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Practica de Metalografía

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UNIVERSIDAD DE MÁLAGA AREA DE CIENCIA DE MATERIALES Departamento de Ingeniería Civil, de Materiales y Fabricación

El objeto de esta práctica es que el alumno se familiarice con el manejo del microscopio metalográfico y con la observación de estructuras granulares sencillas. En primer lugar se describen brevemente algunos de los conceptos que es necesario conocer. 1. PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS. La preparación de las probetas es el proceso que tiene por objeto dejar la superficie del metal completamente lisa, con objeto de la posterior observación al microscopio, bien directamente o tras el ataque con un reactivo apropiado. Consta de una primera fase de selección y corte de la probeta, seguido de un desbaste, pulido y ataque químico. Para la selección y corte de la probeta se extrae un trozo, de la pieza objeto de estudio, seleccionando la zona que convenga y se cortará utilizando una sierra mecánica. El siguiente paso es obtener una superficie plana utilizando para ello una muela de esmeril. El desbaste se realiza pasando las probetas por una serie de papeles de esmeril con grano cada vez más fino (normalmente cuatro) lubricando con agua o con parafina. Pero antes de hacer ésto conviene quitar con lima fina o con papel abrasivo de grano grueso, cualquier rebaba que pudiera haber quedado en el borde de las probetas. Los papeles se mantienen planos sobre una superficie adecuada y la probeta se frota en ellos apoyándola por la cara a desbastar, moviéndola hacia adelante y hacia atrás, en la misma dirección, hasta que sólo se observen en toda su superficie las marcas de desbaste correspondientes al papel de que se trate. Es recomendable insistir aún un poco, una vez que hayan desaparecidos las marcas del abrasivo anterior, con objeto de eliminar cualquier deformación más profunda que pudiera haberse producido durante alguna operación anterior. Esta precaución es especialmente importante en los metales blandos. La dirección de desbaste se cambia al cambiar el papel, para poder observar con mayor facilidad la desaparición de las marcas a que se ha aludido anteriormente. Además, debe aumentarse el tiempo en exceso sobre cada papel a medida que se pasa a papeles más finos.

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Si se utilizan unidades de desbaste bien construidas, que disponen de caudal de agua suficiente, la probeta no necesita limpiarse entre papel y papel. Sin embargo, si no se emplea ningún dispositivo especial, y los papeles se disponen sobre una superficie plana lubricados solo con algo de agua o parafina, la probeta debe limpiarse cuidadosamente al terminar cada fase. Acabada toda la serie de desbastes, y después de bien lavada y seca, la probeta está lista para el pulido. Este se realiza sobre discos giratorios cubiertos de un paño que lleva en suspensión abrasivos más finos. Suele emplearse pasta de diamante como agente de pulido. El paño debe mantenerse bien lubricado, generalmente es mejor utilizar el lubricante recomendado por los propios fabricante de las pastas, porque contiene, además, una substancia que mantiene sueltas las partículas de diamante y con su máxima capacidad de corte. La probeta debe mantenerse en firme contacto con la rueda o disco de pulido, evitándose, sin embargo una excesiva presión. Durante el pulido debe girarse la probeta, o moverse alrededor del disco, para obtener un pulido uniforme. Antes de realizar el ataque químico a la superficie, es esencial comprobar que la superficie de la probeta está desengrasada y limpia. Salvo que se especifique otra cosa, el ataque debe hacerse por inmersión. La probeta debe sumergirse con la cara pulida hacia arriba en una cápsula pequeña que contiene la solución de ataque, cuya solución se hace girar suavemente durante el tiempo de inmersión. El examen microscópico dirá si la intensidad del ataque es suficiente. Posteriormente, se puede seguir atacando para revelar los detalles con la intensidad requerida. Después de cada ataque, la probeta debe lavarse cuidadosamente en agua corriente, para terminar lanzando un chorro de alcohol o acetona sobre la superficie. Para terminar de secarla se coloca en una corriente de aire caliente. 2. EXAMEN AL MICROSCOPIO 2.1 Microscopios metalúrgicos Aunque el fundamento físico lo suponemos conocido es apropiado analizar brevemente los principios del microscopio metalúrgico. En comparación con uno de tipo biológico, el microscopio metalúrgico difiere en la manera en que la muestra es iluminada. Como una muestra metalográfica es opaca a la luz, la misma debe ser iluminada por luz reflejada. Como se observa en la figura 1, un haz de luz horizontal de una fuente de luz es reflejado, por medio de un reflector de vidrio plano, hacia abajo a través del objetivo del microscopio sobre la superficie de la muestra. Una parte de esta luz incidente reflejada desde la superficie de la muestra se amplificará al pasar a través del sistema inferior de lentes, el objetivo, y continuará hacia arriba a través del reflector de vidrio plano; luego, una vez más lo amplificará el sistema superior de lentes, el ocular. El poder de amplificación inicial del objetivo y del ocular está generalmente grabado en la base de la lente. Cuando se utiliza una combinación particular de objetivo y ocular y la longitud adecuada de tubo, la amplificación total es igual al producto de las amplificaciones del objetivo y del ocular. La amplificación máxima obtenida con el microscopio óptico es de unos 2.000 aumentos, con el microscopio electrónico la amplificación puede llegar a 200.000 aumentos.

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2.2 Observación con el microscopio Es siempre una buena práctica examinar las probetas primero en estado pulido, ya que ciertos hechos, tales como la presencia de inclusiones, escoria, grietas, porosidad, etc..., se revelan así mejor, y su examen, en este estado ayuda a la interpretación final. Si la probeta se hubiese montado en un material plástico (bakelita o PVC), puede colocarse directamente sobre la platina del microscopio. Las probetas sin montar, aunque estén casi niveladas, es mejor fijarlas a un portaobjetos. La superficie preparada se nivela con un dispositivo adecuado. Si se emplease un microscopio invertido, se colocaría simplemente la probeta sobre la platina, con la cara a observar hacia abajo, habiendo previamente seleccionado el disco de apoyo con el orificio adecuado. Normalmente no es necesario sujetar la probeta con el resorte de la platina, si no se van a tomar fotografías. Debe ponerse el mayor cuidado en evitar tocar la superficie pulida de la probeta con los dedos ni con ningún objeto extraño que puedan mancharla o rayarla. El procedimiento correcto para realizar un examen, es empezar a pocos aumentos, con el objeto de obtener una perspectiva general, y después seguir observando, sucesivamente cada vez a mayores aumentos para poder resolver los detalles más finos. Al enfocar, la platina y el

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objetivo se acercan lentamente y cuando aparece la imagen se termina de enfocar con el ajuste fino. No se debe pensar que es suficiente examinar uno o dos campos de la superficie; por el contrario, debe recorrerse esta con cuidado, y examinar, con particular atención, las estructuras que aparezcan junto a cualquiera de las superficies externas (bordes) de la probeta. Debe siempre tenerse en cuenta que la estructura de una probeta determinada tiene tres dimensiones, y que la superficie preparada es la imágen bidimensional en el plano de la sección pulida. Este hecho no debe olvidarse al interpretar la disposición de cualquier configuración particular. 3. REALIZACION DE LA PRÁCTICA. Se facilitan diez probetas preparadas para su observación, es decir, pulidas y atacadas convenientemente. Las probetas vienen marcadas por su parte posterior con la letra X seguida de un número. Se observarán las probetas: X-1, X-1a, X-2, X-3, X-4, X-5, X-6, X-7, X-8 y X9. Debe ponerse el mayor cuidado en evitar tocar la superficie pulida de la probeta con los dedos a) Metal puro. X-1 Cinc puro moldeado en arena. No se necesita examen microscópico en esta probeta. Su estructura está formada por cristales (granos) radiales, columnares, relativamente largos. X-1A Cinc impuro, moldeado en arena. La mayor parte de la estructura está compuesta por cristales de forma más regular, llamados equiaxiales. La presencia de impurezas solubles o de elementos de aleación da lugar con frecuencia, a la formación de granos equiaxiales en el centro de la pieza moldeada e incluso en toda su sección. b) Solución sólida. X-2. Aleación cobre 4% de estaño, modeada en arena. Se aprecian a simple vista granos columnares de brillo variable. El examen microscópico pone de manifiesto dentro de los granos como un esqueleto con contornos obscuros, esto es debido a la falta de homogeneidad del soluto (Sn) en el Cu, este fenómeno ("coring") se presenta por haber habido una insuficiente difusión durante la solidificación. X-3 Aleación cobre 4% de estaño, modeada en arena. Esta probeta de igual composición que la anterior, fue sometida a un tratamiento de recocido a 700 ºC durante dos horas con objeto de eliminar la difenencia de homogeneidad por medio de la difusión.

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c) Fase intermedia X-4. Aleación 52% de cobre / 48% de zinc, moldeada en arena. Esta probeta es un latón β, a simple vista se observan cristales columnares relativamente grandes de la fase intermedia β. No hay segregación. d) Estructuras bifásicas. X-5. Aleación eutéctica Cu-P (8.4 % P). La estructura muestra colonias de constituyente eutéctico de morfología laminar, formados por cristales ricos en cobre (solución sólida α) que son oscuros y cristales de fase intermedia de Cu3P que aparecen blancos. Es necesario examinarla a grandes aumentos para poder resolverla adecuadamente. X-6. Aleación hipoeutéctica Cu-P (4.5 % P). La microestructura muestra los cristales libres de fase α y del eutéctico. Los cristales α tienen una tonalidad marrón de distinta intensidad con segregaciones debido a la falta de uniformidad del fósforo en la aleación. X-7. Aleación hipereutéctica Cu-P (10.5 % P). La microestructura es la inversa de la X-6. Aparecen dendritas de brazos redondeados en una matriz eutéctica. X-8. Aleación 63 % de Cu y 37 % de Zn. Por su composición se sitúa en una zona de reacción peritéctica. La solución sólida α forma un armazón de cristales (color claro) que están parcialmente envueltas por la fase β (oscura) formada en la reacción peritéctica. X-9. Aleación estaño 10% antimonio. Por su composición se sitúa en el campo de la transformación peritéctica, en el que primero se forma la fase β (SnSb) cristales de tipo cúbico blancos. Posteriormente se produce la transformación peritéctica formándose la fase α (fondo oscuro) como fase matriz.

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Departamento de Ingeniería Civil, de Materiales y Fabricación Area de Ciencia de los Materiales e Ingenieria Metalúrgica Universidad de Málaga PRACTICA DE METALOGRAFIA Alumno:

Apellidos .................................................................................... Nombre............................................................Grupo................

CUESTIONES:

1. Dibujar esquemáticamente, dentro de los círculos, las micrografías observadas, señalando las distintas fases y microcostituyentes, así como los aumentos empleados en la observación.

X1

X1A

X5

X6

X8

X9

X7

2. ¿En las probetas X-1 y X1A por qué los granos presentan brillo variable de uno a otro?

3. ¿Por qué aparece en la probeta X-2 la falta de homogeneidad?

4. Dibuja el diagrama Cu-P y sitúa en él las probetas X-5, X-6 y X-7.

5. ¿ Por qué en la probeta X-6 las dendritas están segregadas y en la X-7 este fenómeno no aparece?

6. ¿Qué diferencia existe entre un eutéctico y un peritéctico?...