CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
PROPIEDADES MECÁNICAS
Escuela de Ingeniería Metalúrgica
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
METALOGRÁFIA.
Es la rama de la metalurgia que estudia la estructura de un metal-aleación y la relaciona con la composición química, con las propiedades mecánicas y físicas
Análisis Metalográfico
• Macrografía:
• Micrografía
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
ANÁLISIS METALOGRÁFICO.
• Tipo de Microestructura del material y tamaño de grano.
• Impurezas e imperfecciones del material.
• Historia térmica, proceso de fabricación.
• Cambios en el material debido a condiciones de servicio.
• Análisis en el sitio de iniciación de la fractura.
• Espesor y calidad de la interfase de un recubrimiento.
• Morfología de la zona de fractura.
• Tipo de grieta.
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
ANÁLISIS METALOGRÁFICO.
Determinación y análisis de las características cualitativas y cuantitativas:
• Vacíos, rechupes, micro rechupes poros
• Segregación: Macro y Micro segregación
• Estructuras: Tamaño de Grano, forma y distribución
• Fases y constituyentes
• Grietas: Superficiales e internas
• Superficies de fractura
• Profundidad de temple
• Profundidad de tratamiento termoquímico
• Espesor de capas depositadas
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
ANÁLISIS METALOGRÁFICO.
MACROGRAFIA:
Principales aplicaciones:
1. Revelar Heterogeneidades de metales y aleaciones, tales como tamaño de grano, líneas de flujo, tipos de estructuras, variación de la composición química, como regiones de segregación carbonatos, sulfuros, inclusiones, zonas carburadas y descarburadas, así como la presencia de vacíos, poros, pliegues, fisuras y fracturas.
2. En Estudio de estructuras soldadas, como la profundidad de penetración del metal de aporte, definición de las zonas afectadas térmicamente por el calor y de la zona fundida, también poros y fisuras.
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
ANÁLISIS METALOGRÁFICO.
• MACROGRAFIA:
Principales aplicaciones:
3. En Tratamientos Térmicos, para la determinación de las zonas de endurecimiento o fragilización, fisuras de enfriamiento, la evaluación de la profundidad de tratamiento superficial, las capas depositadas, etc.
4. En Áreas de mantenimiento, para observar las fisuras en herramientas y matrices
5. En Control de calidad en el procesamiento de materiales ferrosos y no ferrosos, observando, inclusiones, segregaciones, presencia de fisuras o grietas externas e internas
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
ANÁLISIS METALOGRÁFICO.
• MACROGRAFIA: Se utilizan criterios para el tipo de corte a realizar (transversal o longitudinal) para extraer la muestra dependiendo el estudio a realizar, por ejemplo: Corte transversal: Naturaleza del material, homogeneidad, segregaciones, procesos de fabricación, y otros. Corte longitudinal: Proceso de fabricación de piezas, tipo y calidad de la soldadura y otros.
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
ANÁLISIS METALOGRÁFICO.
• MACROGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
ANÁLISIS METALOGRÁFICO.
•MICROGRAFIA:
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
LAY – OUT LABORATORIO METALOGRAFIA
• CORTADORAS
•ESMERILES
•EMBUTIDORAS
•LIJADO . Manuales Planas, Rotativas: Lijas
•PULIDO: Pulidoras Automáticas: Paños
•PULIDO ELECTROLITICO.
•EQUIPO DE ULTRASONIDO: Limpieza de muestras por ondas ultrasónicas
•CAMARA EXTRACTORA DE GASES
• BANCADA METALOGRAFICA: Microscopios ópticos, cámaras digitales, sistemas de captura y procesamiento de imágenes
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Corte Inicial
Corte Secundario
Corte de Precisión
Sierra Vaivén
Cortadora de Disco
Cortadora de Disco Borde Diamante
CORTE MUESTRAS
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
DISCOS DIAMANTE
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Pulido Intermedio
- 180
- 240
- 320
- 400
- 600
Pulido Fino - Pasta de diamante
- Alúmina (Al2O3)
- Óxido de cerio
PULIDO MANUAL Y AUTOMÁTICO
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
- Sin ataque químico
- Nivel de limpieza del material.
- Contenido de Inclusiones no metálicas - ASTM E 45.
- Sulfuros, Aluminatos, silicatos y óxidos globulares.
LIMPIEZA DEL MATERIAL
100X 100X
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
- Hacer visible las características microestructurales del metal o aleación.
- Ocurre una reacción química (corrosión sobre zonas mas activas).
- Ataque químico directo o Ataque elctrolítico.
- Reactivos apropiados para cada aleación.
- Reactivos están constituidos por ácidos muy débiles (mezclas).
- Norma ASTM E - 407. ( Nital 2%, Picral)
ATAQUE QUÍMICO
Aceros al carbono Aceros Inoxidables Fundiciones
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Preparación de Muestras
1. ASTM E 3
1.1 Selección y Corte
1.2 Montaje
1.3 Desbaste
1.4 Pulido
1.5 Pulido Electrolítico
1.6 Ataque Químico
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestras
1.1 Selección y Corte
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestras
1.1 Selección y Corte
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestras
1.1 Selección y Corte
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestra
1.1 Selección y Corte
Defectos en el corte de probetas metálicas con discos abrasivos
METALOGRAFIA
Defectos Causas
Rotura del disco Disco de corte indicado para velocidades menores de 3400 rpm Velocidades de avance excesivas Disco de corte presionado contra la probeta Mala fijación del disco de corte Fijación inadecuada de la probeta Refrigeración deficiente Disco de corte muy duro
Calentamiento excesivo
Insuficiente refrigeración Baja velocidad del disco de corte Disco de corte inadecuado
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestra
1.1 Selección y Corte
Defectos en el corte de probetas metálicas con discos abrasivos
METALOGRAFIA
Defectos Causas
Desgaste excesivo del disco Disco de corte demasiado suave Refrigeración irregular Rodamientos defectuosos Mala fijación del disco de corte
Formacion de rebabas Disco de corte muy duro Disco de corte con granulometría porosa Corte efectuado muy rápido
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestra
1.2 Montaje ó Embutido:
• Frio: Resinas ó Autopolimerizantes: (Epoxi, Poliéster…)
• Caliente: Resinas Termoplásticas ó Termo fijas: ( Acrílicos, Baquelita…)
Posterior al montaje las muestras se deben identificar
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestra
1.2 Montaje ó Embutido: Principales características
METALOGRAFIA
1.2.1 Debe ser insoluble en agua, alcohol, acetona, benceno, acetato de amila
1.2.2 Debe ser resistente a Ácidos y Bases
1.2.3 Debe presentar una dureza suficiente para mantener el nivel durante el pulido
1.2.4 Debe tener buena adhesión de la muestra
1.2.5 Debe ser de rápida y fácil preparación
1.2.6 No generar o necesitar altas temperaturas para la preparación
1.2.7 Ser conductor eléctrico para los casos de pulido electrolítico
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestras
1.3 Desbaste
• Desbaste Grueso : lijas (80 – 320)
• Desbaste Fino: lijas ( 400 – 1200)
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestras
1.3 Desbaste
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestras
1.4 Pulido
Pulido Mecánico:
• Pasta Diamante
• Óxidos : Alumina …
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestras
1.5 Pulido Electrolítico:
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Preparación de Muestras
Después del pulido la probeta es secada utilizando un secador de aire caliente.
A. Modo correcto y B modo incorrecto de secar una probeta
Finalizado todas las etapas, los paños deben ser almacenados en lugares limpios y exentos de polvo. Preferiblemente en estantes diseñados para almacenar o en envases de plástico
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Después del pulido la probeta es secada utilizando un secador de aire caliente.
A. Modo correcto y B modo incorrecto de secar una probeta
Finalizado todas las etapas, los paños deben ser almacenados en lugares limpios y exentos de polvo. Preferiblemente en estantes diseñados para almacenar o en envases de plástico.
Posteriormente las muestras deben ser almacenadas en lugares libres de humedad y polvo, impidiendo choques con otros materiales y el calentamiento excesivo. Ideal utilizar desecadores así evitando oxidación y deterioro de las mismas
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
1.6 Ataque Químico
METALOGRAFIA
Método Descripción
Ataque por Inmersión La superficie de la probeta se sumerge en la solución de ataque
Ataque por Goteo El reactivo es aplicado en gotas sobre la superficie de la probeta. Método usado con soluciones dispendiosas
Ataque por lavado La superficie de la probeta es enjuagada por el reactivo de ataque. Método usado en probetas muy grandes o cuando existe desprendimiento del gas durante el ataque
Ataque alternativo por inmersión
La superficie de la probeta es sumergida alternadamente en dos soluciones de ataque. La cama generada con el primer ataque es removida por la segunda solución
Ataque por Roce o fricción
A la probeta se le pasa un algodón embebido en el reactivo, el cual remueve los productos generados por la reacción química
Ataque pulimento El pulido es efectuado con la probeta inmersa en el reactivo
Ataque múltiple La probeta es tratada con dos o mas reactivos
Ataque de identificación
Se usan reactivos específicos para revelar ciertas fases de una forma característica
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
1. Deformación Plástica: puede provocar defectos superficiales después del esmerilado o el pulido. Se revela después del ataque.
100X
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
2. Colas de Cometa: Aparecen junto con las inclusiones o los poros cuando el movimiento relativo de la muestra y el disco es unidireccional. Se evita realizando movimientos en todas las direcciones de pulido.
100
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
3. Contaminación: Aparecen por la incrustación de elementos extraños al material o por el papel abrasivo utilizado
Laton
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
4. Grietas: Se producen por excesiva energía entregada en el proceso de preparación mayor a la que puede soportar. Se dan en materiales frágiles o con varias fases o estructura en capas. Se pueden provocar en el corte o en la etapa de inclusión.
100
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
5. Rayas: son surcos producidos por las puntas de los abrasivos.
100
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
6. Separaciones: Son espacios que aparecen entre las resinas y el material luego de ser incluido. Puede ser debida a una mala elección de la resina, que la pieza tenga grasa o impurezas, contaminantes o mala elección de los parámetros de inclusión.
100
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
7. Aplastamiento: Es la deformación plástica de grandes zonas dela muestra. Se pueden producir por una elección incorrecta del abrasivo, lubricante o paño.
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
8. Redondeo de Bordes: Se debe a la utilización de una superficie de pulido muy elástica. Provoca una eliminación del material tanto en la superficie como en los bordes.
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
9. Relieve: Cuando se pule un material con varias fases se puede dar lugar este fenómeno debido a la diferente dureza o resistencia al desgaste de c/u. Aparece durante el pulido. Hay que tener en cuenta para evitarlo el tiempo adecuado de pulido y el tipo de paño.
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido 10. Arranques: Son cavidades que quedan después del pulido debido a la pérdida de material durante la abrasión. Aparecen en materiales duros y quebradizos o que tengan inclusiones. Son debidas a un exceso de fuerza o mal a selección del paño.
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
11. Falsa Porosidad:los materiales blandos que tienen poros se pueden llenar con material por aplastamiento, apreciándose un número menor de poros que los reales. Caso contrario los frágiles.
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido
12. Abrasivo Incrustado: Son partículas de abrasivos sueltas incrustadas por presión en la muestra. Se producen por una mala combinación en la selección del tamaño de abrasivo, paño y lubricante.
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido 13. Huellas de lapeado: Son indentaciones producidas por las partículas del abrasivo. No forman una línea continua sino una línea entrecortada. La partícula salta sobre la superficie dejando ese aspecto. Se pueden producir por mala selección de fuerza y superficie de disco o paño.
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Principales defectos relacionados con el proceso pulido 14. Manchas ó Teñido: Es una decoloración de la superficie de la muestra debida al contacto con un cuerpo extraño. Aparece a menudo después de someter a una pieza a limpieza o ataque por haber quedado estos en las separaciones existentes entre material resinas.
METALOGRAFIA
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
MICROCONSTITUYENTES
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Ferrita
- Aceros de bajo contenido de carbono (AISI 1010) .
- Hierro puro.
- Propiedades:
* Dureza: 80 HBN
* UTS: 40.000 psi
* % e: 40%
100X
MICROCONSTITUYENTES
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Perlita
- Aceros de medio y alto carbono
- Color oscuro a bajos aumentos
- Altos aumentos: huella dactilar o laminar
- Propiedades:
* Dureza promedio 240 HBN
* UTS: 80.000 psi
* %e: 15%
200 X
Medio %C
0.2>%C>0.5
Alto %C
>0.5
MICROCONSTITUYENTES
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
200 X
MICROCONSTITUYENTES
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Martensita
- Tratamiento térmico de temple.
- Microscópicamente de tipo acicular o agujas.
- Dura y frágil.
- Estructura depende del contenido de carbono.
- A mayor contenido de carbono más fina.
Martensita revenida
- Calentamiento del acero por debajo de AC3.
-Descomposición de la martensita en Ferrita y Fe3C.
* Disminución de la resistencia y dureza.
* Ganancia de ductilidad y propiedades de impacto.
500X
MICROCONSTITUYENTES
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
MICROCONSTITUYENTES
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Austenita
- Aceros inoxidables, Cr 18% y Ni 8%
-Propiedades:
• No magnética.
• Buena resistencia al desgaste
* UTS: 150.000 psi
* Dureza: 30 HRC
* %A > 10%
500X
MICROCONSTITUYENTES
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
Metal de aporteMetal base
HAZ grano gruesoHAZ grano fino
Macro
ANÁLISIS DE SOLDADURAS
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
DEFORMACIÓN EN FRÍO.
Estructura alineada
Acero deformado con posterior calentamiento
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
FUNDICIONES
Aleaciones que contienen de 2.08 a 6.67% C
Distribución de grafito
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
FUNDICIONES
Distribución VII, grafito tipo A y B Matriz perlítica y áreas blancas de ferrita.
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
FUNDICIONES
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