15 ml con un

beaker pequeño, y esta se puso en la embutidora.. Se

fue echando la resina poco a poco y se fue bajando el

pistón para que no quedaran residuos arriba ni

tampoco quedara algo que pudiera afectar el análisis.

Se terminó de bajar el pistón, se selló la máquina y se

le hizo trabajar por 8 minutos. Cuando la máquina

perdía presión se podía escuchar como la embutidora

daba un golpe el cual controlaba la pérdida de presión,

haciendo subir el pistón y aumentando así también la

presión. Cuando pasaron los 8 minutos, se puso la

máquina a que enfriara la resina ya que esta estaba a

una temperatura muy alta, esto por otros 8 minutos.

Pasados estos nuevos 8 minutos se destapó la máquina

y se sacó la probeta de resina ya endurecida con la

muestra de varilla de construcción.

Lo que seguía era el proceso de desbastado y pulido,

para lo que se usó una máquina con 2 discos, uno para

cada tarea. Primero se hizo el desbastado, para el cual

la máquina tenía un disco giratorio con una lija en él y

se colocó la probeta haciendo una ligera presión sobre

el disco con la muestra boca abajo, para que la pieza

quedara al mismo nivel. Durante este proceso, se

rociaba agua por ciertos intervalos para que la pieza no

se calentara, similar a lo del proceso de corte.

Luego se pasó al proceso de pulido, era un disco

similar al del desbastado, solo que ahora tenía un paño

especial y se le agregó un líquido abrasivo, alúmina, al

paño que era para ayudar al pulido.

Luego se hizo un ataque químico a la muestra con

ácido nital, esto se hizo para quitar la superficie, y que

quedara la parte debajo de ésta que, teóricamente está

más limpia y pura que la de la superficie.

3. Resultados y discusión

En el laboratorio se construyó la probeta para una

varilla de construcción y se hizo su respectivo análisis

metalográfico, se observó en el microscopio y se

observó como se separaba la perlita, que son los

granos que se observan en la foto micrográfica, y la

ferrita que son las separaciones entre perlitas.



Figura 1. Fotografías por el microscopio de la muestra de

varilla de construcción

Las líneas con forma de “calles” que se observan en

las fotos se les llama ferrita, y lo que está dentro de

ellas, son los granos, y a estos se les llama perlita.

La foto de la izquierda es una foto muestra de la varilla

de construcción, y la de la derecha es una foto tomada

en la práctica de laboratorio al microscopio, además de

las diferencias de color y claridad; si observamos la

forma de los granos, tiende a ser similar, ya que tanto

la muestra como la foto tomada en el laboratorio nos

muestra granos algo grandes, se aprecia una perlita

mayor que ferrita en ambos.

Figura 2. Fotografías por el microscopio de la muestra de un

perno de acero

Las dos figuras anteriores son de muestras de pernos

de acero, la de la izquierda una muestra, y la de la

derecha una tomada en el laboratorio. Ambas lucen un

tanto diferentes, porque en la muestra se aprecia

mucho mejor los granos, esto puede que sea gracias a

una muestra mejor preparada, o la selección del lugar

de corte, pero si se ve con cuidado, son bastante

similares, porque la del perno tiene mucho más ferrita

que la de la varilla de construcción y la forma de los

granos pareciera un rompecabezas, se notan bastante

bien, pero poco de ellos son negros. En ambas

imágenes se aprecian a distinto tamaño, pero la

tendencia es la misma, una cantidad grande de granos,

y una proporción considerable de granos negros

(perlita).

Figura 3. Fotografías por el microscopio de la muestra de un

perfil estructural

En las imágenes se puede observar las muestras de

perfil estructural, en una comparación se puede

detectar en primer lugar el tamaño, en uno es más

grande que otro el tamaño de granos, probablemente

por el aumento que se ha dado, pero dejando a un lado

eso, se puede observar como la tendencia es similar, en

ambas fotografías se observa cómo están bastante

definidos los granos, los límites entre cada grano es

bastante pronunciado, pero a pesar de eso las “calles”,

la ferrita es delgada, y a la vez la cantidad de granos

negros que hay en ambas, en proporción es un tanto

baja si se le compara con la varilla de construcción. O

sea que en el perfil estructural existe menos perlita y

granos más pequeños, lo que puede significar una

mayor resistencia del material.



4. Conclusiones

El análisis metalográfico es una herramienta muy útil que nos puede ayudar a determinar las propiedades

físicas y mecánicas de un material. Si no se está seguro de que material debe usarse para hacer una

estructura, por medio de un análisis micrográfico se pueden comparar los granos, sus tamaños y

cualidades y de esta forma poder determinar cuál es el material indicado para dicha tarea o si hay que

darle algún tratamiento especial.

Para que un análisis micrográfico nos dé la información que queremos es necesario que realicemos los

pasos de preparación correctamente, cualquier factor extra que no esté contemplado o cualquier agente

puede llegar a modificar los resultados que podemos obtener y puede hacer que lleguemos a hacer falsas

conclusiones que pueden tener grandes consecuencias, por eso es muy importante el cuidado y la

precaución a la hora de hacer las muestras. Cuidar los cambios de temperatura, un buen corte, desbaste,

pulido y ataque químico, serán los que determinen si hicimos una buena preparación de la muestra

La comparación de distintas fotografías micrográficas de diferentes materiales, se hace con el objetivo de

comparar las propiedades de un material con las de otro, determinando cual de estos será el de mayor

dureza, ductilidad o resistencia a la tensión

5. Recomendaciones

Definir un poco más las partes del reporte ya que a la hora de hacerlo se presentan un par de dudas

Se podría hacer una observación didáctica de la muestra que se desarrolló en el laboratorio con los

instructores, para que los alumnos puedan ver las diferencias entre un buen proceso y un proceso

afectado, así también darse cuenta de la importancia y las consecuencias que esto puede tener en la

práctica.



Bibliografía

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Editorial Pearson.

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Giancoli, Douglas (1997). Ciencia de los materiales. Naucalpán de Juárez: Editorial Prentice-Hall

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