DATOS

Tabla 1. Resultados obtenidos de la observacin de la superficie pulida. # de Probeta 1 2 3 4 5 6 7 Tiempo (seg.) S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A de ataque Observaciones Sucio, hebra de algodn, polvo de tiza, manchas de secado. Buen Pulido, inclusiones no metlicas (xidos de procesos) 13 por campo. Inclusiones Metlicas 9 por campo, rayas por defectos de pulido. Presenta porosidades, huecos de 0,05 mm, 12 por campo. Presenta arco iris por mal secado, y manchas de secado. Presenta porosidades 0,02mm, 12 por Campo. Defectos de pulido, mal lijado. Marcas de mal secado, rayas de lijado, polvillo y segregaciones gaseosas. Defectos de pulido, colas de cometas, ocasionados por arrastrar restos de metales. Puntos de segregacin gaseosa y polvillo de tiza. Mal Pulido, presenta rayas de mal lijado y poros. Grandes inclusiones de Sulfuro de Magnesio, mal pulido. Dimensin media igual 0,05mm (color gris paloma), 6 por campo. Polvillo de Tiza, Segregaciones de gases , totalmente porosa y mala preparacin. Requera un mejor pulido, poros de 0,05 mm y 1 por

8

S/A

9

S/A

10

S/A

11 12

S/A S/A

DATOScampo. Material Aluminio, muy difcil de romper la capa de alumina. Mal secado, no se hizo suficiente presin sobre la probeta a la hora de pulir.

13 14

S/A S/A

Tabla 2. Estudio de las probetas observadas en el tiempo optimo Indice Dimetro de medio Muestra tamao Granos/mm2 De grano de (mm) grano 5 5 256 0,0612 12 1 7 2 8 10 11 14 6 5 8 5 10 9 5 512 256 2048 256 8192 4096 256 0.0441 0.0612 0.0224 0.0612 0.0112 0.0153 0,0612 Nmero medio rea de media de granos Grano por (mm2) mm3 0,00390 4350 0.00195 0.00390 0.00049 0.00390 0.000122 0.000244 0,00390 11700 4350 88500 4350 714000 279000 4350 -

Longitud media de interseccin 0.0543 0.0391 0.0543 0.0198 0.0543 0.22994 0.0135 0.0543 -

DATOS

Tabla 3. Valores de % de fases, dureza, ndice de granos y % de carbono. % de Presentes Perlita 5 12 1 7 2 8 10 11 14 80 60 30 80 60 10 70 25 Fases Ferrita 20 40 70 20 40 90 30 75 Dureza Rc 14 -5 -9 10 8 5 HB 194 135 125 180 174 165 HBTEORICO

Probeta

%C 53 43 25 53 43 10 48 22 40

Denominacin AISI

202 174 132 202 174 104 188 125 -

1053 1043 1025 1053 1043 1010 1048 1022 1040

HB =

%perlita (HB perlita ) + %ferrita (HB ferrita ) 100

INTRODUCCIONLa metalografa es la rama de la metalurgia encargada de del estudio de las caractersticas estructurales de un metal o de una aleacin utilizando como herramienta principal el microscopio. La experiencia ha demostrado que el xito en el estudio con microscopio, depende en mucho del cuidado que se tenga para preparar y seleccionar la muestra. En las prcticas realizadas a continuacin se aplican los pasos y procedimientos bsicos. Por lo que el objetivo principal es obtener una superficie plana, sin ralladuras, semejante a un espejo; de modo que se pueda observar sin problema el contenido caracterstico de las probetas. La delineacin adecuada de la microestructura de los materiales es despus de la preparacin de la muestra, el procedimiento ms importante del estudio metalogrfico, es el ataque qumico, el cual es el arma que cumple con esta importante labor en la caracterizacin de la composicin (distribucin de las diferentes fases), estructura (tamao de grano, forma, etc.); e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecnicas del metal. Para muchos materiales, la microestructura es revelada solo si es atacada qumicamente con un reactivo adecuado, sin embargo si no es cumplida satisfactoriamente la etapa previa de preparacin de la muestra ni el microscopio ms avanzado revelar la estructura de una muestra que haya sido preparada en forma deficiente. La propiedad fundamental de los materiales es la dureza, la cual esta estrechamente relacionada con la composicin microestructural de los materiales. La dureza puede definirse como la resistencia de un material a la penetracin o formacin de huellas localizadas en una superficie. Cuanto mas pequea sea la huella obtenida en condiciones normalizadas, mas duro ser el material ensayado.

RESUMENEn el laboratorio se realizo la seleccin y preparacin de las muestras metlicas mediante las tcnicas de pulido, para observar inclusiones, porosidades y defectos en general presentes en dichas muestras. Luego se calculo el tiempo optimo para la realizacin del ataque qumico con el reactivo Nital, lo que permiti identificar las fases y el numero ASTM de las diferentes probetas. Finalmente se procedi a determinar la dureza de cada una de las probetas con la utilizacin del Durmetro en escala Rockwell C y se comparo con los valores tericos, adems se determin el porcentaje de carbn de cada una y la denominacin de cada probeta de acuerdo con la AISI.

FUNDAMENTOS TEORICOSMetalografa: ciencia que estudia la constitucin y estructura de los metales y aleaciones reveladas ya sea a simple vista o por tales herramientas, como amplificacin de baja resolucin, microscopio ptico, microscopio de electrones, y tcnicas de difraccin o rayos X. La metalografa ha sido una herramienta muy valiosa para el progreso de la ciencia y de la industria, su importancia se ha puesto de manifiesto en: 1. Control de calidad en el procesamiento de materias primas,

materiales semielaborados y en productos terminados. 2. Prediccin. El examen metalogrfico previo al uso de un metal tiende a adelantarse a los resultados prcticos. 3. Determinacin de las causas de fallas en materiales. 4. Avances tecnolgicos en el campo de materiales, ptica y equipos de laboratorio. Metalurgia: es la ciencia y tecnologa de los metales. La metalurgia de proceso (qumica) tiene por objeto la extraccin de los metales de sus minerales y la refinacin de metales; la metalurgia fsica se ocupa de las propiedades fsicas y mecnicas de metales como son afectados por la composicin, el trabajo mecnico y el tratamiento trmico. Microestructura: es la estructura de metales pulidos y atacados qumicamente, revelada por un microscopio a una amplificacin mayor de diez dimetros. Micrografa: es la reproduccin grfica de la superficie de una muestra preparada, por lo comn atacada qumicamente, a una amplificacin mayor de diez dimetros. Si es producida por medios fotogrficos, se llama fotomicrografa.

FUNDAMENTOS TEORICOSPreparacin de probetas metalogrficas Supongamos que se ha cortado un trozo pequeo de un objeto de acero, y que se ha preparado una superficie plana preparada sobre un lado de esta muestra, mediante aserrado y esmerilado. El procedimiento normal es montar la probeta en un pequeo disco de plstico (de 1,25 mm de dimetro y 13 mm de grueso) con la superficie de la muestra que se ha de pulir sobre un lado de un disco. Una tcnica para formar este disco consiste en colocar primero un trozo de la muestra dentro de un molde anular, y vaciando entonces resina epoxdica lquida dentro del molde para llenarlo. La resina endurece en unas cuantas horas para rendir un manejo conveniente y sujetar la muestra durante los pasos subsecuentes en la preparacin de la superficie. Estos pasos implican 4 tipos bsicos de operaciones: Esmerilado fino: durante este paso se esmerila la superficie de la muestra empleando polvos de carburo de silicio aglomerados sobre papeles especialmente preparados. Se puede montar el papel abrasivo sobre la superficie de una rueda plana, girando en forma horizontal, oprimiendo contra ella la muestra metalogrfica. En cualquier caso por lo comn la superficie se lubrica con agua, la que proporciona una accin lavadora que retire las partculas cortadas de la superficie. Se utilizan tres grados de abrasivo: 320, 400 y 600 grnulos. El tamao de partcula correspondiente para el carburo de silicio es de 33,23 y 17 micras, respectivamente, en donde una micra es 10-4 cm. Se mueve la pieza sobre la superficie de manera que formen las rayas en solo una direccin. Al proceder de un papel siguiente entonces se contina el esmerilado hasta que desaparecen las rayas del paso anterior. Pulido final: Aqu se eliminan las rayas finas y la delgada capa distorsionada remanente del paso de pulido basto. El compuesto pulido

FUNDAMENTOS TEORICOScomnmente usado es almina (Al2O3) en polvo (forma gamma), con un tamao de partcula de 0,05 micras. Este polvo se coloca sobre una rueda cubierta con un pao, utilizndose agua destilada como lubricante. En contraste con el pao de nylon sin pelo empleado en el pulido basto, el pao utilizado en este paso normalmente contiene pelos. Si ste y los pasos precedentes han sido llevados a cabo con todo cuidado, se obtendr una superficie libre de rayas, con una capa de metal distorsionado casi imperceptible. Ataque qumico: Usualmente no se puede ver bajo el microscopio la estructura granular de una muestra metalogrfica hasta que se ha completado la operacin de pulido final. Los lmites de granos en un metal tienes un espesor del orden de unos cuantos dimetros atmicos cuando ms y slo sern visibles los lmites si el metal contiene varios cristales de diferentes colores que se toquen unos a otros. Para ser visibles los lmites, las muestras metalogrficas se atacan qumicamente de ordinario. En la mayora de los casos esto implica introducir la superficie pulida en una solucin de ataque cida o bsica dbil. La solucin ms comnmente usada para aceros es la denominada Nital, que consta de una solucin del 2% de cido ntrico en alcohol. El efecto resultante es disolver metal de la superficie de la muestra. Con una buena solucin de ataque la remocin del metal de la superficie no ocurrir de manera uniforme. La superficie casi vertical no refleja luz en los lentes objetivos de un microscopio de la misma forma que las superficies horizontales y tersas de los cristales que quedan entre ellas y, como resultado, se observarn bajo el microscopio los lmites de los cristales.

FUNDAMENTOS TEORICOSDiagrama de fase carburo de hierro hierro. Las aleaciones de hierro y carbono que tienen desde una pequea cantidad (aproximadamente un 0,03%) aun 1,2% de carbono, y de un 0,25 a un 1% de manganeso y menores cantidades de otros elementosi reciben la denominacin de aceros ordinarios al carbono o de bajo carbono. En el diagrama de fases Fe-Fe3C de la figura 1, se muestran las fases presentes en las aleaciones hierro-carbono enfriadas muy lentamente, a varias temperaturas y composiciones de hierro con carbono hasta del 6,67%. Este diagrama de fases no es un diagrama de equilibrio verdadero, puesto que el compuesto de carburo de hierro (Fe3C) que se forma no es una verdadera fase de equilibrio. En ciertas condiciones, el Fe3C, que se llama cementita, puede descomponerse en la fase ms estable del hierro y en carbono (grafito). Sin embargo, en la mayor parte de las condiciones, el Fe 3C es muy estable, y, por tanto, ser tratado como una fase de equilibrio.

FUNDAMENTOS TEORICOS

MATERIALES Y EQUIPOS

Seis (14) Probetas metlicas. Lija de 600. Suspensin de carburo de silicio. Almina con tamao de grano de 1 y 0,5 micras. Brisol. Agua. Alcohol. Algodn. Secador elctrico. Tablas de reactivos para ataque qumico de metales y aleaciones. Reactivos preparados (Nital). Tabla de imgenes de tamao de grano, segn la norma A.S.T.M. a 100X. Microscpico metalogrfico. Normas Covenin 2608-89 y 2169. Durmetro.

MATERIALES Y EQUIPOS

OBJETIVOSGenerales Identificar defectos de pulido y relacionarlos con los pasos inadecuados de las tcnicas de preparacin de muestra. Familiarizarse con los aspectos bsicos relacionados con las variables que inciden en el ataque qumico de probetas preparadas para estudio metalogrfico. Iniciarse en la aplicacin de tcnicas relacionadas con microscopa cuantitativa como herramienta fundamental del anlisis metalogrfico. Correlacionar diferencias microestructurales con propiedades mecnicas de aceros hipoeutectoide. la composicin y

Aplicar tcnicas de ataque qumico y metalografa cuantitativa a fin de establecer diferencias microestructurales entre aceros de diferentes contenido de carbono enfriados lentamente desde la zona austentica hasta temperatura ambiente.

Especficos Aplicar el reactivo indicado durante diferentes tiempos de exposicin, siguiendo los pasos de la tcnica de ataque qumico para estudio micro estructural. Seleccionar el tiempo de ataque adecuado para revelar claramente los contornos de granos de las muestras designadas para el estudio. Identificar la forma y el tamao de los granos de las muestras designadas para el estudio. Clasificar las inclusiones no metlicas segn la norma COVENIN 2608. Determinar el nmero, forma y distribucin de las fases presentes en las muestras a disposicin, para su estudio. Aplicar la ley de la palanca para la estimacin del contenido de carbono de las muestras en estudio, utilizando para ello el resultado de la evaluacin de fases presentes. Comparar los resultados de todas las muestras estudiadas a fin de correlacionar la composicin qumica con la microestructura y la dureza evaluada.

OBJETIVOS

CONCLUSIONES Se determino que el metalografa. pulido es el paso ms importante de la

Se observ que los defectos del pulido no permiten analizar la microestructura con claridad. Las inclusiones se presentan en distintos tamaos, forma, color y tipo. Se obtuvieron conocimientos para obtener un buen funcionamiento del microscopio ptico. manejo y

Se determin que el subataque y el sobreataque no permiten el estudio de las muestras, debido que las pone muy oscuras. El ataque ptimo permite observar en su totalidad la muestra en estudio. Se observ que la estructura de ferrita en el microscopio y en la foto micrografa es ms claro que la perlita. Se determino que la dureza de los aceros viene dada por la cantidad de carbono que contenga, as como el tipo y cantidad de fase presente en la misma. Se debe tomar en cuenta la estructura que se desea observar para escoger el reactivo de ataque apropiado. El uso del diagrama hierro-carbono para el estudio de las fases y el porcentaje de carbono est limitado en condiciones de equilibrio. Con las cantidades relativas de cada fase se puede determinar el porcentaje de carbono, usando la regla de la palanca. Una buena preparacin de la muestra garantiza una buena observacin de las fases presentes y con ello la determinacin de las cantidades de cada fase. Se determin que con el aumento de la perlita aumenta la dureza. Se determin que las porosidades representan concentradores de esfuerzos que disminuyen las propiedades mecnicas del metal.

CONCLUSIONES

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPracticas N1: 1. Se tomaron las muestras de acero que van a ser trabajadas. 2. Se pasaron las piezas por papel de lija 600 con la finalidad de reducir la zona deformada durante el desbaste en bruto y producir as rayas finas. 3. Se pasaron las piezas con un movimiento radial y sin ejercer una presin demasiado grande a travs de los diferentes discos de pulido, los cuales posean paos con diferentes soluciones. 4. Se lavaron las piezas con detergente lquido (Brisol) y agua, seguido de un lavado con alcohol. 5. Se secaron las piezas, sujetadas por una pinza metlica, mediante un secador elctrico en una zona donde se evito el levantamiento de polvo, y luego se les coloco un algodn para que no tuvieran contacto con el medio ambiente. 6. Se observaron las piezas en un microscopio a 100X de aumento para observar as detalles como inclusiones, fisuras y poros en la muestra. Practica N2: 1. Se tomaron las muestras a estudiar. 2. Se prepararon siguiendo los pasos de la prctica N1, hasta la etapa de secado. 3. Se tomaron las muestras con la pinza y se sumergieron en el reactivo (Nital), se removi ligeramente durante el ataque. 4. Se les hicieron ataques a cada probeta con el tiempo de ataque determinado de ocho segundos. 5. Se observaron las piezas en un microscopio y se registraron los detalles de campos observados despus de cada ataque. 6. La muestra con tiempo ptimo se le determino el tamao de grano por el mtodo de comparacin con imgenes tipo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPractica N3: 1. Se tomaron las muestras a estudiar. 2. Se prepararon siguiendo los pasos de la prctica N2, para tener la muestra en condiciones adecuadas para el estudio metalogrfico. 3. Se determinaron el nmero, forma y distribucin de fases presentes en la muestra. 4. Se identificaron cada fase utilizando una magnificacin de 100X tomando en cuenta su color, distribucin, forma, o por comparacin de caractersticas observadas en fotomicrografas o establecidas en la literatura. 5. Se hicieron estimaciones visuales del porcentaje del campo de observacin que ocupaba cada fase y sacando un promedio. 6. Se evaluaron las durezas de las muestras en el Durmetro y se concluy.

ANALISI DE RESULTADOSELABORADO POR ISMAELGONZALEZ Al observar las probetas sin ataque pudimos ver unas pequeas inclusiones de una serie de defectos de pulido como rayas, colas de cometa, y una especie como de costras en el material que se debieron a que en la lija no se realizo un buen desbaste, los defectos no permiten observar con claridad la muestra. A pesar de haber determinado el tiempo de ataque optimo, algunas probetas no atacaron y algunas sobre atacaron, las razones pudiesen ser mal control del tiempo de ataque y/o excesiva agitacin de la probeta al momento del ataque. En cuanto al anlisis de fases presentes, se observ que todas las muestras estudiadas presentaban slo ferrita y perlita, lo cual nos asegura que los aceros eran hipoeutectoides, cabe destacar la posible inexactitud en el porcentaje de las fases, considerando la falta de experiencia en dichas apreciaciones, ya que el porcentaje fue estimado directamente del microscopio y no de las micrografas (debido a el tiempo necesario para el proceso de revelado). Es notoria la diferencia del valor registrado en el durmetro (72 HRB) y la dureza HBN calculada a partir de los porcentajes de Perlita y Ferrita que luego nos revelaron el % de carbono presente en la muestra (240 HBN). Para este ltimo valor no existe un nmero HRB en las tablas ya que se escapa del rango de la escala En cuanto a los ensayos de dureza se observ una diferencia entre los valores reales y los valores tericos, esto pude ser a causa de errores de medicin y/o errores al determinar la el porcentaje de fases presentes, esta diferencia se calcul de la siguiente manera: Dureza Rc terica: Rct = 100% Dureza Rc observada: Rco

% Error = 100 x (Rct-Rco) / Rct Realizando una comparacin de las pruebas en funcin de su rapidez de realizacin, tamao y peso del equipo a utilizar para realizar la prueba, y la cantidad de deformacin plstica que producen sobre la muestra; se llega a la conclusin que el ensayo Rockwell es el ensayo ms factible de utilizar para determinar la dureza de los materiales.

ANALISI DE RESULTADOS

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