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práctica 1 materiales de curso ciencia de materiales 1 de la upc
Tipo: Apuntes
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Las técnicas metalográficas se han desarrollado para preparar adecuadamente muestras que por observación posterior permitan identificar las fases y/o microestructuras presentes en los materiales. Estas microestructuras generalmente son de tamaño microscópico y es necesario preparar adecuadamente la muestra del material para su observación mediante microscopía óptica o electrónica. Aunque estas técnicas pueden utilizarse en todo tipo de materiales (plásticos, fibras, cementos, etc.), en este caso se referirá a la preparación de metales y aleaciones para observación por microscopía óptica. La superficie metálica a observar debe ser plana y perfectamente pulida. Plana porque la poca profundidad de foco de los sistemas ópticos de observación no permite enfocar simultáneamente dos superficies situadas en planos a distinto nivel; y perfectamente pulida para que sólo se aprecien los detalles de su propia estructura y no otros ajenos que hayan sido producidos durante la preparación metalográfica. El proceso de preparación metalográfica es generalmente un proceso manual donde la experiencia juega un papel muy importante. La calidad del proceso de preparación dependerá de la observación a efectuar: tipo de material, microestructura, etc. Actualmente se dispone de equipos automatizados que permiten establecer condiciones de repetitividad para un mejor control del proceso.
Antes de la obtención de la muestra es necesario conocer el problema a estudiar. El número de muestras y la zona del material de donde se obtendrán dependen de cada problema. Así, en algunos casos será necesario obtener una única muestra de un lugar determinado, pero en otros, deberán obtenerse varias muestras en distintas posiciones y orientaciones del material. La orientación de la muestra puede jugar un papel decisivo en aquellos casos en que el material presenta anisotropía (laminación, deformación en frío, etc.) El modo de obtención de la muestra tiene como objetivo el mantenimiento de las características originales del material. Así, para materiales blandos pueden utilizarse sierras (manuales o mecánicas), mientras que para materiales duros suelen emplearse tronzadoras con abundante
refrigeración para evitar que el calentamiento producido altere la microestructura del material. También es muy recomendable utilizar discos de corte especiales para muestras metalográficas. La utilización correcta para cada familia de materiales (muy duros, duros, blandos, etc.) evitará calentamientos excesivos del material, tiempo de proceso demasiado largo y una rugosidad excesiva de la superficie cortada que prolongaría las etapas posteriores.
Preparación metalográfica 3 Tiene por objeto reducir las marcas originadas en la etapa anterior. Igual que en el proceso anterior, el pulido se realiza en varias etapas consecutivas y en cada una de ellas se utiliza un abrasivo de tamaño de grano menor que el de la etapa anterior. En este caso, el abrasivo se aporta en forma de polvo, pasta o suspensión, sobre un disco de tejido adherido a una superficie rígida que gira horizontalmente (entre 125 y 100 rpm) en una pulidora. El tejido de pulir tiene por objeto retener el abrasivo en el entramado de la tela y actuar de soporte para que el abrasivo frote sobre la superficie de la probeta. También en este caso es necesario utilizar lubricantes que varían según el abrasivo utilizado. Los abrasivos más utilizados son: ➢ Diamante : es el más utilizado, se suele presentar en forma de aerosol mezclado con un excipiente. Se comercializa en tamaños de 6m, 3m, 1m, 0,25m. Debe lubricarse con una mezcla de alcoholes. Sirve para todos los materiales. ➢ Alúmina (Al 2 O 3 ) : se presenta en polvo para mezclar con agua, formando una pasta más o menos fluida. Se comercializa en tamaños de 15 m, 7,5m, 3,25m, 1 m, 0,3m. Se emplea en materiales de base hierro y aleaciones de cobre. ➢ Óxido de cerio (Ce 2 O 3 ) : se comercializa en forma de suspensión y se utiliza para el pulido final de aleaciones de aluminio y magnesio. ➢ Óxido de magnesio (MgO) : tiene las mismas aplicaciones que el óxido de cerio. ➢ Sílice coloidal (SiO 2 ) : se comercializa ya preparada y se utiliza para el pulido final de probetas en base hierro. Una vez concluido el pulido es necesario lavar la muestra con agua jabonosa seguido de un enjuagado bajo un chorro de agua abundante para eliminar todos los productos de desecho. La mayoría de las veces es necesaria la utilización de etanol y ultrasonidos para que la limpieza sea completa. Después de la limpieza se seca la superficie de la muestra mediante una corriente de aire caliente que desplace, sin romperla, la película de agua o etanol hacia uno de los extremos. De este modo se consigue que no se formen manchas.
En la mayoría de los casos, es necesario atacar la probeta para distinguir claramente la microestructura. El ataque se realiza con reactivos específicos para cada material y cada tipo de fases y/o microestructuras a revelar. Reactivos: Materiales con base Fe: NITAL (HNO 3 + CH 3 -CH 2 OH) ⟶ Ácido nítrico + alcohol etílico (etanol), del 2 al 5 % de HNO 3 Materiales con base Al: 0,5 % HF + H 2 O ⟶ Ácido fluorhídrico + agua Materiales con base Cu: FeCl 3 + H 2 O ⟶ Cloruro férrico + agua El ataque se realiza por inmersión de la probeta en el reactivo con la superficie pulida hacia arriba para seguir la evolución del proceso. Conviene mover el recipiente para renovar el reactivo que está en contacto con la superficie y facilitar el ataque homogéneo. Una vez concluido se lava de nuevo la probeta con agua y etanol y se seca con aire caliente del modo anteriormente descrito.
4 Pràctiques de Ciència i Tecnologia de Materials
Ferrita (x75) (x300) Ferrita laminada (x150) (x300) Chapa naval (acero al carbono al 0.2%)
6 Pràctiques de Ciència i Tecnologia de Materials Acero C45E (x300) (x750) Acero C45E laminado (x300) (x750) Acero C45E templado
Preparación metalográfica 7 (x750) (x1500)