Instituto Tecnolgico de Celaya

Ingeniera Mecnica

Ingeniera de Materiales Metlicos

Csar Osvaldo Arredondo Tapia(Equipo Los Monaguillos)

Dra. Karla Judith Moreno Bello

Prctica 2: Anlisis microestructural en aleaciones metlicas

13 de abril del 2015Introduccin:Las propiedades fsicas, qumicas y mecnicas de los materiales metlicos pueden ser explicadas en su mayora por el estudio de las microestructuras resultantes de los procesos a los que se sometieron estos materiales. La metalografa fue la primera tcnica utilizada con esta finalidad y en la actualidad continua siendo la herramienta ms til en amplias reas de la ciencia e ingeniera.La metalografa consiste en el estudio de la constitucin y la estructura de los metales y las aleaciones. La forma ms sencilla de hacer dicho estudio es examinando las superficies metlicas a simple vista, pudiendo determinar de esta forma las caractersticas macroscpicas. Este examen se denomina macrogrfico del cual se pueden obtener datos sobre los tratamientos mecnicos sufridos por el material (es decir se puede determinar si el material fue trefilado, laminado, forjado, etc.) o comprobar la distribucin de defectos (como grietas superficiales, rechupes, partes soldadas, etc). Con la ayuda del microscopio podemos realizar un ensayo microgrfico con el cual es posible determinar el tamao de grano, y el tamao, forma y distribucin de las distintas fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecnicas del material. La microestructura revelar el tratamiento mecnico y trmico del metal y podr predecirse cmo se comportar mecnicamente. El examen microgrfico, es una tcnica ms avanzada que el macrogrfico y necesita de una preparacin ms especial y cuidadosa de la muestra. Se basa en la amplificacin de la superficie mediante instrumentos pticos (microscopio) para observar las caractersticas estructurales microscpicas (microestructura). Este tipo de examen permite realizar el estudio o controlar el proceso trmico al que ha sido 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 tambin es posible deducir las variaciones que experimentan sus propiedades mecnicas (dependiendo de los constituyentes metalogrficos presentes en la estructura). El examen de la microestructura es muy til para determinar si un metal o aleacin satisface las especificaciones en relacin a trabajos mecnicos, tratamientos trmicos y composicin general. La microestructura es un instrumento para analizar las fallas metlicas y para controlar procesos industriales.

Una primera aproximacin a la estructura de un material puede obtenerse por un simple anlisis visual del mismo teniendo limitaciones en la informacin de resultados obtenidos mediante este procedimiento, pudiendo observar nicamente imperfecciones en la superficie, rugosidad, grietas y fisuras. Sin embargo un anlisis microscpico es de mayor precisin para estudiar imgenes de los materiales con una resolucin espacial mayor que la que podemos obtener con nuestros ojos. Nos ayuda a observar la morfologa de los granos representada con diferentes tonalidades de grises, el lmite de grano y la identificacin de inclusiones o fasesEl acero SAE 1018 de bajo - medio carbono tiene buena soldabilidad y ligeramente mejor maquinabilidad que los aceros con grados menores de carbono. Se presenta en condicin de calibrado (acabado en fro). Debido a su alta tenacidad y baja resistencia mecnica es adecuado en operaciones de deformacin plstica como remachado y extrusin. Se utiliza tambin en componentes de maquinaria debido a su facilidad para conformarlo y soldarlo. Piezas tpicas son los pines, cuas, remaches, rodillos, piones, pasadores, tornillos y aplicaciones de lmina. En un anlisis metalogrfico el resultado depende mucho de la preparacin de la muestra. La seleccin del material para el estudio estar en razn de la informacin que se quiera obtener, pero debe existir una comparacin entre un antes y un despus o con una probeta del material prximo a la falla y otra del material normal. Las muestras deben de ser identificadas correctamente para evitarla mezcla de resultados.En los ensayos de metalografa se hace uso de varios reactantes qumicos que son importantes porque al entrar en contacto con el material que va ser observado en el microscopio (SAE 1018 normal) las microestructuras que lo forman sea ms visibles por medio de dicho instrumentos, para este acero el compuestos qumico que se va a utilizar segn las normas ASTM es:TIPO DE ACEROREACTANTE QUMICOCOMPOSICIN USOSOBSERVACIN

Acero SAE 1018cido Nitrico (Nital 2)2 a 5 % de cido ntrico en alcohol metlico En aceros al carbn:a)Para oscurecer perlita y dar contraste entre colonias de perlitab)Para revelar fronteras de perlitac)Para diferenciar la ferrita de la martenstica.La rajada de ataque aumenta; la selectividad disminuye y se incrementan los porcentajes de HNO2. El reactivo 2 (cido pcrico) generalmente es superior. El tiempo de ataque es de unos cuantos segundos a un minuto.

Aqu podemos ver un ejemplo:

Acero 1018. Calentado a 900C por 75 minutos y enfriado al aire. Atacado con nital al 2%. Magnificacin en el microscopio: 100X Las areas claras son ferrita proeutectoide. Las area oscuras son perlita. La estructura es considerablemente fina.Ataque qumico: Nuestro equipo realizo un ataque qumico grupal y por mi parte, yo realice otro el cual no sali del todo bien. Despus de haber pulido mi probeta y ya con un acabado espejo use el sonificador Branson 2510, el cual sirve para que la probeta quede ms limpia.

Me percate que el recipiente donde se pone la probeta debe tener mayor nivel de agua que el nivel de la cubierta del sonificador. Tambin investigue que este aparato funciona mediante ondas de sonido, las cuales son la que remueven las partculas innecesarias. Despus use la secadora para remover el agua. En seguida se me proporciono un algodn con alcohol para secar completamente la probeta. De esta manera ya pude realizar el ataque qumico. En una tapita puse un poco de nital y coloque mi probeta dentro de la tapa por unos 35 segundos. Note que al quitar la probeta del nital, esta se haba oxidado. Pens que en el microscopio no se vera nada, pero finalmente el resultado fue el esperado.En cuanto al ataque qumico grupal, ya con la probeta de mi compaero Cristopher pulida, se coloc, de la misma manera, la probeta sobre una tapita con nital. Esta vez se dej solo por 10 segundos y la probeta se vea bastante brillante y con un acabado espejo muy bueno. Observaciones en el microscopio:Para la observacin de la probeta grupal se utiliz un microscopio metalogrfico Zeiss Axio Imager.A1m que posee un filtro para campo claro, campo oscuro y polarizado. Este tiene una ampliacin mxima de 1000x.

Esta imgen corresponde al ataque qumico hecho por m persona. Observacin en el microscopio estereoscpico, con una ampliacin de 128x. Se puede observar que, efectivamente como en el ejemplo anterior, se observa ferrita, ya que hay lmites de granos irregulares. Y en este caso las partes oscuras corresponden a perlita ya se asemejan a cristales negros.

Esta segunda imagen corresponde al ataque qumico grupal. Observacin en el microscopio metalogrfico, con una ampliacin de 500x. Ahora ya se observa mucho mejor los lmites de grano caractersticos de la ferrita con tonos verde claro. Igualmente, de mejor manera, se ve la perlita con un tono verde militar oscuro formando figuras irregulares pero ms delgadas que la ferrita. Tamben alcanzo a apreciar un poco de bainita, la cual se observa con un tono verde pastoso un poco ms claro que la perlita. Pienso que es bainita por que las figuras que se forman son granos ms rectos. Conclusiones: -Despus de realizar nuestra preparacin metalogrfica de las probetas es importante realizar el ataque qumico con la solucin correspondiente para cada material. En nuestro caso, usar nital para el acero 1018.-No hay que exceder el tiempo en el que se deja actuar el qumico sobre el metal para obtener imgenes metalogrficas mejores.-Tambin me percate que es mejor hacer probetas ms pequeas en dimetro y en altura para que estas quepan mejor en el revlver del microscopio metalogrfico. -Ya que tenemos la imagen de la microestructura de nuestra probeta, debemos ponernos a estudiar ejemplos de otras imgenes de las fases del acero y de esta manera describir de una manera ms exacta nuestra imagen metalogrfica.

Referencias bibliogrficas:[1] Acebo, S. y Vicin, E. (2000).Enciclopedia del Nuevo Milenio (1a. Ed.).Santaf de Bogot., Colombia: Ediciones Larousse.[2] Kehl, G. (1954). Fundamentos de la prctica metalogrfica. (3a. Ed.). Madrid., Espaa: Editorial Aguilar. [3] Askeland, D. (2011). Ciencia e ingeniera de materiales. (6a. Ed.). Distrito Federal., Mxico: Cengage Learning Editores. [4] Varios autores. (1984).Enciclopedia de Ciencia y Tcnica. (5a. Ed.). Distrito Federal., Mxico: Salvat Editores S.A.[5] Tippens, P. (2011). Fsica, conceptos y aplicaciones. (7a. Ed.). Distrito Federal., Mxico: Editorial McGraw Hill.