1a caracterizacion microestructural y mecanica

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES


PROPIEDADES MECÁNICAS

Escuela de Ingeniería Metalúrgica

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METALOGRÁFIA.

Es la rama de la metalurgia que estudia la estructura de un metal-aleación y la relaciona con la composición química, con las propiedades mecánicas y físicas

Análisis Metalográfico

• Macrografía:

• Micrografía






ANÁLISIS METALOGRÁFICO.

• Tipo de Microestructura del material y tamaño de grano.

• Impurezas e imperfecciones del material.

• Historia térmica, proceso de fabricación.

• Cambios en el material debido a condiciones de servicio.

• Análisis en el sitio de iniciación de la fractura.

• Espesor y calidad de la interfase de un recubrimiento.

• Morfología de la zona de fractura.

• Tipo de grieta.







Determinación y análisis de las características cualitativas y cuantitativas:

• Vacíos, rechupes, micro rechupes poros

• Segregación: Macro y Micro segregación

• Estructuras: Tamaño de Grano, forma y distribución

• Fases y constituyentes

• Grietas: Superficiales e internas

• Superficies de fractura

• Profundidad de temple

• Profundidad de tratamiento termoquímico

• Espesor de capas depositadas







MACROGRAFIA:

Principales aplicaciones:

1. Revelar Heterogeneidades de metales y aleaciones, tales como tamaño de grano, líneas de flujo, tipos de estructuras, variación de la composición química, como regiones de segregación carbonatos, sulfuros, inclusiones, zonas carburadas y descarburadas, así como la presencia de vacíos, poros, pliegues, fisuras y fracturas.

2. En Estudio de estructuras soldadas, como la profundidad de penetración del metal de aporte, definición de las zonas afectadas térmicamente por el calor y de la zona fundida, también poros y fisuras.







• MACROGRAFIA:

Principales aplicaciones:

3. En Tratamientos Térmicos, para la determinación de las zonas de endurecimiento o fragilización, fisuras de enfriamiento, la evaluación de la profundidad de tratamiento superficial, las capas depositadas, etc.

4. En Áreas de mantenimiento, para observar las fisuras en herramientas y matrices

5. En Control de calidad en el procesamiento de materiales ferrosos y no ferrosos, observando, inclusiones, segregaciones, presencia de fisuras o grietas externas e internas







• MACROGRAFIA: Se utilizan criterios para el tipo de corte a realizar (transversal o longitudinal) para extraer la muestra dependiendo el estudio a realizar, por ejemplo: Corte transversal: Naturaleza del material, homogeneidad, segregaciones, procesos de fabricación, y otros. Corte longitudinal: Proceso de fabricación de piezas, tipo y calidad de la soldadura y otros.







• MACROGRAFIA







•MICROGRAFIA:






LAY – OUT LABORATORIO METALOGRAFIA

• CORTADORAS

•ESMERILES

•EMBUTIDORAS

•LIJADO . Manuales Planas, Rotativas: Lijas

•PULIDO: Pulidoras Automáticas: Paños

•PULIDO ELECTROLITICO.

•EQUIPO DE ULTRASONIDO: Limpieza de muestras por ondas ultrasónicas

•CAMARA EXTRACTORA DE GASES

• BANCADA METALOGRAFICA: Microscopios ópticos, cámaras digitales, sistemas de captura y procesamiento de imágenes






Corte Inicial

Corte Secundario

Corte de Precisión

Sierra Vaivén

Cortadora de Disco

Cortadora de Disco Borde Diamante

CORTE MUESTRAS






DISCOS DIAMANTE






Pulido Intermedio

- 180

- 240

- 320

- 400

- 600

Pulido Fino - Pasta de diamante

- Alúmina (Al2O3)

- Óxido de cerio

PULIDO MANUAL Y AUTOMÁTICO






- Sin ataque químico

- Nivel de limpieza del material.

- Contenido de Inclusiones no metálicas - ASTM E 45.

- Sulfuros, Aluminatos, silicatos y óxidos globulares.

LIMPIEZA DEL MATERIAL

100X 100X






- Hacer visible las características microestructurales del metal o aleación.

- Ocurre una reacción química (corrosión sobre zonas mas activas).

- Ataque químico directo o Ataque elctrolítico.

- Reactivos apropiados para cada aleación.

- Reactivos están constituidos por ácidos muy débiles (mezclas).

- Norma ASTM E - 407. ( Nital 2%, Picral)

ATAQUE QUÍMICO

Aceros al carbono Aceros Inoxidables Fundiciones






Preparación de Muestras

1. ASTM E 3

1.1 Selección y Corte

1.2 Montaje

1.3 Desbaste

1.4 Pulido

1.5 Pulido Electrolítico

1.6 Ataque Químico

METALOGRAFIA








METALOGRAFIA






Preparación de Muestra


Defectos en el corte de probetas metálicas con discos abrasivos

METALOGRAFIA

Defectos Causas

Rotura del disco Disco de corte indicado para velocidades menores de 3400 rpm Velocidades de avance excesivas Disco de corte presionado contra la probeta Mala fijación del disco de corte Fijación inadecuada de la probeta Refrigeración deficiente Disco de corte muy duro

Calentamiento excesivo

Insuficiente refrigeración Baja velocidad del disco de corte Disco de corte inadecuado








Defectos en el corte de probetas metálicas con discos abrasivos

METALOGRAFIA

Defectos Causas

Desgaste excesivo del disco Disco de corte demasiado suave Refrigeración irregular Rodamientos defectuosos Mala fijación del disco de corte

Formacion de rebabas Disco de corte muy duro Disco de corte con granulometría porosa Corte efectuado muy rápido







1.2 Montaje ó Embutido:

• Frio: Resinas ó Autopolimerizantes: (Epoxi, Poliéster…)

• Caliente: Resinas Termoplásticas ó Termo fijas: ( Acrílicos, Baquelita…)

Posterior al montaje las muestras se deben identificar

METALOGRAFIA







1.2 Montaje ó Embutido: Principales características

METALOGRAFIA

1.2.1 Debe ser insoluble en agua, alcohol, acetona, benceno, acetato de amila

1.2.2 Debe ser resistente a Ácidos y Bases

1.2.3 Debe presentar una dureza suficiente para mantener el nivel durante el pulido

1.2.4 Debe tener buena adhesión de la muestra

1.2.5 Debe ser de rápida y fácil preparación

1.2.6 No generar o necesitar altas temperaturas para la preparación

1.2.7 Ser conductor eléctrico para los casos de pulido electrolítico







1.3 Desbaste

• Desbaste Grueso : lijas (80 – 320)

• Desbaste Fino: lijas ( 400 – 1200)

METALOGRAFIA







1.3 Desbaste

METALOGRAFIA







1.4 Pulido

Pulido Mecánico:

• Pasta Diamante

• Óxidos : Alumina …

METALOGRAFIA







1.5 Pulido Electrolítico:

METALOGRAFIA







Después del pulido la probeta es secada utilizando un secador de aire caliente.

A. Modo correcto y B modo incorrecto de secar una probeta

Finalizado todas las etapas, los paños deben ser almacenados en lugares limpios y exentos de polvo. Preferiblemente en estantes diseñados para almacenar o en envases de plástico

METALOGRAFIA






Después del pulido la probeta es secada utilizando un secador de aire caliente.

A. Modo correcto y B modo incorrecto de secar una probeta

Finalizado todas las etapas, los paños deben ser almacenados en lugares limpios y exentos de polvo. Preferiblemente en estantes diseñados para almacenar o en envases de plástico.

Posteriormente las muestras deben ser almacenadas en lugares libres de humedad y polvo, impidiendo choques con otros materiales y el calentamiento excesivo. Ideal utilizar desecadores así evitando oxidación y deterioro de las mismas

METALOGRAFIA






1.6 Ataque Químico

METALOGRAFIA

Método Descripción

Ataque por Inmersión La superficie de la probeta se sumerge en la solución de ataque

Ataque por Goteo El reactivo es aplicado en gotas sobre la superficie de la probeta. Método usado con soluciones dispendiosas

Ataque por lavado La superficie de la probeta es enjuagada por el reactivo de ataque. Método usado en probetas muy grandes o cuando existe desprendimiento del gas durante el ataque

Ataque alternativo por inmersión

La superficie de la probeta es sumergida alternadamente en dos soluciones de ataque. La cama generada con el primer ataque es removida por la segunda solución

Ataque por Roce o fricción

A la probeta se le pasa un algodón embebido en el reactivo, el cual remueve los productos generados por la reacción química

Ataque pulimento El pulido es efectuado con la probeta inmersa en el reactivo

Ataque múltiple La probeta es tratada con dos o mas reactivos

Ataque de identificación

Se usan reactivos específicos para revelar ciertas fases de una forma característica






Principales defectos relacionados con el proceso pulido

1. Deformación Plástica: puede provocar defectos superficiales después del esmerilado o el pulido. Se revela después del ataque.

100X

METALOGRAFIA







2. Colas de Cometa: Aparecen junto con las inclusiones o los poros cuando el movimiento relativo de la muestra y el disco es unidireccional. Se evita realizando movimientos en todas las direcciones de pulido.

100

METALOGRAFIA







3. Contaminación: Aparecen por la incrustación de elementos extraños al material o por el papel abrasivo utilizado

Laton

METALOGRAFIA







4. Grietas: Se producen por excesiva energía entregada en el proceso de preparación mayor a la que puede soportar. Se dan en materiales frágiles o con varias fases o estructura en capas. Se pueden provocar en el corte o en la etapa de inclusión.

100

METALOGRAFIA







5. Rayas: son surcos producidos por las puntas de los abrasivos.

100

METALOGRAFIA







6. Separaciones: Son espacios que aparecen entre las resinas y el material luego de ser incluido. Puede ser debida a una mala elección de la resina, que la pieza tenga grasa o impurezas, contaminantes o mala elección de los parámetros de inclusión.

100

METALOGRAFIA







7. Aplastamiento: Es la deformación plástica de grandes zonas dela muestra. Se pueden producir por una elección incorrecta del abrasivo, lubricante o paño.

METALOGRAFIA







8. Redondeo de Bordes: Se debe a la utilización de una superficie de pulido muy elástica. Provoca una eliminación del material tanto en la superficie como en los bordes.

METALOGRAFIA







9. Relieve: Cuando se pule un material con varias fases se puede dar lugar este fenómeno debido a la diferente dureza o resistencia al desgaste de c/u. Aparece durante el pulido. Hay que tener en cuenta para evitarlo el tiempo adecuado de pulido y el tipo de paño.

METALOGRAFIA






Principales defectos relacionados con el proceso pulido 10. Arranques: Son cavidades que quedan después del pulido debido a la pérdida de material durante la abrasión. Aparecen en materiales duros y quebradizos o que tengan inclusiones. Son debidas a un exceso de fuerza o mal a selección del paño.

METALOGRAFIA







11. Falsa Porosidad:los materiales blandos que tienen poros se pueden llenar con material por aplastamiento, apreciándose un número menor de poros que los reales. Caso contrario los frágiles.

METALOGRAFIA







12. Abrasivo Incrustado: Son partículas de abrasivos sueltas incrustadas por presión en la muestra. Se producen por una mala combinación en la selección del tamaño de abrasivo, paño y lubricante.

METALOGRAFIA






Principales defectos relacionados con el proceso pulido 13. Huellas de lapeado: Son indentaciones producidas por las partículas del abrasivo. No forman una línea continua sino una línea entrecortada. La partícula salta sobre la superficie dejando ese aspecto. Se pueden producir por mala selección de fuerza y superficie de disco o paño.

METALOGRAFIA






Principales defectos relacionados con el proceso pulido 14. Manchas ó Teñido: Es una decoloración de la superficie de la muestra debida al contacto con un cuerpo extraño. Aparece a menudo después de someter a una pieza a limpieza o ataque por haber quedado estos en las separaciones existentes entre material resinas.

METALOGRAFIA






MICROCONSTITUYENTES

Aleaciones Hierro Carbono

* Austenita, Ferrita, Martensita

Aleaciones Aluminio

Aleaciones de Cobre






MICROCONSTITUYENTES






Ferrita

- Aceros de bajo contenido de carbono (AISI 1010) .

- Hierro puro.

- Propiedades:

* Dureza: 80 HBN

* UTS: 40.000 psi

* % e: 40%

100X

MICROCONSTITUYENTES






Perlita

- Aceros de medio y alto carbono

- Color oscuro a bajos aumentos

- Altos aumentos: huella dactilar o laminar

- Propiedades:

* Dureza promedio 240 HBN

* UTS: 80.000 psi

* %e: 15%

200 X

Medio %C

0.2>%C>0.5

Alto %C

>0.5

MICROCONSTITUYENTES






200 X

MICROCONSTITUYENTES






Martensita

- Tratamiento térmico de temple.

- Microscópicamente de tipo acicular o agujas.

- Dura y frágil.

- Estructura depende del contenido de carbono.

- A mayor contenido de carbono más fina.

Martensita revenida

- Calentamiento del acero por debajo de AC3.

-Descomposición de la martensita en Ferrita y Fe3C.

* Disminución de la resistencia y dureza.

* Ganancia de ductilidad y propiedades de impacto.

500X

MICROCONSTITUYENTES






MICROCONSTITUYENTES






Austenita

- Aceros inoxidables, Cr 18% y Ni 8%

-Propiedades:

• No magnética.

• Buena resistencia al desgaste

* UTS: 150.000 psi

* Dureza: 30 HRC

* %A > 10%

500X

MICROCONSTITUYENTES






FUNDICIONES






FUNDICIONES

Aleaciones que contienen de 2.08 a 6.67% C

Distribución de grafito






FUNDICIONES

Distribución VII, grafito tipo A y B Matriz perlítica y áreas blancas de ferrita.






MICROCONSTITUYENTES

Aluminio y sus Aleaciones

Fig. Typical microstructure morphologies. (a) Solid-solution monophase typical of commercially pure (1xxx and 1xx.x) aluminum alloys. (b) Dispersed second phase typical of deformed and heat treated wrought aluminum alloys. (c) Continuous network of second phases typical of alloys in an as-cast condition. (d) Discontinuous network of second-phase particles in heat treated cast or wrought alloys. (e) Duplex microstructure






MICROCONSTITUYENTES Aluminio y sus Aleaciones

Fig. Monophase structure of etched commercially pure aluminum (1xx.x) at 200× magnification. HF etchant

Fig. Examples of dispersed precipitates shown at various magnifications. (c) Micrograph (at 400×) of heat treated 7050-T6 alloy etched with 0.5% HF






MICROCONSTITUYENTES Aluminio y sus Aleaciones

Fig. Aluminum-silicon phase diagram and cast microstructures of hypoeutectic compositions (<12%Si), hypereutectic compositions (>12% Si), and one close to the eutectic composition of 12% Si






MICROCONSTITUYENTES

Aluminio y sus Aleaciones






MICROCONSTITUYENTES Aleaciones de Cobre

Fig. A copper-zinc phase diagram with the compositional ranges of five common brasses (UNS designation) superimposed on it.






Metal de aporteMetal base

HAZ grano gruesoHAZ grano fino

Macro

ANÁLISIS DE SOLDADURAS






DEFORMACIÓN EN FRÍO.

Estructura alineada

Acero deformado con posterior calentamiento





1a caracterizacion microestructural y mecanica

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