Resumen
Para poder dar una clara observación de las microestructuras de un metal, debemos realizar el proceso llamado preparación metalográfica. Este consta de cuatro pasos previos a la observación de la muestra, el corte de la muestra, el prensado de la misma, el pulido y finalmente el ataque químico, un proceso que es de sumo cuidado y que requiere de gran habilidad de quien realiza el proceso, ya que de este depende directamente una buena preparación.
Abstract
To allow for a clear observation of the microstructures of a metal, we make the process called metallographic preparation. It consists of four steps prior to the observation of the sample, sample cutting, pressing it, and finally polishing etching, a process that is carefully and requires great ability who performs the process, as this depends directly on good preparation.
Palabras clave:
Resinas, Nital, Metalografía, Aditamentos, Remanente y Abrasivo
.
I. OBJETIVOS
General
Elaborar una preparación metalográfica a un material metálico (Sea acero o de tipo ferroso); para así poder visualizar su microestructura y determinar sus propiedades y componentes. Específicos
Relacionarse con las maquinas y herramientas que son usadas para la preparación metalográfica.
Identificar las principales estructuras presentes en aceros y fundiciones.
Comprender la funcionalidad del proceso que es llevado a cabo antes de examinar una estructura metálica.
II. INTRODUCCIÓN
Los diferentes materiales existentes y las innumerables aleaciones, son objeto de estudio de la metalografía. La metalografía consiste en el estudio a nivel micro estructural del material, donde se observan y analizan propiedades físico-químicas y mecánicas. Para llevar a cabo este estudio, es preciso someter el material a distintas técnicas de preparación metalográficas rigurosas para así mismo obtener un análisis detallado y acertado por parte del metalurgista apoyado en sus instrumentos, por ello se hace necesario obtener una superficie plana, sin rayaduras semejante al aspecto de un espejo. El propósito de la preparación de muestras metalográficas, es alcanzar una micro estructura especifica que pueda ser observada a través del microscopio.
III. MARCO TEÓRICO
La metalografía es la ciencia encargada de estudiar la relación existente entre la micro estructura de los materiales y/o aleaciones y sus propiedades fisicoquímicas y mecánicas. Al método que permite apreciar las características micro estructurales de un material se le denomina análisis metalográfico [1], Antes de observar un metal al microscopio, es necesario acondicionar una 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. Previo a realizar un análisis metalográfico debemos conocer conceptos como:
Nital: Se conoce como Acido Nitrico Nitrato de Hidrógeno, Hidróxido de Nitrilo, Agua fuerte, Acido Azóico, entre otros. El Acido Nítrico es un ácido fuerte, corrosivo y de vapores sofocantes, Es un líquido incoloro o amarillento pero puede llegar a tomar coloraciones rojizas si contiene suficiente cantidad de Dióxido de Nitrógeno disuelto. Posee un olor irritante muy fuerte en concentraciones altas. Usos: en aceros al carbón: a) para oscurecer perlita y dar contraste entre
Preparación Metalográfica
Alfonso. Paula, Alba. Héctor, Martínez. Sergio, y Chitiva. Oscar.
Ingeniería Industrial,
colonias de perlita, b) para revelar fronteras de perlita, c) para diferenciar la ferrita de la martensita [2].
Resinas: Se entiende por resina cualquiera de las resinas naturales modificadas químicamente o sintéticos polimerizados físicamente similares, incluyendo los materiales termoplásticos tales como polivinil, poliestireno y polietileno y materiales termorígidos tales como poliésteres, epóxidos y siliconas que son utilizados con los estabilizadores, pigmentos y otros componentes para formar plásticos[3].
Aditamento: Cosa que se añade a otra, y especialmente lo que el vendedor da más del justo peso, o el pedazo pequeño que añade para completarlo.
Remanente: Aquello que queda de algo.
Abrasivo: Los productos abrasivos actúan arrancando material del sustrato por fricción. Se enfrenta un material duro (mineral abrasivo) a la superficie a tratar que debe presentar una menor dureza. Los diferentes tipos de movimientos que se le puede aplicar a un producto abrasivo unido a la velocidad de trabajo y la presión producirán un ataque sobre la superficie, dando la eliminación de material, su conformado y la formación de surcos y arañazos.Algunas de las propiedades de los materiales abrasivos son las siguientes: Dureza, Tenacidad, Capacidad de corte[4].
Cortadora 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 sobre calentamiento de la muestra. De este modo, no se alteran las condiciones microestructurales de la misma.
Cortadora Metalográfica [5]
Banda desbastadora: Son las máquinas encargadas de pulir y de eliminar las principales rugosidades que se localizan en la superficie del material, está conformada por hojas de esmeril este procedimiento se debe realizar hasta obtener el menor número de rugosidades posibles y hasta obtener líneas en un solo sentido
Banda desbastadora [6]
● Lijas de desbaste: Son las encargadas de eliminar todas las rugosidades que no se pueden eliminar en las bandas desbastadoras. Es una máquina que consta de 4 lijas que van desde la referencia 240 siendo la más gruesa pasando por a 300 y 400 hasta llegar a la 600 siendo la más fina. Dicha maquina cuenta con un sistema refrigerante por medio de agua para que el material no se caliente y evitar que al calentarse cambie su estructura. Cada vez que sea necesario cambiar de banda, la muestra de material debe girarse 90 grados hacia la derecha y en dirección perpendicular a las líneas que se ven como consecuencia del proceso de pulimiento en las bandas desbastadoras.
Lijas de desbaste [7]
Pulidoras: Son máquinas especializadas que eliminan las pequeñas imperfecciones que aun se encuentran en el material trabajado. Esta maquina consta de un disco cubierto de un paño, el cual es humedecido y cargado de abrasivo, cabe resaltar que existen dos tipos de paños; un paño de pelo delgado que es utilizado par metales blandos y su abrasivo es oxido de magnesio y otro paño que es de pelo grueso que es utilizado para metales duros y su abrasivo correspondiente es de diamante.
IV.PROCEDIMIENTO
Lo primero que se hace con el metal es pasarlo por un proceso de corte con cortadoras abrasivas que seccionan muestras del material de origen al tamaño apropiado con el uso de agua como lubricante, además pasa por hojas diamantadas de precisión con el fin de que éstas descubran detalles ocultos en muestras pequeñas con pérdida mínima de material.
Después de esto pasamos el material a un proceso de desbaste grueso donde por medio de cintas abrasivas o discos de grano 60-180 se emparejan las superficies irregulares y se eliminan las capas gruesas de deformación.
Aun después del proceso que ha sido llevado a cabo con el material debemos tener en cuenta que el manejo del metal es muy complicado, por lo cuál antes de continuar con el tratamiento que permita visualizar su estructura debemos contar con una plantilla de manejo llamada montaje metalográfico que proteja los bordes. Además de facilitar el trabajo esta permite tener máxima rapidez y economía en el montaje.
Puede ser fabricada en caliente (con resinas termocurables) y en frio(resina tóxica líquida).
En el laboratorio se cuenta con una prensa de montaje de una resistencia entre 48º - 150º C, allí se agrega la resina en un molde y se deja 10 minutos bajo esta temperatura para luego pasar a un proceso de enfriamiento.
La resina usada para fabricar el montaje varia según la necesidad y las usadas en el laboratorio son:
Resina fenólica(económica)
Resina relleno de cobre(por barrido, es conductora)
Resina dialquil(gran resistencia)
Resina Acrílica(No protege borde)
Después de realizar el montaje metalográfico procedemos a poner sobre éste el metal y realizarle el proceso que nos permitirá visualizar su estructura microscópicamente.
El siguiente paso tiene por nombre esmerilado fino y consiste en papeles abrasivos en secuencia descendente de tamaño de grano 240-600 que se utilizan con esmeriladoras manuales y platos giratorios con aditamentos semiautomáticos opcionales para eliminar deformaciones remanentes.
Luego pasamos la muestra a pulido grueso donde un compuesto de diamante en el rango de 45 a 6 micras se aplica a un paño sin pelo sobre un plato giratorio con aditamento semiautomático opcional. Este paso se puede efectuar en incrementos de uno a o más.
Por ultimo se pasa al pulido final donde se aplica polvo de alúmina con suspensión de 0.05 micras a un paño con pelo mediano o compuesto de diamante de 1 o ¼ de micras a un paño con pelo corto. Platos giratorios con o sin aditamentos automáticos, pulidoras vibratorias o electrolíticas pueden ser utilizadas para obtener una superficie bien pulida sin distorsión.
Para poder revelar esta microestructura se realiza un ataque químico regido por la norma AST 407 con Nital (Acido Nítrico en etanol al 2%). El ataque se puede hacer por contacto, al frotarlo o por sumersión. En este caso se realizó por contacto.
Después de esto pasamos a la segunda observación, la cuál podría revelar la necesidad de repetir el pulido final y microataque para obtener superficie estructural requerida.
Con una ampliación microscópica tenemos
Observación: 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.
IV. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Al observar la microestructura de la fundición de hierro tenemos que es una matriz ferritica con perlita y grafito. La ferrita le da una alta permeabilidad magnética (que le permite almacenar campos magnéticos con más fuerza que el hierro) gran resistencia y dureza, la perlita es un micro constituyente bifásico. Está formado por granos alargados (considerando las tres direcciones son láminas) de cementita en la matriz ferritica. Cuando esta estructura laminar es muy fina (las láminas son muy delgadas) la perlita se ve al microscopio óptico como negra. Sin embargo ambas fases, ferrita y cementita, en condiciones normales de ataque son blancas. El color oscuro o negro lo producen el gran número de límites de grano existentes entre la matriz ferrítica y las láminas de cementita. Por otra parte el grafito, que adopta formas irregulares descritas como “hojuelas”, es de color negro con brillo metálico, refractario y se exfolia con facilidad. En la dirección perpendicular a sus capas presenta una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, comportándose pues como un semiconductor. A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura, comportándose como un conductor semimetálico. Por ultimo cabe resaltar que, el silicio juega un papel importante en diferenciar el tipo de fundición (fundición gris o fundición blanca), esto es debido a que el silicio es un estabilizador de grafito, esto significa que ayuda a precipitar el grafito desde los carburos de hierro.
V. CONCLUSIONES
• La preparación metalográfica es un proceso que requiere de gran cuidado especialmente en las etapas de esmerilado, pulido (fino, grueso y final) y microataque, ya que de lo contrario se corre el riesgo de hacer análisis erróneos o imprecisos.
• La limpieza y el buen estado de las herramientas y de los equipos afectan la veracidad de los resultados obtenidos.
REFERENCIAS
[1] Universidad de las Américas puebla, “Metalografía”, capítulo IV, 2004. [2] http://www.minambiente.gov.co/documentos/Guia3.pdf
[3] http://www.quiminet.com/articulos/resinas-y-sus-aplicaciones-18432.htm
[4] http://www.elchapista.com/abrasivos_convencionales.html
[5] http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cortadora_Muestras_Metalogr%C 3%A1ficas_EDEMET.jpg
[6] http://armasblancas.mforos.com/936813/9805111-que-os-parece-esta-rectificadora/
[7] http://dai.itam.mx/dingind/labingind/Lab_Materiales2/img/lijas.JPG [8] http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Pulidora_metalografica_tecnip
ol.jpg
