Práctica 4 Metalografía

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Laboratorio de Metalurgia
Práctica 4 Metalografía
Introducción
La metalografía es la disciplina que estudia microscópicamente las características estructurales de un metal o de una aleación. Sin duda, el microscopio es la herramienta más importante del metalurgista tanto desde el punto de vista científico como desde el técnico. Es posible determinar el tamaño de grano, forma y distribución de varias fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecánicas del metal. La microestructura revelará el tratamiento mecánico y térmico del metal y, bajo un conjunto de condiciones dadas, podrá predecirse su comportamiento esperado.
Al hablar de una estructura, entonces podemos decir que se pueden realizar dos tipos de estudios para poder saber las características de dicho metal.
Estudio macrográfico: se examina la superficie metálica a simple vista y de éste se pueden obtener datos sobre tratamientos mecánicos o comprobar la distribución de defectos visibles, principalmente.
Estudio micrográfico: es el mejor ya que da más detalles sobre las características del metal, destacando el tamaño de grano, el tamaño, forma y distribución de las distintas fases e inclusiones que al final tendrán un efecto en el metal, en sus propiedades mecánicas. Otro punto a su favor es que con este estudio se puede revelar el tratamiento mecánico y térmico del metal, además de que se podrá predecir su comportamiento mecánico.
Dado que el estudio micrográfico es más detallado, su realización requiere de ciertos parámetros o más que eso, el realizarlo lleva más tiempo y necesita de una preparación especial y cuidadosa de la pieza a estudiar. Entonces eso nos lleva a que existe un procedimiento ya establecido para llevar a cabo dicho estudio y consta de 5 etapas (principales):
Corte metalográfico:
Cortar la muestra con una sierra metalográfica: es un equipo capaz de cortar con un disco especial de corte por abrasión, mientras suministra un gran caudal de refrigerante, evitando así el sobrecalentamiento de la muestra. De este modo, no se alteran las condiciones microestructurales de la misma.
Incluido metalográfico
La muestra cortada se incluye en resina para su mejor tratamiento posterior y almacenado. La inclusión se puede realizar mediante resina en frío: normalmente dos componentes, resina en polvo y un catalizador en líquido, los cuales se mezclan y se vierten sobre un molde con la pieza a incluir ya puesta dentro del mismo. Se debe llenar el molde hasta cubrir su totalidad. La inclusión en frío tiene la ventaja de poder incluir varias piezas en poco tiempo. Asimismo, se le puede dar cualquier forma al molde. Tiene la desventaja de formar una inclusión más bien blanda (comparada con la inclusión en caliente) y es difícil respetar las tolerancias del diámetro de embutición. Si no, se puede incluir en caliente: mediante una incluidora, que, mediante una resistencia interior calienta la resina (monocomponente) hasta que se deshace. La calidad y dureza de la embutición es óptima. El proceso de embutición es relativamente rápido. No es un proceso recomendado en caso de requerimientos de muchas muestras al cabo del día. Tampoco se recomienda utilizar este método para aquellas piezas que sean frágiles o sensibles al calor.
Pulido metalográfico
Se usa el equipo suelda Metalográfica, se prepara la superficie del material, en su primera fase denominada Desbaste Grueso, 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. Desbaste Fino, 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 último pulido;
La etapa del pulimento es ejecutada en general con paños macizos colocados sobre platos giratorios circulares, sobre los cuales son depositadas pequeñas cantidades de abrasivos, en general diamante industrial en polvo fino o bien en suspensión, con granulometrías como por ejemplo de 10, 6, 3, 1, y 0,25 micras
El pulido se realiza sujetando la muestra a tratar con la mano o bien mediante un cabezal automático para pulir varias muestras a la vez. Este ejerce una presión pre-configurada hacia el disco o paño de desbaste o pulido durante un tiempo concreto. Estos parámetros deben ser configurados según el tipo de material (dureza, estado del pulido, etc...) Opcionalmente existen sistemas con dosificador automático de suspensión diamantada.
Ataque químico
Hay una enormidad de ataques químicos, para diferentes tipos de metales y situaciones. En general, el ataque es hecho por inmersión o fregado con algodón embebido en el líquido escogido por la región a ser observada, durante algunos segundos hasta que la estructura o defecto sea revelada. Uno de los más usados es el nital, (ácido nítrico y alcohol), para la gran mayoría de los metales ferrosos. Una guía de los ataques químicos utilizados para revelar las fases y microconstituyentes de metales y aleaciones se pueden ver en la norma ASTM E407 - 07 Standard Practice for Microetching Metals and Alloys.
Microscopio
Utilización de lupas estereoscópicas (que favorecen la profundidad de foco y permiten por tanto, visión tridimensional del área observada) con aumentos que pueden variar de 5x a 64X.
El principal instrumento para la realización de un examen metalográfico lo constituye el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50x y 2000x.
El microscopio metalográfico, debido a la opacidad de los metales y aleaciones, opera con la luz reflejada por el metal. Por lo que para poder observar la muestra es necesario preparar una probeta y pulir a espejo la superficie.
Existe una norma internacional ASTM E3-01 Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens que trata sobre las correctas técnicas de preparación de muestras metalográficas.
Desarrollo 
Cortar la muestra (el tamaño deberá ser representativo).
Si el material se cortó con cinta sierra, esmerilar para disminuir el rayado.
Realizar el pulido intermedio con lijas, empezar con un tamaño de grano de 180 y llegar al 600. Con cada cambio de lija, girar la pieza 90° para generar el nuevo acabado.
Realizar el pulido fino con alúmina fina (alúmina gris de 20 micras de diámetro y alúmina blanca de 0.5 micras de diámetro), hasta obtener un acabo espejo en la cara de la pieza de trabajo.
Hacer el análisis metalográfico. En la primera fase, observar la pieza para determinar si presenta inclusiones, de qué tipo son y qué acabado tiene la pieza.
Realizar el ataque químico de acuerdo al material. Para los aceros se aplica NITAL (Ácido nítrico 2% y alcohol metílico 98%).
Observar en el microscopio las fases presentes en la microestructura y tamaño de grano por pulgada cuadrada.
Resultados y Análisis de Resultados
Una vez realizado el ataque químico, se observó la Probeta No. 1 al microscopio, cuyas fotografías se muestran a continuación:
x100Ferrita (Matriz)
Perlita
Perlita
Ferrita (Matriz)
x200
x500Perlita
Ferrita (Matriz)
Prueba de dureza para la Probeta 1:
	62.2
	62.1
	61
	58.6
	63.1
Carga: 150 kg
Ball: 1/16
Rockwell
Scale G
Cálculo del tamaño de grano de la Probeta 1:
Por lo tanto, el tamaño de grano es aproximadamente de G = 8
A partir de lo observado en el microscopio, observando una matriz de ferrita y elementos de perlita, así como basándonos en el diagrama de fase Hierro – Carbono y con ayuda de las imágenes de metalografías ya hechas se llega al resultado de que la Probeta 1 es un Acero al bajo Carbono de 0.06% de C.
 
De la misma manera que con la Probeta 1, al observar la Probeta 2 en el microscopio se obtiene lo siguiente:
Ferrita (Matriz)
Perlita
 x100
Perlita
Ferrita (Matriz)
x200Ferrita (Matriz)
Perlita
x500
Prueba de dureza para la Probeta 2:
	74.5
	77.2
	76.2
	79.1
	74.7
Carga: 100 kg
Ball: 1/16
Rockwell
Scale B
Cálculo del tamaño de grano de la Probeta 2:
Granos contados = 102
Despejando G:
Donde:
Por lo tanto, el tamaño de grano es aproximadamente G = 22
De la misma manera: a partir de lo observado en el microscopio, observando una matriz de ferrita y elementos de perlita, así como basándonos en el diagrama de fase Hierro – Carbono y con ayuda de las imágenes de metalografías ya hechas se llega al resultado de que la Probeta 2 es un Acero al bajo Carbono de 0.15% de C.
Conclusiones
Cuadros Solís Ricardo Osvaldo. Se lograron los objetivos de la práctica, determinar el tamaño del grano y saber de qué acero era la probeta. Para realizar este proceso se tuvo que hacer un acabado espejo mediante un proceso de lijas a diferentes valores, en seguida se pulen con alúmina blanca y gris, finalizando con un desbaste químico de Nital al 2% para que quede lista para el microscopio.
Se observó que a partir de las fotos obtenidas por el programa del microscopio, se pueden ver los rayones y granos de la muestra. Mediante la expresión del número de granos, se despejo el tamaño de estos para complementar la información de nuestro acero; Por medio de la comparación de fotos obtenidas con muestras ya obtenidas se concluyó que es un Acero 1018.
López Guzmán Ernesto Noé. Me pareció que el estudio de las aleaciones y materiales es un campo muy interesante para los ingenieros por las múltiples aplicaciones que se les puede dar. Desde el procedimiento de preparación de una muestra hasta la observación en el microscopio podemos encontrar aplicaciones del trabajo de ingenieros, que nosotros como estudiantes, podemos evaluar para después mejorar los procesos, sobre todo para tener mayor confiabilidad en nuestras observaciones pues de ellas se tomaran decisiones que pueden tener gran importancia como en fallas de materiales o caracterización de los materiales para los diferentes usos que se les pueda dar. La práctica abre nuestro panorama y, literal, nuestra visión de que hay más de lo que se puede apreciar a simple vista de los materiales.
Suárez Martínez Nicolás Emiliano. La realización de esta práctica me hizo comprender realmente lo que es el proceso de metalografía, proceso que no es para nada sencillo y requiere de mucha paciencia para lograr una buena muestra. Asimismo, resulta interesante el hecho de que a partir de observar la microestructura y de las pruebas de dureza realizadas, en este caso de un acero, se pueda determinar el tipo de acero del cual se trata. De igual manera, es importante conocer tanto la microestructura del material así como el tamaño de grano, ya que de estos últimos dependen en gran medida las propiedades mecánicas tales como ductilidad, dureza, etc., propiedades que son de gran interés para el ingeniero mecánico.