Debe de comenzar a hacer los resúmenes de los materiales y sus propiedades, lo mismo que entregar el informe del laboratorio del ensayo de la chispa, de lo contrario el plazo se le vencerá.
Debe de hacer los trabajos en la fecha que se le asignan, hasta el momento no ha escrito ninguno.- Debe de tener mucho cuidado .- Lo mandé a que fuera a la biblioteca y no lo ha hecho hasta hoy.
Refleja las diferentes disciplinas de esta ciencia. Estructura, Proceso, Funcionamiento y Propiedades La ciencia de materiales implica investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Por el contrario, la ingeniería de materiales se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. Conviene matizar esta diferencia, puesto que a menudo se presta a confusión. La ciencia de materiales es un campo multidisciplinario que estudia conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad. Incluye elementos de la química y física, así como las ingenierías química, mecánica, civil y eléctrica. Con la atención puesta de los medios en la nanociencia y la nanotecnología en los últimos años, la ciencia de los materiales ha sido impulsada en muchas universidades. A pesar de los espectaculares progresos en el conocimiento y en el desarrollo de los materiales en los últimos años, el permanente desafío tecnológico requiere materiales cada vez más sofisticados y especializados. Historia Históricamente, el desarrollo y la evolución de las sociedades han estado íntimamente vinculados a la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales necesarios para satisfacer sus necesidades. En efecto, las primeras civilizaciones se conocen por el nombre del material que usaban (Edad de Piedra, Edad de Bronce). El hombre primitivo sólo tuvo acceso a muy reducido número de materiales presentes en la naturaleza: piedras, maderas, arcilla, cuero, etc. Con el transcurso del tiempo, descubrió técnicas para producir materiales con nuevas propiedades superiores a las de los naturales (principalmente aleaciones). Hace relativamente poco tiempo que los científicos llegaron a comprender la relación entre elementos estructurales de los materiales y sus propiedades. Este conocimiento, adquirido en los últimos 200 años aproximadamente, los ha capacitado, en alto grado, para modificar o adaptar las características de los materiales. Quizá uno de los científicos más relevantes en este campo haya sido Willard Gibbs al demostrar la relación entre las propiedades de un material y su estructura. Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos con características muy especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y compleja sociedad, se trata de metales, plásticos, vidrios y fibras. Una de las grandes revoluciones de esta ciencia fue el descubrimiento de las diferentes fases térmicas de los metales y, en especial, del acero. Actualmente los adelantos electrónicos más sofisticados se basan en componentes denominados materiales semiconductores. Clasificación
Ejemplo de la estructura de un polímero, el polietileno La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes: • Metales • Cerámicos • Polímeros • Materiales compuestos • Semiconductores Algunos libros hacen una clasificación más exhaustiva, aunque con estas categorías cualquier elemento puede ser clasificado. En realidad en la ciencia de materiales se reconocen como categorias unicamente los Metales, los materiales Ceramicos y los Polimeros, cualquier material puede incluirse en una de estas categorias, asi pues los semiconductores pertenecen a los materiales ceramicos y los materiales compuestos no son más que mezclas de materiales pertenecientes a las categorias principales. Aplicaciones y relación con la industria
Una de las técnicas relacionada con esta ciencia es el moldeo de lingotes. Los avances radicales en los materiales pueden conducir a la creación de nuevos productos o nuevas industrias, pero las industrias actuales también necesitan científicos de materiales para incrementar las mejoras y localizar las posibles averías de los materiales que están en uso. Las aplicaciones industriales de la ciencia de materiales incluyen la elección del material, su coste-beneficio para obtener dicho material, las técnicas de procesado y las técnicas de análisis. Además de la caracterización del material, el científico o ingeniero de materiales (aunque haya una diferencia, muchas veces el ingeniero es científico y viceversa) también debe tratar la extracción y su posterior conversión en materiales útiles. El moldeo de lingotes, técnicas de fundido, extracción en alto horno, extracción electrolítica, etc., son parte del conocimiento requerido en un ingeniero metalúrgico. Dejando aparte los metales, polímeros y cerámicas son también muy importantes en la ciencia de materiales. Los polímeros son un material primario usado para conformar o fabricar plásticos. Los plásticos son el producto final después de que varios polímeros y aditivos hayan sido procesados y conformados en su forma final. El PVC, polietileno, etc., son ejemplos de plásticos. En lo que respecta a los cerámicos, se puede citar la arcilla, así como su modelado, secado y cocido para obtener un material refractario. Ámbitos
La estructura cristalina es una parte esencial en esta ciencia. Esta por ejemplo es del sistema ortorrómbico La ciencia de materiales abarca muchísimos temas, desde la estructura atómica, propiedades de los diferentes materiales, procesos y tratamientos. Este sería un resumen a gran escala: • Estructura atómica y enlaces interatómicos • Estructura de sólidos cristalinos • Imperfecciones en estructuras cristalinas • Procesos de difusión atómica • Propiedades de los materiales • Dislocaciones y mecanismos de endurecimiento • Rotura • Diagramas de fases • Transformaciones de fases • Tratamientos térmicos • Aleaciones Fuentes • Callister, W.D. (1997), Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Barcelona: Editorial Reverté, S.A.. 84-291-7253X. • Smith, W.F. (1992), Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, McGraw-Hill / Interamericana de España, S.A.. 84-7615-940-4. • Shackelford, J.F. (2005), Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros, Pearson Alhambra. 84-205-4451-5.
Clasificación de los materiales -Los objetos que nos rodean están fabricados con una gran variedad de materiales que podemos clasificar de diferentes formas; por ejemplo, por su origen. Sin embargo, el criterio más adecuado para clasificar materiales es por sus propiedades. Clasificación de los materiales según sus propiedades A lo largo de esta unidad estudiaremos en detalle las propiedades de los materiales. Según estas propiedades, podemos clasificar los materiales más usuales en los siguientes grupos: maderas, metales, plásticos, materiales pétreos, cerámicas y vidrios o materiales textiles.
MATERIAL APLICACIONES PROPIEDADES EJEMPLOS OBTENCIÓN Madera Muebles. Estructuras. Embarcaciones. No conduce el calor ni la electricidad. Fácil de trabajar. Pino. Roble. Haya. A partir de árboles. Metal Clips. Cuchillas. Cubiertos. Estructuras. Buen conductor del calor y la electricidad. Dúctil y maleable. Acero. Cobre. Estaño. Aluminio. A partir de determinados minerales. Plástico Bolígrafos. Carcasas de electrodomésticos. Envases. Ligero. Mal conductor del calor y la electricidad. PVC. PET. Porexpán (corcho blanco). Metacrilato. Mediante procesos químicos, a partir del petróleo. Pétreos Encimeras. Fachadas y suelo de edificios. Pesados y resistentes. Difíciles de trabajar. Buenos aislantes del calor y la electricidad. Mármol. Granito. Se obtienen de las rocas, en canteras. Cerámica y vidrio Vajillas. Ladrillos, tejas. Ventanas, puertas. Cristales. Duro. Frágil. Transparente (solo vidrio). Loza. Porcelana. Vidrio. Cerámica: a partir de arcillas y arenas por moldeado y cocción. Vidrio: se obtiene mezclando y tratando arena, caliza y sosa. Textiles Ropa. Toldos. Flexibles y resistentes. Fáciles de trabajar. Algodón. Lana. Nailon. Se hilan y tejen fibras de origen vegetal, animal o sintético. ________________________________________
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MATERIALES Y SUS PROPIEDADES
Definiciones de algunas propiedades importantes Adelgazamiento: Disminución del área de la sección transversal que ocurre después de alcanzar la tensión tractiva de rotura instantes previos a la fractura del material. Anisotropía – Material Anisótropo: característica de un material según la cual sus propiedades son diferentes en distintas direcciones. Capacidad calorífica Específica: Es la razón de calor almacenado por masa ak cambio en la temperatura del material. Cerámica: material compuesto de elementos metálicos y no metálicos. Coeficiente de dilatación térmica: razón de alargamiento de un material con relación al incremento de temperatura Coeficiente de Poisson: valor absoluto de la relación entre la deformación unitaria normal transversal y la deformación unitaria axial Conductividad térmica: capacidad de un material para transmitir calor. Densidad: masa por unidad de volumen de un sólido. Ductilidad – Material Dúctil: capacidad de deformación plástica de un material antes de su rotura. Un material se considera dúctil cuando puede soportar alargamientos mayores al 5%. Elastómeros: polímeros con una cantidad intermedia de enlaces cruzados. Endurecimiento por deformación unitaria: aumento de la dureza y la resistencia de un material dúctil al ser deformado plásticamente. Fluencia: inicio de la deformación plástica.
Fragilidad – Material Frágil: Propiedad del material se rompe sin mayor deformación plástica. Un material se considera frágil cuando se fractura con alargamientos menores al 5%. Homogeneidad material: calidad de invariabilidad de las propiedades de un material en cada uno de los puntos constituyentes. Isotropía – Material Isótropo: característica de un material según la cual sus propiedades son iguales en distintas direcciones. Límite de proporcionalidad: tensión por encima de la cual desaparece la linealidad entre las tensiones y las deformaciones. Límite elástico: Tensión por encima de la cual el material recibe deformación permanente. Materiales compuestos: son combinaciones de dos o más componentes. Normalmente están formados por resinas poliméricas reforzados con fibras o inclusiones. Módulo de elasticidad longitudinal: es la constante de proporcionalidad entre las tensiones normales y las deformaciones normales. Módulo de elasticidad tangencial: ídem anterior pero entre tensiones y deformaciones tangenciales. Ortotropía – Material Ortótropo: característica de un material según la cual sus propiedades son diferentes en direcciones perpendiculares entre sí. Polímeros: Compuestos plásticos de carbono y otros elementos químicos que forman moléculas en largas cadenas. Resiliencia: Capacidad de un material para liberar la energía absorbida en el proceso de deformación. Tenacidad: capacidad de un material para absorber energía de deformación hasta su rotura. Materiales Termo fraguados: polímeros que tienen una estructura altamente entrecruzada. Materiales Termoplásticos: Polímeros sin enlaces cruzados.
Tablas de Propiedades de los materiales. Tabla de densidades de materiales. Tabla extractada de Referencia[2] Material Kg/m3 lbm/pul3 Aceros 7800 0.28 Aluminio y sus aleaciones 2700 0.097 Babbit, metal blanco con base estaño 7400 0.26 Babbit, metal blanco con base plomo 10100 0.37 Bronce fosforoso 8700 0.31 Bronce poroso 6400 0.23 Hierro fundido 7400 0.27 Cobre 8900 0.32 Latones 8600 0.31
Tabla de Módulos de Elasticidad. Tabla extractada de Referencia[2] Material GPa Mpsi Aceros, aleaciones bajas 196 28.4 aceros aleaciones altas 200 29.0 Aluminio y sus aleaciones 70 10.2 Babbit, metal blanco con base estaño 52 7.5 Bronce fosforoso 110 16.0 Bronce poroso 60 8.7 Hierro fundido 170 24.7 Cobre 124 18.0 Latones
100 14.5
Tabla de Coeficientes de Poisson. Tabla extractada de Referencia[2] Material ν Aceros, aleaciones bajas 0.3 aceros aleaciones altas 0.3 Aluminio y sus aleaciones 0.33 Babbit, metal blanco con base estaño -- Bronce fosforoso 0.33 Bronce poroso 0.22 Hierro fundido 0.26 Cobre 0.33 Latones 0.33
Tabla de Coeficientes de dilatación térmica lineal: Extractada de Referencia[2] Material (°C)-1 (°F)-1 Aceros, aleaciones bajas 11*10-6 6.1*10-6 aceros aleaciones altas 11*10-6 6.1*10-6 Aluminio y sus aleaciones 24*10-6 13.3*10-6 Babbit, metal blanco con base estaño 23*10-6 13*10-6 Bronce fosforoso 18*10-6 10*10-6 Bronce poroso 18*10-6 10*10-6 Hierro fundido 11*10-6 6.1*10-6 Cobre 18*10-6 10*10-6 Latones 19*10-6 10.6*10-6
1.- METALOGRAFIA: Es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas. Entre las características estructurales están el tamaño de grano, el tamaño, forma y distribución de las fases que comprenden la aleación y de las inclusiones no metálicas, así corno la presencia de segregaciones y otras irregularidades que profundamente pueden modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento general de un metal. Mucha es la información que puede suministrar un examen metalográfico. El principal instrumento para la realización de un examen metalográfico es el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50 y 2000. 2.- OBJETIVO PRINCIPAL DE LA METALOGRAFIA: Es la realización de una reseña histórica del material buscando microestructura, inclusiones, tratamientos térmicos a los que haya sido sometido, microrechupes, con el fin de determinar si dicho material cumple con los requisitos para los cuales ha sido diseñado; además hallaremos la presencia de material fundido, forjado y laminado. Se conocerá la distribución de fases que componen la aleación y las inclusiones no metálicas, así como la presencia de segregaciones y otras irregularidades. 3.- OPERACIONES A SEGUIR PARA PREPARAR UNA MUESTRA METALOGRAFICA: a) Corte: El tamaño de la muestra siempre que se pueda debe ser tal que su manejo no encierre dificultad en la operación. -Corte por Sierra Produce severas condiciones de trabajo en frío y no es ventajoso. El corte mediante este método ocasiona superficies irregulares con valles excesivamente altos, dando como efecto más tiempo de aplicación de las técnicas de preparación de las muestras. Generalmente este tipo de corte es utilizado para extraer probetas de piezas muy grandes, para poder luego proceder con el corte abrasivo y adecuar la probeta a los requerimientos necesarios. -Corte por Disco Abrasivo Este tipo de corte es el más utilizado, ya que la superficie resultante es suave, y el corte se realiza rápidamente. Los discos para los cortes abrasivos, están formados por granos abrasivos (tales como óxido de aluminio o carburo de silicio), aglutinados con goma u otros materiales. Los discos con aglutinantes de goma son los más usados para corte húmedo; los de resina son para corte en seco. b) Montaje de muestras: Con frecuencia, la muestra a preparar, por sus dimensiones o por su forma, no permite ser pulida directamente, sino que es preciso montarla o embutirla en una pastilla. El material del que se componen estas puede ser Lucita (resina termoplástica) o Bakelita (resina termoendurecible). c) Desbaste: Después de montada la probeta, se inicia el proceso de desbaste sobre una serie de hojas de esmeril o lija con abrasivos más finos, sucesivamente. El proceso de desbaste se divide en 3 fases: Desbaste grosero, Desbaste intermedio y Desbaste final. Cada etapa de preparación de probetas metalograficas debe realizarse muy cuidadosamente para obtener al final una superficie exenta de rayas. -Desbaste Grosero Es el desbaste inicial, que tiene como objetivo planear la probeta, lo cual puede hacerse a mano y aun mejor con ayuda de una lijadora de banda. El papel de lija utilizado es de carburo de silicio con granos de 240 o papel de esmeril # 1. En cualquier caso, la presión de la probeta sobre la lija o papel de esmeril debe ser suave, para evitar la distorsión y rayado excesivo del metal. -Desbaste Intermedio Se realiza apoyando la probeta sobre el papel de lija o de esmeril, colocado sobre una mesa plana o esrneriladora de banda fija. En esta fase se utilizan los papeles de lija No. 320/340 y 400 o de esmeril # 1/O y 2/O. -Desbaste Final Se realiza de la misma forma que los anteriores, con papel de lija No. 600 ó de esmeril # 3/0. En todo caso, en cada fase del desbaste debe tomarse siempre en cuenta el sistema refrigerante. Cada vez que se cambie de papel, debe girarse 90 grados, en dirección perpendicular a la que se seguía con el papel de lija anterior, hasta que las rayas desaparezcan por completo. Se avanza y se facilita mucho las operaciones descritas utilizando una pulidora de discos, a las que se fija los papeles de lija adecuado en cada fase de la operación. Las velocidades empleadas varían de 150 a 250 rpm. En otro caso se pueden utilizar debastadoras fijas o de bandas giratorias. d) Pulido: -Pulido fino La última aproximación a una superficie plana libre de ralladuras se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño cargado con partículas abrasivas seleccionadas en su tamaño. En éste sentido, existen muchos abrasivos, prefiriendo a gamma del oxido de aluminio para pulir metales ferrosos, los basados en cobre u oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. Otros abrasivos son la pasta de diamante, oxido de cromo y oxido de magnesio. La selección del paño para pulir depende del material que se va a pulir y el propósito del estudio metalográfico. -Pulido electrolítico Es una alternativa de mejorar al pulido total pudiendo reemplazar al fino pero muy difícilmente al pulido intermedio. Se realiza colocando la muestra sobre el orificio de la superficie de un tanque que contiene la solución electrolítica previamente seleccionada, haciendo las veces de ánodo. Como cátodo se emplea un material inerte como platino, aleación de níquel, cromo, etc. Dentro del tanque hay unas aspas que contienen en constante agitación al líquido para que circule permanentemente por la superficie atacándola y puliéndola a la vez. Deben controlarse el tiempo, el amperaje, el voltaje y la velocidad de rotación del electrolito para obtener un pulido satisfactorio. Muchas veces después de terminado este pulido la muestra queda con el ataque químico deseado para la observación en el microscopio. e) Ataque: Permite poner en evidencia la estructura del metal o aleación. Existen diversos métodos de ataque pero el más utilizado es el ataque químico. El ataque químico puede hacerse sumergiendo la muestra con cara pulida hacia arriba en un reactivo adecuado, o pasar sobre la cara pulida un algodón embebido en dicho reactivo. Luego se lava la probeta con agua, se enjuaga con alcohol o éter y se seca en corriente de aire. El fundamento se basa en que el constituyente metalográfico de mayor velocidad de reacción se ataca más rápido y se verá mas oscuro al microscopio, y el menos atacable permanecerá más brillante, reflejará más luz y se verá más brillante en el microscopio. f) Observación g) Fotomicrografía 4.- DESCRIPCION DEL MICROSCOPIO METALURGICO: En comparación al microscopio biológico el microscopio metalúrgico difiere en la manera en que la luz es proyectada. Como una muestra metalográfica es opaca a la luz, la misma debe ser iluminada por luz reflejada. Un haz de luz horizontal de alguna 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. Un poco 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 del lente. Cuando es utilizada una combinación particular de objetivo y ocular y una longitud adecuada de tubo, la amplificación total es igual al producto de las amplificaciones del objetivo y ocular. La amplificación máxima obtenida con el microscopio óptico es de unos 2000 x. La limitación principal es la longitud de onda de la luz visible, la cual limita la resolución de los detalles finos de la muestra metalográfica. La utilidad del microscopio metalúrgico puede ser ampliada debido a la incorporación de diversos aparatos auxiliares, como son los que permiten observar aspectos estructurales que no son visibles en condiciones normales. Puesto que el ojo humano es insensible a las diferencias de fase, debe incorporarse al microscopio un aparato óptico especial. Las diferencias de fases causados por variaciones extremadamente pequeñas al nivel de microestructuras, se transforman más tarde, en diferencias de intensidad en la imagen observada, revelando de esta forma aspectos invisibles bajo iluminación ordinaria. 5.- TECNICAS DE PREPARACION METALOGRAFICAS: Preparación Normal o Tradicional Esmerilado burdo o tosco: La muestra debe ser de un tamaño de fácil manipulación. Una muestra blanda se puede aplanar si se mueve lentamente hacia arriba y abajo a través de una superficie de una lima plana poco áspera. La muestra plana o dura puede esmerilarse sobre una lija de banda, manteniendo la muestra fría sumergiéndola frecuentemente en agua durante la operación de esmerilado, evitando alterar su estado con el calor que se produce en el acto de pulido y asi mantener una misma fase. En todas las operaciones de esmerilado, la muestra debe moverse en sentido perpendicular a la ralladura existente. El esmerilado, continúa hasta que la superficie quede plana, y todas las ralladuras debidas al corte manual o al disco cortador no sean visibles, emulando la superficie de un espejo. Montaje: Este paso se realiza en el caso que las muestras sean pequeñas o de difícil manipulación en las etapas de pulido intermedio y final. Piezas pequeñas como tornillos, tuercas, muestras de hojas metálicas, secciones delgadas entre otros, deben montarse en un material adecuado o sujetarse rígidamente en una monta mecánica. La resina que se utiliza para fijar la probeta, se aplica a la probeta por medio de temperatura, es decir, es una resina termo-fijadora, comúnmente empleada para montar muestras es la baquelita. La muestra y cantidades correctas de baquelita, se colocan en un cilindro de la prensa de montar manual. La temperatura y presión aplicada producen una fuerte adhesión de la baquelita a la muestra, proporcionando un tamaño uniforme convenientes para manipular las muestras en operaciones de pulido posteriores. Pulido Intermedio: Luego del paso anterior, la muestra se pule sobre una serie de hojas de esmeril o lijas que contienen abrasivos finos. El primer papel es generalmente Nº 150 luego 200, 300, 400 y finalmente es posible encontrar en el mercado Nº1500. Antes de pulir con la siguiente lija se debe girar en 90º la muestra, a fin de eliminar el rayado realizado con la lija anterior. Las operaciones de pulido intermedio con lijas de esmeril se hacen en húmedo; sin embargo, en ciertos casos, es conveniente realizar este paso en seco ya que ciertas aleaciones se corroen fácilmente por la acción del agua. Pulido Fino: Esta etapa representa una de los pasos de mayor cuidado por parte del preparador de muestras, ya que en muchas ocasiones en la superficie del metal se han formado dobles caras o planos y que por supuesto por ningún motivo pueden ser utilizadas para el pulido fino, sino se remedia tal defecto superficial. El pulido fino se realiza mediante un disco giratorio cubierto con un paño especial, húmedo, cargado con partículas abrasivas, como es el oxido de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los base cobre, y oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. La selección del paño para pulir depende del material y del propósito del estudio metalográfico. Se pueden encontrar paños de lanilla o pelillo, similares a los que se utilizan el las mesas de pool. También se pueden encontrar paños sintéticos para pulir con fines de pulido general, de los cuales el Gama y el Micropaño son los que se utilizan más ampliamente. Preparación Electroquímica La técnica por pulido electroquímico requiere al igual que el caso anterior, la selección de una probeta de un tamaño apropiado para luego utilizar el electropulido. Este método consiste en una disolución electroquímica de la superficie del metal que produce un aislamiento y pulido, se aplica por lo general a muestras pequeñas. En el caso de metales blandos se requiere tomar ciertas precauciones para realizar el pulido debido a que se pueden formar capas amorfas. Para que ello no ocurra se utiliza también el pulido electrolítico, para lo cual se coloca la probeta como ánodo en una solución adecuada de electrolito (suspendida por un hilo de platino sujeta por pinzas conectadas al polo positivo de una batería) de tal forma de aplicar una fuerza electromotriz creciente, la intensidad se va a elevar hasta alcanzar un máximo. Aunque el potencial va aumentando, cae hasta alcanzar un valor constante y luego se vuelve a elevar bruscamente. Esta parte constante de la curva indica que corresponde al período de formación de la superficie lisa y brillante. Las probetas se lavan y luego se atacan por el método usual o bien se puede utilizar un ataque electrolítico que consiste en reducir la intensidad de corriente sin cambiar el electrolito inicial. 6.-CONSTITUYENTES METALOGRÁFICOS: En los aceros, el carbono se encuentra en general, o combinado en forma de cementita o disuelto, rara vez en forma de grafito. Este es el motivo por el cual solo se emplea el diagrama de equilibrio metaestable Fe - Fe3C para el estudio de los aceros. Los constituyentes estructurales de equilibrio de los aceros son: Austenita: Se define como una solución sólida de carbono en hierro gamma. Solo es estable a temperaturas superiores a 723 ºC, desdoblándose por reacción eutectoide, a temperaturas inferiores, en ferrita y cementita. Solo puede aparecer austenita a temperatura ambiente en los aceros austeníticos, en este caso la austenita si es estable a temperatura ambiente. Es deformable como el hierro gamma, poco dura, presenta gran resistencia al desgaste, es magnética, es el constituyente más denso de los aceros y no se ataca con reactivos. La resistencia de la austenita retenida a la temperatura ambiente oscila entre 80 y 100 daN/mm2 y el alargamiento entre 20 y 25 %. Puede disolver hasta 1,7-1,8 % de carbono. Presenta red cristalográfica cúbica centrada en las caras (c.c.c.), con los siguientes parámetros de red, a=3,67 A y d=2,52 A. Ferrita: Este constituyente está formado por una solución sólida de inserción de carbono en hierro alfa. Es el constituyente más blando de los aceros pero es el más tenaz, es el más maleable, su resistencia a la tracción es de 28 daN/mm2 y su alargamiento de 35 %. Su solubilidad máxima es de 0,008 %. Puede también mantener en solución de sustitución a otros elementos tales como Si, P, Ni, Cr, Cu... que figuran en los aceros, bien como impurezas, bien como elementos de aleación. La ferrita se presenta en los aceros hipoeutectoides como constituyente y mezclada con la cementita entra a formar parte de la perlita. Si el acero es muy pobre en carbono, su estructura está formada casi en su totalidad por granos de ferrita cuyos límites pueden revelarse fácilmente con el microscopio, después de un ataque con ácido nítrico diluido. Los granos son equiaxiales. Tiene una distancia interatómica de 2,86 A y un diámetro atómico de 2,48 A. Perlita: Está formada por una mezcla eutectoide de dos fases, ferrita y cementita, se produce a 723 ºC cuando la composición es de 0,8 %. Su estructura está constituida por láminas alternadas de ferrita y cementita, siendo el espesor de las láminas de ferrita superior al de las de cementita, estas últimas quedan en relieve después del ataque con ácido nítrico, lo cual hace que en la observación microscópica se revelen por las sombras que proyectan sobre las láminas de ferrita. La perlita es más dura y resistente que la ferrita, pero más blanda y maleable que la cementita. Se presenta en forma laminar, reticular y globular. Cementita: Es un constituyente que aparece en fundiciones y aceros. Es el carburo de hierro, de fórmula Fe3C, que cristaliza en el sistema ortorrómbico. Es muy frágil y duro, teniendo sobre 840 Vickers, y es muy resistente al rozamiento en las fundiciones atruchadas. A bajas temperaturas es ferromagnético y pierde esta propiedad a 212 ºC (punto de Curie). Se piensa que funde por encima de 1950 ºC, y es termodinámicamente inestable a temperaturas inferiores a 1200 ºC. Se puede presentar en forma reticular, laminar y globular. Bainita: Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C. Se diferencian 2 tipos de estructuras: la Bainita superior de aspecto arborescente formada a 500-580°C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos y la Bainita inferior, formada a 250-4000 ºC tiene un aspecto similar a la martensita y esta constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos. La bainita tiene una dureza que va de 40 a 60 HRc. Sorbita: Se obtiene con un revenido después del temple. Al realizar el calentamiento la martensita experimenta una serie de transformaciones y en el intervalo comprendido entre 400 y 650 ºC la antigua martensita ha perdido tanto carbono, que se ha convertido ya en ferrita. La estructura así obtenida se conoce como sorbita. Martensita: Es una solución sólida, intersticial, sobresaturada de carbono en hierro alfa. Es el constituyente estructural de temple de los aceros y su microestructura se presenta en forma de agujas cruzadas. Los átomos de hierro están como en la ferrita, en los vértices. Los átomos de carbono están en las caras y en las aristas, presenta por tanto una red distorsionada. Esta distorsión de la red es la responsable de la dureza de la martensita. Presenta una red tetragonal. Sus características mecánicas son resistencia a la tracción entre 170-250 Kg/mm2, dureza HRc entre 50-60, alargamiento de 0,5 % y es magnética. 7.- EXAMEN MICROGRAFICO Y MACROGRAFICO La forma mas sencilla de realizar el estudio, es examinando las superficies metálicas a simple vista, logrando determinar de esta forma las características macroscópicas. Este examen se denomina macrográfico y de ellos se extraen datos sobre los tratamientos mecánicos sufridos por el material, es decir, determinar si el material fue trefilado, laminado, forjado, entre otros, comprobar la distribución de defectos como grietas superficiales, de forja, rechupes, partes soldadas. Así mismo, los exámenes macroscópicos se realizan generalmente sin preparación especial, pero a veces es necesaria una cuidadosa preparación de la superficie para poner de manifiesto las características macroscópicas. En macroscopía, 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. Por otra parte, existe otro tipo de examen que es el examen micrográfico, que representa una técnica más avanzada y se basa en la amplificación de la superficie mediante instrumentos ópticos (microscopio) para observar las características estructurales microscópicas (microestructura). Este tipo de examen permite realizar el estudio o controlar el proceso térmico al que ha sido sometido un metal, debido a que los mismos colocan en evidencia la estructura o los cambios estructurales que sufren en dicho proceso. Como consecuencia de ello también es posible deducir las variaciones que experimentan sus propiedades mecánicas (dependiendo de los constituyentes metalográficos presentes en la estructura). Los estudios ópticos microscópicos producen resultados que no solo son útiles a los investigadores sino también a los ingenieros. El examen de la microestructura es muy útil para determinar si un metal o aleación satisface las especificaciones en relación a trabajos mecánicos anteriores, tratamientos térmicos y composición general. La microestructura es un instrumento para analizar las fallas metálicas y para controlar procesos industriales. Para un estudio de ella se necesita una preparación aún más cuidadosa de la superficie. No obstante el procedimiento de preparación de la superficie es básicamente el mismo para ambos ensayos metalográficos. Esta experiencia delinea una forma de preparar muestras pequeñas de acero blando) con el fin de realizar un examen metalográfico. Los pasos a seguir en el procedimiento de preparación son los mismos para todos los materiales difiriendo solo las herramientas de corte y el grado de finura de los papeles de esmeril según la dureza del material. El reactivo de ataque a utilizar depende del tipo de aleación. Los ensayos micrográficos se realizan sobre muestras o probetas de los materiales que han de ser sometidos a estudio, preparamos una superficie que luego de ser pulida convenientemente, se ataca con reactivos químicos apropiados a la finalidad de la determinación a realizar. Conociendo mejor el examen micrográfico: Si el examen se ejecuta para analizar una fractura, la que se sospecha provocada por irregularidades en el material, las muestras deberán ser por lo menos dos, una de la propia fractura y otra de una zona intacta de la misma pieza, con el objeto de observar y comparar las modificaciones que ha sufrido la estructura y de las que se podrán deducir y contar con una mayor cantidad de datos, es necesario tener en cuenta además, los tratamientos recibidos por la pieza en su fabricación, como forjado, laminado, recocido, temple, entre otros; pues en muchos casos (forjado y laminado) es beneficio contar con muestras en las distintas direcciones de sus fibras. Como se ha indicado, el estudio en si se hace sobre superficies convenientemente preparadas de dichas muestras o probetas. Esta preparación consiste en llegar a un pulido casi perfecto, para lo cual se parte de un desbaste que podríamos llamar grueso, con el fin de aplanar la superficie, lo que se consigue con un ajuste a lima o con el auxilio de devastadoras mecánicas de diseño especial. Los reactivos químicos y sus finalidades son muy variadas, pero en principio se busca con ellos la revelación, por coloración o por corrosión, de los distintos componentes de una estructura metalografica para poder diferenciarlos con facilidad. Por lo general, están constituidos por ácidos o álcalis diluidos en alcoholes, agua o glicerina. Y su elección se hará de acuerdo con la naturaleza química de la estructura a destacar en la muestra. Con tal fin, una vez pulida la superficie se hará en agua caliente, frotándola con un algodón o tela suave para quitarle todo rastro de las operaciones anteriores que pueda presentar, concluyendo esta limpieza con alcohol etílico o solvente similar y secándola con un soplado de aire caliente. Las fotografías obtenidas de estos exámenes, genéricamente llamados “Microfotografías”, se logran con la ayuda del microscopio metalográfico, cuyos principios ópticos y de observación no difieren mayormente de los comunes. En él, con iluminación adecuada, se observa por reflexión (los rayos luminosos al incidir sobre el objeto se refleja hacia el ocular), la imagen de la superficie atacada, a través de un sistema de lentes con los que se amplifica según lo que requiera la observación. Por otra parte, con la observación de las estructuras micrográficas y por comparación con microfotografías, es posible deducir el contenido aparente de carbono, finura y variedad de los componentes, clasificación de aceros, reconocer las inclusiones por defectos de fabricación (óxidos, silicatos, oxisulfuros, silicoaluminatos) EXAMEN METALOGRAFICOS A LAS PROBETAS DE SAE 1015 Y SAE 1045
Muestra 1
Muestra 2 Según como vemos en las micrografías obtenidas de los exámenes, reafirman que la muestra 1 es un acero SAE 1015 según la distribución de la perlita y la ferrita. Y las micrografías de la muestra 2 reafirman que estamos trabajando con un acero SAE 1045, así lo muestra el contenido de ferrita y de la perlita laminar. 8.-CORTADORAS METALOGRÁFICAS IB-FINOCUT Cortadora metalográfica de precisión de baja velocidad. • Potencia del motor 40 W. • Velocidad variable 40 - 450 rpm cabezal micrométrico, mordaza universal, apagado automático al finalizar el proceso de corte. • Sistema de refrigeración incorporado. • Disponibles diversas mordazas para distintas aplicaciones. • Disco de corte: diámetro 125 mm. • Cabezal micrométrico: 0 - 25 mm. IB-MINICUT La cortadora metalográfica más compacta diseñada para cortar piezas de pequeño tamaño. • Suministrada con una campana de protección de fibra de vidrio desde la que se puede controlar el proceso de corte. • Mordazas de accionamiento rápido. Interruptor de seguridad. • Sistema de recirculación del refrigerante de 55 l. • Máxima capacidad de corte: diámetro 60 mm. • Potencia del motor: 1,5 CV • Disco de corte: diámetro 250 mm. IB-METACUT Cortadora metalográfica diseñada para múltiples aplicaciones. • Doble mordaza de accionamiento rápido. • Cámara de corte iluminada. • Campana de protección de fibra de vidrio con ventana para controlar el proceso de corte. • Sistema de frenado electrónico. • Sistema de recirculación del refrigerante de 55 l. • Máxima capacidad de corte: diámetro 75 mm. • Potencia del motor: 4 CV • Disco de corte: diámetro 250 mm. • Mesa de corte: 210 x 210 mm. IB-SERVOCUT Cortadora metalográfica automática controlada por microprocesador. • Diseñada para realizar cortes eficaces y precisos en todo tipo de piezas. • Sistema de frenado electrónico. • Velocidad de avance programable. • Técnica de corte por impulsos. • Sistema de recirculación del refrigerante de 55 l. • Máxima capacidad de corte: diámetro 75 mm. • Potencia del motor: 4 CV • Disco de corte: diámetro 250 mm. • Mesa de corte: 210 x 210 mm. • Aire comprimido: 6 bar. IB-ROBOCUT-M Gran cortadora metalográfica con un potente motor de 6,3 CV. • Sistema de frenado electrónico. • Mesa de corte con ranuras en T y doble mordaza de accionamiento rápido. • Base de fundición. • Campana de protección de fibra de vidrio desde la que se controla el proceso de corte. • Sistema de recirculación de 85 l. • Armario base integrado. • Máxima capacidad de corte: diámetro 120 mm. • Potencia del motor: 6,3 CV • Disco de corte: diámetro 350 mm. • Mesa de corte: 350 x 350 mm. IB-ROBOCUT-A Gran cortadora metalográfica automática con microprocesador de control y operación hidroneumática. • Mesa de corte con ranuras en T y doble mordaza de accionamiento rápido ajustable para aflojar diversos tipos y tamaños de piezas. • Fuerza de corte y avance programables. • Corte por impulsos. • Sistema de recirculación de 85 l. • Armario base integrado. • Máxima capacidad de corte: diámetro 120 mm. • Potencia del motor: 6,3 CV • Disco de corte: diámetro 350 mm. • Mesa de corte: 350 x 350 mm. • Aire comprimido: 6 bar 9.- PRENSAS METALOGRÁFICAS IB-METAPRESS Prensa hidráulica para montaje en caliente. Especialmente diseñada para laboratorios donde se prepare un número moderado de piezas. • Carcasa de fibra de vidrio anticorrosión. • Comparador de lectura directa de presión. • Sistema automático de refrigeración por agua. • Señal acústica al finalizar el proceso. • Admite moldes de 25 a 40 mm. • Temperatura máxima 200 ºC. • Potencia de calentamiento: 1400 W • Fuerza máxima: 50 KN.
IB-DIGIPRESS Prensa de montaje por composición en caliente controlada por microprocesador. Posee una amplia pantalla digital que permite programar todos los parámetros de la secuencia de moldeo: presión, temperaturas de calentamiento y enfriamiento, tiempo de proceso, precarga, precalentamiento. • Memoriza hasta 200 programas. • Pueden emplearse moldes de 25 a 40 mm. • Operación automática controlada por microprocesador. • Fuerza máxima: 50 KN. • Temperatura máxima: 250º C. 10.- PULIDORAS METALOGRÁFICAS SERIE IB-GRIPO… Las pulidoras de la serie GRIPO son idóneas para la preparación de probetas metalográficas en laboratorios de tamaño medio. • Diseño de sobremesa. • Base ligera anti-corrosión. • Disponibles en versión de 1 y 2 platos. • Platos de 200, 250 y 300 mm. • Velocidad constante o variable con pantalla digital. • Interruptor de protección de sobrecarga del motor • GRIPO I: 1 plato, velocidad fija 300 rpm, platos 200 / 250 mm. • GRIPO IV: 1 plato, velocidad variable 50 - 600 rpm, platos 200 / 250 mm. • GRIPO 2: 2 platos, velocidad fija 300 rpm, platos 200 / 250 mm. • GRIPO 2V: 2 platos, velocidad variable 50 - 600 rpm, platos 200 / 250 mm. • GRIPO 2M: 2 platos, 2 velocidades fijas 150 / 300 rpm, platos 200 / 250 mm. • GRIPO 300-1V: 1 plato, velocidad variable 50 - 600 rpm, plato 300 mm. IB-DISPOMAT Es un equipo dispensador de fluido, programable y con microprocesador de control, que permite ahorrar tiempo y fungibles. Es un instrumento independiente que puede emplearse con cualquier pulidora, e incluso dispensar fluido a dos pulidoras simultáneamente. Todos los parámetros del proceso como frecuencia, duración de la dispensación, selección de fluido, se controlan directamente desde el teclado del panel frontal.
IB-DIGISET Diseñada para preparar probetas de forma manual o automática. • Microprocesador de control para ajustar los parámetros del proceso. • Disponibles en versión de 1 y 2 platos. • Platos de 200, 250 y 300 mm. • Velocidad variable 50 - 600 rpm con pantalla digital. • Teclado de control en el panel frontal que permite controlar la velocidad del plato, encendido y apagado y el agua. • Interruptor de protección de sobrecarga del motor. • Una barra de luces muestra la carga del motor. IB-DIGIMAT Es un cabezal programable con microprocesador de control, diseñado para conectarlo a las pulidoras de la serie DIGISET. El cabezal se utiliza para la preparación automática de grandes cantidades de probetas. Todos los parámetros con fuerza, tiempo del ciclo, velocidad del plato, sentido de giro y tipo de fluido pueden programarse y guardarse en la memoria. Los parámetros se muestran en la pantalla digital. Al finalizar el proceso, una señal acústica informa al operario. IB-DIGIPREP DIGIPREP es un sistema automático de preparación de probetas formado por pulidoras de la serie DIGISET, el cabezal DIGIMAT y el dispensador DISPOMAT. El sistema puede memorizar hasta 100 programas. A través de la salida RS-232 del cabezal también se pueden enviar los datos a un PC. Todos los parámetros se controlan desde el cabezal, los tres aparatos trabajan y se paran simultáneamente. Al finalizar el ciclo se emite una señal acústica. Gracias a la completa automatización del proceso de obtienen unos resultados reproducibles. IB-MET-2000 Este microscopio está pensado especialmente para distinguir y analizar las estructuras de superficies opacas, siendo, por tanto, un instrumento fundamental para la investigación en metalografía, controles de calidad de materiales, industria metalúrgica, mineralogía, etc. • Microscopio con portaoculares triocular o binocular, tipo Siedentopf. • Oculares gran angulares de 10x (18 mm), opcional 5x, 12,5x y 16x. • Ajuste de la distancia interpupilar de 55 a 75 mm. • Ajuste de dioptrías desde -5 a +5, con soporte para retículos de contaje y medida. • Revólver cuádruple invertido, montado sobre cojinetes de bolas y resorte de muelles. • Platina rectangular (150 x 200 mm) y carro mecánico con recorrido en X/Y 15 x 15 mm. • Mandos de enfoque coaxiales dotados de macro y micrométrico, con recorrido de 20 mm, con pasos mínimos de 2 micras. • Ajuste fin de carrera para protección de la muestra. • Iluminación con lámpara de halógeno de 6V, 20 W. • Incorpora un dispositivo porta-filtros (filtro verde, azul y mate). • Objetivos plano-acromáticos de 4x, 10x, 25x y 40x. • Opcional 100x (inmersión en aceite) y de 20x y 60x (en seco). 11.- METODOS PARA DETERMINAR EL TAMAÑO DE GRANO TAMAÑO DE GRANO Una de las mediciones microestructurales cuantitativas más comunes es aquella del tamaño de grano de metales y aleaciones. Numerosos procedimientos han sido desarrollados para estimar el tamaño de grano, estos procesos están sintetizados en detalle en la norma ASTM E112.Algu nos tipos de tamaño de grano son medidos, tamaño de grano de la ferrita y tamaño de grano de la austenita. Cada tipo presenta problemas particulares asociados con la revelación de estos bordes de manera que puede obtenerse un rango exacto. Los principales métodos para la determinación del tamaño de grano recomendados por la ASTM (American Society for Testing and Materials) son: • Método de Comparación • Método de Planimétrico • Método de Intersección -Método de comparación Mediante el método de prueba y error se encuentra un patrón que coincide con la muestra en estudio y entonces se designa el tamaño de grano del metal por el número correspondiente al número índice del patrón mixto; se tratan de manera semejante, en cuyo caso se acostumbra especificar el tamaño de granos en términos de dos números que denota el porcentaje aproximado de cada tamaño presente. El método de comparación es más conveniente y bastante preciso en muestras de granos de ejes iguales. El número de tamaño de grano “n” puede obtenerse con la siguiente relación: N=2 n -1 -Método planimétrico Es el más antiguo procedimiento para medir el tamaño de grano de los metales. El cual consiste en que un circulo de tamaño conocido (generalmente 19.8 mm f, 5000 mm2 de área) es extendido sobre una rnicrofotografia o usado como un patán sobre una pantalla de proyección. Se cuenta el número de granos' que están completamente dentro del círculo n1 y el número de granos que interceptan el circulo n2 para un conteo exacto los granos deben ser marcados cuando son contados lo que hace lento este método. -Métodos de intercepción El método de intercepción es más rápido que el método planimétrico debido a que la microfotografía o patrón no requiere marcas para obtener un conteo exacto. El tamaño de grano se estima contando por medio de una pantalla dividida de vidrio, o por fotomicrografía o sobre la propia muestra, el numero de granos interceptados por una o más líneas restas. Los granos tocados por el extremo de una línea se cuentan solo como medios granos. Las cuentas se hacen por lo menos entres posiciones distintas para lograr un promedio razonable. La longitud de líneas en milímetro, dividida entre el número promedio de granos interceptados por ella da la longitud de intersección promedio o diámetro de grano. El método de intersección se recomienda especialmente para granos que no sean de ejes iguales. PREPARACION DE PROBETAS METALOGRAFICAS
OBJETIVOS Obtener una superficie pulida a espejo y atacada de probetas de acero, fundiciones de hierro y no ferrosos.
GENERALIDADES La metalografía microscópica estudia las características estructurales y de constitución de los productos metalúrgicos con la ayuda del microscópio metalográfico, para relacionarlos con sus propiedades físicas y mecánicas. La parte más importante de la metalografía es el examen microscópico de una probeta pulida y atacada empleando aumentos que con el microscópio óptico oscilan entre 100 y 2000X. El examen microscópico proporciona información sobre la constitución del metal o aleación, pudiéndose determinar características tales como forma, tamaño, y distribución de grano, inclusiones y microestructura metalográfica en general. La microestructura puede reflejar la historia completa del tratamiento mecánico o térmico que ha sufrido el metal. La preparación defectuosa de las probetas puede arrancar las inclusiones importantes, destruir los bordes de grano, revenir un acero templado o en general, originar una estructura superficial distorsionada que no guarda ninguna relación con la superficie representativa y características del metal. El análisis metalográfico comprende las siguientes etapas: 1. Selección de la muestra. 2. Toma o corte de la muestra. 3. Montaje y preparación de la muestra. 4. Ataque de la muestra. 5. Análisis microscópico. 6. Obtención de microfotografías o video grabaciones. La elección de la muestra o localización de la parte que va a ser estudiada debe hacerse de tal modo que represente todo el metal o puede ser el sitio de la falla de una pieza o el límite entre una soldadura y el metal base. El tamaño óptimo de la probeta debe ser tal que pueda sostenerse con la mano durante su preparación, (una pulgada de diámetro por una pulgada de altura). El corte de la probeta puede realizarse con seguetas, cortadora de cinta o disco abrasivo, teniendo la precaución de evitar el calentamiento que puede ocasionar alteraciones estructurales, por lo tanto no es conveniente realizar el corte de la muestra con soplete oxiacetilénico. Un caso extremo es el corte de probetas de plomo, que debe realizarse con sierras-cintas para evitar el empaste de los dientes de la segueta y el calentamiento excesivo. Cuando sólo se dispone de pequeñas partes o grismas del metal tales como alambres, tornillos, hilos y chapas de secciones delgadas es necesario montarlos en un material adecuado o sistema de sujeción que haga posible su manejo durante la preparación. El montaje de estas muestras se hace en materiales plásticos sintéticos como bakelita, lucite, o acrilico isotérmico que después del moldeo son relativamente duros y resistentes a la corrosión y no causan empastamiento de los papeles abrasivos durante el desbaste y pulido. El montaje consiste en comprimir un plástico fundido sobre la muestra metálica y dejar enfriar el sistema bajo presión hasta la solidificación del plástico o resina sintética. La preparación de la probeta consiste en el desbaste y el pulido. El desbaste es la operación siguiente al corte y al montaje de la probeta y se efectúa en una desbastadora de cinta rotativa o sobre papeles abrasivos de diferentes grados, colocados sobre discos giratorios. Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante. Se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos: 150, 220, 280, 320, 400, 500, y 600, pues eliminar algún abrasivo retarda la operación en vez de acelerarla. Una presión excesiva sobre el papel abrasivo puede causar rayas profundas y difíciles de eliminar posteriormente, además se provoca una distorsión intensa sobre el metal de la superficie, alterando el aspecto de la estructura. Esta distorsión no se puede evitar completamente pero puede reducirse mediante técnicas adecuadas de desbaste y pulido. Conviene emplear un papel nuevo para cada probeta, los papeles usados se emplean para finalidades específicas porque sus partículas abrasivas desgastadas tienden a producir distorsión del metal superficial, además si sobre un papel se ha desbastado un acero templado, pueden quedar sobre él partículas muy finas y producir rayas profundas y anchas al emplearlo después para preparar un material blando como latón o aluminio. También debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscópio.
Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partículas del abrasivo o del metal en la etapa del desbaste pase a las pulidoras lo cual los haría inservibles, además en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie. El pulido tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas en la última operación del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo. El éxito del pulido y el tiempo empleado en la operación, depende en gran parte del cuidado con que se haya realizado el desbaste. Si una probeta tiene rayas profundas que no se han eliminado en las últimas operaciones de desbaste, no podrán ser eliminadas durante el pulido con pérdida de tiempo y trabajo. La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre un paño embebido con una suspensión de abrasivo y fijado a un disco que gira accionado por un motor. Como paños pueden emplearse el paño de billar, el raso, la seda, el terciopelo, y otros que corresponden a nombres comerciales como Selvit, Gamal, Kanvas, Microcloth, etc. Como abrasivo puede usarse una suspensión acuosa de alúmina, óxido de cromo, óxido de hierro, óxido de magnesio, o para materiales muy duros una suspensión de polvo de diamante en aceite mineral. El tamaño de la partícula abrasiva en suspensión oscila entre 100 y algunas décimas de micrón. Los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero, con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giro entre 250 y 500 r.p.m. La presión a aplicar sobre la probeta, depende de la dureza de la aleación y debe disminuirse a medida que avanza el pulido, deberá ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del último papel (600) cuidando de no excederse en la presión por el peligro de desgarramiento del paño. Durante la operación del pulido, la probeta deberá desplazarse en la dirección del radio, desde el borde hasta el centro del disco. Debe lavarse la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente. Observar en el microscópio a 100 aumentos; si persisten las rayas provenientes del desbaste en el último papel, continuar con el pulido en la forma ya descrita, todo el tiempo que sea necesario para que éstas desaparezcan. La combinación adecuada de estas variables, permitirá alcanzar un óptimo pulido, aunque difícilmente se logre evitar algo de distorsión; para eliminar esta última, no queda otro recurso que el de ataque y pulido alternados. La observación microscópica de la probeta pulida permite reconocer la presencia de inclusiones no metálicas como sulfuros, silicatos, aluminatos, óxidos, microporosidades. microgrietas, y grafito. Antes de atacar la probeta debe desengrasarse con alcohol y secarse con aire frío o caliente. Para el ataque, se toma la probeta con la pinza y se sumerge con la cara pulida hacia abajo en el reactivo de ataque contenido en el cristalizador. Se tiene la probeta sumergida un segundo, se extrae, se lava con alcohol, se seca y se observa al microscópio, se registra el campo observado a diferentes aumentos. Se vuelve a pulir y se repite la operación descrita anteriormente manteniendo sucesivamente la probeta sumergida durante 2, 10, 20, 40 y 80 segundos, registrando el campo observado después de cada ataque. Mediante el ataque es posible poner de manifiesto el tamaño, forma y distribución del grano (fases o microconstituyentes), las heterogeneidades en la estructura y las segregaciones. Algunos de los reactivos de ataque son los siguientes: Acido pícrico (picral) 4 g. de ácido pícrico cristalizado, 100 cm3, de alcohol etílico al 95% Utilizable con todos los aceros aleados, aceros especiales y fundición gris, así como para estructuras particularmente finas. Oscurece la martensita, el ataque se prolonga desde 10 segundos hasta unos cuantos minutos, si se desea un ataque más lento, se sustituye el alcohol etílico por el amílico. Acido nítrico (nital) 4 cm3 de ácido nítrico concentrado (d= 1,4) 100 cm3, de alcohol etílico al 95% Resalta los diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos de los aceros no aleados. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita se ennegrese y la cementita se mantiene blanca.
Agua regia glicerinada 10 cm3 de ácido nítrico concentrado (d = 1,4) 30 cm3 de ácido clorhídrico (d = 1,19) 30 cm3 de glicerina bidestilada Pone de manifiesto las estructuras de los aceros especiales resistentes al calor y a la corrosión y de las aleaciones de Ni-Cr. Puede calentarse la probeta en agua hirviendo y también puede utilizarse el agua regia caliente.
Picrato sódico 2 g de ácido pícrico cristalizado 100 cm 3 de solución acuosa de hidrato sádico a 25% Descubre la cementita y los carburos complejos en los aceros especiales. Debe usarse la solución recién preparada e hirviendo. La duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos. Ferricianuro potásico alcalino 10 g. de ferricianuro potásico 10 g. de hidrato sódico lOO cm3, agua destilada. Destaca los carburos en los aceros rápidos y en los especiales resistentes al calor y la corrosión. Se utiliza recién preparada y normalmente hirviendo, la duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos. Ácido fluorhídrico 0,5 cm3 de ácido fluorhídrico al 40% 99,5 cm3, de agua destilada. Reactivo de uso general para mostrar la microestructura del acero. Se aplica frotando con algodón hidrófilo durante unos 15 segundos. Ácido sulfúrico 20 cm3, de ácido sulfúrico (d = 1,84) 80 cm3, de agua destilada. Pone de manifiesto los compuestos conteniendo hierro. Se aplica sumergiendo la probeta durante 30 segundos en el reactivo a 700C, y enfriándo bruscamente en agua. Reactivo triácido 1 cm3 ,de ácido fluorhídrico al 40% 1,5 cm3, de ácido clorhídrico (d = 1.19) 2,5 cm3, de ácido nítrico (d = 1,41) 95 cm5. de agua destilada. Descubre los granos de las aleaciones conteniendo cobre y de las aleaciones A1-Zn-Mg. Es muy adecuado para aleaciones tipo duraluminio y para ver la difusión del cobre en los enchapados. Se aplica por inmersión durante 5 a 20 segundos. Después del ataque se lava con agua caliente y se seca a chorro de aire. No debe eliminarse el depósito formado sobre la superficie. Ácido fosfórico 40 cm3, de ácido fosfórico a 75% 60 cm3, de agua destilada. Pone en evidencia la microestructura del aluminio en las aleaciones Al-Mg y las Al-Zn-Mg elaboradas plásticamente. Se aplica por inmersión durante 3 a 10 minutos. Para el ataque del cobre Solución al 10% de persulfato amónico Solución al 3% de agua oxigenada y amoníaco concentrado. Solución al 10% de ácido nítrico. Para bronces y latones 50 cm3, de ácido clorhídrico; 5 g. de percloruro de hierro lOO cm3, de agua destilada. Reactivo al ácido nítrico 50 cm3, de ácido nítrico 25 cm3, de ácido acético glacial 25 cm3 , de agua destilada. Apropiado para el bronce de aluminio
El microscopio metalográfico está formado por: Banco óptico, aparato para la iluminación de la probeta, objetivo, ocular para la observación directa y cámara fotográfica; el principio de funcionamiento es análogo al microscopio de Le Chatelier, con un arreglo tal que permite observar la luz reflejada por la superficie opaca del metal. El aumento total (X) del microscopio, está dado por el producto del aumento del ocular y el aumento del objetivo. En el microscopio Neophot-2: Aumento del objetivo: 8X 1OX 12.5X 16X 20X Aumento del ocular: 2.5X 6.3X 12.5X 16X 25X 40X 50X 100X Pulir y atacar probetas de: -Acero 1020 y 1060 AISI bonificado. -Fundición de hierro gris, nodular y blanca. -Aluminio y bronce.
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL FRANCISCO MORAZAN FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE DUCACION TECNICA INDUSTRIAL
Nombre de la asignatura: Tecnologia de materiales Nombre del profesor: Renan Avila Morales
Practica numero 1
Nombre del alumno: Victor David Ramos Banegas Numero de registro: 0801198107054
Tegucigalpa, M. D. C. 23 de septiembre de 2008
INFORME DE LABORATORIO ENSAYO DE LA CHISPA
INTRODUCCION
Este resumen pretende proporcionar una introduccion breve y elemental sobre el ensayo de la chispa de esmerilado, en el cual se describe el proceso, las herramientas y materiales, las tecnicas desarrolladas, conclusiones realizadas en dicho ensayo. La prueba de la chispa es probablemente uno de los métodos más usados para identificar los metales ferrosos. Utilizando una esmeriladora mecanizada de alta velocidad y una probeta, le aplicamos cierta presión a la muela del esmeril y esta emitirá ciertos destellos o estelas características del acero. Dependiendo de la cantidad de carbono que contiene la probeta se producirán explosiones al inicio, a lo largo de la de la chispa con determinados colores los que nos permitirán en general determinar la cantidad de Acero y Carbono que posee la probeta en observación.
OBJETIVOS
1.Identificar yclasificaren una forma simple y aproximada la composicion de diversos tipos de aceros, mediante el examen de chispa y un patron de comparacion, cuando este hace contacto con una muela de esmeril. 2. Efectuar ensayo de la chispa de esmerilado 3. Operar la muela del esmeril 4. Analizar y comparar datos
RECURSOS
Equipos y herramientas: 1. Esmeril con su respectiva muela 2. Muestra de diferentes aceros 3. Cuarto oscuro 4. Bandeja con agua 5. Tenaza universal 6. Overol 7. Guantes 8. Gafas 9. Trapo limpio 10. Lapiz 11. papel
Materiales 1. Moneda de cobre (centavito) 2. Clavo de acero 3. Lamina de zinc 4. Lata de aluminio 5. Iman
TEORIA RELACIONADA
Sí se acerca una probeta de acero a una muela de esmeril en movimiento, los granos de la muela arrancan pequeñas partículas de acero, calentándolas hasta la temperatura de fusión, cuando esto ocurre se producen varias explosiones, en estas se va a descomponer carbono en combinación con el oxigeno del aire del medio ambiente, pero debemos notar que esto solo sucede con los materiales ferrosos. Esta practica sirve para clasificar los tipos de aceros en base a su composición, verificamos las chispas que se producen al poner en contacto el material en una muela de esmeril que gira a gran velocidad(3,500 r.p.m.) De ella se desprenden determinadas estelas, con longitudes colores y explosiones de acuerdo a la cantidad de carbono que contiene el acero. De los metales se desprenden chispas con punta de lanza, estelas interrumpidas, además las explosiones tienen diferentes formas: floreadas, ranaje, gotas, etc. Así podemos determinar coloraciones y detalles de las chispas que producen los aceros.
Los aceros de bajo contenido de carbono forman pocos destellos, de una a dos explosiones con estelas delgadas y débiles.
Los aceros de contenido medio de carbono producen estelas muy ramificadas y explosiones un poco mas frecuentes en forma de ranaje.
Los aceros de alto carbono producen estelas abundantes, lisas e interrumpidas además explosiones desde el inicio.
PROCEDIMIENTO 1. Encender esmeril. 2. Tomar probeta 3. Apagar la luz 4. Acercar muestra para que los granos de la mueca del esmeril arranque pequeñas partículas de acero, calentando hasta la temperatura de fusión 5. Tomar datos de cada muestra 6. Observar el tipo de cada chispa 7. Comparar resultados obtenidos con la teoría dada en clase.
Identificar la cantidad de carbono demostrando los diferentes tipos de metales
Identificar el color de la chispa
Identificar el tipo de estelas al hacer contacto con la muela de esmeril
Identificar los contenidos de carbono (bajo, medio, alto.)
FORMA DE LAS CHISPAS
IMGENES DE CHISPAS
TIPO DE ACERO
AISI-Standard Composicipan style="mso-spacerun: yes"> en % Ramillete con espinas, y puntas de lanza color rojo Acero templado y revenido 4140 0,42 C 1,1 Cr 0,2 Mo Las continuas, algunas espinas, formado por estallidos de Carbono Acero endurecido 0,21 C 1,3 Mn 1,2 Cr Las continuas, m᳠espinas se formaron por estallidos de Carbono Acero al carbono para herramientas 1045 0,45 C 0,3 Si 0,7 Mn Muchos estallidos de Carbono que empiezan al pie del haz, muchos ramos Acero al carbono para herramientas W1 1,05 C 0,2 Si 0,2 Mn Antes de los estallidos de Carbono se incrementa la luz en el flujo primario. Muchos ramos pequeo:p> Acero aleado con Mn-Si S4 0,60 C 1,0 Si 1,1 Mn 0,3 Cr Flujo de las amarilla, aclarando en el centro, formando espinas en los extremos Acero para herramientas aleado Mn 02 0,90 C 2,0 Mn 0,4 Cr 0,1 V Pocos estallidos finos de Carbono seguidos por club liso luminoso Acero para herramientas aleado W S1 0,60 C 0,6 Si 1,1 Cr 0,2 V 2,0 W Un flujo delgado y lineal, el cuadro de la chispa vivo, las discontinuas en las cabezas Acero para herramientas aleado Cr-W O1 1,05 C 1,0 Mn 1,0 Cr 1,2 W Haz corto Templado: con pocos Endurecido: con muchos ramos luminosos Acero para herramientas aleado con Cr carbono alto, ledeburita alta D2 1,55 C 12,0 Cr 0,7 Mo 1,0 V El flujo de las continuas, alguno los estallidos de carbono, la coloreada de naranja en la cabeza Acero para trabajo en caliente, alta aleaci:p> H13 0,40 C 1,0 Si 5,3 Cr 1,4 Mo 1,0 V El flujo de las rojo oscuro con brillo en la punta de la lanza, pocas espinas Acero de alta velocidad M2 0,90 C 4,1 Cr 5,0 Mo 1,9 V 6,4 W Las del flujo rojas, punteadas oscuras con brillos en las cabezas de la la Acero de alta velocidad T42 1.23 C 4,1 Cr 3,8 Mo 3,3 V 10,0 W 10,5 Co Haz corto con espina como los estallidos de carbono Acero inoxidable 420 0,40 C 13,0 Cr Flujo continuo, la sin los estallidos de carbono Acero inoxidable 304 <0,07 C 18,5 Cr 9,0 Ni
Probeta 1 Clavo de acero
Chispa abundante en forma de punta de lanza, estela continúa y abundante, posee alto contenido de carbono.
Fases Fase Color 1 Rojizo 2 Amarillo 3 Anaranjado
Probeta 2 Lamina de zinc
Tiene explosiones abundantes y esparcidas, alto contenido de carbono, chispa punta de lanza, estela continúa.
Fases Fase Color 1 Anaranjado 2 Amarillo 3 Rojizo
Probeta 3 Moneda de cobre
Explosiones en forma en forma de estrellas, estela continua, poca explosiva.
Fases Fase Color 1 Rojizo 2 Anaranjado 3 Amarillo
Probeta 4 Iman
Estela continua y abundante, es explosiva, chispa en forma de estrellas, alto contenido de carbono.
Fases Fase Color 1 Anaranjado 2 Amarillo 3 Rojizo
Probeta 5 Lata de aluminio No produce ningun tipo de chispa.
CONCLUSIONES En todas las exposiciones que se producen en la chispa de un material se forman tres zonas.
Cada material tiene una composición química determinada.
Dependiendo del material así presentan diferentes colores característicos de la chispa.
Si probamos con el aluminio, cobre, bronce, u otro material no ferroso no se genera chispa alguna, salvo sea aleación con acero y Carbono. RECOMENDACIONES
Al realizar esta práctica siempre es necesario utilizar el equipo de protección necesario para evitar accidentes.
Recordemos que la seguridad es responsabilidad de todos y es el bienestar de todos, los que la ponen en práctica.
BIBLIOGRAFIAS
La tecnología en el trabajo de los metales Alfred Richard
Metalistería: Arte y Ciencia del trabajo con metales.
Fotos e imágenes tomadas de la camara y fuente: Metales en Internet.
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL FRANCISCO MORAZAN FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE DUCACION TECNICA INDUSTRIAL TECNILOGIA DE MATERIALES SECCION A
TAREA DE INVESTIGACION
CLASIFICACION GENERAL DE LOS MATERIALES RAYOS X, RAYOS GAMA, LIQUIDOS PENETRANTES
PRESENTADO POR:
Nombre: VICTOR DAVID RAMOS BANEGAS
REGISTRO:0801198107054
Profesor: RENAN AVILA MORALES
Tegucigalpa, M. D. C 9 de septiembre de 2008
Rayos x
La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,1 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible). Descubrimiento El 8 de noviembre de 1895, el físico, Wilhelm Conrad Röntgen, realiza experimentos con los tubos de Hittorff-Crookes (o simplemente tubo de Crookes) y la bobina de Ruhmkorff, analizaba los rayos catódicos, para evitar la fluorescencia violeta, que producían los rayos catódicos en las paredes de un vidrio del tubo, crea un ambiente de oscuridad, cubre el tubo con una funda de cartón negro. Era tarde y al conectar su equipo por última vez se sorprendió al ver un débil resplandor amarillo-verdoso a lo lejos: sobre un banco próximo había un pequeño cartón con una solución de cristales de platino-cianuro de bario, observó que al apagar el tubo se obscurecía y al prenderlo se producía nuevamente, retiró más lejos el cartón y comprobó que la fluorescencia se seguía produciendo, repitió el experimento y sucedió lo mismo, los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible. Observó que los rayos atravesaban grandes capas de papel e incluso metales menos densos que el plomo. En las siete semanas siguientes, estudió con gran rigor las características propiedades de estos nuevos y desconocidos rayos. Pensó en fotografíar este fenómeno y entonces fue cuando hizo un nuevo descubrimiento: las placas fotográficas que tenía en su caja estaban veladas. Intuyó la acción de estos rayos sobre la emulsión fotográfica y se dedicó a comprobarlo. Colocó una caja de madera con unas pesas sobre una placa fotográfica y el resultado fue sorprendente al impresionarse la imagen de las pesas. Hizo varios experimentos con su brújula de bolsillo, el cañón de la escopeta. Para comprobar la distancia y el alcance de los rayos, pasó al cuarto de al lado, cerró la puerta y colocó una placa fotográfica. Obtuvo la imagen de la moldura, el gozne de la puerta e incluso los trazos de la brocha. Cien años despues ninguna de sus investigaciones ha sido considerada como equivocada. El 22 de diciembre, un día memorable, al no poder manejar al mismo tiempo su carrete, la placa fotográfica de cristal y colocar su mano sobre ella, le pide a su esposa que coloque la mano sobre la placa durante quince minutos. Al revelar la placa de cristal apareció la mano de Berta, la primera imagen radiográfica del cuerpo humano. Así nace una de las ramas más poderosas y excitantes de la Medicina: la Radiología. El descubridor de estos tipos de rayos le colocó el nombre de "X" porque no sabia que eran, ni como eran provocados, y porque esto significa "desconocido", dándole mayor sentido que cualquier otro nombre, por lo que durante muchos años después se decidió que conservara ese nombre. La noticia del descubrimiento de los rayos "x" se divulgó con increíble rapidez en el mundo. Roentgen fue objeto de múltiples reconocimientos, el emperador Guillermo II de Alemania le concedió la Orden de la Corona, fue honrado con la medalla Rumford de la Real Sociedad de Londres en 1896, con la medalla Barnard de la Universidad de Columbia y con el premio Nobel de Física en 1901. El descubrimiento de los rayos "X", fue el producto de la investigación, experimentación y no por accidente como algunos autores afirman; W.C. Roentgen, hombre de ciencia, agudo observador, investiga los detalles más nimios, por eso tuvo éxito donde los demás fracasaron. Este genio no quiso patentar su descubrimiento cuando Thomas Alva Edison se lo propuso, manifestando que lo legaba para beneficio de la humanidad. Definición: Los rayos X son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma. La diferencia fundamental con los rayos gamma es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones. La energía de los rayos X en general se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos naturalmente. Los rayos X también pueden ser utilizados para explorar la estructura de la materia cristalina mediante experimentos de difracción de rayos X por ser su longitud de onda similar a la distancia entre los átomos de la red cristalina. La difracción de rayos X es una de las herramientas más útiles en el campo de la cristalografía. Producción de rayos X Los rayos X son producto de la desaceleración rápida de electrones muy energéticos (del orden 1000eV) al chocar con un blanco metálico. Según la mecánica clásica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este modo, el choque produce un espectro continuo de rayos X (a partir de cierta longitud de onda mínima). Sin embargo experimentalmente, además de este espectro continuo, se encuentran líneas características para cada material. Estos espectros —continuo y característico— se estudiarán más en detalle a continuación.
La producción de rayos X se da en un tubo de rayos X que puede variar dependiendo de la fuente de electrones y puede ser de dos clases: tubos con filamento o tubos con gas. El tubo con filamento es un tubo de vidrio al vacío en el cual se encuentran dos electrodos en sus extremos. El cátodo es un filamento caliente de tungsteno y el ánodo es un bloque de cobre en el cual esta inmerso el blanco. El ánodo es refrigerado continuamente mediante la circulación de agua, pues la energía de los electrones al ser golpeados con el blanco, es transformada en energía térmica en un gran porcentaje. Los electrones generados en el cátodo son enfocados hacia un punto en el blanco (que por lo general posee una inclinación de 45°) y producto de la colisión los rayos X son generados. Finalmente el tubo de rayos X posee una ventana la cual es transparente a este tipo de radiación elaborada en berilio, aluminio o mica.
El tubo con gas se encuentra a una presión de aproximadamente 0.01 mmHg y es controlada mediante una válvula; posee un cátodo de aluminio cóncavo, el cual permite enfocar los electrones y un ánodo. Las partículas ionizadas de nitrógeno y oxígeno, presentes en el tubo, son atraídas hacia el cátodo y ánodo. Los iones positivos son atraídos hacia el cátodo e inyectan electrones a este. Posteriormente los electrones son acelerados hacia el ánodo (que contiene al blanco) a altas energías para luego producir rayos X. El mecanismo de refrigeración y la ventana son los mismos que se encuentran en el tubo con filamento.
Los sistemas de detección más usuales son las películas fotográficas y los dispositivos de ionización. La emulsión de las películas fotográficas varía dependiendo de la longitud de onda a la cual se quiera exponer. La sensibilidad de la película es determinada por el coeficiente de absorción másico y es restringida a un rango de líneas espectrales. La desventaja que presentan estas películas es, por su naturaleza granizada, la imposibilidad de un análisis detallado pues no permite una resolución grande. Los dispositivos de ionización miden la cantidad de ionización de un gas producto de la interacción con rayos X. En una cámara de ionización, los iones negativos son atraídos hacia el ánodo y los iones positivos hacia el cátodo, generando corriente en un circuito externo. La relación entre la cantidad de corriente producida y la intensidad de la radiación son proporcionales, así que se puede realizar una estimación de la cantidad de fotones de rayos X por unidad de tiempo. Los contadores que utilizan este principio son el contador Geiger, el contador Proporcional y el contador de destellos. La diferencia entre ellos es la amplificación de la señal y la sensibilidad del detector. Espectros Espectro continuo El tubo de rayos X está constituido por dos electrodos (cátodo y ánodo), una fuente de electrones (cátodo caliente) y un blanco. Los electrones se aceleran mediante una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. La radiación es producida justo en la zona de impacto de los electrones y se emite en todas direcciones. La energía adquirida por los electrones va a estar determinada por el voltaje aplicado entre los dos electrodos. Como la velocidad del electrón puede alcanzar velocidades de hasta (1 / 3)c debemos considerar efectos relativistas, de tal manera que
Los diferentes electrones no chocan con el blanco de igual manera, así que este puede ceder su energía en una o en varias colisiones, produciendo un espectro continuo. La energía del fotón emitido, por conservación de la energía y tomando los postulados de Planck es hν = K − K' donde K y K’ es la energía del electrón antes y después de la colisión respectivamente. El punto de corte con el eje x de la gráfica de espectro continuo, es la longitud mínima que alcanza un fotón al ser acelerado a un voltaje determinado. Esto se puede explicar desde el punto de vista de que los electrones chocan y entregan toda su energía. La longitud de onda mínima esta dada por λ = hc / eV,la energía total emitida por segundo, es proporcional al área bajo la curva del espectro continuo, del número atómico (Z) del blanco y el número de electrones por segundo (i). Así la intensidad esta dada por I = AiZVm donde A es la constante de proporcionalidad y m una constante alrededor de 2. Espectro característico Cuando los electrones que son acelerados en el tubo de rayos X poseen cierta energía crítica, pueden pasar cerca de una subcapa interna de los átomos que componen el blanco. Debido a la energía que recibe el electrón, este puede escapar del átomo, dejando al átomo en un estado supremamente excitado. Eventualmente, el átomo regresará a su estado de equilibrio emitiendo un conjunto de fotones de alta frecuencia, que corresponden al espectro de líneas de rayos X. Este indiscutiblemente va a depender de la composición del material en el cual incide el haz de rayos X, para el molibdeno, la gráfica del espectro continuo muestra dos picos correspondientes a la serie K del espectro de líneas, estas están superpuestas con el espectro continuo. La intensidad de cualquier línea depende de la diferencia del voltaje aplicado (V) y el voltaje necesario para la excitación (V’) a la correspondiente línea, y está dada por I = Bi(V − V')N donde n y B son constantes, e i es el número de electrones por unidad de tiempo. Para la difracción de rayos X, la serie K del material es la que usualmente se utiliza. Debido a que los experimentos usando esta técnica requieren luz monocromática, los electrones que son acelerados en el tubo de rayos X deben poseer energías por encima de 30 keV. Esto permite que el ancho de la línea K utilizada sea muy angosto (del orden de 0.001 Å). La relación entre la longitud de cualquier línea en particular y el número atómico del átomo esta dada por la Ley de Moseley Interacción de los rayos X con la materia Cuando los rayos X interactúan con la materia, estos pueden ser en parte absorbidos y en parte transmitidos. Esta característica es aprovechada en medicina al realizar radiografías. La absorción de rayos X va a depender de la distancia que estos atraviesan y de su intensidad. Esta dada por Ix = Ioe( − μ / ρ)ρx μ / ρ, es característico del material e independiente del estado físico. \mu el coeficiente lineal de absorción y rho la densidad del material. Si un material esta compuesto de diferentes elementos, el coeficiente de absorción másico μ / ρ es aditivo, de tal manera que
donde w significa la fracción del elemento constituyente. Si alguien pone el grafico de los picos caracteristicos va a estar bueno. Aplicaciones médicas Desde que Röntgen descubrió que los rayos X permiten captar estructuras óseas, se ha desarrollado la tecnología necesaria para su uso en medicina. La radiología es la especialidad médica que emplea la radiografía como ayuda de diagnóstico, en la práctica, el uso más extendido de los rayos X. Los rayos X son especialmente útiles en la detección de enfermedades del esqueleto, aunque también se utilizan para diagnosticar enfermedades de los tejidos blandos, como la neumonía, cáncer de pulmón, edema pulmonar, abscesos... En otros casos, el uso de rayos X resulta inútil, como por ejemplo en la observación del cerebro o los músculos. Las alternativas en estos casos incluyen la tomografía axial computarizada, la resonancia magnética o los ultrasonidos. Los rayos X también se usan en procedimientos en tiempo real, tales como la angiografía, o en estudios de contraste. Bibliografía • B. D. Cullity, Elements of X-Ray Diffraction, Addison-Wesley Publishing Company, Inc
Rayos gamma
Radiación gamma La radiación gamma (γ) es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia. Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. La energía de este tipo de radiación se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un Mev corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10 - 11 m o frecuencias superiores a 1019 Hz. Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos. Los rayos gamma se diferencian de los rayos X en su origen, debido a que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y los reactores nucleares, la radiactividad se encuentra en nuestro entorno natural, desde los rayos cósmicos, que nos bombardean desde el sol y las galaxias de fuera de nuestro Sistema Solar, hasta algunos isótopos radiactivos que forman parte de nuestro entorno natural. En general, los rayos gamma producidos en el espacio no llegan a la superficie de la Tierra, pues son absorbidos en la alta atmósfera. Para observar el universo en estas frecuencias, es necesario utilizar globos de gran altitud u observatorios espaciales. En ambos casos se utiliza el efecto Compton para detectar los rayos gamma. Estos rayos gamma se producen en fenómenos astrofísicos de alta energía como explosiones de supernovas o núcleos de galaxias activas. En astrofísica se denominan GRB (Gamma Ray Bursts) a fuentes de rayos gamma que duran unos segundos o unas pocas horas siendo sucedidos por un brillo decreciente de la fuente en rayos X durante algunos días. Ocurren en posiciones aleatorias del cielo y su origen permanece todavía bajo discusión científica. En todo caso parecen constituir los fenómenos más energéticos del Universo. La excepción son los rayos gamma de energía por encima de unos miles de MeV (o sea, gigaelectronvoltios o GeV), que, al incidir en la atmósfera, producen miles de partículas (cascada atmosférica extensa) que, como viajan a velocidades más elevadas que la luz en el aire, generan radiación de Cherenkov. Esta radiación es detectada en la superficie de la Tierra mediante un tipo de telescopio llamado telescopio Cherenkov. Protección Para protegerse de los rayos gamma se requiere gran cantidad de masa. Los materiales de alto número atómico y alta densidad protegen mejor contra los rayos gamma. A mayor energía de los mismos el espesor de la protección debe ser mayor. Los materiales para protegerse de los rayos gamma son caracterizados con el espesor necesario para reducir la intensidad de los rayos gamma a la mitad (half value layer o HVL). Por ejemplo, los rayos gamma que requieren 1 cm (0.4 pulgadas) de plomo para reducir su intensidad en un 50% también verán reducida su intensidad a la mitad por 6 cm (2½ pulgadas) de hormigón o 9 cm (3½ pulgadas) de tierra compacta. Interacción con la materia
El coeficiente de absorción total de rayos gamma del aluminio (número atómico 13) según distintas energías de rayos gamma y las contribuciones de los tres efectos. En la mayoría de la región de energía mostrada, el efecto Compton domina.
El coeficiente de absorción total de rayos gamma del plomo (número atómico 82) según distintas energías de rayos gamma y las contribuciones de los tres efectos. Aquí, el efecto fotoeléctrico domina en energía bajas. A partir de 5 MeV, la creación de pares empieza a dominar. Cuando un rayo gamma pasa a través de la materia, la probabilidad de absorción en una capa fina es proporcional a la delgadez de dicha capa, lo que lleva a un decrecimiento exponencial de la intensidad.
Aquí, μ = n×σ es el coeficiente de absorción, medido en cm–1, n el número de átomos por cm3 en el material, σ el espectro de absorción en cm2 y d la delgadez del material en cm. Pasando a través de la materia, la radiación gamma principalmente ioniza de tres formas: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la creación de pares.
• Efecto Fotoeléctrico: Describe cuando un fotón gamma interactúa con un electrón atómico y le transfiere su energía, expulsando a dicho electrón del átomo. La energía cinética del fotoelectrón resultante es igual a la energía del fotón gamma incidente menos la energía de enlace del electrón. El efecto fotoeléctrico es el mecanismo de transferencia de energía dominante para rayos x y fotones de rayos gamma con energías por debajo de 50 keV (miles de electronvoltios), pero es menos importante a energías más elevadas. • Efecto Compton: Se refiere a la interacción donde un fotón gamma incidente hace ganar suficiente energía a un electrón atómico como para provocar su expulsión. Con la energía restante del fotón original se emite un nuevo fotón gamma de baja energía con una dirección de emisión diferente a la del fotón gamma incidente. La probabilidad del Efecto Compton decrece según la energía del fotón se incrementa. El Efecto Compton se considera que es el principal mecanismo de absorción de rayos gamma en el rango de energía intermedio entre 100 keV a 10 MeV (Megaelectronvoltio), un rango de energía que incluye la mayor parte de la radiación gamma presente en una explosión nuclear. El efecto Compton es relativamente independiente de número atómico del material absorbente. • Creación de pares: Debido a la interacción de la fuerza de Coulomb, en la vecindad del núcleo, la energía del fotón incidente se convierte espontáneamente en la masa de un par electrón-positrón. Un positrón es la antipartícula equivalente a un electrón; tiene la misma masa de un electrón, pero tiene una carga positiva de igual fuerza que la carga negativa de un electrón. La energía excedente del equivalente a la masa en reposo de las dos partículas (1,02 MeV) aparece como energía cinética del par y del núcleo. El positrón tiene una vida muy corta (sobre 10–8 segundos). Al final de su periodo, se combina con un electrón libre. Toda la masa de estas dos partículas se convierte entonces en dos fotones gamma de 0,51 MeV de energía cada uno. Los electrones secundarios (o positrones) producidos en cualquier de estos tres procesos, frecuentemente tienen energía suficiente para producir muchas ionizaciones hasta el final del proceso. La absorción exponencial descrita arriba se mantiene, estrictamente hablando, solo para un rayo estrecho de rayos gamma. Si un rayo más ancho de rayos gamma pasa a través de un fino bloque de hormigón, la dispersión en los lados reduce la absorción. A menudo, los rayos gamma se presentan entre otras formas de radiación, como la alfa o la beta. Cuando un núcleo emite una partícula α o β, a veces el Producto de desintegración queda excitado pudiendo saltar a un nivel de energía inferior emitiendo un rayo gamma, de igual manera que un electrón atómico puede saltar a un nivel de energía inferior emitiendo luz visible o radiación ultravioleta.
Esquema de Descomposición de 60Co Las posibles formas de radiación electromagnética son los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y los rayos UV (UVA y UVB, siendo éstos últimos más energéticos). La única diferencia entre ellos es la frecuencia y por lo tanto, la energía de los fotones, siendo los rayos gamma los más energéticos. A continuación se muestra un ejemplo de producción de rayos gamma. Primero 60Co se descompone en 60Ni excitado:
Entonces el 60Ni cae a su estado fundamental emitiendo dos rayos gamma seguidos uno del otro.
Los rayos gamma son de 1,17 MeV y 1,33 MeV respectivamente. Otro ejemplo es la descomposición alfa de 241Am para producir 237Np. Esta descomposición alfa esta acompañada por una emisión gamma. Es algunos casos, esta emisión gamma es bastante simple (por ejemplo, 60Co/60Ni), mientras que en otros casos como con (241Am/237Np y 192Ir/192Pt), la emisión gamma es compleja, revelando que una serie de distintos niveles de energía nuclear pueden existir. El hecho de que un el espectro alfa puede tener una serie de diferentes picos con diferentes energías, refuerza la idea de que muchos niveles de energía nuclear son posibles. Debido a que una descomposición beta esta acompañada de la emisión de un neutrino que a su vez, resta energía, el espectro beta no posee líneas definidas, sino que es un pico ancho. Por lo tanto, de una única descomposición beta no es posible determinar los diferentes niveles energéticos encontrados en el núcleo. En óptica espectrópica, es bien conocido que una entidad que emite luz, también puede absorber luz de la misma longitud de onda (energía del fotón). Por ejemplo, un llama de sodio puede emitir luz amarilla y además, puede absorber luz amarilla de una lámpara de vapor de sodio. En el caso de los rayos gamma, se puede observar en la espectroscopia Mössbauer, donde se puede obtener una corrección para la energía perdida por el retroceso del núcleo y las condiciones exactas para la absorción de los rayos gamma a través de la resonancia. Esto es similar a efecto Frank Condon visto en óptica espectroscópica. Utilización La potencia de los rayos gamma los hace útiles en la esterilización de equipamiento médico. Se suelen utilizar para matar bacterias e insectos en productos alimentarios tales como carne, setas, huevos y vegetales, con el fin de mantener su frescura. Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos, los rayos gamma o los rayos X tienen un amplio espectro de usos médicos, como la realización de tomografías y radioterapias. Sin embargo, como forma de radiación ionizante, tienen la habilidad de provocar cambios moleculares, pudiendo tener efectos cancerígenos si el ADN es afectado. A pesar de las propiedades cancerígenas, los rayos gamma también se utilizan para el tratamiento de ciertos tipos de cáncer. En el procedimiento llamado cirugía gamma-knife, múltiples rayos concentrados de rayos gamma son dirigidos hacia células cancerosas. Los rayos son emitidos desde distintos ángulos para focalizar la radiación en el tumor a la vez que se minimiza el daño a los tejidos de alrededor. Los rayos gamma también se utilizan en la medicina nuclear para realizar diagnósticos. Se utilizan muchos radioisótopos que emiten rayos gamma. Uno de ellos es el tecnecio-99m. Cuando se le administra a un paciente, una cámara gamma puede utilizar la radiación gamma emitida para obtener una imagen de la distribución del radioisótopo. Esta técnica se emplea en la diagnosis de un amplio espectro de enfermedades, por ejemplo, en la detección del cáncer de huesos. Los detectores de rayos gamma se están empezando a utilizar en Pakistan como parte del Container Security Initiative (CSI). Estas máquinas, que cuestan unos 5 millones de dólares americanos, pueden escanear unos 30 contenedores por hora. El objetivo de esta técnica es el escaneo de los contenedores de mercancía que llegan vía marítima antes de que entren a los puertos de EE.UU. Referencias http://www.eluniversal.com.mx/graficos/animados/videos/videoya.html
Introducción a los Líquidos Penetrantes Discontinuidades que detecta, defectos superficiales como: poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras, laminaciones, etc. Materiales: Sólidos metálicos y no metálicos VENTAJAS o Muy económico o Inspección a simple vista o No se destruye la pieza o Se obtiene resultados inmediatos. DESVENTAJAS o Solo detecta fallas superficiales o Difícil establecimiento de patrones o La superficie a inspeccionar debe estar limpia y sin recubrimientos o No se puede inspeccionar materiales demasiado porosos PRINCIPIOS FÍSICOS o Capilaridad: Es la acción que origina que un liquido ascienda o descienda a través de los llamados tubos capilares. o Cohesión: Es la fuerza que mantiene a las moléculas de un cuerpo a distancias cercanas unas de las otras. o Adherencia: Es la fuerza de atracción entre moléculas de sustancias diferentes. o Viscosidad: Es la resistencia al deslizamiento de una capa de un fluido sobre otra capa. o Tensión superficial: Es la fuerza no compensada que ejerce la superficie del liquido debido a la tensión no compensada de las moléculas subsuperficiales sobre la membrana superior. Características de los líquidos penetrantes El liquido penetrante tiene la propiedad de penetrar en cualquier abertura u orificio en la superficie del material. El penetrante ideal debe reunir lo siguiente: • Habilidad para penetrar orificios y aberturas muy pequeñas y estrechas. • Habilidad de permanecer en aberturas amplias. • Habilidad de mantener color o la fluorescencia. • Habilidad de extenderse en capas muy finas. • Resistencia a la evaporación. • De fácil remoción de la superficie. • De difícil eliminación una vez dentro de la discontinuidad. • De fácil absorción de la discontinuidad. • Atoxico. • Inoloro. • No corrosivo. • Antiinflamable. • Estable bajo condiciones de almacenamiento. • Costo razonable. Propiedad física Penetrante Revelador Capilaridad Alta Baja Tensión superficial Baja Alta Adherencia Baja Alta Cohesión Baja Alta Viscosidad Baja Alta Partículas Pequeñas Grandes • Tensión superficial: Es una de las propiedades mas importantes. Se requiere una tensión superficial baja para obtener buenas propiedades de penetración y mojado
• Poder humectante: El penetrador debe ser capaz de mojar completamente la superficie del material y es una de las propiedades mas importantes. Esto se refiere al ángulo de contacto del líquido con la superficie, el cual debe ser lo mas bajo posible. • Viscosidad: Esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad del liquido para penetrar, aunque afecta la velocidad de penetración. Los penetrantes de alta viscosidad penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidades escurren muy rápido y tiene la tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad; por lo tanto se recomienda una viscosidad media. • Volatilidad: Los líquidos penetrantes no deben ser volátiles. Si existe una evaporación excesiva se los productos del penetrante, se verá afectada la sensibilidad de todo el proceso, debido tanto al desequilibrio de la formula, como a la perdida del poder humectante. • Gravedad especifica o densidad relativa: No juega un papel directo sobre el comportamiento de un penetrante dado; sin embargo, con densidades bajas se facilita el transporte de materiales extraños que tenderán a sedimentar en el fondo cuando se usan tanques abiertos. La mayoría de los líquidos penetrantes tienen densidades relativas que varían entre 0.86 y 1.06 a 16°C, por lo general la densidad es menor a 1. • Punto de inflamación: Como medida de seguridad practica los líquidos penetrantes deberán poseer un punto de inflamación elevado con el fin de reducir los peligros de incendio. Generalmente el punto de inflamación es mayor de 95 °C y en recipientes abiertos no debe ser menor de 65 °C. • Inactividad química: Los productos usados en la formulación de los líquidos penetrantes deben se inertes y no corrosivos con respecto a los materiales a ser ensayados y a los recipientes que los contienen. • Capacidad de disolución: El penetrante debe tener una elevada capacidad para contener grandes concentraciones de pigmentos coloreados o fluorescentes usados y mantenerlos en solución. Método de aplicación de los líquidos penetrantes en Pruebas No Destructivas Se aplica el liquido penetrante a la superficie de la pieza a ser examinada, permitiendo que penetre en las aberturas del material, después de lo cual el exceso del liquido es removido. Se aplica entonces el revelador, el cual es humedecido o afectado por el penetrante atrapado en las discontinuidades de esta manera se incrementa la evidencia de las discontinuidades, tal que puedan ser vistas ya sea directamente o por medio de una lámpara o luz negra. Tipo I = Penetrante fluorescente Tipo II = Tintas permanentes o visibles Proceso A = Penetrante lavable en agua Proceso B = Penetrante postemulsificado Proceso C = Penetrante removido con solvente Revelador seco: Grano fino se aplica por espolvoreado, rociado o sumergido. Revelador no acuoso: Es una suspensión absorbente, aplicado por rocío Revelador húmedo: Es una suspensión absorbente de polvo en agua, se aplica por inmersión. Portátil ( atomizador ) Estacionario ( inmersión ) Simple vista Spoteheck (portátil) Luz negra Syglo (estacionario) Portátil Estacionario Liquido penetrante Rojo Verde (fluorescente) Removedor Incoloro Incoloro Revelador Blanco Blanco PREPARACIÓN Y LIMPIEZA DE LA PIEZA: Limpiar cuidadosamente la superficie a inspeccionar de pintura, aceite, grasa y otros contaminantes. Será necesario eliminar los restos de óxidos, pinturas, grasas, aceites, taladrinas, carbonilas, etc. Y esto se hace por métodos químicos, ya que los mecánicos, están prohibidos por la posibilidad que tiene su aplicación de tapar defectos existentes. Se pueden usar todos aquellos procesos que dejen a la superficie limpia y seca; que no dañen al espécimen y que no empleen productos que sean incompatibles con los componentes. Soluciones detergentes en caliente por inmersión, desengrase en fase de vapor o desengrase mediante disolvente, son los principales métodos para eliminar grasas y aceites. Los óxidos y las carbonillas térmicas se eliminaran con desoxidantes alcalinos o ácidos y a veces, principalmente en superficies rectificadas se hace un ataque ácido a fondo que abre las grietas durante la operación. Las pinturas se eliminan con productos cáusticos en caliente o basados en ellos. APLICACIÓN DEL PENETRANTE. Los penetrantes se aplican por inmersión, rociado con un cepillo o brocha, vertiendo el liquido sobre la pieza o cualquier otro método, vertiendo el liquido sobre la pieza o cualquier otro método que cubra la zona que se inspecciona. Será necesario obtener una película fina uniforme en toda la superficie y se deberá esperar un tiempo llamado tiempo de penetración para que el liquido penetre en grietas. Este tiempo oscila entre los 5 y 15 minutos dependiendo del material y la clase de grietas. ELIMINACIÓN DEL EXCESO DE PENETRANTE. Se debe retirar la capa superficial del penetrante de forma que lo único que permanezca sea el que se hubiera alojado en las discontinuidades. Se entiende por exceso de penetrante todo liquido que no se ha introducido en los defectos y que permanece sobrante sobre la superficie de la pieza a inspeccionar.. Esta etapa es critica y de su correcta realización dependerá el resultado final de la inspección, ya que es necesario eliminar y limpiar el exceso de penetrante de tal modo que no extraigamos el penetrante introducido en los defectos. Si no se ha eliminado perfectamente el liquido penetrante, en la inspección final aparecerán manchas de penetrante produciendo indicaciones falsas e incluso, el enmascaramiento de las grietas. Para saber si hemos eliminado bien el exceso de penetrante es necesario hacer una inspección visual. Es aconsejable quitar en primer lugar la mayor parte del penetrante con trapos o papel absorbente y después eliminar el resto utilizando trapos o papel ligeramente impregnados en disolvente. APLICACIÓN DEL REVELADOR. Aplicar el revelador y dejarlo actuar. El revelado es la operación que hace visible al ojo humano la posición del defecto. El revelador es básicamente un producto en polvo de compuestos químicos blancos, inertes y con una granulometría tal que dispone de un gran poder de absorción. Una vez aplicado el revelador, hay que esperar un tiempo para que absorba el penetrante, este tiempo oscila entre 5 y 15 minutos. Durante la preparación de las piezas para la inspección es necesario secarlas después de la aplicación del revelador húmedo o eliminar el remanente antes del uso del polvo revelador seco. INSPECCIÓN FINAL DE LA PIEZA. Una vez transcurrido el tiempo de revelado, se procede a la inspección de los posibles defectos de las piezas procesadas. El tiempo de revelado depende del tipo de penetración, del revelador y del defecto, pero deberá permitirse tiempo suficiente para que se formen las indicaciones. La inspección se realiza antes de que el penetrante comience a exudar sobre el revelador hasta el punto de ocasionar la perdida de definición. El proceso de inspección se compone de tres etapas. A. Inspección. B. Interpretación. C. Evaluación. Una regla práctica es que el tiempo de revelado nunca debe ser menor a siete minutos. o Indicaciones relevantes. Son las causadas por discontinuidades que están generalmente presentes en el diseño. o Indicaciones falsas. Son el resultado de alguna forma de contaminación con penetrantes, estas indicaciones no pueden referirse a ningún tipo de discontinuidad.
LIMPIEZA FINAL. Se debe llevar a cabo en razón de los productos usados en el ensayo. Tiempo de Penetración Material Proceso Tipo de discontinuidad Tipo I Y II Proceso A Tipo I Y II Proceso B Tipo I Y II Proceso C
Aluminio Fundición Extrusión y forja Soldadura Todos Todos Porosidades Traslapes Falta de fusión Porosidades Grietas Grietas de fatiga 5 a 10 min NR 30 30 30 NR 5 min 10 5 5 10 30 3 min 7 3 3 5 5
Magnesio Fundición Extrusión y forja Soldadura Todos Porosidades Traslapes Falta de fusión Porosidades Grietas Grietas de fatiga 15 NR 30 30 30 NR 5 10 10 10 10 30 3 7 5 5 5 7
Acero Fundición Extrusión y forja Soldadura Todos Todos Porosidades Traslapes Falta de fusión Porosidades Grietas Grietas de fatiga 30 NR 60 60 30 NR 10 10 10 10 10 30 5 7 7 7 7 10
Latón y bronce Fundición Extrusión y forja Recubrimientos Todos Porosidades Traslapes Falta de fusión Porosidades Grietas 10 NR 15 15 30 5 10 10 10 10 3 7 3 3 3 Plásticos Todos Grietas 5 a 30 5 5 Vidrio Todos Grietas 5 a 30 5 5 Herramienta con punta de carburo Falta de fusión Porosidades Grietas 30 30 30 5 5 20 3 3 5 Titanio y aleaciones a altas temperaturas Todos NR 20 a 30 15 Todos metales Todos Esfuerzos o Granulación Interna NR 240 240 NR = no recomendable Guía de Selección del proceso PROBLEMA PROCESO TIPO I Y II OBSERVACIONES Alta producción de artículos pequeños A Pequeñas cantidades mojadas en canastas Alta producción de artículos grandes B Grandes forjas, extrusiones, etc. Alta sensibilidad para discontinuidades finas B Indicaciones mas claras y mas brillantes Discontinuidades superficiales, rayones, etc. Deben detectarse B Puede controlarse la profundidad de emulsificación. Artículos con rugosidad superficial A Artículos con cuerdas y cuñeros. A El penetrante podría fijarse en las esquinas. Artículos con rugosidad superficial media A – B La elección depende de los requerimientos de producción y sensibilidad. Prueba por puntos. C Se necesita equipo portátil. C No se dispone de agua y electricidad C Artículos anodizados, agrietados después del anodizado C – B – A De preferencia el orden indicado Repetir el proceso C Cinco a seis repeticiones podrían ser el limite. Detección de fugas A – B CARACTERÍSTICAS DEL PENETRANTE FLUORESENTE TIPO VENTAJAS DESVENTAJAS
LAVADO CON AGUA La fluorescencia asegura visibilidad Fácilmente lavable con agua. Grandes cantidades de especimenes pequeños. Superficies rugosas. Cuñeros y cuerdas. Amplio rango de discontinuidades. Rápido. Proceso sencillo. Requiere luz negra y áreas obscuras. No es seguro en la detección de rayones y fallas superficiales. No es seguro volver a probar. No es seguro en superficies anodizadas. Ácidos y cromatos afectan la sensibilidad. Fácilmente sobre lavado. El penetrante esta expuesto a la contaminación del agua.
POST EMULSIFICADO La fluorescencia asegura visibilidad. Alta sensibilidad para discontinuidades muy finas. Bueno para discontinuidades superficiales. Fácilmente lavable con agua después de la emulsificación. Tiempo de penetración corto. No puede ser fácilmente sobre lavado Requiere luz negra y áreas obscuras. Requiere mas paso. Requiere equipo para la aplicación de emulsivo. Difícil remoción del penetrante en cuerdas, cuñeros, agujeros ciegos y superficies rugosas
REMOVIDO CON SOLVENTE La fluorescencia asegura visibilidad Portátil. No requiere agua. Bueno sobre piezas anodizadas. Para verificación por puntos. Las piezas pueden ser re probadas Requiere luz negra y áreas obscuras. Material inflamable. No puede usarse en tanques abiertos. Difícil su empleo sobre superficies rugosas tales como fundición de magnesio.
Diagrama general de la aplicación de líquidos penetrantes
PROCESO A: PENETRANTE FLUORESCENTE LAVABLE CON AGUA
PROCESO B: PENETRANTE FLUORESCENTE POST - EMULSIFICADO
PROCESO C: PENETRANTE FLUORESCENTE REMOVIDO CON SOLVENTE
PROCESO C: PENETRANTE VISIBLE REMOVIDO CON SOLVENTE
PROCESO A: PENETRANTE VISIBLE LAVABLE CON AGUA
PROCESO B: PENETRANTE VISIBLE POST – EMULSIFICADO
Bibliografía "Apuntes para el Laboratorio de Pruebas No Destructivas". UPIICSA-IPN, Academia de Laboratorio de Control de Calidad, México D.F., 2002
2. Historia de los materiales y su clasificación Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto .Desde el comienzo de la civilización , los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos están fabricados a base de materiales , estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro .Los mas comúnmente encontrados son madera , hormigón , ladrillo , acero , plástico , vidrio , caucho , aluminio , cobre y papel . Existen muchos mas tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta de ello . Debido al progreso de los programas de investigación y desarrollo , se están creando continuamente nuevos materiales. La producción de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en productos acabados , constituyen una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricación . Puesto que la producción necesita materiales , los ingenieros deben conocer de la estructura interna y propiedad de los materiales , de modo que sean capaces de seleccionar el mas adecuado para cada aplicación y también capaces de desarrollar los mejores métodos de procesado. Los ingenieros especializados en investigación trabajan para crear nuevos materiales o para modificar las propiedades de los ya existentes . Los ingenieros de diseño usan los materiales ya existentes , los modificados o los nuevos para diseñar o crear nuevos productos y sistemas . Algunas veces el problema surge de modo inverso : los ingenieros de diseño tienen dificultades en un diseño y requieren que sea creado un nuevo material por parte de los científicos investigadores e ingenieros. La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente . Por ejemplo los ingenieros mecánicos buscan materiales para altas temperaturas , de modo que los motores de reacción puedan funcionar mas eficientemente . Los ingenieros eléctricos procuran encontrar nuevos materiales para conseguir que los dispositivos electrónicos puedan operar a mayores velocidades y temperaturas .
3. Tipos de materiales Por conveniencia la mayoria de los materiales de la ingenieria estan divididos en tres grupos principales materiales metálicos , poliméricos , y cerámicos Materiales metálicos . Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o mas elementos metálicos , pudiendo contener también algunos elementos no metálicos , ejemplo de elementos metalicos son hierro cobre , aluminio , niquel y titanio mientras que como elementos no metalicos podriamos mencionar al carbono. Los materiales de cerámica , como los ladrillos , el vidrio la loza , los ailantes y los abrasivos , tienen escasas conductividad tanto electrica como termica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad , conformabilidad y resistencia al impacto.. Polimeros , en estos se incluyen el caucho (el hule) , los plásticos y muchos tipos de adhesivos . Se producen creando grandes estructuras moleculares apartir de moléculas orgánicas obtenidas del petroleo o productos agrícolas . Fases componentes de un sólido desde su estructura intermolecular Una sustancia pura como el agua puede existir en las fases sólido, liquido y gas, dependiendo de las condiciones de temperatura y presión. Un ejemplo familiar para todos de dos fases de una sustancia pura en equilibrio es un vaso de agua con cubos de hielo. En este caso el agua, sólida y liquida, da lugar a dos fases distintas separadas por una fase limite, la superficie de los cubos de hielo. Durante la ebullición del agua, el agua líquida y el agua vapor son dos fases en equilibrio. Una representación de las fases acuosas que existen bajo diferentes condiciones de presión y temperatura se muestra en la En el diagrama de fases presión-temperatura (PT} del agua existe un punto triple a baja presión (4579 torr) y baja temperatura (0,0098 0C) donde las fases sólida, liquida y gaseosa coexisten. Las fases liquida y gaseosa existen a lo largo de la línea de vaporización y las fases líquida y sólida a lo largo de la línea de congelación, como se muestra en la Figura 8.1. Estas lineas son lineas de equilibrio entre dos fases. El díagrama de fases en equilibrio (PT) se puede construir también para otras sustancias puras. Por ejemplo, el diagrama de fases de equilibrio PT del hierro puro se muestra en la Figura 8.2. Una diferencia fundamental de este diagrama de fases es que tiene tres fases sólidas distintas y separadas: Fe alfa (~, Fe gamma (y) y Fe delta (~). El hierro ~ y <5 tiene estructuras cristalinas BBC, mientras el hierro y tiene una estructura FCC. Las fases limite en el estado sólido tienen las mismas propiedades que entre liquido y sólido. Por ejemplo, bajo condiciones de equilibrio, el hierro ~ y y puede existir a una temperatura de 910 0C y una atmósfera de presión. Por encima de 910 0C sólo existe la fase y, y por debajo de 910 0C sólo existe la fase ~ Hay también tres puntos triple en el díagrama PT del hierro donde las tres fases diferentes coexisten: (1) líquido, vapor Fe <5; (2) vapor, Fe <5 y Fe y; y (3) vapor, Fe y y Fe ~.enlaces existente para su configuración 4. Enlaces existentes para su configuración. Enlaces metálicos En metales en estado sólido , los átomos se encuentran empaquetados relativamente muy juntos en una ordenación sistemática o estructura cristalina . Por ejemplo la disposición de los átomos de cobre en el cobre cristalino consiste que los átomos están tan juntos que sus electrones externos de valencia son atraídos por los núcleos de sus numeroso vecinos . En el caso del cobre sólido cada átomo está rodeado por otros 12 átomos más próximos . Los electrones de valencia no están por lo tanto asociados férreamente a un núcleo en particular y así es posible que se extiendan entre los átomos en forma de una nube electrónica de carga de baja densidad o gas electrónico. Los átomos en un enlace metálico sólido se mantienen juntos por enlace metálico para lograr un estado de más baja energía ( o más estable) . Para el enlace metálico no hay restricciones sobre pares electrónicos como en el enlace covalente o sobre la neutralidad de carga como en el enlace iónico . En el enlace metálico los electrones de valencia más externos de los átomos son compartidos por muchos átomos circundantes y de este modo , en general , el enlace metálico no resulta direccional Fuerzas de van der Waals Excepto en un gas muy dispersado las moléculas ejercen atracciones y repulsiones entre sí . Estas proceden fundamentalmente de interacciones dipolo-dipolo . Las moléculas no polares se atraen entre sí mediante interacciones débiles dipolo-dipolo llamadas fuerzas de London que surgen como consecuencia de dipolos inducidos en una molécula por otra. En este caso los electrones de una molecula son debilmente atraídos hacia el nucleo de otra pero entonces los electrones de esta son repelidos por los electrones de la primera. El resultado es una distribución desigual de la densidad electrónica y , en consecuencia , un dipolo incluido . Las diferentes interacciones dipolo-dipolo (atractivas y repulsivas) se denominan conjuntamente fuerzas de van der Waals . La distancia entre las moléculas juega un importante papel en la intensidad de dichas fuerzas . Se llama radio de van der Waals a la distancia a la que la fuerza atractiva es máxima .Cuando dos átomos se aproxima a distancias mas cortas que el radio de van der Waals , se desarrollan fuerzas repulsivas entre los núcleos y las capas electrónicas . Cuando la distancia entre dos moléculas es mayor al radio de van der Waals las fuerzas atractivas entre las moléculas disminuyen. Enlace iónico Los enlaces iónicos se pueden formar entre elementos muy electropositivos (metálicos) y elementos muy electronegativos (no metales) . En el proceso de ionización los electrones son transferidos desde los átomos de los elementos electropositivos a los átomos de los elementos electronegativos , produciendo cationes cargados positivamente y aniones cargados negativamente . Las fuerzas de enlace son debidas a la fuerza de atracción electrostática o culombiana entre iones con carga opuesta . Los enlaces ionicos se forman entre iones opuestamente cargados por que se produce una disminución neta de la energía potencial para los iones enlazados Enlace covalente Un segundo tipo de enlace atómico primario es el enlace covalente . Mientras el enlace iónico involucra átomos muy electropositivos y electronegativos , el enlace covalente se forma entre átomos con pequeñas diferencias de electronegatividad y ubicados muy próximos en la tabla periódica . En el enlace covalnete los átomos generalmente comparten sus electrones externos s y p como otros átomos , de modo que cada átomo alcanza la configuración de gas noble. En un enlace covalente sencillo cada uno de los átomos contribuye con un electrón a la formación del par de electrones de enlace , y las energías de los dos átomos asociadas con el enlace covalente son menores (mas estables) como consecuencia de la interacción de los electrones . En el enlace covalente , se pueden formar enlaces mútiples de pares de eletrones por un átomo consigo mismo o con otros átomos. Redes cristalograficas existentes Sistemas cristalográficos Los cristalógrafos han demostrado que son necesarias solo siete tipos diferentes de celda unidad para crear todas las redes puntuales . La mayor parte de etos siete sistemas cristalinos presentan variaciones de la celda unida básica . A. J. Bravais mostró que catorce celdas unidad estándar podian describir todas las estructuras reticulares posibles .Hay cuatro tipos de celdas unidad : o Sencilla o Centrada en el cuerpo o Centrada en las caras o Centrada en la base En el sistema cúbico hay tres tipos de celdas unidad : cúbica sencilla , cúbica centrada en el cuerpo y cúbica centrada en las caras. En el sistema ortorrómbico están representados los cuatro tipos . En el sistema tetragonal hay solo dos: sencilla y centrada en el cuerpo. En el sistema monoclínico tiene celdas unidad sencilla y centrada en la base , y los sistemas romboedríco hexagonal y triclínico, tienen solo una celda unidad . Estructuras cristalográficas La mayoría de los metales elementales alrededor del 90 % cristalizan en tres estructuras cristalinas densamente enpaquetadas : cúbica centrada en el cuerpo (BCC) , cúbica centrada en las caras (FCC) y hexagonal compacta (HCP) . La estructura HCP es una modificación más densa de la estructura cristalina hexagonal sencilla . La mayor parte de los metales cristalizadas en esas estructuras densamente enpaquetadas debido a que se libera energía a medida que los átomos se apróximan y se enlazan cada vez más estrechamente entre sí . De este modo , dichas estructuras densamente enpaquetadas se encuentran es disposiciones u ordenamientos de energía cada vez más baja y estable Examinemos ahora detalladamente la disposición de los átomos en las celdas unidad de las tres principales estructuras cristalinas . Aunque solo sea una aproximación consideremos a los átomos de estas estructuras como esferas rígidas. La distancia entre los átomos en las estructuras cristalinas puede ser determinado experimentalmente por análisis de rayos X. Por ejemplo , la distancia interatómica entre dos átomos de aluminio en un fragmento de aluminio puro a 20 0 C es 0.2862 nm. Se considera que el radio del aluminio en el aluminio metal es la mitad de la distancia interatómica , o 0.143 nm. Planos cristalinos Dirección en la celda A menudo , es necesario referirnos a posiciones específicas en las redes cristalinas . Esto es especialmente importante para metales y aleaciones con propiedades que varían con la orientación cristalográfica . Para cristales cúbicos los indices de las direcciones cristalográficas son los componentes vectoriales de las direcciones resueltos a lo largo de cada eje coordenado y reducido a los enteros mas pequeños . Para indicar en un diagrama la dirección en una celda cúbica unitaria dibujamos un vector de dirección desde el origen (que es normalmente una esquina de la celda cúbica) hasta que sale la superficie del cubo .Las coordenadas de posición de la celda unidad donde el vector de posición sale de la superficie del cubo despues de ser convertidas a enteros son los indices de dirección .Los indices de dirección se encierran entre corchetes sin separación por comas. Planos en una celda unitaria Las superficise cristalinas en celdillas unidad HCP pueden ser identificadas comúnmente utilizando cuatro indices en lugar de tres. Los indices para los planos cristalinos HCP ,llamados indices Miller-Bravais, son designados por las letras h , k , i , l y encerrados entre parentesis ( hkil ) . estos indices hexagonales de 4indices estan basados en un sistema coordenado de 4 ejes . Existen 3 ejes basicos , a1 , a2 , a3, que forman 1200 entre si. El cuarto eje o eje c es el eje vertical y esta localizado en el centro de la celdilla unidad . La unidad a de medida a lo largo de los ejes a1 a2 a3 es la distancia entre los átomos a lo largo de estos ejes .la unidad de medida a lo largo del eje es la altura de la celdilla unidad . Los recíprocos de las intersecciones que un plano cristalino determina con los ejes , a1 , a2 , a3 proporciona los indices h , k e i mientras el recíproco de la intersección con el eje c da el índice l Notación para planos Los planos basales de la celdilla unidad HCP son muy importantes para esta celdilla unidad puesto que el plano basal de la celdilla HCP es pralelo a los ejes , a1 , a2 , a3 las intersecciones de este plano con estos ejes serán todas de valor infinito . Así , a1 = ¥ , a2 = ¥ a3 = ¥ El eje c , sin embargo , es unico puesto que el plano basal superior intersecciona con el eje c a una distancia unidad . Tomando los reciprocos de estas intersecciones tenemos los indices de Miller-Bravais para el plano Basal HCP. Así , H =0 K=0 I = 0 y L=1. El plano basal es , por tanto un plano cero-cero-cero-uno o plano (0001) . Importancia del indice de Milller A veces es necesario referirnos a planos reticulares específicos de átomos dentro de una estructura cristalina o puede ser interesante conocer la orientación cristalográfica de un plano o grupo de planos en una red cristalina. Para identificar planos cristalinops es estructuras cristalinas cúbicas se usa la notación de Miller . Los indices de Miller de un plano cristalino estan definidos como los reciprocos de las intersecciones , que el plano determina con los ejes x , y , z de los tres lados no paralelos del cubo unitario .Las aristas de una celda cúbica unitaria presentan longitudes unitarias y las intersecciones de los planos de una red se miden en base a estas longitudes unitarias .El procedimiento de determinación de los indices de Miller para un plano de un cristal cúbico es el siguiente: • Escoger un plano que no pase por el origen en (0,0,0) • Determinar las interacciones del plano en base a los ejes x,y,z cristalográficos para un cubo unitario , estas interacciones pueden ser fraccionarias • Construir los recíprocos de estas intersecciones Despejar fracciones y determinar el conjunto mas pequeño de números esteros que estén en la misma razón que las intersecciones. Esos números enteros son los índices de Miller de un plano cristalográfico y se encierran entre paréntesis sin usar comas. La notación (hkl) se usa para indicar índices de Miller en sentido general , donde h ,k, y l son los indices de Miller para un plano de un cristal cúbico de ejes x,y,z respectivamente. 5. Estructuras cristalinas La primera clasificación que se puede hacer de materiales en estado sólido, es en función de cómo es la disposición de los átomos o iones que lo forman. Si estos átomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo que se repite en las tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino. Si los átomos o iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sin seguir ningún tipo de secuencia de ordenamiento, estaríamos ante un material no cristalino ó amorfo. En el siguiente esquema se indican los materiales sólidos cristalinos y los no cristalinos. En el caso de los materiales cristalinos, existe un ordenamiento atómico (o iónico) de largo alcance que puede ser estudiado con mayor o menor dificultad. Ahora bien, realmente ¿necesitamos estudiar los materiales a nivel atómico?. Para responder a esta cuestión, podemos estudiar las principales propiedades de dos materiales tan conocidos como son el grafito (Fig.1) y el diamante (Fig.2). El grafito es uno de los materiales más blandos (tiene un índice de dureza entre 1y 2 en la escala Mohs), es opaco (suele tener color negro), es un buen lubricante en estado sólido y conduce bien la electricidad. Por contra, el diamante es el material más duro que existe (10 en la escala Mohs), es transparente, muy abrasivo y un buen aislante eléctrico. Como vemos, son dos materiales cuyas principales propiedades son antagónicas. Pero, si pensamos en sus componentes, nos damos cuenta que tanto uno como el otro están formados únicamente por carbono. Entonces, ¿a que se debe que tengan propiedades tan dispares?. La respuesta está en el diferente modo que tienen los átomos de carbono de enlazarse y ordenarse cuando forman grafito y cuando forman diamante; es decir, el grafito y el diamante tienen distintas estructuras cristalinas. Ruina Universal de Ensayos: capacidad máxima de 120kN (12 t), con cuatro escalas, se realizan ensayos de tensión, compresión, flexión y corte. Durómetro Universal Digital: durezas Rockwell, Brinell y Vickers. Péndulo de Impacto: ensayos según métodos Charpy e Izod, capacidad máxima 300J. Para metales. Péndulo de Impacto para Plásticos: capacidad máxima aproximada 8J. Cámara Climática: ensayos con temperatura y humedad variable. Máquina de Fatiga por Flexión Rotativa: capacidad máxima de 270kg*cm. 6. Aceros. No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir el metal para ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 a.c., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro; los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.c, la técnica de cierta complejidad para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico. Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.c.) se clasifican en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico lleno de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y dejar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero. Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero. La producción moderna de arrabio emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio para la producción de acero mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios minihornos que emplean electricidad para producir acero a partir de chatarra. Las aleaciones de hierro y carbono -aceros y fundiciones- son las aleaciones metálicas más importantes de la civilización actual. Por su volumen, la producción de fundición y de acero supera en más de diez veces la producción de todos los demás metales juntos. Corrientemente se da el nombre de acero y fundición, a las aleaciones hierro - carbono (si tienen más del 2% de C son fundiciones y si tienen menos del 2% de C son aceros). El hierro forma soluciones con muchos elementos: con los metales, soluciones por sustitución, con el carbono, nitrógeno e hidrógeno, soluciones por inserción. La solubilidad del carbono en el hierro depende de la forma cristalográfica en que se encuentra el hierro. La solubilidad del carbono en el hierro ( cúbica de cuerpo centrado) es menor que el 0,02% y en el hierro (cúbica da caras centradas) es hasta el 2%. Se distinguen tres grupos de aceros al carbono: eutectoides, que contienen cerca de un 0,8% de C, cuya estructura está constituida únicamente por perlita: Hipoeutectoides, que contienen menos del 0,8% de C, con estructura formada por ferrita y perlita; e Hipereutectoides, que contienen del 0,8 al 2% de C y cuya estructura consta de perlita y cementita. 7. Microestructuras De Los Aceros Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como único constituyente. También pueden estar presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos, sulfuros y aluminatos. El análisis de las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama metaestable Hierro-carburo de hierro o Cementita. Diagrama Fe-C Las microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los aceros al carbono son: FERRITA (Hierro a) Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro puro, la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 °C. Microestructura del acero al carbono, cristales blancos de ferrita La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se obsera al microscopio como granos poligonales claros. En los aceos, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los aceros de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que limita los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o bandas circulares orientados en la dirección de los planos cristalográficos de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina Widmanstatten. La ferrita también aparece como elemento eutectoide de la perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita, en la estructura globular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glóbulos de cementita, figura 9, en los aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado. 8. Cementita Es el carburo de hierro de fórmula Fe3C, contiene 6.67 %C y 93.33 % de hierro, es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc) y cristaliza en la red ortorómbica. Microestructura del acero 1%C, red blanca de dementita En las probetas atacadas con ácidos se observa de un blanco brillante y aparece como cementita primaria o proeutéctica en los aceros con más de 0.9%C formando una red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la perlita como láminas paralelas separadas por otras láminas de ferrita, se presenta en forma de glóbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros de alto carbono se han sometido a un recocido de globulización, en los aceros hipoeutectoides que no han sido bien templados. Perlita Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C. Microestructura del acero al carbono, cristales oscuros de perlita Si el enfriamiento es rápido (100-200°C/seg.), la estructura es poco definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura próxima a 723°C, la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, denominándose perlita globular. Austenita Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magnética. Microestructura de la austenita La austenita no puede atarcarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros templados. Martensita Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas. El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0.7 %C. Microestructura de la martensita La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la tracción de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frágil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag con ángulos de 60 grados. Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la crítica inferior (727°C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfriándolo luego al aire o en cualquier medio. Troostita Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 6000C, o por revenido a 4000C. Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la tracción de 140 a 175 kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita Sorbita Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650%, o por revenido a la temperatura de 600%. Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la tracción es de 88 a 140 kg/mm2 ,con un alargamiento del 10 al 20%. Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, figura 16; de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino.
Bainita Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a 500-580°C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250-4000C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos. La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita. Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismos de los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser único contituyente y además pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos. La determinación del tamaño de grano austenítico o ferrítico, puede hacerse por la norma ASTM o por comparación de la microfotografías de la probeta a 100X, con las retículas patrón numeradas desde el 1 para el grano más grueso hasta el 8 para el grano más fino. En el sistema ASTM el grosor del grano austenitico se indica con un número convencional n, de acuerdo con la formula: logG=(n-1)log2 Donde G es el número de granos por pulgada cuadrada sobre una imagen obtenida a 100 aumentos; este método se aplica a metales que han recristalizado completamente, n es el número de tamaño de grano de uno a ocho. Forma, tamaño y distribución de los cristales o granos en la microestructura del acero para comparación a 100X Cualquier proceso de producción de acero a partir del Arrabio consiste en quemar el exceso de carbono y otras impurezas presentes en el hierro. Una dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión, 1.400ºC aproximadamente, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales. Para superar esta dificultad, se han desarrollado 3 importantes tipos de hornos para el refinamiento del Acero, en cada uno de estos procesos el oxígeno se combina con las impurezas y el carbono en el metal fundido. El oxígeno puede introducirse directamente mediante presión dentro o sobre la carga a través del oxígeno en el aire, o en forma de óxidos de hierro o herrumbre en la chatarra. Esto oxidará algunas impurezas, las que se perderán como gases, mientras otras impurezas reaccionarán con la piedra caliza fundida para formar una escoria que será colada posteriormente.
La tecnología de materiales es el estudio y puesta en práctica de técnicas de análisis, estudios físicos y desarrollo de materiales. Propiedades de los materiales Propiedades mecánicas • Dureza: es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Un cuerpo es más duro que otro ya que sus moleculas estan muy unidas y tensas como para dejarse penetrar. La propiedad opuesta a duro es blando. El diamante es duro porque es difícil de rayar. resistencia se refiere a la propiedad que presentan los materiales para soportar las diversas fuerzas a que pueden ser sometidos. • Blando: es la poca resistencia que ofrece un cuerpo a ser rayado por otro, un cuerpo es tanto más blando cuando la fuerza necesaria para rayarlo es tanto más pequeña, la propiedad opuesta a blando es duro, el yeso es blando porque se raya con facilidad. • Tenacidad: la tenacidad es la resistencia que opone un cuerpo a romperse por un impacto, un cuerpo es tanto más tenaz cuando el choque necesario para romperlo tenga que ser más fuerte. La propiedad opuesta a tenaz es frágil, ejemplo, la madera es tenaz, dado que es necesario un choque muy violento para romperla. • Fragilidad: es la facilidad con la que un cuerpo se rompe por un choque, propiedad opuesta a tenacidad, el vidrio es frágil porque con un pequeño golpe se rompe. • Elasticidad: la elasticidad es la capacidad de los cuerpos de recuperar su forma original tras una deformación, un cuerpo elástico se deforma cuando se ejerce una fuerza sobre él, pero cuando esa fuerza desaparece, el cuerpo recupera su forma original, la propiedad opuesta a elasticidad es plasticidad. La goma es elástica, si se ejerce una fuerza, por ejemplo sobre una pelota de goma, esta se deforma, cuando deja de ejercer la fuerza la pelota recupera su forma original. • Plasticidad: la plasticidad es la propiedad del cuerpo por la que una deformación se hace permanente, si sobre un cuerpo plástico ejercemos una fuerza este se deforma, cuando la fuerza desaparece la deformación permanece, la propiedad opuesta a plasticidad es elasticidad. Un ejemplo es la arcilla fresca, si se aplica una fuerza sobre ella se deforma, cuando deja de ejercer la fuerza la deformación permanece. • Maleabilidad: es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. Se diferencia de aquélla en que mientras la ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas. El elemento conocido más maleable hasta la fecha es el oro, que se puede malear hasta láminas de diezmilésima de milímetro de espesor. También presenta esta característica, en menor medida, el aluminio, habiéndose popularizado el papel de aluminio como envoltorio conservante para alimentos, con posibles efectos adversos para la salud, así como en la fabricación de tetra-brick. • Ductilidad: La ductilidad es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando, bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. A los metales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas deformación. No debe confundirse dúctil con blando, ya que la ductilidad es una propiedad que se manifiesta una vez que el material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse. Así mismo tampoco debemos confundir entre duro y tenaz, este último es la energía acumulada al aplicarse una fuerza, al contrario que la dureza que es la resistencia a la deformación en general. En un ensayo de tracción, los materiales dúctiles presentan una fase de fluencia caracterizada por una gran deformación sin apenas incremento de la carga. Propiedades ópticas • Opaco - Impide el paso a la luz • Translúcido - Deja pasar la luz, pero que no deja ver nítidamente los objetos. • Transparente - Dicho de un cuerpo a través del cual pueden verse los objetos claramente.
Clasificacion Materiales Segun son naturales o nobles se puede definir su forma y su compuesto.Algunos se realizan mediante productos renovables y otros mediante recursos no renovables.
Sus trabajos son excelentes, hace muy buenas consultas,lo felicito.- Rayos x y líquidos penetrantes 10/10, materiales y sus propiedades 10/10 ensayo de la chispa 20/20.- espero haga lo mismo con lo de la metalografía.-
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL FRANCISCO MORAZAN FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE DUCACION TECNICA INDUSTRIAL
Nombre de la asignatura: Tecnologia de materiales Nombre del profesor: Renan Avila Morales
Practica numero 2
Nombre del alumno: Victor David Ramos Banegas Numero de registro: 0801198107054
Tegucigalpa, M. D. C. 30 de septiembre de 2008
INFORME DE LABORATORIO MONTAJE DE LA PROBETA
INTRODUCCION La metalografía es, esencialmente, el estudio de las características estructurales o de constitución de un metal o una aleación para relacionar ésta con las propiedades físicas y mecánicas. En este informe se resumirá brevemente el procesó del montaje de la probeta el cual es un trabajo que requiere mucho cuidado, porque la probeta debe manejase con delicadeza, se requiere de paciencia porque en el procesó se corta una muestra de probeta, la cual se tienen que pulir sus caras, también se corta un pedazo de PVC y en este se monta la muestra de probeta con acrílico liquido y polvo. Lo demás se resumirá a continuación.
OBJETIVOS 1. Obtener una superficie pulida a espejo y atacada de probetas de acero, fundiciones de hierro y no ferrosos. 2. Preparar la muestra de probeta para un estudio de metalografia microscopica. 3. Poder ejecutar el microscopio para metal. 4. Aplicasion de reactivo 5. Analisis metalografico
RECURSOS
Equipos y herramientas: 1. Esmeril con su respectiva muela 2. Muestra de la probeta 3. Segueta 4. Bandeja con agua 5. Tenaza universal 6. Overol 7. Guantes 8. Gafas 9. Trapo limpio 10. Lapiz 11. papel 12. Enbudo 13. lima 14. baker 15. lija 100, 120, 150, 180. 16. Pedazo de vidrio de selocia
Materiales 1. Varilla de construcsion 2. Tubo PVC 3. Acrilico en polvo y liquido
TEORIA RELACIONADA
GENERALIDADES La metalografía microscópica estudia las características estructurales y de constitución de los productos metalúrgicos con la ayuda del microscópio metalográfico, para relacionarlos con sus propiedades físicas y mecánicas. La parte más importante de la metalografía es el examen microscópico de una probeta pulida y atacada empleando aumentos que con el microscópio óptico oscilan entre 100 y 2000X. El examen microscópico proporciona información sobre la constitución del metal o aleación, pudiéndose determinar características tales como forma, tamaño, y distribución de grano, inclusiones y microestructura metalográfica en general. La microestructura puede reflejar la historia completa del tratamiento mecánico o térmico que ha sufrido el metal. La preparación defectuosa de las probetas puede arrancar las inclusiones importantes, destruir los bordes de grano, revenir un acero templado o en general, originar una estructura superficial distorsionada que no guarda ninguna relación con la superficie representativa y características del metal. El análisis metalográfico comprende las siguientes etapas: 1. Selección de la muestra. 2. Toma o corte de la muestra. 3. Montaje y preparación de la muestra. 4. Ataque de la muestra. 5. Análisis microscópico. 6. Obtención de microfotografías o video grabaciones. La elección de la muestra o localización de la parte que va a ser estudiada debe hacerse de tal modo que represente todo el metal o puede ser el sitio de la falla de una pieza o el límite entre una soldadura y el metal base. El tamaño óptimo de la probeta debe ser tal que pueda sostenerse con la mano durante su preparación, (una pulgada de diámetro por una pulgada de altura). El corte de la probeta puede realizarse con seguetas, cortadora de cinta o disco abrasivo, teniendo la precaución de evitar el calentamiento que puede ocasionar alteraciones estructurales, por lo tanto no es conveniente realizar el corte de la muestra con soplete oxiacetilénico. Un caso extremo es el corte de probetas de plomo, que debe realizarse con sierras-cintas para evitar el empaste de los dientes de la segueta y el calentamiento excesivo. Cuando sólo se dispone de pequeñas partes o grismas del metal tales como alambres, tornillos, hilos y chapas de secciones delgadas es necesario montarlos en un material adecuado o sistema de sujeción que haga posible su manejo durante la preparación. El montaje de estas muestras se hace en materiales plásticos sintéticos como bakelita, lucite, o acrilico isotérmico que después del moldeo son relativamente duros y resistentes a la corrosión y no causan empastamiento de los papeles abrasivos durante el desbaste y pulido. El montaje consiste en comprimir un plástico fundido sobre la muestra metálica y dejar enfriar el sistema bajo presión hasta la solidificación del plástico o resina sintética. La preparación de la probeta consiste en el desbaste y el pulido. El desbaste es la operación siguiente al corte y al montaje de la probeta y se efectúa en una desbastadora de cinta rotativa o sobre papeles abrasivos de diferentes grados, colocados sobre discos giratorios. Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante. Se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos: 150, 220, 280, 320, 400, 500, y 600, pues eliminar algún abrasivo retarda la operación en vez de acelerarla. Una presión excesiva sobre el papel abrasivo puede causar rayas profundas y difíciles de eliminar posteriormente, además se provoca una distorsión intensa sobre el metal de la superficie, alterando el aspecto de la estructura. Esta distorsión no se puede evitar completamente pero puede reducirse mediante técnicas adecuadas de desbaste y pulido. Conviene emplear un papel nuevo para cada probeta, los papeles usados se emplean para finalidades específicas porque sus partículas abrasivas desgastadas tienden a producir distorsión del metal superficial, además si sobre un papel se ha desbastado un acero templado, pueden quedar sobre él partículas muy finas y producir rayas profundas y anchas al emplearlo después para preparar un material blando como latón o aluminio. También debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscópio.
Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partículas del abrasivo o del metal en la etapa del desbaste pase a las pulidoras lo cual los haría inservibles, además en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie. El pulido tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas en la última operación del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo. El éxito del pulido y el tiempo empleado en la operación, depende en gran parte del cuidado con que se haya realizado el desbaste. Si una probeta tiene rayas profundas que no se han eliminado en las últimas operaciones de desbaste, no podrán ser eliminadas durante el pulido con pérdida de tiempo y trabajo. La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre un paño embebido con una suspensión de abrasivo y fijado a un disco que gira accionado por un motor. Como paños pueden emplearse el paño de billar, el raso, la seda, el terciopelo, y otros que corresponden a nombres comerciales como Selvit, Gamal, Kanvas, Microcloth, etc. Como abrasivo puede usarse una suspensión acuosa de alúmina, óxido de cromo, óxido de hierro, óxido de magnesio, o para materiales muy duros una suspensión de polvo de diamante en aceite mineral. El tamaño de la partícula abrasiva en suspensión oscila entre 100 y algunas décimas de micrón. Los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero, con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giro entre 250 y 500 r.p.m. La presión a aplicar sobre la probeta, depende de la dureza de la aleación y debe disminuirse a medida que avanza el pulido, deberá ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del último papel (600) cuidando de no excederse en la presión por el peligro de desgarramiento del paño. Durante la operación del pulido, la probeta deberá desplazarse en la dirección del radio, desde el borde hasta el centro del disco. Debe lavarse la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente. Observar en el microscópio a 100 aumentos; si persisten las rayas provenientes del desbaste en el último papel, continuar con el pulido en la forma ya descrita, todo el tiempo que sea necesario para que éstas desaparezcan. La combinación adecuada de estas variables, permitirá alcanzar un óptimo pulido, aunque difícilmente se logre evitar algo de distorsión; para eliminar esta última, no queda otro recurso que el de ataque y pulido alternados. La observación microscópica de la probeta pulida permite reconocer la presencia de inclusiones no metálicas como sulfuros, silicatos, aluminatos, óxidos, microporosidades. microgrietas, y grafito. Antes de atacar la probeta debe desengrasarse con alcohol y secarse con aire frío o caliente. Para el ataque, se toma la probeta con la pinza y se sumerge con la cara pulida hacia abajo en el reactivo de ataque contenido en el cristalizador. Se tiene la probeta sumergida un segundo, se extrae, se lava con alcohol, se seca y se observa al microscópio, se registra el campo observado a diferentes aumentos. Se vuelve a pulir y se repite la operación descrita anteriormente manteniendo sucesivamente la probeta sumergida durante 2, 10, 20, 40 y 80 segundos, registrando el campo observado después de cada ataque. Mediante el ataque es posible poner de manifiesto el tamaño, forma y distribución del grano (fases o microconstituyentes), las heterogeneidades en la estructura y las segregaciones. Algunos de los reactivos de ataque son los siguientes: Acido pícrico (picral) 4 g. de ácido pícrico cristalizado, 100 cm3, de alcohol etílico al 95% Utilizable con todos los aceros aleados, aceros especiales y fundición gris, así como para estructuras particularmente finas. Oscurece la martensita, el ataque se prolonga desde 10 segundos hasta unos cuantos minutos, si se desea un ataque más lento, se sustituye el alcohol etílico por el amílico. Acido nítrico (nital) 4 cm3 de ácido nítrico concentrado (d= 1,4) 100 cm3, de alcohol etílico al 95% Resalta los diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos de los aceros no aleados. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita se ennegrese y la cementita se mantiene blanca.
Agua regia glicerinada 10 cm3 de ácido nítrico concentrado (d = 1,4) 30 cm3 de ácido clorhídrico (d = 1,19) 30 cm3 de glicerina bidestilada Pone de manifiesto las estructuras de los aceros especiales resistentes al calor y a la corrosión y de las aleaciones de Ni-Cr. Puede calentarse la probeta en agua hirviendo y también puede utilizarse el agua regia caliente.
Picrato sódico 2 g de ácido pícrico cristalizado 100 cm 3 de solución acuosa de hidrato sádico a 25% Descubre la cementita y los carburos complejos en los aceros especiales. Debe usarse la solución recién preparada e hirviendo. La duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos. Ferricianuro potásico alcalino 10 g. de ferricianuro potásico 10 g. de hidrato sódico lOO cm3, agua destilada. Destaca los carburos en los aceros rápidos y en los especiales resistentes al calor y la corrosión. Se utiliza recién preparada y normalmente hirviendo, la duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos. Ácido fluorhídrico 0,5 cm3 de ácido fluorhídrico al 40% 99,5 cm3, de agua destilada. Reactivo de uso general para mostrar la microestructura del acero. Se aplica frotando con algodón hidrófilo durante unos 15 segundos. Ácido sulfúrico 20 cm3, de ácido sulfúrico (d = 1,84) 80 cm3, de agua destilada. Pone de manifiesto los compuestos conteniendo hierro. Se aplica sumergiendo la probeta durante 30 segundos en el reactivo a 700C, y enfriándo bruscamente en agua. Reactivo triácido 1 cm3 ,de ácido fluorhídrico al 40% 1,5 cm3, de ácido clorhídrico (d = 1.19) 2,5 cm3, de ácido nítrico (d = 1,41) 95 cm5. de agua destilada. Descubre los granos de las aleaciones conteniendo cobre y de las aleaciones A1-Zn-Mg. Es muy adecuado para aleaciones tipo duraluminio y para ver la difusión del cobre en los enchapados. Se aplica por inmersión durante 5 a 20 segundos. Después del ataque se lava con agua caliente y se seca a chorro de aire. No debe eliminarse el depósito formado sobre la superficie. Ácido fosfórico 40 cm3, de ácido fosfórico a 75% 60 cm3, de agua destilada. Pone en evidencia la microestructura del aluminio en las aleaciones Al-Mg y las Al-Zn-Mg elaboradas plásticamente. Se aplica por inmersión durante 3 a 10 minutos. Para el ataque del cobre Solución al 10% de persulfato amónico Solución al 3% de agua oxigenada y amoníaco concentrado. Solución al 10% de ácido nítrico. Para bronces y latones 50 cm3, de ácido clorhídrico; 5 g. de percloruro de hierro lOO cm3, de agua destilada. Reactivo al ácido nítrico 50 cm3, de ácido nítrico 25 cm3, de ácido acético glacial 25 cm3 , de agua destilada. Apropiado para el bronce de aluminio
El microscopio metalográfico está formado por: Banco óptico, aparato para la iluminación de la probeta, objetivo, ocular para la observación directa y cámara fotográfica; el principio de funcionamiento es análogo al microscopio de Le Chatelier, con un arreglo tal que permite observar la luz reflejada por la superficie opaca del metal. El aumento total (X) del microscopio, está dado por el producto del aumento del ocular y el aumento del objetivo. En el microscopio Neophot-2: Aumento del objetivo: 8X 1OX 12.5X 16X 20X Aumento del ocular: 2.5X 6.3X 12.5X 16X 25X 40X 50X 100X Pulir y atacar probetas de: -Acero 1020 y 1060 AISI bonificado. -Fundición de hierro gris, nodular y blanca. -Aluminio y bronce.
PROCEDIMIENTO
1. Preparación de la probeta - Cortar material - Cortar PVC - Emparejar probeta (ambas caras) - Preparar solamente una cara
2. Montaje de la probeta -El montaje de la probeta se hace con acrílicos liquido y polvo al 2x1 doble de polvos una de liquido -la probeta debe estar bien centrada Tener cuidado que quede hacia abajo la cara mejor pulida - Hacer mezcla homogénea de los acrílicos teniendo el cuidado de aplicar la mezcla de inmediato - Dejar 40 minutos en reposo hasta que solidifique totalmente el acrílico
3. Pulidos de probeta - Grueso - Medio - Fino
1- Grueso: Se hace con el esmeril y con la lima
2- Medio: Se hace con lija, abrasivos: 50, 80, 100, 120, 150, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 400, 500, 600. - Cada ves que se cambia de abrasivos girar la probeta 90 grados - Comenzar con el abrasivo más grueso hasta llagar al más fino -No regresar a la lija anterior - Mostrar constantemente al profesor (lavada) - Utilizar bandeja con agua, vidrio, lija y cambiar el agua constantemente - No tocar con los dedos de las manos la probeta - Limpiar bien la probeta - Aplicar vaselina a la probeta cada ves que se deja de trabajar -Guardar la probeta en un recipiente hermético
CONCLUSIONES
Pudimos aprender sobre el montaje de la probeta, conocer los acrílicos y su preparación, los cuidados que hay que tener en el proceso de preparación de la probeta para su análisis metalografico.
RECOMENDACIONES
-Seria bueno tratar de utilizar herramientas de buena calidad y en buen estado como ser la lija, las hojas de las seguetas.
- Tratar de tener siempre el dron abastecido de agua.
- Usar guantes para no tocar directamente la probeta con las manos.
BIBLIOGRAFÍA
www.utp.edu.co/~publio17/prep_probeta.htm
Kehl, George; Fundamentos de la práctica metalográfica.
Las lijas están buenas para trabajar, no las puede estar cambiando cada pasada,si una hoja de sierra está gastada usted debe de pedirla, tambien es usted el que debe de estar pendienten del agua ya que le comenté que constantemente la cortan, con lo del los guantes se los pedí desde el primer dia de la clase por lo tanto debe de usarlos.-Debe de consultar diferentes fuentes bibliográficas para complementar los informes de laboratorio.- Su nota 18/20.
No ha trabajado en la tarea del diagrama hierro carbono tiene de nota 0/10.- Usted ha estado trabajando muy bien, trate de hacer las tareas en las fechas asignadas.
10 comentarios:
Debe de comenzar a hacer los resúmenes de los materiales y sus propiedades, lo mismo que entregar el informe del laboratorio del ensayo de la chispa, de lo contrario el plazo se le vencerá.
Debe de hacer los trabajos en la fecha que se le asignan, hasta el momento no ha escrito ninguno.- Debe de tener mucho cuidado .- Lo mandé a que fuera a la biblioteca y no lo ha hecho hasta hoy.
Ciencia de materiales
Refleja las diferentes disciplinas de esta ciencia. Estructura, Proceso, Funcionamiento y Propiedades
La ciencia de materiales implica investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Por el contrario, la ingeniería de materiales se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. Conviene matizar esta diferencia, puesto que a menudo se presta a confusión.
La ciencia de materiales es un campo multidisciplinario que estudia conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad.
Incluye elementos de la química y física, así como las ingenierías química, mecánica, civil y eléctrica. Con la atención puesta de los medios en la nanociencia y la nanotecnología en los últimos años, la ciencia de los materiales ha sido impulsada en muchas universidades.
A pesar de los espectaculares progresos en el conocimiento y en el desarrollo de los materiales en los últimos años, el permanente desafío tecnológico requiere materiales cada vez más sofisticados y especializados.
Historia
Históricamente, el desarrollo y la evolución de las sociedades han estado íntimamente vinculados a la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales necesarios para satisfacer sus necesidades. En efecto, las primeras civilizaciones se conocen por el nombre del material que usaban (Edad de Piedra, Edad de Bronce).
El hombre primitivo sólo tuvo acceso a muy reducido número de materiales presentes en la naturaleza: piedras, maderas, arcilla, cuero, etc. Con el transcurso del tiempo, descubrió técnicas para producir materiales con nuevas propiedades superiores a las de los naturales (principalmente aleaciones).
Hace relativamente poco tiempo que los científicos llegaron a comprender la relación entre elementos estructurales de los materiales y sus propiedades. Este conocimiento, adquirido en los últimos 200 años aproximadamente, los ha capacitado, en alto grado, para modificar o adaptar las características de los materiales. Quizá uno de los científicos más relevantes en este campo haya sido Willard Gibbs al demostrar la relación entre las propiedades de un material y su estructura.
Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos con características muy especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y compleja sociedad, se trata de metales, plásticos, vidrios y fibras. Una de las grandes revoluciones de esta ciencia fue el descubrimiento de las diferentes fases térmicas de los metales y, en especial, del acero. Actualmente los adelantos electrónicos más sofisticados se basan en componentes denominados materiales semiconductores.
Clasificación
Ejemplo de la estructura de un polímero, el polietileno
La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes:
• Metales
• Cerámicos
• Polímeros
• Materiales compuestos
• Semiconductores
Algunos libros hacen una clasificación más exhaustiva, aunque con estas categorías cualquier elemento puede ser clasificado.
En realidad en la ciencia de materiales se reconocen como categorias unicamente los Metales, los materiales Ceramicos y los Polimeros, cualquier material puede incluirse en una de estas categorias, asi pues los semiconductores pertenecen a los materiales ceramicos y los materiales compuestos no son más que mezclas de materiales pertenecientes a las categorias principales.
Aplicaciones y relación con la industria
Una de las técnicas relacionada con esta ciencia es el moldeo de lingotes.
Los avances radicales en los materiales pueden conducir a la creación de nuevos productos o nuevas industrias, pero las industrias actuales también necesitan científicos de materiales para incrementar las mejoras y localizar las posibles averías de los materiales que están en uso. Las aplicaciones industriales de la ciencia de materiales incluyen la elección del material, su coste-beneficio para obtener dicho material, las técnicas de procesado y las técnicas de análisis.
Además de la caracterización del material, el científico o ingeniero de materiales (aunque haya una diferencia, muchas veces el ingeniero es científico y viceversa) también debe tratar la extracción y su posterior conversión en materiales útiles. El moldeo de lingotes, técnicas de fundido, extracción en alto horno, extracción electrolítica, etc., son parte del conocimiento requerido en un ingeniero metalúrgico.
Dejando aparte los metales, polímeros y cerámicas son también muy importantes en la ciencia de materiales. Los polímeros son un material primario usado para conformar o fabricar plásticos. Los plásticos son el producto final después de que varios polímeros y aditivos hayan sido procesados y conformados en su forma final. El PVC, polietileno, etc., son ejemplos de plásticos.
En lo que respecta a los cerámicos, se puede citar la arcilla, así como su modelado, secado y cocido para obtener un material refractario.
Ámbitos
La estructura cristalina es una parte esencial en esta ciencia. Esta por ejemplo es del sistema ortorrómbico
La ciencia de materiales abarca muchísimos temas, desde la estructura atómica, propiedades de los diferentes materiales, procesos y tratamientos.
Este sería un resumen a gran escala:
• Estructura atómica y enlaces interatómicos
• Estructura de sólidos cristalinos
• Imperfecciones en estructuras cristalinas
• Procesos de difusión atómica
• Propiedades de los materiales
• Dislocaciones y mecanismos de endurecimiento
• Rotura
• Diagramas de fases
• Transformaciones de fases
• Tratamientos térmicos
• Aleaciones
Fuentes
• Callister, W.D. (1997), Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Barcelona: Editorial Reverté, S.A.. 84-291-7253X.
• Smith, W.F. (1992), Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, McGraw-Hill / Interamericana de España, S.A.. 84-7615-940-4.
• Shackelford, J.F. (2005), Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros, Pearson Alhambra. 84-205-4451-5.
Clasificación de los materiales
-Los objetos que nos rodean están fabricados con una gran variedad de materiales que podemos clasificar de diferentes formas; por ejemplo, por su origen. Sin embargo, el criterio más adecuado para clasificar materiales es por sus propiedades.
Clasificación de los materiales según sus propiedades
A lo largo de esta unidad estudiaremos en detalle las propiedades de los materiales. Según estas propiedades, podemos clasificar los materiales más usuales en los siguientes grupos: maderas, metales, plásticos, materiales pétreos, cerámicas y vidrios o materiales textiles.
MATERIAL APLICACIONES PROPIEDADES EJEMPLOS OBTENCIÓN
Madera Muebles. Estructuras. Embarcaciones. No conduce el calor ni la electricidad. Fácil de trabajar. Pino. Roble. Haya. A partir de árboles.
Metal Clips. Cuchillas. Cubiertos. Estructuras. Buen conductor del calor y la electricidad. Dúctil y maleable. Acero. Cobre. Estaño. Aluminio. A partir de determinados minerales.
Plástico Bolígrafos. Carcasas de electrodomésticos. Envases. Ligero. Mal conductor del calor y la electricidad. PVC. PET. Porexpán (corcho blanco). Metacrilato. Mediante procesos químicos, a partir del petróleo.
Pétreos Encimeras. Fachadas y suelo de edificios. Pesados y resistentes. Difíciles de trabajar. Buenos aislantes del calor y la electricidad. Mármol. Granito. Se obtienen de las rocas, en canteras.
Cerámica y vidrio Vajillas. Ladrillos, tejas. Ventanas, puertas. Cristales. Duro. Frágil. Transparente (solo vidrio). Loza. Porcelana. Vidrio. Cerámica: a partir de arcillas y arenas por moldeado y cocción. Vidrio: se obtiene mezclando y tratando arena, caliza y sosa.
Textiles Ropa. Toldos. Flexibles y resistentes. Fáciles de trabajar. Algodón. Lana. Nailon. Se hilan y tejen fibras de origen vegetal, animal o sintético.
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MATERIALES Y SUS PROPIEDADES
Definiciones de algunas propiedades importantes
Adelgazamiento: Disminución del área de la sección transversal que ocurre después de alcanzar la tensión tractiva de rotura instantes previos a la fractura del material.
Anisotropía – Material Anisótropo: característica de un material según la cual sus propiedades son diferentes en distintas direcciones.
Capacidad calorífica Específica: Es la razón de calor almacenado por masa ak cambio en la temperatura del material.
Cerámica: material compuesto de elementos metálicos y no metálicos.
Coeficiente de dilatación térmica: razón de alargamiento de un material con relación al incremento de temperatura
Coeficiente de Poisson: valor absoluto de la relación entre la deformación unitaria normal transversal y la deformación unitaria axial
Conductividad térmica: capacidad de un material para transmitir calor.
Densidad: masa por unidad de volumen de un sólido.
Ductilidad – Material Dúctil: capacidad de deformación plástica de un material antes de su rotura. Un material se considera dúctil cuando puede soportar alargamientos mayores al 5%.
Elastómeros: polímeros con una cantidad intermedia de enlaces cruzados.
Endurecimiento por deformación unitaria: aumento de la dureza y la resistencia de un material dúctil al ser deformado plásticamente.
Fluencia: inicio de la deformación plástica.
Fragilidad – Material Frágil: Propiedad del material se rompe sin mayor deformación plástica. Un material se considera frágil cuando se fractura con alargamientos menores al 5%.
Homogeneidad material: calidad de invariabilidad de las propiedades de un material en cada uno de los puntos constituyentes.
Isotropía – Material Isótropo: característica de un material según la cual sus propiedades son iguales en distintas direcciones.
Límite de proporcionalidad: tensión por encima de la cual desaparece la linealidad entre las tensiones y las deformaciones.
Límite elástico: Tensión por encima de la cual el material recibe deformación permanente.
Materiales compuestos: son combinaciones de dos o más componentes. Normalmente están formados por resinas poliméricas reforzados con fibras o inclusiones.
Módulo de elasticidad longitudinal: es la constante de proporcionalidad entre las tensiones normales y las deformaciones normales.
Módulo de elasticidad tangencial: ídem anterior pero entre tensiones y deformaciones tangenciales.
Ortotropía – Material Ortótropo: característica de un material según la cual sus propiedades son diferentes en direcciones perpendiculares entre sí.
Polímeros: Compuestos plásticos de carbono y otros elementos químicos que forman moléculas en largas cadenas.
Resiliencia: Capacidad de un material para liberar la energía absorbida en el proceso de deformación.
Tenacidad: capacidad de un material para absorber energía de deformación hasta su rotura.
Materiales Termo fraguados: polímeros que tienen una estructura altamente entrecruzada.
Materiales Termoplásticos: Polímeros sin enlaces cruzados.
Tablas de Propiedades de los materiales.
Tabla de densidades de materiales. Tabla extractada de Referencia[2]
Material Kg/m3 lbm/pul3
Aceros 7800 0.28
Aluminio y sus aleaciones 2700 0.097
Babbit, metal blanco con base estaño 7400 0.26
Babbit, metal blanco con base plomo 10100 0.37
Bronce fosforoso 8700 0.31
Bronce poroso 6400 0.23
Hierro fundido 7400 0.27
Cobre 8900 0.32
Latones 8600 0.31
Tabla de Módulos de Elasticidad. Tabla extractada de Referencia[2]
Material GPa Mpsi
Aceros, aleaciones bajas 196 28.4
aceros aleaciones altas 200 29.0
Aluminio y sus aleaciones 70 10.2
Babbit, metal blanco con base estaño 52 7.5
Bronce fosforoso 110 16.0
Bronce poroso 60 8.7
Hierro fundido 170 24.7
Cobre 124 18.0
Latones
100 14.5
Tabla de Coeficientes de Poisson. Tabla extractada de Referencia[2]
Material ν
Aceros, aleaciones bajas 0.3
aceros aleaciones altas 0.3
Aluminio y sus aleaciones 0.33
Babbit, metal blanco con base estaño --
Bronce fosforoso 0.33
Bronce poroso 0.22
Hierro fundido 0.26
Cobre 0.33
Latones
0.33
Tabla de Coeficientes de dilatación térmica lineal: Extractada de Referencia[2]
Material (°C)-1 (°F)-1
Aceros, aleaciones bajas 11*10-6 6.1*10-6
aceros aleaciones altas 11*10-6 6.1*10-6
Aluminio y sus aleaciones 24*10-6 13.3*10-6
Babbit, metal blanco con base estaño 23*10-6 13*10-6
Bronce fosforoso 18*10-6 10*10-6
Bronce poroso 18*10-6 10*10-6
Hierro fundido 11*10-6 6.1*10-6
Cobre 18*10-6 10*10-6
Latones 19*10-6 10.6*10-6
Tabla de propiedades de los materiales ferrosos: Extractada de Referencia[2]
Material Densidad
kg/m3 Módulo de elasticidad [Gpa] Resistencia a fluencia
[Mpa] Resistencia a la rotura
[Mpa] Ductilidad % alarg. en 2 pulgadas coeficiente de Poisson Conduct. Térmica
[W/m-°C] Coef. de dilatación (°C)-1 10-6
Fundición 7870 207 130 260 45 029 80 11.8
fundición gris 7150 variable --- 125 -- variable 46 10.8
fundición nodular 7120 165 275 415 18 0.28 33 11.8
fundición maleable 7200 172 220 345 10 0.26 51 11.9
Acero AISI 1020 7860 207 295 395 37 0.30 52 11.7
Acero AISI 1040 7850 207 350 520 30 0.30 52 11.3
Acero AISI 1080 7840 207 380 615 25 0.30 48 11.0
Acero AISI 446 7500 200 345 552 20 0.30 21 10.4
Acero AISI 316 800 193 207 552 60 0.30 16 16.0
Acero AISI 410 7800 200 275 483 30 0.30 25 9.9
Tabla de propiedades de los materiales No ferrosos: Extractada de Referencia[2]
Material Densidad
kg/m3 Módulo de elasticidad [Gpa] Resistencia a fluencia
[Mpa] Resistencia a la rotura
[Mpa] Ductilidad % alarg. en 2 pulgadas coeficiente de Poisson Conduct. Térmica
[W/m-°C] Coef. de dilatación (°C)-1 10-6
Aluminio puro 2710 69 17 55 25 0.33 231 23.6
Aluminio (aleación) 2800 72 97 186 18 0.33 192 22.5
Cobre puro 8940 110 69 220 45 0.35 398 16.5
Latón (70Cu-30Zn) 8530 110 75 303 68 0.35 120 20.0
Bronce (90Cu-8Sn) 8800 110 152 380 70 0.35 62 18.2
Magnesio puro 1740 45 41 165 14 0.29 122 27.0
Molibdeno puro 10220 324 565 655 35 -- 142 4.9
Níquel 8900 207 138 483 40 0.31 80 13.3
Plata 10490 76 55 125 48 0.37 418 19.0
Titanio 4510 107 240 330 30 0.34 17 9.0
Bibliografía.
[1] J.E. Shigley y C.R. Mischke, “Diseño en Ingeniería Mecánica”, McGraw Hill 2002.
[2] B.J. Hamrock, B. Jacobson y S.R. Schmid, “Elementos de Máquinas”, McGraw Hill 2000
[3] R.L. Norton, “Diseño de maquinaria”, McGraw Hill 2000.
UTN-FRBB Cátedra: Elementos de Máquinas. Profesor: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan
1.- METALOGRAFIA:
Es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas.
Entre las características estructurales están el tamaño de grano, el tamaño, forma y distribución de las fases que comprenden la aleación y de las inclusiones no metálicas, así corno la presencia de segregaciones y otras irregularidades que profundamente pueden modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento general de un metal.
Mucha es la información que puede suministrar un examen metalográfico. El principal instrumento para la realización de un examen metalográfico es el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50 y 2000.
2.- OBJETIVO PRINCIPAL DE LA METALOGRAFIA:
Es la realización de una reseña histórica del material buscando microestructura, inclusiones, tratamientos térmicos a los que haya sido sometido, microrechupes, con el fin de determinar si dicho material cumple con los requisitos para los cuales ha sido
diseñado; además hallaremos la presencia de material fundido, forjado y laminado. Se conocerá la distribución de fases que componen la aleación y las inclusiones no metálicas, así como la presencia de segregaciones y otras irregularidades.
3.- OPERACIONES A SEGUIR PARA PREPARAR UNA MUESTRA METALOGRAFICA:
a) Corte: El tamaño de la muestra siempre que se pueda debe ser tal que su manejo no encierre dificultad en la operación.
-Corte por Sierra
Produce severas condiciones de trabajo en frío y no es ventajoso. El corte mediante este método ocasiona superficies irregulares con valles excesivamente altos, dando como efecto más tiempo de aplicación de las técnicas de preparación de las muestras. Generalmente este tipo de corte es utilizado para extraer probetas de piezas muy grandes, para poder luego proceder con el corte abrasivo y adecuar la probeta a los requerimientos necesarios.
-Corte por Disco Abrasivo
Este tipo de corte es el más utilizado, ya que la superficie resultante es suave, y el corte se realiza rápidamente. Los discos para los cortes abrasivos, están formados por granos abrasivos (tales como óxido de aluminio o carburo de silicio), aglutinados con goma u otros materiales. Los discos con aglutinantes de goma son los más usados para corte húmedo; los de resina son para corte en seco.
b) Montaje de muestras: Con frecuencia, la muestra a preparar, por sus dimensiones o por su forma, no permite ser pulida directamente, sino que es preciso montarla o embutirla en una pastilla. El material del que se componen estas puede ser Lucita (resina termoplástica) o Bakelita (resina termoendurecible).
c) Desbaste: Después de montada la probeta, se inicia el proceso de desbaste sobre una serie de hojas de esmeril o lija con abrasivos más finos, sucesivamente. El proceso de desbaste se divide en 3 fases: Desbaste grosero, Desbaste intermedio y Desbaste final. Cada etapa de preparación de probetas metalograficas debe realizarse muy cuidadosamente para obtener al final una superficie exenta de rayas.
-Desbaste Grosero
Es el desbaste inicial, que tiene como objetivo planear la probeta, lo cual puede hacerse a mano y aun mejor con ayuda de una lijadora de banda. El papel de lija utilizado es de carburo de silicio con granos de 240 o papel de esmeril # 1. En cualquier caso, la presión de la probeta sobre la lija o papel de esmeril debe ser suave, para evitar la distorsión y rayado excesivo del metal.
-Desbaste Intermedio
Se realiza apoyando la probeta sobre el papel de lija o de esmeril, colocado sobre una mesa plana o esrneriladora de banda fija. En esta fase se utilizan los papeles de lija No. 320/340 y 400 o de esmeril # 1/O y 2/O.
-Desbaste Final
Se realiza de la misma forma que los anteriores, con papel de lija No. 600 ó de esmeril # 3/0. En todo caso, en cada fase del desbaste debe tomarse siempre en cuenta el sistema refrigerante. Cada vez que se cambie de papel, debe girarse 90 grados, en dirección perpendicular a la que se seguía con el papel de lija anterior, hasta que las rayas desaparezcan por completo. Se avanza y se facilita mucho las operaciones descritas utilizando una pulidora de discos, a las que se fija los papeles de lija adecuado en cada fase de la operación. Las velocidades empleadas varían de 150 a 250 rpm. En otro caso se pueden utilizar debastadoras fijas o de bandas giratorias.
d) Pulido:
-Pulido fino
La última aproximación a una superficie plana libre de ralladuras se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño cargado con partículas abrasivas seleccionadas en su tamaño. En éste sentido, existen muchos abrasivos, prefiriendo a gamma del oxido de aluminio para pulir metales ferrosos, los basados en cobre u oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. Otros abrasivos son la pasta de diamante, oxido de cromo y oxido de magnesio. La selección del paño para pulir depende del material que se va a pulir y el propósito del estudio metalográfico.
-Pulido electrolítico
Es una alternativa de mejorar al pulido total pudiendo reemplazar al fino pero muy difícilmente al pulido intermedio. Se realiza colocando la muestra sobre el orificio de la superficie de un tanque que contiene la solución electrolítica previamente seleccionada, haciendo las veces de ánodo. Como cátodo se emplea un material inerte como platino, aleación de níquel, cromo, etc. Dentro del tanque hay unas aspas que contienen en constante agitación al líquido para que circule permanentemente por la superficie atacándola y puliéndola a la vez. Deben controlarse el tiempo, el amperaje, el voltaje y la velocidad de rotación del electrolito para obtener un pulido satisfactorio. Muchas veces después de terminado este pulido la muestra queda con el ataque químico deseado para la observación en el microscopio.
e) Ataque: Permite poner en evidencia la estructura del metal o aleación. Existen diversos métodos de ataque pero el más utilizado es el ataque químico. El ataque químico puede hacerse sumergiendo la muestra con cara pulida hacia arriba en un reactivo adecuado, o pasar sobre la cara pulida un algodón embebido en dicho reactivo. Luego se lava la probeta con agua, se enjuaga con alcohol o éter y se seca en corriente de aire. El fundamento se basa en que el constituyente metalográfico de mayor velocidad de reacción se ataca más rápido y se verá mas oscuro al microscopio, y el menos atacable permanecerá más brillante, reflejará más luz y se verá más brillante en el microscopio.
f) Observación
g) Fotomicrografía
4.- DESCRIPCION DEL MICROSCOPIO METALURGICO:
En comparación al microscopio biológico el microscopio metalúrgico difiere en la manera en que la luz es proyectada. Como una muestra metalográfica es opaca a la luz, la misma debe ser iluminada por luz reflejada. Un haz de luz horizontal de alguna 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. Un poco 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 del lente. Cuando es utilizada una combinación particular de objetivo y ocular y una longitud adecuada de tubo, la amplificación total es igual al producto de las amplificaciones del objetivo y ocular. La amplificación máxima obtenida con el microscopio óptico es de unos 2000 x. La limitación principal es la longitud de onda de la luz visible, la cual limita la resolución de los detalles finos de la muestra metalográfica. La utilidad del microscopio metalúrgico puede ser ampliada debido a la incorporación de diversos aparatos auxiliares, como son los que permiten observar aspectos estructurales que no son visibles en condiciones normales. Puesto que el ojo humano es insensible a las diferencias de fase, debe incorporarse al microscopio un aparato óptico especial. Las diferencias de fases causados por variaciones extremadamente pequeñas al nivel de microestructuras, se transforman más tarde, en diferencias de intensidad en la imagen observada, revelando de esta forma aspectos invisibles bajo iluminación ordinaria.
5.- TECNICAS DE PREPARACION METALOGRAFICAS:
Preparación Normal o Tradicional
Esmerilado burdo o tosco: La muestra debe ser de un tamaño de fácil manipulación. Una muestra blanda se puede aplanar si se mueve lentamente hacia arriba y abajo a través de una superficie de una lima plana poco áspera. La muestra plana o dura puede esmerilarse sobre una lija de banda, manteniendo la muestra fría sumergiéndola frecuentemente en agua durante la operación de esmerilado, evitando alterar su estado con el calor que se produce en el acto de pulido y asi mantener una misma fase. En todas las operaciones de esmerilado, la muestra debe moverse en sentido perpendicular a la ralladura existente. El esmerilado, continúa hasta que la superficie quede plana, y todas las ralladuras debidas al corte manual o al disco cortador no sean visibles, emulando la superficie de un espejo.
Montaje: Este paso se realiza en el caso que las muestras sean pequeñas o de difícil manipulación en las etapas de pulido intermedio y final. Piezas pequeñas como tornillos, tuercas, muestras de hojas metálicas, secciones delgadas entre otros, deben montarse en un material adecuado o sujetarse rígidamente en una monta mecánica. La resina que se utiliza para fijar la probeta, se aplica a la probeta por medio de temperatura, es decir, es una resina termo-fijadora, comúnmente empleada para montar muestras es la baquelita. La muestra y cantidades correctas de baquelita, se colocan en un cilindro de la prensa de montar manual. La temperatura y presión aplicada producen una fuerte adhesión de la baquelita a la muestra, proporcionando un tamaño uniforme convenientes para manipular las muestras en operaciones de pulido posteriores.
Pulido Intermedio: Luego del paso anterior, la muestra se pule sobre una serie de hojas de esmeril o lijas que contienen abrasivos finos. El primer papel es generalmente Nº 150 luego 200, 300, 400 y finalmente es posible encontrar en el mercado Nº1500. Antes de pulir con la siguiente lija se debe girar en 90º la muestra, a fin de eliminar el rayado realizado con la lija anterior. Las operaciones de pulido intermedio con lijas de esmeril se hacen en húmedo; sin embargo, en ciertos casos, es conveniente realizar este paso en seco ya que ciertas aleaciones se corroen fácilmente por la acción del agua.
Pulido Fino: Esta etapa representa una de los pasos de mayor cuidado por parte del preparador de muestras, ya que en muchas ocasiones en la superficie del metal se han formado dobles caras o planos y que por supuesto por ningún motivo pueden ser utilizadas para el pulido fino, sino se remedia tal defecto superficial. El pulido fino se realiza mediante un disco giratorio cubierto con un paño especial, húmedo, cargado con partículas abrasivas, como es el oxido de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los base cobre, y oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. La selección del paño para pulir depende del material y del propósito del estudio metalográfico. Se pueden encontrar paños de lanilla o pelillo, similares a los que se utilizan el las mesas de pool. También se pueden encontrar paños sintéticos para pulir con fines de pulido general, de los cuales el Gama y el Micropaño son los que se utilizan más ampliamente.
Preparación Electroquímica
La técnica por pulido electroquímico requiere al igual que el caso anterior, la selección de una probeta de un tamaño apropiado para luego utilizar el electropulido. Este método consiste en una disolución electroquímica de la superficie del metal que produce un aislamiento y pulido, se aplica por lo general a muestras pequeñas. En el caso de metales blandos se requiere tomar ciertas precauciones para realizar el pulido debido a que se pueden formar capas amorfas. Para que ello no ocurra se utiliza también el pulido electrolítico, para lo cual se coloca la probeta como ánodo en una solución adecuada de electrolito (suspendida por un hilo de platino sujeta por pinzas conectadas al polo positivo de una batería) de tal forma de aplicar una fuerza electromotriz creciente, la intensidad se va a elevar hasta alcanzar un máximo. Aunque el potencial va aumentando, cae hasta alcanzar un valor constante y luego se vuelve a elevar bruscamente. Esta parte constante de la curva indica que corresponde al período de formación de la superficie lisa y brillante. Las probetas se lavan y luego se atacan por el método usual o bien se puede utilizar un ataque electrolítico que consiste en reducir la intensidad de corriente sin cambiar el electrolito inicial.
6.-CONSTITUYENTES METALOGRÁFICOS:
En los aceros, el carbono se encuentra en general, o combinado en forma de cementita o disuelto, rara vez en forma de grafito. Este es el motivo por el cual solo se emplea el diagrama de equilibrio metaestable Fe - Fe3C para el estudio de los aceros. Los constituyentes estructurales de equilibrio de los aceros son:
Austenita: Se define como una solución sólida de carbono en hierro gamma. Solo es estable a temperaturas superiores a 723 ºC, desdoblándose por reacción eutectoide, a temperaturas inferiores, en ferrita y cementita. Solo puede aparecer austenita a temperatura ambiente en los aceros austeníticos, en este caso la austenita si es estable a temperatura ambiente. Es deformable como el hierro gamma, poco dura, presenta gran resistencia al desgaste, es magnética, es el constituyente más denso de los aceros y no se ataca con reactivos. La resistencia de la austenita retenida a la temperatura ambiente oscila entre 80 y 100 daN/mm2 y el alargamiento entre 20 y 25 %. Puede disolver hasta 1,7-1,8 % de carbono. Presenta red cristalográfica cúbica centrada en las caras (c.c.c.), con los siguientes parámetros de red, a=3,67 A y d=2,52 A.
Ferrita: Este constituyente está formado por una solución sólida de inserción de carbono en hierro alfa. Es el constituyente más blando de los aceros pero es el más tenaz, es el más maleable, su resistencia a la tracción es de 28 daN/mm2 y su alargamiento de 35 %. Su solubilidad máxima es de 0,008 %. Puede también mantener en solución de sustitución a otros elementos tales como Si, P, Ni, Cr, Cu... que figuran en los aceros, bien como impurezas, bien como elementos de aleación. La ferrita se presenta en los aceros hipoeutectoides como constituyente y mezclada con la cementita entra a formar parte de la perlita. Si el acero es muy pobre en carbono, su estructura está formada casi en su totalidad por granos de ferrita cuyos límites pueden revelarse fácilmente con el microscopio, después de un ataque con ácido nítrico diluido. Los granos son equiaxiales. Tiene una distancia interatómica de 2,86 A y un diámetro atómico de 2,48 A.
Perlita: Está formada por una mezcla eutectoide de dos fases, ferrita y cementita, se produce a 723 ºC cuando la composición es de 0,8 %. Su estructura está constituida por láminas alternadas de ferrita y cementita, siendo el espesor de las láminas de ferrita superior al de las de cementita, estas últimas quedan en relieve después del ataque con ácido nítrico, lo cual hace que en la observación microscópica se revelen por las sombras que proyectan sobre las láminas de ferrita. La perlita es más dura y resistente que la ferrita, pero más blanda y maleable que la cementita. Se presenta en forma laminar, reticular y globular.
Cementita: Es un constituyente que aparece en fundiciones y aceros. Es el carburo de hierro, de fórmula Fe3C, que cristaliza en el sistema ortorrómbico. Es muy frágil y duro, teniendo sobre 840 Vickers, y es muy resistente al rozamiento en las fundiciones atruchadas. A bajas temperaturas es ferromagnético y pierde esta propiedad a 212 ºC (punto de Curie). Se piensa que funde por encima de 1950 ºC, y es termodinámicamente inestable a temperaturas inferiores a 1200 ºC. Se puede presentar en forma reticular, laminar y globular.
Bainita: Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C. Se diferencian 2 tipos de estructuras: la Bainita superior de aspecto arborescente formada a 500-580°C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos y la Bainita inferior, formada a 250-4000 ºC tiene un aspecto similar a la martensita y esta constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos. La bainita tiene una dureza que va de 40 a 60 HRc.
Sorbita: Se obtiene con un revenido después del temple. Al realizar el calentamiento la martensita experimenta una serie de transformaciones y en el intervalo comprendido entre 400 y 650 ºC la antigua martensita ha perdido tanto carbono, que se ha convertido ya en ferrita. La estructura así obtenida se conoce como sorbita.
Martensita: Es una solución sólida, intersticial, sobresaturada de carbono en hierro alfa. Es el constituyente estructural de temple de los aceros y su microestructura se presenta en forma de agujas cruzadas. Los átomos de hierro están como en la ferrita, en los vértices. Los átomos de carbono están en las caras y en las aristas, presenta por tanto una red distorsionada. Esta distorsión de la red es la responsable de la dureza de la martensita. Presenta una red tetragonal. Sus características mecánicas son resistencia a la tracción entre 170-250 Kg/mm2, dureza HRc entre 50-60, alargamiento de 0,5 % y es magnética.
7.- EXAMEN MICROGRAFICO Y MACROGRAFICO
La forma mas sencilla de realizar el estudio, es examinando las superficies metálicas a simple vista, logrando determinar de esta forma las características macroscópicas. Este examen se denomina macrográfico y de ellos se extraen datos sobre los tratamientos mecánicos sufridos por el material, es decir, determinar si el material fue trefilado, laminado, forjado, entre otros, comprobar la distribución de defectos como grietas superficiales, de forja, rechupes, partes soldadas. Así mismo, los exámenes macroscópicos se realizan generalmente sin preparación especial, pero a veces es necesaria una cuidadosa preparación de la superficie para poner de manifiesto las características macroscópicas. En macroscopía, 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.
Por otra parte, existe otro tipo de examen que es el examen micrográfico, que representa una técnica más avanzada y se basa en la amplificación de la superficie mediante instrumentos ópticos (microscopio) para observar las características estructurales microscópicas (microestructura). Este tipo de examen permite realizar el estudio o controlar el proceso térmico al que ha sido sometido un metal, debido a que los mismos colocan en evidencia la estructura o los cambios estructurales que sufren en dicho proceso. Como consecuencia de ello también es posible deducir las variaciones que experimentan sus propiedades mecánicas (dependiendo de los constituyentes metalográficos presentes en la estructura). Los estudios ópticos microscópicos producen resultados que no solo son útiles a los investigadores sino también a los ingenieros. El examen de la microestructura es muy útil para determinar si un metal o aleación satisface las especificaciones en relación a trabajos mecánicos anteriores, tratamientos térmicos y composición general. La microestructura es un instrumento para analizar las fallas metálicas y para controlar procesos industriales. Para un estudio de ella se necesita una preparación aún más cuidadosa de la superficie. No obstante el procedimiento de preparación de la superficie es básicamente el mismo para ambos ensayos metalográficos. Esta experiencia delinea una forma de preparar muestras pequeñas de acero blando) con el fin de realizar un examen metalográfico. Los pasos a seguir en el procedimiento de preparación son los mismos para todos los materiales difiriendo solo las herramientas de corte y el grado de finura de los papeles de esmeril según la dureza del material. El reactivo de ataque a utilizar depende del tipo de aleación. Los ensayos micrográficos se realizan sobre muestras o probetas de los materiales que han de ser sometidos a estudio, preparamos una superficie que luego de ser pulida convenientemente, se ataca con reactivos químicos apropiados a la finalidad de la determinación a realizar.
Conociendo mejor el examen micrográfico:
Si el examen se ejecuta para analizar una fractura, la que se sospecha provocada por irregularidades en el material, las muestras deberán ser por lo menos dos, una de la propia fractura y otra de una zona intacta de la misma pieza, con el objeto de observar y comparar las modificaciones que ha sufrido la estructura y de las que se podrán deducir y contar con una mayor cantidad de datos, es necesario tener en cuenta además, los tratamientos recibidos por la pieza en su fabricación, como forjado, laminado, recocido, temple, entre otros; pues en muchos casos (forjado y laminado) es beneficio contar con muestras en las distintas direcciones de sus fibras. Como se ha indicado, el estudio en si se hace sobre superficies convenientemente preparadas de dichas muestras o probetas. Esta preparación consiste en llegar a un pulido casi perfecto, para lo cual se parte de un desbaste que podríamos llamar grueso, con el fin de aplanar la superficie, lo que se consigue con un ajuste a lima o con el auxilio de devastadoras mecánicas de diseño especial. Los reactivos químicos y sus finalidades son muy variadas, pero en principio se busca con ellos la revelación, por coloración o por corrosión, de los distintos componentes de una estructura metalografica para poder diferenciarlos con facilidad. Por lo general, están constituidos por ácidos o álcalis diluidos en alcoholes, agua o glicerina. Y su elección se hará de acuerdo con la naturaleza química de la estructura a destacar en la muestra. Con tal fin, una vez pulida la superficie se hará en agua caliente, frotándola con un algodón o tela suave para quitarle todo rastro de las operaciones anteriores que pueda presentar, concluyendo esta limpieza con alcohol etílico o solvente similar y secándola con un soplado de aire caliente. Las fotografías obtenidas de estos exámenes, genéricamente llamados “Microfotografías”, se logran con la ayuda del microscopio metalográfico, cuyos principios ópticos y de observación no difieren mayormente de los comunes. En él, con iluminación adecuada, se observa por reflexión (los rayos luminosos al incidir sobre el objeto se refleja hacia el ocular), la imagen de la superficie atacada, a través de un sistema de lentes con los que se amplifica según lo que requiera la observación. Por otra parte, con la observación de las estructuras micrográficas y por comparación con microfotografías, es posible deducir el contenido aparente de carbono, finura y variedad de los componentes, clasificación de aceros, reconocer las inclusiones por defectos de fabricación (óxidos, silicatos, oxisulfuros, silicoaluminatos)
EXAMEN METALOGRAFICOS A LAS PROBETAS DE SAE 1015 Y SAE 1045
Muestra 1
Muestra 2
Según como vemos en las micrografías obtenidas de los exámenes, reafirman que la muestra 1 es un acero SAE 1015 según la distribución de la perlita y la ferrita. Y las micrografías de la muestra 2 reafirman que estamos trabajando con un acero SAE 1045, así lo muestra el contenido de ferrita y de la perlita laminar.
8.-CORTADORAS METALOGRÁFICAS
IB-FINOCUT
Cortadora metalográfica de precisión de baja velocidad.
• Potencia del motor 40 W.
• Velocidad variable 40 - 450 rpm cabezal micrométrico, mordaza universal, apagado automático al finalizar el proceso de corte.
• Sistema de refrigeración incorporado.
• Disponibles diversas mordazas para distintas aplicaciones.
• Disco de corte: diámetro 125 mm.
• Cabezal micrométrico: 0 - 25 mm.
IB-MINICUT
La cortadora metalográfica más compacta diseñada para cortar piezas de pequeño tamaño.
• Suministrada con una campana de protección de fibra de vidrio desde la que se puede controlar el proceso de corte.
• Mordazas de accionamiento rápido. Interruptor de seguridad.
• Sistema de recirculación del refrigerante de 55 l.
• Máxima capacidad de corte: diámetro 60 mm.
• Potencia del motor: 1,5 CV
• Disco de corte: diámetro 250 mm.
IB-METACUT
Cortadora metalográfica diseñada para múltiples aplicaciones.
• Doble mordaza de accionamiento rápido.
• Cámara de corte iluminada.
• Campana de protección de fibra de vidrio con ventana para controlar el proceso de corte.
• Sistema de frenado electrónico.
• Sistema de recirculación del refrigerante de 55 l.
• Máxima capacidad de corte: diámetro 75 mm.
• Potencia del motor: 4 CV
• Disco de corte: diámetro 250 mm.
• Mesa de corte: 210 x 210 mm.
IB-SERVOCUT
Cortadora metalográfica automática controlada por microprocesador.
• Diseñada para realizar cortes eficaces y precisos en todo tipo de piezas.
• Sistema de frenado electrónico.
• Velocidad de avance programable.
• Técnica de corte por impulsos.
• Sistema de recirculación del refrigerante de 55 l.
• Máxima capacidad de corte: diámetro 75 mm.
• Potencia del motor: 4 CV
• Disco de corte: diámetro 250 mm.
• Mesa de corte: 210 x 210 mm.
• Aire comprimido: 6 bar.
IB-ROBOCUT-M
Gran cortadora metalográfica con un potente motor de 6,3 CV.
• Sistema de frenado electrónico.
• Mesa de corte con ranuras en T y doble mordaza de accionamiento rápido.
• Base de fundición.
• Campana de protección de fibra de vidrio desde la que se controla el proceso de corte.
• Sistema de recirculación de 85 l.
• Armario base integrado.
• Máxima capacidad de corte: diámetro 120 mm.
• Potencia del motor: 6,3 CV
• Disco de corte: diámetro 350 mm.
• Mesa de corte: 350 x 350 mm.
IB-ROBOCUT-A
Gran cortadora metalográfica automática con microprocesador de control y operación hidroneumática.
• Mesa de corte con ranuras en T y doble mordaza de accionamiento rápido ajustable para aflojar diversos tipos y tamaños de piezas.
• Fuerza de corte y avance programables.
• Corte por impulsos.
• Sistema de recirculación de 85 l.
• Armario base integrado.
• Máxima capacidad de corte: diámetro 120 mm.
• Potencia del motor: 6,3 CV
• Disco de corte: diámetro 350 mm.
• Mesa de corte: 350 x 350 mm.
• Aire comprimido: 6 bar
9.- PRENSAS METALOGRÁFICAS
IB-METAPRESS
Prensa hidráulica para montaje en caliente.
Especialmente diseñada para laboratorios donde se prepare un número moderado de piezas.
• Carcasa de fibra de vidrio anticorrosión.
• Comparador de lectura directa de presión.
• Sistema automático de refrigeración por agua.
• Señal acústica al finalizar el proceso.
• Admite moldes de 25 a 40 mm.
• Temperatura máxima 200 ºC.
• Potencia de calentamiento: 1400 W
• Fuerza máxima: 50 KN.
IB-DIGIPRESS
Prensa de montaje por composición en caliente controlada por microprocesador. Posee una amplia pantalla digital que permite programar todos los parámetros de la secuencia de moldeo: presión, temperaturas de calentamiento y enfriamiento, tiempo de proceso, precarga,
precalentamiento.
• Memoriza hasta 200 programas.
• Pueden emplearse moldes de 25 a 40 mm.
• Operación automática controlada por microprocesador.
• Fuerza máxima: 50 KN.
• Temperatura máxima: 250º C.
10.- PULIDORAS METALOGRÁFICAS
SERIE IB-GRIPO…
Las pulidoras de la serie GRIPO son idóneas para la preparación de probetas metalográficas en laboratorios de tamaño medio.
• Diseño de sobremesa.
• Base ligera anti-corrosión.
• Disponibles en versión de 1 y 2 platos.
• Platos de 200, 250 y 300 mm.
• Velocidad constante o variable con pantalla digital.
• Interruptor de protección de sobrecarga del motor
• GRIPO I: 1 plato, velocidad fija 300 rpm, platos 200 / 250 mm.
• GRIPO IV: 1 plato, velocidad variable 50 - 600 rpm, platos 200 / 250 mm.
• GRIPO 2: 2 platos, velocidad fija 300 rpm, platos 200 / 250 mm.
• GRIPO 2V: 2 platos, velocidad variable 50 - 600 rpm, platos 200 / 250 mm.
• GRIPO 2M: 2 platos, 2 velocidades fijas 150 / 300 rpm, platos 200 / 250 mm.
• GRIPO 300-1V: 1 plato, velocidad variable 50 - 600 rpm, plato 300 mm.
IB-DISPOMAT
Es un equipo dispensador de fluido, programable y con microprocesador de control, que permite ahorrar tiempo y fungibles. Es un instrumento independiente que puede emplearse con cualquier pulidora, e incluso dispensar fluido a dos pulidoras simultáneamente. Todos los parámetros del proceso como frecuencia, duración de la dispensación, selección de fluido, se controlan directamente desde el teclado del panel frontal.
IB-DIGISET
Diseñada para preparar probetas de forma manual o automática.
• Microprocesador de control para ajustar los parámetros del proceso.
• Disponibles en versión de 1 y 2 platos.
• Platos de 200, 250 y 300 mm.
• Velocidad variable 50 - 600 rpm con pantalla digital.
• Teclado de control en el panel frontal que permite controlar la velocidad del plato, encendido y apagado y el agua.
• Interruptor de protección de sobrecarga del motor.
• Una barra de luces muestra la carga del motor.
IB-DIGIMAT
Es un cabezal programable con microprocesador de control, diseñado para conectarlo a las pulidoras de la serie DIGISET. El cabezal se utiliza para la preparación automática de grandes cantidades de probetas. Todos los parámetros con fuerza, tiempo del ciclo, velocidad del plato, sentido de giro y tipo de fluido pueden programarse y guardarse en la memoria.
Los parámetros se muestran en la pantalla digital. Al finalizar el proceso, una señal acústica informa al operario.
IB-DIGIPREP
DIGIPREP es un sistema automático de preparación de probetas formado por pulidoras de la serie DIGISET, el cabezal DIGIMAT y el dispensador DISPOMAT. El sistema puede memorizar hasta 100 programas. A través de la salida RS-232 del cabezal también se pueden enviar los datos a un PC. Todos los parámetros se controlan desde el cabezal, los tres aparatos trabajan y se paran simultáneamente. Al finalizar el ciclo se emite una señal acústica.
Gracias a la completa automatización del proceso de obtienen unos resultados reproducibles.
IB-MET-2000
Este microscopio está pensado especialmente para distinguir y analizar las estructuras de superficies opacas, siendo, por tanto, un instrumento fundamental para la investigación en metalografía, controles de calidad de materiales, industria metalúrgica, mineralogía, etc.
• Microscopio con portaoculares triocular o binocular, tipo Siedentopf.
• Oculares gran angulares de 10x (18 mm), opcional 5x, 12,5x y 16x.
• Ajuste de la distancia interpupilar de 55 a 75 mm.
• Ajuste de dioptrías desde -5 a +5, con soporte para retículos de contaje y medida.
• Revólver cuádruple invertido, montado sobre cojinetes de bolas y resorte de muelles.
• Platina rectangular (150 x 200 mm) y carro mecánico con recorrido en X/Y 15 x 15 mm.
• Mandos de enfoque coaxiales dotados de macro y micrométrico, con recorrido de 20 mm, con pasos mínimos de 2 micras.
• Ajuste fin de carrera para protección de la muestra.
• Iluminación con lámpara de halógeno de 6V, 20 W.
• Incorpora un dispositivo porta-filtros (filtro verde, azul y mate).
• Objetivos plano-acromáticos de 4x, 10x, 25x y 40x.
• Opcional 100x (inmersión en aceite) y de 20x y 60x (en seco).
11.- METODOS PARA DETERMINAR EL TAMAÑO DE GRANO
TAMAÑO DE GRANO
Una de las mediciones microestructurales cuantitativas más comunes es aquella del tamaño de grano de metales y aleaciones. Numerosos procedimientos han sido desarrollados para estimar el tamaño de grano, estos procesos están sintetizados en detalle en la norma ASTM E112.Algu nos tipos de tamaño de grano son medidos, tamaño de grano de la ferrita y tamaño de grano de la austenita. Cada tipo presenta problemas particulares asociados con la revelación de estos bordes de manera que puede obtenerse un rango exacto. Los principales métodos para la determinación del tamaño de grano recomendados por la ASTM (American Society for Testing and Materials) son:
• Método de Comparación
• Método de Planimétrico
• Método de Intersección
-Método de comparación
Mediante el método de prueba y error se encuentra un patrón que coincide con la muestra en estudio y entonces se designa el tamaño de grano del metal por el número correspondiente al número índice del patrón mixto; se tratan de manera semejante, en cuyo caso se acostumbra especificar el tamaño de granos en términos de dos números que denota el porcentaje aproximado de cada tamaño presente. El método de comparación es más conveniente y bastante preciso en muestras de granos de ejes iguales.
El número de tamaño de grano “n” puede obtenerse con la siguiente relación: N=2 n -1
-Método planimétrico
Es el más antiguo procedimiento para medir el tamaño de grano de los metales. El cual consiste en que un circulo de tamaño conocido (generalmente 19.8 mm f, 5000 mm2 de área) es extendido sobre una rnicrofotografia o usado como un patán sobre una pantalla de proyección. Se cuenta el número de granos' que están completamente dentro del círculo n1 y el número de granos que interceptan el circulo n2 para un conteo exacto los granos deben ser marcados cuando son contados lo que hace lento este método.
-Métodos de intercepción
El método de intercepción es más rápido que el método planimétrico debido a que la microfotografía o patrón no requiere marcas para obtener un conteo exacto. El tamaño de grano se estima contando por medio de una pantalla dividida de vidrio, o por fotomicrografía o sobre la propia muestra, el numero de granos interceptados por una o más líneas restas. Los granos tocados por el extremo de una línea se cuentan solo como medios granos. Las cuentas se hacen por lo menos entres posiciones distintas para lograr un promedio razonable. La longitud de líneas en milímetro, dividida entre el número promedio de granos interceptados por ella da la longitud de intersección promedio o diámetro de grano. El método de intersección se recomienda especialmente para granos que no sean de ejes iguales.
PREPARACION DE PROBETAS METALOGRAFICAS
OBJETIVOS
Obtener una superficie pulida a espejo y atacada de probetas de acero, fundiciones de hierro y no ferrosos.
GENERALIDADES
La metalografía microscópica estudia las características estructurales y de constitución de los productos metalúrgicos con la ayuda del microscópio metalográfico, para relacionarlos con sus propiedades físicas y mecánicas. La parte más importante de la metalografía es el examen microscópico de una probeta pulida y atacada empleando aumentos que con el microscópio óptico oscilan entre 100 y 2000X.
El examen microscópico proporciona información sobre la constitución del metal o aleación, pudiéndose determinar características tales como forma, tamaño, y distribución de grano, inclusiones y microestructura metalográfica en general. La microestructura puede reflejar la historia completa del tratamiento mecánico o térmico que ha sufrido el metal.
La preparación defectuosa de las probetas puede arrancar las inclusiones importantes, destruir los bordes de grano, revenir un acero templado o en general, originar una estructura superficial distorsionada que no guarda ninguna relación con la superficie representativa y características del metal.
El análisis metalográfico comprende las siguientes etapas:
1. Selección de la muestra.
2. Toma o corte de la muestra.
3. Montaje y preparación de la muestra.
4. Ataque de la muestra.
5. Análisis microscópico.
6. Obtención de microfotografías o video grabaciones.
La elección de la muestra o localización de la parte que va a ser estudiada debe hacerse de tal modo que represente todo el metal o puede ser el sitio de la falla de una pieza o el límite entre una soldadura y el metal base.
El tamaño óptimo de la probeta debe ser tal que pueda sostenerse con la mano durante su preparación, (una pulgada de diámetro por una pulgada de altura).
El corte de la probeta puede realizarse con seguetas, cortadora de cinta o disco abrasivo, teniendo la precaución de evitar el calentamiento que puede ocasionar alteraciones estructurales, por lo tanto no es conveniente realizar el corte de la muestra con soplete oxiacetilénico.
Un caso extremo es el corte de probetas de plomo, que debe realizarse con sierras-cintas para evitar el empaste de los dientes de la segueta y el calentamiento excesivo.
Cuando sólo se dispone de pequeñas partes o grismas del metal tales como alambres, tornillos, hilos y chapas de secciones delgadas es necesario montarlos en un material adecuado o sistema de sujeción que haga posible su manejo durante la preparación.
El montaje de estas muestras se hace en materiales plásticos sintéticos como bakelita, lucite, o acrilico isotérmico que después del moldeo son relativamente duros y resistentes a la corrosión y no causan empastamiento de los papeles abrasivos durante el desbaste y pulido.
El montaje consiste en comprimir un plástico fundido sobre la muestra metálica y dejar enfriar el sistema bajo presión hasta la solidificación del plástico o resina sintética.
La preparación de la probeta consiste en el desbaste y el pulido.
El desbaste es la operación siguiente al corte y al montaje de la probeta y se efectúa en una desbastadora de cinta rotativa o sobre papeles abrasivos de diferentes grados, colocados sobre discos giratorios.
Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante. Se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos:
150, 220, 280, 320, 400, 500, y 600, pues eliminar algún abrasivo retarda la operación en vez de acelerarla.
Una presión excesiva sobre el papel abrasivo puede causar rayas profundas y difíciles de eliminar posteriormente, además se provoca una distorsión intensa sobre el metal de la superficie, alterando el aspecto de la estructura. Esta distorsión no se puede evitar completamente pero puede reducirse mediante técnicas adecuadas de desbaste y pulido.
Conviene emplear un papel nuevo para cada probeta, los papeles usados se emplean para finalidades específicas porque sus partículas abrasivas desgastadas tienden a producir distorsión del metal superficial, además si sobre un papel se ha desbastado un acero templado, pueden quedar sobre él partículas muy finas y producir rayas profundas y anchas al emplearlo después para preparar un material blando como latón o aluminio.
También debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscópio.
Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partículas del abrasivo o del metal en la etapa del desbaste pase a las pulidoras lo cual los haría inservibles, además en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie.
El pulido tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas en la última operación del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo.
El éxito del pulido y el tiempo empleado en la operación, depende en gran parte del cuidado con que se haya realizado el desbaste. Si una probeta tiene rayas profundas que no se han eliminado en las últimas operaciones de desbaste, no podrán ser eliminadas durante el pulido con pérdida de tiempo y trabajo.
La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre un paño embebido con una suspensión de abrasivo y fijado a un disco que gira accionado por un motor.
Como paños pueden emplearse el paño de billar, el raso, la seda, el terciopelo, y otros que corresponden a nombres comerciales como Selvit, Gamal, Kanvas, Microcloth, etc. Como abrasivo puede usarse una suspensión acuosa de alúmina, óxido de cromo, óxido de hierro, óxido de magnesio, o para materiales muy duros una suspensión de polvo de diamante en aceite mineral. El tamaño de la partícula abrasiva en suspensión oscila entre 100 y algunas décimas de micrón.
Los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero, con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giro entre 250 y 500 r.p.m.
La presión a aplicar sobre la probeta, depende de la dureza de la aleación y debe disminuirse a medida que avanza el pulido, deberá ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del último papel (600) cuidando de no excederse en la presión por el peligro de desgarramiento del paño.
Durante la operación del pulido, la probeta deberá desplazarse en la dirección del radio, desde el borde hasta el centro del disco.
Debe lavarse la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente. Observar en el microscópio a 100 aumentos; si persisten las rayas provenientes del desbaste en el último papel, continuar con el pulido en la forma ya descrita, todo el tiempo que sea necesario para que éstas desaparezcan.
La combinación adecuada de estas variables, permitirá alcanzar un óptimo pulido, aunque difícilmente se logre evitar algo de distorsión; para eliminar esta última, no queda otro recurso que el de ataque y pulido alternados.
La observación microscópica de la probeta pulida permite reconocer la presencia de inclusiones no metálicas como sulfuros, silicatos, aluminatos, óxidos, microporosidades. microgrietas, y grafito.
Antes de atacar la probeta debe desengrasarse con alcohol y secarse con aire frío o caliente.
Para el ataque, se toma la probeta con la pinza y se sumerge con la cara pulida hacia abajo en el reactivo de ataque contenido en el cristalizador. Se tiene la probeta sumergida un segundo, se extrae, se lava con alcohol, se seca y se observa al microscópio, se registra el campo observado a diferentes aumentos. Se vuelve a pulir y se repite la operación descrita anteriormente manteniendo sucesivamente la probeta sumergida durante 2, 10, 20, 40 y 80 segundos, registrando el campo observado después de cada ataque. Mediante el ataque es posible poner de manifiesto el tamaño, forma y distribución del grano (fases o microconstituyentes), las heterogeneidades en la estructura y las segregaciones. Algunos de los reactivos de ataque son los siguientes:
Acido pícrico (picral)
4 g. de ácido pícrico cristalizado,
100 cm3, de alcohol etílico al 95%
Utilizable con todos los aceros aleados, aceros especiales y fundición gris, así como para estructuras particularmente finas. Oscurece la martensita, el ataque se prolonga desde 10 segundos hasta unos cuantos minutos, si se desea un ataque más lento, se sustituye el alcohol etílico por el amílico.
Acido nítrico (nital)
4 cm3 de ácido nítrico concentrado (d= 1,4)
100 cm3, de alcohol etílico al 95%
Resalta los diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos de los aceros no aleados. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita se ennegrese y la cementita se mantiene blanca.
Agua regia glicerinada
10 cm3 de ácido nítrico concentrado (d = 1,4)
30 cm3 de ácido clorhídrico (d = 1,19)
30 cm3 de glicerina bidestilada
Pone de manifiesto las estructuras de los aceros especiales resistentes al calor y a la corrosión y de las aleaciones de Ni-Cr. Puede calentarse la probeta en agua hirviendo y también puede utilizarse el agua regia caliente.
Picrato sódico
2 g de ácido pícrico cristalizado
100 cm 3 de solución acuosa de hidrato sádico a 25%
Descubre la cementita y los carburos complejos en los aceros especiales.
Debe usarse la solución recién preparada e hirviendo.
La duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos.
Ferricianuro potásico alcalino
10 g. de ferricianuro potásico
10 g. de hidrato sódico
lOO cm3, agua destilada.
Destaca los carburos en los aceros rápidos y en los especiales resistentes al calor y la corrosión. Se utiliza recién preparada y normalmente hirviendo, la duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos.
Ácido fluorhídrico
0,5 cm3 de ácido fluorhídrico al 40%
99,5 cm3, de agua destilada.
Reactivo de uso general para mostrar la microestructura del acero. Se aplica frotando con algodón hidrófilo durante unos 15 segundos.
Ácido sulfúrico
20 cm3, de ácido sulfúrico (d = 1,84)
80 cm3, de agua destilada.
Pone de manifiesto los compuestos conteniendo hierro. Se aplica sumergiendo la probeta durante 30 segundos en el reactivo a 700C, y enfriándo bruscamente en agua.
Reactivo triácido
1 cm3 ,de ácido fluorhídrico al 40%
1,5 cm3, de ácido clorhídrico (d = 1.19)
2,5 cm3, de ácido nítrico (d = 1,41)
95 cm5. de agua destilada.
Descubre los granos de las aleaciones conteniendo cobre y de las aleaciones A1-Zn-Mg. Es muy adecuado para aleaciones tipo duraluminio y para ver la difusión del cobre en los enchapados. Se aplica por inmersión durante 5 a 20 segundos. Después del ataque se lava con agua caliente y se seca a chorro de aire. No debe eliminarse el depósito formado sobre la superficie.
Ácido fosfórico
40 cm3, de ácido fosfórico a 75%
60 cm3, de agua destilada.
Pone en evidencia la microestructura del aluminio en las aleaciones Al-Mg y las Al-Zn-Mg elaboradas plásticamente. Se aplica por inmersión durante 3 a 10 minutos.
Para el ataque del cobre
Solución al 10% de persulfato amónico
Solución al 3% de agua oxigenada y amoníaco concentrado.
Solución al 10% de ácido nítrico.
Para bronces y latones
50 cm3, de ácido clorhídrico;
5 g. de percloruro de hierro
lOO cm3, de agua destilada.
Reactivo al ácido nítrico
50 cm3, de ácido nítrico
25 cm3, de ácido acético glacial
25 cm3 , de agua destilada.
Apropiado para el bronce de aluminio
El microscopio metalográfico está formado por: Banco óptico, aparato para la iluminación de la probeta, objetivo, ocular para la observación directa y cámara fotográfica; el principio de funcionamiento es análogo al microscopio de Le Chatelier, con un arreglo tal que permite observar la luz reflejada por la superficie opaca del metal.
El aumento total (X) del microscopio, está dado por el producto del aumento del ocular y el aumento del objetivo.
En el microscopio Neophot-2:
Aumento del objetivo: 8X 1OX 12.5X 16X 20X
Aumento del ocular: 2.5X 6.3X 12.5X 16X 25X 40X 50X 100X
Pulir y atacar probetas de:
-Acero 1020 y 1060 AISI bonificado.
-Fundición de hierro gris, nodular y blanca.
-Aluminio y bronce.
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL FRANCISCO MORAZAN
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE DUCACION TECNICA INDUSTRIAL
Nombre de la asignatura: Tecnologia de materiales
Nombre del profesor: Renan Avila Morales
Practica numero 1
Nombre del alumno: Victor David Ramos Banegas
Numero de registro: 0801198107054
Tegucigalpa, M. D. C. 23 de septiembre de 2008
INFORME DE LABORATORIO ENSAYO DE LA CHISPA
INTRODUCCION
Este resumen pretende proporcionar una introduccion breve y elemental sobre el ensayo de la chispa de esmerilado, en el cual se describe el proceso, las herramientas y materiales, las tecnicas desarrolladas, conclusiones realizadas en dicho ensayo.
La prueba de la chispa es probablemente uno de los métodos más usados para identificar los metales ferrosos.
Utilizando una esmeriladora mecanizada de alta velocidad y una probeta, le aplicamos cierta presión a la muela del esmeril y esta emitirá ciertos destellos o estelas características del acero.
Dependiendo de la cantidad de carbono que contiene la probeta se producirán explosiones al inicio, a lo largo de la de la chispa con determinados colores los que nos permitirán en general determinar la cantidad de Acero y Carbono que posee la probeta en observación.
OBJETIVOS
1.Identificar yclasificaren una forma simple y aproximada la composicion de diversos tipos de aceros, mediante el examen de chispa y un patron de comparacion, cuando este hace contacto con una muela de esmeril.
2. Efectuar ensayo de la chispa de esmerilado
3. Operar la muela del esmeril
4. Analizar y comparar datos
RECURSOS
Equipos y herramientas:
1. Esmeril con su respectiva muela
2. Muestra de diferentes aceros
3. Cuarto oscuro
4. Bandeja con agua
5. Tenaza universal
6. Overol
7. Guantes
8. Gafas
9. Trapo limpio
10. Lapiz
11. papel
Materiales
1. Moneda de cobre (centavito)
2. Clavo de acero
3. Lamina de zinc
4. Lata de aluminio
5. Iman
TEORIA RELACIONADA
Sí se acerca una probeta de acero a una muela de esmeril en movimiento, los granos de la muela arrancan pequeñas partículas de acero, calentándolas hasta la temperatura de fusión, cuando esto ocurre se producen varias explosiones, en estas se va a descomponer carbono en combinación con el oxigeno del aire del medio ambiente, pero debemos notar que esto solo sucede con los materiales ferrosos.
Esta practica sirve para clasificar los tipos de aceros en base a su composición, verificamos las chispas que se producen al poner en contacto el material en una muela de esmeril que gira a gran velocidad(3,500 r.p.m.)
De ella se desprenden determinadas estelas, con longitudes colores y explosiones de acuerdo a la cantidad de carbono que contiene el acero.
De los metales se desprenden chispas con punta de lanza, estelas interrumpidas, además las explosiones tienen diferentes formas: floreadas, ranaje, gotas, etc. Así podemos determinar coloraciones y detalles de las chispas que producen los aceros.
Los aceros de bajo contenido de carbono forman pocos destellos, de una a dos explosiones con estelas delgadas y débiles.
Los aceros de contenido medio de carbono producen estelas muy ramificadas y explosiones un poco mas frecuentes en forma de ranaje.
Los aceros de alto carbono producen estelas abundantes, lisas e interrumpidas además explosiones desde el inicio.
PROCEDIMIENTO
1. Encender esmeril.
2. Tomar probeta
3. Apagar la luz
4. Acercar muestra para que los granos de la mueca del esmeril arranque pequeñas partículas de acero, calentando hasta la temperatura de fusión
5. Tomar datos de cada muestra
6. Observar el tipo de cada chispa
7. Comparar resultados obtenidos con la teoría dada en clase.
Identificar la cantidad de carbono demostrando los diferentes tipos de metales
Identificar el color de la chispa
Identificar el tipo de estelas al hacer contacto con la muela de esmeril
Identificar los contenidos de carbono (bajo, medio, alto.)
FORMA DE LAS CHISPAS
IMGENES DE CHISPAS
TIPO DE ACERO
AISI-Standard
Composicipan style="mso-spacerun: yes"> en %
Ramillete con espinas, y puntas de lanza color rojo Acero templado y revenido 4140 0,42 C
1,1 Cr
0,2 Mo
Las continuas, algunas espinas, formado por estallidos de Carbono Acero endurecido 0,21 C
1,3 Mn
1,2 Cr
Las continuas, m᳠espinas se formaron por estallidos de Carbono Acero al carbono para herramientas 1045 0,45 C
0,3 Si
0,7 Mn
Muchos estallidos de Carbono que empiezan al pie del haz, muchos ramos Acero al carbono para herramientas W1 1,05 C
0,2 Si
0,2 Mn
Antes de los estallidos de Carbono se incrementa la luz en el flujo primario. Muchos ramos pequeo:p> Acero aleado con Mn-Si S4 0,60 C
1,0 Si
1,1 Mn
0,3 Cr
Flujo de las amarilla, aclarando en el centro, formando espinas en los extremos Acero para herramientas aleado Mn 02 0,90 C
2,0 Mn
0,4 Cr
0,1 V
Pocos estallidos finos de Carbono seguidos por club liso luminoso Acero para herramientas aleado W S1 0,60 C
0,6 Si
1,1 Cr
0,2 V
2,0 W
Un flujo delgado y lineal, el cuadro de la chispa vivo, las discontinuas en las cabezas Acero para herramientas aleado Cr-W O1 1,05 C
1,0 Mn
1,0 Cr
1,2 W
Haz corto
Templado: con pocos
Endurecido: con muchos ramos luminosos Acero para herramientas aleado con Cr carbono alto, ledeburita alta D2 1,55 C
12,0 Cr
0,7 Mo
1,0 V
El flujo de las continuas, alguno los estallidos de carbono, la coloreada de naranja en la cabeza Acero para trabajo en caliente, alta aleaci:p> H13 0,40 C
1,0 Si
5,3 Cr
1,4 Mo
1,0 V
El flujo de las rojo oscuro con brillo en la punta de la lanza, pocas espinas Acero de alta velocidad M2 0,90 C
4,1 Cr
5,0 Mo
1,9 V
6,4 W
Las del flujo rojas, punteadas oscuras con brillos en las cabezas de la la Acero de alta velocidad T42 1.23 C
4,1 Cr
3,8 Mo
3,3 V
10,0 W
10,5 Co
Haz corto con espina como los estallidos de carbono Acero inoxidable 420 0,40 C
13,0 Cr
Flujo continuo, la sin los estallidos de carbono Acero inoxidable 304 <0,07 C
18,5 Cr
9,0 Ni
Probeta 1 Clavo de acero
Chispa abundante en forma de punta de lanza, estela continúa y abundante, posee alto contenido de carbono.
Fases
Fase Color
1 Rojizo
2 Amarillo
3 Anaranjado
Probeta 2 Lamina de zinc
Tiene explosiones abundantes y esparcidas, alto contenido de carbono, chispa punta de lanza, estela continúa.
Fases
Fase Color
1 Anaranjado
2 Amarillo
3 Rojizo
Probeta 3 Moneda de cobre
Explosiones en forma en forma de estrellas, estela continua, poca explosiva.
Fases
Fase Color
1 Rojizo
2 Anaranjado
3 Amarillo
Probeta 4 Iman
Estela continua y abundante, es explosiva, chispa en forma de estrellas, alto contenido de carbono.
Fases
Fase Color
1 Anaranjado
2 Amarillo
3 Rojizo
Probeta 5 Lata de aluminio
No produce ningun tipo de chispa.
CONCLUSIONES
En todas las exposiciones que se producen en la chispa de un material se forman tres zonas.
Cada material tiene una composición química determinada.
Dependiendo del material así presentan diferentes colores característicos de la chispa.
Si probamos con el aluminio, cobre, bronce, u otro material no ferroso no se genera chispa alguna, salvo sea aleación con acero y Carbono.
RECOMENDACIONES
Al realizar esta práctica siempre es necesario utilizar el equipo de protección necesario para evitar accidentes.
Recordemos que la seguridad es responsabilidad de todos y es el bienestar de todos, los que la ponen en práctica.
BIBLIOGRAFIAS
La tecnología en el trabajo de los metales Alfred Richard
Metalistería: Arte y Ciencia del trabajo con metales.
Fotos e imágenes tomadas de la camara y fuente: Metales en Internet.
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL FRANCISCO MORAZAN
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE DUCACION TECNICA INDUSTRIAL
TECNILOGIA DE MATERIALES
SECCION A
TAREA DE INVESTIGACION
CLASIFICACION GENERAL DE LOS MATERIALES
RAYOS X, RAYOS GAMA, LIQUIDOS PENETRANTES
PRESENTADO POR:
Nombre: VICTOR DAVID RAMOS BANEGAS
REGISTRO:0801198107054
Profesor: RENAN AVILA MORALES
Tegucigalpa, M. D. C 9 de septiembre de 2008
Rayos x
La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,1 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).
Descubrimiento
El 8 de noviembre de 1895, el físico, Wilhelm Conrad Röntgen, realiza experimentos con los tubos de Hittorff-Crookes (o simplemente tubo de Crookes) y la bobina de Ruhmkorff, analizaba los rayos catódicos, para evitar la fluorescencia violeta, que producían los rayos catódicos en las paredes de un vidrio del tubo, crea un ambiente de oscuridad, cubre el tubo con una funda de cartón negro.
Era tarde y al conectar su equipo por última vez se sorprendió al ver un débil resplandor amarillo-verdoso a lo lejos: sobre un banco próximo había un pequeño cartón con una solución de cristales de platino-cianuro de bario, observó que al apagar el tubo se obscurecía y al prenderlo se producía nuevamente, retiró más lejos el cartón y comprobó que la fluorescencia se seguía produciendo, repitió el experimento y sucedió lo mismo, los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible. Observó que los rayos atravesaban grandes capas de papel e incluso metales menos densos que el plomo.
En las siete semanas siguientes, estudió con gran rigor las características propiedades de estos nuevos y desconocidos rayos. Pensó en fotografíar este fenómeno y entonces fue cuando hizo un nuevo descubrimiento: las placas fotográficas que tenía en su caja estaban veladas. Intuyó la acción de estos rayos sobre la emulsión fotográfica y se dedicó a comprobarlo. Colocó una caja de madera con unas pesas sobre una placa fotográfica y el resultado fue sorprendente al impresionarse la imagen de las pesas. Hizo varios experimentos con su brújula de bolsillo, el cañón de la escopeta. Para comprobar la distancia y el alcance de los rayos, pasó al cuarto de al lado, cerró la puerta y colocó una placa fotográfica. Obtuvo la imagen de la moldura, el gozne de la puerta e incluso los trazos de la brocha. Cien años despues ninguna de sus investigaciones ha sido considerada como equivocada. El 22 de diciembre, un día memorable, al no poder manejar al mismo tiempo su carrete, la placa fotográfica de cristal y colocar su mano sobre ella, le pide a su esposa que coloque la mano sobre la placa durante quince minutos. Al revelar la placa de cristal apareció la mano de Berta, la primera imagen radiográfica del cuerpo humano. Así nace una de las ramas más poderosas y excitantes de la Medicina: la Radiología.
El descubridor de estos tipos de rayos le colocó el nombre de "X" porque no sabia que eran, ni como eran provocados, y porque esto significa "desconocido", dándole mayor sentido que cualquier otro nombre, por lo que durante muchos años después se decidió que conservara ese nombre.
La noticia del descubrimiento de los rayos "x" se divulgó con increíble rapidez en el mundo. Roentgen fue objeto de múltiples reconocimientos, el emperador Guillermo II de Alemania le concedió la Orden de la Corona, fue honrado con la medalla Rumford de la Real Sociedad de Londres en 1896, con la medalla Barnard de la Universidad de Columbia y con el premio Nobel de Física en 1901.
El descubrimiento de los rayos "X", fue el producto de la investigación, experimentación y no por accidente como algunos autores afirman; W.C. Roentgen, hombre de ciencia, agudo observador, investiga los detalles más nimios, por eso tuvo éxito donde los demás fracasaron. Este genio no quiso patentar su descubrimiento cuando Thomas Alva Edison se lo propuso, manifestando que lo legaba para beneficio de la humanidad.
Definición:
Los rayos X son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma. La diferencia fundamental con los rayos gamma es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones. La energía de los rayos X en general se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos naturalmente.
Los rayos X también pueden ser utilizados para explorar la estructura de la materia cristalina mediante experimentos de difracción de rayos X por ser su longitud de onda similar a la distancia entre los átomos de la red cristalina. La difracción de rayos X es una de las herramientas más útiles en el campo de la cristalografía.
Producción de rayos X
Los rayos X son producto de la desaceleración rápida de electrones muy energéticos (del orden 1000eV) al chocar con un blanco metálico. Según la mecánica clásica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este modo, el choque produce un espectro continuo de rayos X (a partir de cierta longitud de onda mínima). Sin embargo experimentalmente, además de este espectro continuo, se encuentran líneas características para cada material. Estos espectros —continuo y característico— se estudiarán más en detalle a continuación.
La producción de rayos X se da en un tubo de rayos X que puede variar dependiendo de la fuente de electrones y puede ser de dos clases: tubos con filamento o tubos con gas.
El tubo con filamento es un tubo de vidrio al vacío en el cual se encuentran dos electrodos en sus extremos. El cátodo es un filamento caliente de tungsteno y el ánodo es un bloque de cobre en el cual esta inmerso el blanco. El ánodo es refrigerado continuamente mediante la circulación de agua, pues la energía de los electrones al ser golpeados con el blanco, es transformada en energía térmica en un gran porcentaje. Los electrones generados en el cátodo son enfocados hacia un punto en el blanco (que por lo general posee una inclinación de 45°) y producto de la colisión los rayos X son generados. Finalmente el tubo de rayos X posee una ventana la cual es transparente a este tipo de radiación elaborada en berilio, aluminio o mica.
El tubo con gas se encuentra a una presión de aproximadamente 0.01 mmHg y es controlada mediante una válvula; posee un cátodo de aluminio cóncavo, el cual permite enfocar los electrones y un ánodo. Las partículas ionizadas de nitrógeno y oxígeno, presentes en el tubo, son atraídas hacia el cátodo y ánodo. Los iones positivos son atraídos hacia el cátodo e inyectan electrones a este. Posteriormente los electrones son acelerados hacia el ánodo (que contiene al blanco) a altas energías para luego producir rayos X. El mecanismo de refrigeración y la ventana son los mismos que se encuentran en el tubo con filamento.
Los sistemas de detección más usuales son las películas fotográficas y los dispositivos de ionización.
La emulsión de las películas fotográficas varía dependiendo de la longitud de onda a la cual se quiera exponer. La sensibilidad de la película es determinada por el coeficiente de absorción másico y es restringida a un rango de líneas espectrales. La desventaja que presentan estas películas es, por su naturaleza granizada, la imposibilidad de un análisis detallado pues no permite una resolución grande.
Los dispositivos de ionización miden la cantidad de ionización de un gas producto de la interacción con rayos X. En una cámara de ionización, los iones negativos son atraídos hacia el ánodo y los iones positivos hacia el cátodo, generando corriente en un circuito externo. La relación entre la cantidad de corriente producida y la intensidad de la radiación son proporcionales, así que se puede realizar una estimación de la cantidad de fotones de rayos X por unidad de tiempo. Los contadores que utilizan este principio son el contador Geiger, el contador Proporcional y el contador de destellos. La diferencia entre ellos es la amplificación de la señal y la sensibilidad del detector.
Espectros
Espectro continuo
El tubo de rayos X está constituido por dos electrodos (cátodo y ánodo), una fuente de electrones (cátodo caliente) y un blanco. Los electrones se aceleran mediante una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. La radiación es producida justo en la zona de impacto de los electrones y se emite en todas direcciones.
La energía adquirida por los electrones va a estar determinada por el voltaje aplicado entre los dos electrodos. Como la velocidad del electrón puede alcanzar velocidades de hasta (1 / 3)c debemos considerar efectos relativistas, de tal manera que
Los diferentes electrones no chocan con el blanco de igual manera, así que este puede ceder su energía en una o en varias colisiones, produciendo un espectro continuo.
La energía del fotón emitido, por conservación de la energía y tomando los postulados de Planck es
hν = K − K'
donde K y K’ es la energía del electrón antes y después de la colisión respectivamente.
El punto de corte con el eje x de la gráfica de espectro continuo, es la longitud mínima que alcanza un fotón al ser acelerado a un voltaje determinado. Esto se puede explicar desde el punto de vista de que los electrones chocan y entregan toda su energía. La longitud de onda mínima esta dada por λ = hc / eV,la energía total emitida por segundo, es proporcional al área bajo la curva del espectro continuo, del número atómico (Z) del blanco y el número de electrones por segundo (i). Así la intensidad esta dada por
I = AiZVm
donde A es la constante de proporcionalidad y m una constante alrededor de 2.
Espectro característico
Cuando los electrones que son acelerados en el tubo de rayos X poseen cierta energía crítica, pueden pasar cerca de una subcapa interna de los átomos que componen el blanco. Debido a la energía que recibe el electrón, este puede escapar del átomo, dejando al átomo en un estado supremamente excitado. Eventualmente, el átomo regresará a su estado de equilibrio emitiendo un conjunto de fotones de alta frecuencia, que corresponden al espectro de líneas de rayos X. Este indiscutiblemente va a depender de la composición del material en el cual incide el haz de rayos X, para el molibdeno, la gráfica del espectro continuo muestra dos picos correspondientes a la serie K del espectro de líneas, estas están superpuestas con el espectro continuo.
La intensidad de cualquier línea depende de la diferencia del voltaje aplicado (V) y el voltaje necesario para la excitación (V’) a la correspondiente línea, y está dada por
I = Bi(V − V')N
donde n y B son constantes, e i es el número de electrones por unidad de tiempo.
Para la difracción de rayos X, la serie K del material es la que usualmente se utiliza. Debido a que los experimentos usando esta técnica requieren luz monocromática, los electrones que son acelerados en el tubo de rayos X deben poseer energías por encima de 30 keV. Esto permite que el ancho de la línea K utilizada sea muy angosto (del orden de 0.001 Å). La relación entre la longitud de cualquier línea en particular y el número atómico del átomo esta dada por la Ley de Moseley
Interacción de los rayos X con la materia
Cuando los rayos X interactúan con la materia, estos pueden ser en parte absorbidos y en parte transmitidos. Esta característica es aprovechada en medicina al realizar radiografías.
La absorción de rayos X va a depender de la distancia que estos atraviesan y de su intensidad. Esta dada por
Ix = Ioe( − μ / ρ)ρx
μ / ρ, es característico del material e independiente del estado físico. \mu el coeficiente lineal de absorción y rho la densidad del material.
Si un material esta compuesto de diferentes elementos, el coeficiente de absorción másico μ / ρ es aditivo, de tal manera que
donde w significa la fracción del elemento constituyente.
Si alguien pone el grafico de los picos caracteristicos va a estar bueno.
Aplicaciones médicas
Desde que Röntgen descubrió que los rayos X permiten captar estructuras óseas, se ha desarrollado la tecnología necesaria para su uso en medicina. La radiología es la especialidad médica que emplea la radiografía como ayuda de diagnóstico, en la práctica, el uso más extendido de los rayos X.
Los rayos X son especialmente útiles en la detección de enfermedades del esqueleto, aunque también se utilizan para diagnosticar enfermedades de los tejidos blandos, como la neumonía, cáncer de pulmón, edema pulmonar, abscesos... En otros casos, el uso de rayos X resulta inútil, como por ejemplo en la observación del cerebro o los músculos. Las alternativas en estos casos incluyen la tomografía axial computarizada, la resonancia magnética o los ultrasonidos.
Los rayos X también se usan en procedimientos en tiempo real, tales como la angiografía, o en estudios de contraste.
Bibliografía
• B. D. Cullity, Elements of X-Ray Diffraction, Addison-Wesley Publishing Company, Inc
Rayos gamma
Radiación gamma
La radiación gamma (γ) es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia.
Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.
La energía de este tipo de radiación se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un Mev corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10 - 11 m o frecuencias superiores a 1019 Hz.
Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos. Los rayos gamma se diferencian de los rayos X en su origen, debido a que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y los reactores nucleares, la radiactividad se encuentra en nuestro entorno natural, desde los rayos cósmicos, que nos bombardean desde el sol y las galaxias de fuera de nuestro Sistema Solar, hasta algunos isótopos radiactivos que forman parte de nuestro entorno natural.
En general, los rayos gamma producidos en el espacio no llegan a la superficie de la Tierra, pues son absorbidos en la alta atmósfera. Para observar el universo en estas frecuencias, es necesario utilizar globos de gran altitud u observatorios espaciales. En ambos casos se utiliza el efecto Compton para detectar los rayos gamma. Estos rayos gamma se producen en fenómenos astrofísicos de alta energía como explosiones de supernovas o núcleos de galaxias activas. En astrofísica se denominan GRB (Gamma Ray Bursts) a fuentes de rayos gamma que duran unos segundos o unas pocas horas siendo sucedidos por un brillo decreciente de la fuente en rayos X durante algunos días. Ocurren en posiciones aleatorias del cielo y su origen permanece todavía bajo discusión científica. En todo caso parecen constituir los fenómenos más energéticos del Universo.
La excepción son los rayos gamma de energía por encima de unos miles de MeV (o sea, gigaelectronvoltios o GeV), que, al incidir en la atmósfera, producen miles de partículas (cascada atmosférica extensa) que, como viajan a velocidades más elevadas que la luz en el aire, generan radiación de Cherenkov. Esta radiación es detectada en la superficie de la Tierra mediante un tipo de telescopio llamado telescopio Cherenkov.
Protección
Para protegerse de los rayos gamma se requiere gran cantidad de masa. Los materiales de alto número atómico y alta densidad protegen mejor contra los rayos gamma. A mayor energía de los mismos el espesor de la protección debe ser mayor. Los materiales para protegerse de los rayos gamma son caracterizados con el espesor necesario para reducir la intensidad de los rayos gamma a la mitad (half value layer o HVL). Por ejemplo, los rayos gamma que requieren 1 cm (0.4 pulgadas) de plomo para reducir su intensidad en un 50% también verán reducida su intensidad a la mitad por 6 cm (2½ pulgadas) de hormigón o 9 cm (3½ pulgadas) de tierra compacta.
Interacción con la materia
El coeficiente de absorción total de rayos gamma del aluminio (número atómico 13) según distintas energías de rayos gamma y las contribuciones de los tres efectos. En la mayoría de la región de energía mostrada, el efecto Compton domina.
El coeficiente de absorción total de rayos gamma del plomo (número atómico 82) según distintas energías de rayos gamma y las contribuciones de los tres efectos. Aquí, el efecto fotoeléctrico domina en energía bajas. A partir de 5 MeV, la creación de pares empieza a dominar.
Cuando un rayo gamma pasa a través de la materia, la probabilidad de absorción en una capa fina es proporcional a la delgadez de dicha capa, lo que lleva a un decrecimiento exponencial de la intensidad.
Aquí, μ = n×σ es el coeficiente de absorción, medido en cm–1, n el número de átomos por cm3 en el material, σ el espectro de absorción en cm2 y d la delgadez del material en cm.
Pasando a través de la materia, la radiación gamma principalmente ioniza de tres formas: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la creación de pares.
• Efecto Fotoeléctrico: Describe cuando un fotón gamma interactúa con un electrón atómico y le transfiere su energía, expulsando a dicho electrón del átomo. La energía cinética del fotoelectrón resultante es igual a la energía del fotón gamma incidente menos la energía de enlace del electrón. El efecto fotoeléctrico es el mecanismo de transferencia de energía dominante para rayos x y fotones de rayos gamma con energías por debajo de 50 keV (miles de electronvoltios), pero es menos importante a energías más elevadas.
• Efecto Compton: Se refiere a la interacción donde un fotón gamma incidente hace ganar suficiente energía a un electrón atómico como para provocar su expulsión. Con la energía restante del fotón original se emite un nuevo fotón gamma de baja energía con una dirección de emisión diferente a la del fotón gamma incidente. La probabilidad del Efecto Compton decrece según la energía del fotón se incrementa. El Efecto Compton se considera que es el principal mecanismo de absorción de rayos gamma en el rango de energía intermedio entre 100 keV a 10 MeV (Megaelectronvoltio), un rango de energía que incluye la mayor parte de la radiación gamma presente en una explosión nuclear. El efecto Compton es relativamente independiente de número atómico del material absorbente.
• Creación de pares: Debido a la interacción de la fuerza de Coulomb, en la vecindad del núcleo, la energía del fotón incidente se convierte espontáneamente en la masa de un par electrón-positrón. Un positrón es la antipartícula equivalente a un electrón; tiene la misma masa de un electrón, pero tiene una carga positiva de igual fuerza que la carga negativa de un electrón. La energía excedente del equivalente a la masa en reposo de las dos partículas (1,02 MeV) aparece como energía cinética del par y del núcleo. El positrón tiene una vida muy corta (sobre 10–8 segundos). Al final de su periodo, se combina con un electrón libre. Toda la masa de estas dos partículas se convierte entonces en dos fotones gamma de 0,51 MeV de energía cada uno.
Los electrones secundarios (o positrones) producidos en cualquier de estos tres procesos, frecuentemente tienen energía suficiente para producir muchas ionizaciones hasta el final del proceso.
La absorción exponencial descrita arriba se mantiene, estrictamente hablando, solo para un rayo estrecho de rayos gamma. Si un rayo más ancho de rayos gamma pasa a través de un fino bloque de hormigón, la dispersión en los lados reduce la absorción.
A menudo, los rayos gamma se presentan entre otras formas de radiación, como la alfa o la beta. Cuando un núcleo emite una partícula α o β, a veces el Producto de desintegración queda excitado pudiendo saltar a un nivel de energía inferior emitiendo un rayo gamma, de igual manera que un electrón atómico puede saltar a un nivel de energía inferior emitiendo luz visible o radiación ultravioleta.
Esquema de Descomposición de 60Co
Las posibles formas de radiación electromagnética son los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y los rayos UV (UVA y UVB, siendo éstos últimos más energéticos). La única diferencia entre ellos es la frecuencia y por lo tanto, la energía de los fotones, siendo los rayos gamma los más energéticos. A continuación se muestra un ejemplo de producción de rayos gamma.
Primero 60Co se descompone en 60Ni excitado:
Entonces el 60Ni cae a su estado fundamental emitiendo dos rayos gamma seguidos uno del otro.
Los rayos gamma son de 1,17 MeV y 1,33 MeV respectivamente.
Otro ejemplo es la descomposición alfa de 241Am para producir 237Np. Esta descomposición alfa esta acompañada por una emisión gamma. Es algunos casos, esta emisión gamma es bastante simple (por ejemplo, 60Co/60Ni), mientras que en otros casos como con (241Am/237Np y 192Ir/192Pt), la emisión gamma es compleja, revelando que una serie de distintos niveles de energía nuclear pueden existir. El hecho de que un el espectro alfa puede tener una serie de diferentes picos con diferentes energías, refuerza la idea de que muchos niveles de energía nuclear son posibles.
Debido a que una descomposición beta esta acompañada de la emisión de un neutrino que a su vez, resta energía, el espectro beta no posee líneas definidas, sino que es un pico ancho. Por lo tanto, de una única descomposición beta no es posible determinar los diferentes niveles energéticos encontrados en el núcleo.
En óptica espectrópica, es bien conocido que una entidad que emite luz, también puede absorber luz de la misma longitud de onda (energía del fotón). Por ejemplo, un llama de sodio puede emitir luz amarilla y además, puede absorber luz amarilla de una lámpara de vapor de sodio. En el caso de los rayos gamma, se puede observar en la espectroscopia Mössbauer, donde se puede obtener una corrección para la energía perdida por el retroceso del núcleo y las condiciones exactas para la absorción de los rayos gamma a través de la resonancia.
Esto es similar a efecto Frank Condon visto en óptica espectroscópica.
Utilización
La potencia de los rayos gamma los hace útiles en la esterilización de equipamiento médico. Se suelen utilizar para matar bacterias e insectos en productos alimentarios tales como carne, setas, huevos y vegetales, con el fin de mantener su frescura.
Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos, los rayos gamma o los rayos X tienen un amplio espectro de usos médicos, como la realización de tomografías y radioterapias. Sin embargo, como forma de radiación ionizante, tienen la habilidad de provocar cambios moleculares, pudiendo tener efectos cancerígenos si el ADN es afectado.
A pesar de las propiedades cancerígenas, los rayos gamma también se utilizan para el tratamiento de ciertos tipos de cáncer. En el procedimiento llamado cirugía gamma-knife, múltiples rayos concentrados de rayos gamma son dirigidos hacia células cancerosas. Los rayos son emitidos desde distintos ángulos para focalizar la radiación en el tumor a la vez que se minimiza el daño a los tejidos de alrededor.
Los rayos gamma también se utilizan en la medicina nuclear para realizar diagnósticos. Se utilizan muchos radioisótopos que emiten rayos gamma. Uno de ellos es el tecnecio-99m. Cuando se le administra a un paciente, una cámara gamma puede utilizar la radiación gamma emitida para obtener una imagen de la distribución del radioisótopo. Esta técnica se emplea en la diagnosis de un amplio espectro de enfermedades, por ejemplo, en la detección del cáncer de huesos.
Los detectores de rayos gamma se están empezando a utilizar en Pakistan como parte del Container Security Initiative (CSI). Estas máquinas, que cuestan unos 5 millones de dólares americanos, pueden escanear unos 30 contenedores por hora. El objetivo de esta técnica es el escaneo de los contenedores de mercancía que llegan vía marítima antes de que entren a los puertos de EE.UU.
Referencias
http://www.eluniversal.com.mx/graficos/animados/videos/videoya.html
Introducción a los Líquidos Penetrantes
Discontinuidades que detecta, defectos superficiales como: poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras, laminaciones, etc.
Materiales: Sólidos metálicos y no metálicos
VENTAJAS
o Muy económico
o Inspección a simple vista
o No se destruye la pieza
o Se obtiene resultados inmediatos.
DESVENTAJAS
o Solo detecta fallas superficiales
o Difícil establecimiento de patrones
o La superficie a inspeccionar debe estar limpia y sin recubrimientos
o No se puede inspeccionar materiales demasiado porosos
PRINCIPIOS FÍSICOS
o Capilaridad: Es la acción que origina que un liquido ascienda o descienda a través de los llamados tubos capilares.
o Cohesión: Es la fuerza que mantiene a las moléculas de un cuerpo a distancias cercanas unas de las otras.
o Adherencia: Es la fuerza de atracción entre moléculas de sustancias diferentes.
o Viscosidad: Es la resistencia al deslizamiento de una capa de un fluido sobre otra capa.
o Tensión superficial: Es la fuerza no compensada que ejerce la superficie del liquido debido a la tensión no compensada de las moléculas subsuperficiales sobre la membrana superior.
Características de los líquidos penetrantes
El liquido penetrante tiene la propiedad de penetrar en cualquier abertura u orificio en la superficie del material. El penetrante ideal debe reunir lo siguiente:
• Habilidad para penetrar orificios y aberturas muy pequeñas y estrechas.
• Habilidad de permanecer en aberturas amplias.
• Habilidad de mantener color o la fluorescencia.
• Habilidad de extenderse en capas muy finas.
• Resistencia a la evaporación.
• De fácil remoción de la superficie.
• De difícil eliminación una vez dentro de la discontinuidad.
• De fácil absorción de la discontinuidad.
• Atoxico.
• Inoloro.
• No corrosivo.
• Antiinflamable.
• Estable bajo condiciones de almacenamiento.
• Costo razonable.
Propiedad física Penetrante Revelador
Capilaridad Alta Baja
Tensión superficial Baja Alta
Adherencia Baja Alta
Cohesión Baja Alta
Viscosidad Baja Alta
Partículas Pequeñas Grandes
• Tensión superficial: Es una de las propiedades mas importantes. Se requiere una tensión superficial baja para obtener buenas propiedades de penetración y mojado
• Poder humectante: El penetrador debe ser capaz de mojar completamente la superficie del material y es una de las propiedades mas importantes. Esto se refiere al ángulo de contacto del líquido con la superficie, el cual debe ser lo mas bajo posible.
• Viscosidad: Esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad del liquido para penetrar, aunque afecta la velocidad de penetración. Los penetrantes de alta viscosidad penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidades escurren muy rápido y tiene la tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad; por lo tanto se recomienda una viscosidad media.
• Volatilidad: Los líquidos penetrantes no deben ser volátiles. Si existe una evaporación excesiva se los productos del penetrante, se verá afectada la sensibilidad de todo el proceso, debido tanto al desequilibrio de la formula, como a la perdida del poder humectante.
• Gravedad especifica o densidad relativa: No juega un papel directo sobre el comportamiento de un penetrante dado; sin embargo, con densidades bajas se facilita el transporte de materiales extraños que tenderán a sedimentar en el fondo cuando se usan tanques abiertos. La mayoría de los líquidos penetrantes tienen densidades relativas que varían entre 0.86 y 1.06 a 16°C, por lo general la densidad es menor a 1.
• Punto de inflamación: Como medida de seguridad practica los líquidos penetrantes deberán poseer un punto de inflamación elevado con el fin de reducir los peligros de incendio. Generalmente el punto de inflamación es mayor de 95 °C y en recipientes abiertos no debe ser menor de 65 °C.
• Inactividad química: Los productos usados en la formulación de los líquidos penetrantes deben se inertes y no corrosivos con respecto a los materiales a ser ensayados y a los recipientes que los contienen.
• Capacidad de disolución: El penetrante debe tener una elevada capacidad para contener grandes concentraciones de pigmentos coloreados o fluorescentes usados y mantenerlos en solución.
Método de aplicación de los líquidos penetrantes en Pruebas No Destructivas
Se aplica el liquido penetrante a la superficie de la pieza a ser examinada, permitiendo que penetre en las aberturas del material, después de lo cual el exceso del liquido es removido. Se aplica entonces el revelador, el cual es humedecido o afectado por el penetrante atrapado en las discontinuidades de esta manera se incrementa la evidencia de las discontinuidades, tal que puedan ser vistas ya sea directamente o por medio de una lámpara o luz negra.
Tipo I = Penetrante fluorescente
Tipo II = Tintas permanentes o visibles
Proceso A = Penetrante lavable en agua
Proceso B = Penetrante postemulsificado
Proceso C = Penetrante removido con solvente
Revelador seco: Grano fino se aplica por espolvoreado, rociado o sumergido.
Revelador no acuoso: Es una suspensión absorbente, aplicado por rocío
Revelador húmedo: Es una suspensión absorbente de polvo en agua, se aplica por inmersión.
Portátil ( atomizador )
Estacionario ( inmersión )
Simple vista Spoteheck (portátil)
Luz negra Syglo (estacionario)
Portátil Estacionario
Liquido penetrante Rojo Verde (fluorescente)
Removedor Incoloro Incoloro
Revelador Blanco Blanco
PREPARACIÓN Y LIMPIEZA DE LA PIEZA:
Limpiar cuidadosamente la superficie a inspeccionar de pintura, aceite, grasa y otros contaminantes. Será necesario eliminar los restos de óxidos, pinturas, grasas, aceites, taladrinas, carbonilas, etc. Y esto se hace por métodos químicos, ya que los mecánicos, están prohibidos por la posibilidad que tiene su aplicación de tapar defectos existentes.
Se pueden usar todos aquellos procesos que dejen a la superficie limpia y seca; que no dañen al espécimen y que no empleen productos que sean incompatibles con los componentes.
Soluciones detergentes en caliente por inmersión, desengrase en fase de vapor o desengrase mediante disolvente, son los principales métodos para eliminar grasas y aceites. Los óxidos y las carbonillas térmicas se eliminaran con desoxidantes alcalinos o ácidos y a veces, principalmente en superficies rectificadas se hace un ataque ácido a fondo que abre las grietas durante la operación. Las pinturas se eliminan con productos cáusticos en caliente o basados en ellos.
APLICACIÓN DEL PENETRANTE.
Los penetrantes se aplican por inmersión, rociado con un cepillo o brocha, vertiendo el liquido sobre la pieza o cualquier otro método, vertiendo el liquido sobre la pieza o cualquier otro método que cubra la zona que se inspecciona.
Será necesario obtener una película fina uniforme en toda la superficie y se deberá esperar un tiempo llamado tiempo de penetración para que el liquido penetre en grietas. Este tiempo oscila entre los 5 y 15 minutos dependiendo del material y la clase de grietas.
ELIMINACIÓN DEL EXCESO DE PENETRANTE.
Se debe retirar la capa superficial del penetrante de forma que lo único que permanezca sea el que se hubiera alojado en las discontinuidades.
Se entiende por exceso de penetrante todo liquido que no se ha introducido en los defectos y que permanece sobrante sobre la superficie de la pieza a inspeccionar..
Esta etapa es critica y de su correcta realización dependerá el resultado final de la inspección, ya que es necesario eliminar y limpiar el exceso de penetrante de tal modo que no extraigamos el penetrante introducido en los defectos. Si no se ha eliminado perfectamente el liquido penetrante, en la inspección final aparecerán manchas de penetrante produciendo indicaciones falsas e incluso, el enmascaramiento de las grietas. Para saber si hemos eliminado bien el exceso de penetrante es necesario hacer una inspección visual. Es aconsejable quitar en primer lugar la mayor parte del penetrante con trapos o papel absorbente y después eliminar el resto utilizando trapos o papel ligeramente impregnados en disolvente.
APLICACIÓN DEL REVELADOR.
Aplicar el revelador y dejarlo actuar.
El revelado es la operación que hace visible al ojo humano la posición del defecto. El revelador es básicamente un producto en polvo de compuestos químicos blancos, inertes y con una granulometría tal que dispone de un gran poder de absorción. Una vez aplicado el revelador, hay que esperar un tiempo para que absorba el penetrante, este tiempo oscila entre 5 y 15 minutos.
Durante la preparación de las piezas para la inspección es necesario secarlas después de la aplicación del revelador húmedo o eliminar el remanente antes del uso del polvo revelador seco.
INSPECCIÓN FINAL DE LA PIEZA.
Una vez transcurrido el tiempo de revelado, se procede a la inspección de los posibles defectos de las piezas procesadas.
El tiempo de revelado depende del tipo de penetración, del revelador y del defecto, pero deberá permitirse tiempo suficiente para que se formen las indicaciones. La inspección se realiza antes de que el penetrante comience a exudar sobre el revelador hasta el punto de ocasionar la perdida de definición.
El proceso de inspección se compone de tres etapas.
A. Inspección.
B. Interpretación.
C. Evaluación.
Una regla práctica es que el tiempo de revelado nunca debe ser menor a siete minutos.
o Indicaciones relevantes. Son las causadas por discontinuidades que están generalmente presentes en el diseño.
o Indicaciones falsas. Son el resultado de alguna forma de contaminación con penetrantes, estas indicaciones no pueden referirse a ningún tipo de discontinuidad.
LIMPIEZA FINAL.
Se debe llevar a cabo en razón de los productos usados en el ensayo.
Tiempo de Penetración
Material Proceso Tipo de discontinuidad Tipo I Y II
Proceso A Tipo I Y II
Proceso B Tipo I Y II
Proceso C
Aluminio Fundición
Extrusión y forja
Soldadura
Todos
Todos Porosidades
Traslapes
Falta de fusión
Porosidades
Grietas
Grietas de fatiga 5 a 10 min
NR
30
30
30
NR 5 min
10
5
5
10
30 3 min
7
3
3
5
5
Magnesio Fundición
Extrusión y forja
Soldadura
Todos Porosidades
Traslapes
Falta de fusión
Porosidades
Grietas
Grietas de fatiga 15
NR
30
30
30
NR 5
10
10
10
10
30 3
7
5
5
5
7
Acero Fundición
Extrusión y forja
Soldadura
Todos
Todos Porosidades
Traslapes
Falta de fusión
Porosidades
Grietas
Grietas de fatiga 30
NR
60
60
30
NR 10
10
10
10
10
30 5
7
7
7
7
10
Latón y bronce Fundición
Extrusión y forja
Recubrimientos
Todos Porosidades
Traslapes
Falta de fusión
Porosidades
Grietas 10
NR
15
15
30 5
10
10
10
10 3
7
3
3
3
Plásticos Todos Grietas 5 a 30 5 5
Vidrio Todos Grietas 5 a 30 5 5
Herramienta con punta de carburo Falta de fusión
Porosidades
Grietas 30
30
30 5
5
20 3
3
5
Titanio y aleaciones a altas temperaturas Todos NR 20 a 30 15
Todos
metales Todos Esfuerzos o
Granulación
Interna NR 240 240
NR = no recomendable
Guía de Selección del proceso
PROBLEMA PROCESO
TIPO I Y II OBSERVACIONES
Alta producción de artículos pequeños A Pequeñas cantidades mojadas en canastas
Alta producción de artículos grandes B Grandes forjas, extrusiones, etc.
Alta sensibilidad para discontinuidades finas B Indicaciones mas claras y mas brillantes
Discontinuidades superficiales, rayones, etc. Deben detectarse B Puede controlarse la profundidad de emulsificación.
Artículos con rugosidad superficial A
Artículos con cuerdas y cuñeros. A El penetrante podría fijarse en las esquinas.
Artículos con rugosidad superficial media A – B La elección depende de los requerimientos de producción y sensibilidad.
Prueba por puntos. C
Se necesita equipo portátil. C
No se dispone de agua y electricidad
C
Artículos anodizados, agrietados después del anodizado C – B – A De preferencia el orden indicado
Repetir el proceso C Cinco a seis repeticiones podrían ser el limite.
Detección de fugas A – B
CARACTERÍSTICAS DEL PENETRANTE FLUORESENTE
TIPO VENTAJAS DESVENTAJAS
LAVADO CON AGUA La fluorescencia asegura visibilidad
Fácilmente lavable con agua.
Grandes cantidades de especimenes pequeños.
Superficies rugosas.
Cuñeros y cuerdas.
Amplio rango de discontinuidades.
Rápido.
Proceso sencillo. Requiere luz negra y áreas obscuras.
No es seguro en la detección de rayones y fallas superficiales.
No es seguro volver a probar.
No es seguro en superficies anodizadas.
Ácidos y cromatos afectan la sensibilidad.
Fácilmente sobre lavado.
El penetrante esta expuesto a la contaminación del agua.
POST
EMULSIFICADO La fluorescencia asegura visibilidad.
Alta sensibilidad para discontinuidades muy finas.
Bueno para discontinuidades superficiales.
Fácilmente lavable con agua después de la emulsificación.
Tiempo de penetración corto.
No puede ser fácilmente sobre lavado Requiere luz negra y áreas obscuras.
Requiere mas paso.
Requiere equipo para la aplicación de emulsivo.
Difícil remoción del penetrante en cuerdas, cuñeros, agujeros ciegos y superficies rugosas
REMOVIDO CON SOLVENTE La fluorescencia asegura visibilidad
Portátil.
No requiere agua.
Bueno sobre piezas anodizadas.
Para verificación por puntos.
Las piezas pueden ser re probadas Requiere luz negra y áreas obscuras.
Material inflamable.
No puede usarse en tanques abiertos.
Difícil su empleo sobre superficies rugosas tales como fundición de magnesio.
Diagrama general de la aplicación de líquidos penetrantes
PROCESO A: PENETRANTE FLUORESCENTE LAVABLE CON AGUA
PROCESO B: PENETRANTE FLUORESCENTE POST - EMULSIFICADO
PROCESO C: PENETRANTE FLUORESCENTE REMOVIDO CON SOLVENTE
PROCESO C: PENETRANTE VISIBLE REMOVIDO CON SOLVENTE
PROCESO A: PENETRANTE VISIBLE LAVABLE CON AGUA
PROCESO B: PENETRANTE VISIBLE POST – EMULSIFICADO
Bibliografía
"Apuntes para el Laboratorio de Pruebas No Destructivas". UPIICSA-IPN, Academia de Laboratorio de Control de Calidad, México D.F., 2002
2. Historia de los materiales y su clasificación
Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto .Desde el comienzo de la civilización , los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos están fabricados a base de materiales , estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro .Los mas comúnmente encontrados son madera , hormigón , ladrillo , acero , plástico , vidrio , caucho , aluminio , cobre y papel . Existen muchos mas tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta de ello . Debido al progreso de los
programas de investigación y desarrollo , se están creando continuamente nuevos materiales.
La producción de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en productos acabados , constituyen una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricación . Puesto que la producción necesita materiales , los ingenieros deben conocer de la estructura interna y propiedad de los materiales , de modo que sean capaces de seleccionar el mas adecuado para cada aplicación y también capaces de desarrollar los mejores métodos de procesado.
Los ingenieros especializados en investigación trabajan para crear nuevos materiales o para modificar las propiedades de los ya existentes . Los ingenieros de diseño usan los materiales ya existentes , los modificados o los nuevos para diseñar o crear nuevos productos y sistemas . Algunas veces el problema surge de modo inverso : los ingenieros de diseño tienen dificultades en un diseño y requieren que sea creado un nuevo material por parte de los científicos investigadores e ingenieros.
La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente . Por ejemplo los ingenieros mecánicos buscan materiales para altas temperaturas , de modo que los motores de reacción puedan funcionar mas eficientemente . Los ingenieros eléctricos procuran encontrar nuevos materiales para conseguir que los dispositivos electrónicos puedan operar a mayores velocidades y temperaturas .
3. Tipos de materiales
Por conveniencia la mayoria de los materiales de la ingenieria estan divididos en tres grupos principales materiales metálicos , poliméricos , y cerámicos
Materiales metálicos .
Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o mas elementos metálicos , pudiendo contener también algunos elementos no metálicos , ejemplo de elementos metalicos son hierro cobre , aluminio , niquel y titanio mientras que como elementos no metalicos podriamos mencionar al carbono.
Los materiales de cerámica , como los ladrillos , el vidrio la loza , los ailantes y los abrasivos , tienen escasas conductividad tanto electrica como termica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad , conformabilidad y resistencia al impacto..
Polimeros , en estos se incluyen el caucho (el hule) , los plásticos y muchos tipos de adhesivos . Se producen creando grandes estructuras moleculares apartir de moléculas orgánicas obtenidas del petroleo o productos agrícolas .
Fases componentes de un sólido desde su estructura intermolecular
Una sustancia pura como el agua puede existir en las fases sólido, liquido y gas, dependiendo de las condiciones de temperatura y presión. Un ejemplo familiar para todos de dos fases de una sustancia pura en equilibrio es un vaso de agua con cubos de hielo. En este caso el agua, sólida y liquida, da lugar a dos fases distintas separadas por una fase limite, la superficie de los cubos de hielo. Durante la ebullición del agua, el agua líquida y el agua vapor son dos fases en equilibrio. Una representación de las fases acuosas que existen bajo diferentes condiciones de presión y temperatura se muestra en la
En el diagrama de fases presión-temperatura (PT} del agua existe un punto triple a baja presión (4579 torr) y baja temperatura (0,0098 0C) donde las fases sólida, liquida y gaseosa coexisten. Las fases liquida y gaseosa existen a lo largo de la línea de vaporización y las fases líquida y sólida a lo largo de la línea de congelación, como se muestra en la Figura 8.1. Estas lineas son lineas de equilibrio entre dos fases.
El díagrama de fases en equilibrio (PT) se puede construir también para otras sustancias puras. Por ejemplo, el diagrama de fases de equilibrio PT del hierro puro se muestra en la Figura 8.2. Una diferencia fundamental de este diagrama de fases es que tiene tres fases sólidas distintas y separadas: Fe alfa (~, Fe gamma (y) y Fe delta (~).
El hierro ~ y <5 tiene estructuras cristalinas BBC, mientras el hierro y tiene una estructura FCC. Las fases limite en el estado sólido tienen las mismas propiedades que entre liquido y sólido. Por ejemplo, bajo condiciones de equilibrio, el hierro ~ y y puede existir a una temperatura de 910 0C y una atmósfera de presión. Por encima de 910 0C sólo existe la fase y, y por debajo de 910 0C sólo existe la fase ~ Hay también tres puntos triple en el díagrama PT del hierro donde las tres fases diferentes coexisten: (1) líquido, vapor Fe <5; (2) vapor, Fe <5 y Fe y; y (3) vapor, Fe y y Fe ~.enlaces existente para su configuración
4. Enlaces existentes para su configuración.
Enlaces metálicos
En metales en estado sólido , los átomos se encuentran empaquetados relativamente muy juntos en una ordenación sistemática o estructura cristalina . Por ejemplo la disposición de los átomos de cobre en el cobre cristalino consiste que los átomos están tan juntos que sus electrones externos de valencia son atraídos por los núcleos de sus numeroso vecinos . En el caso del cobre sólido cada átomo está rodeado por otros 12 átomos más próximos . Los electrones de valencia no están por lo tanto asociados férreamente a un núcleo en particular y así es posible que se extiendan entre los átomos en forma de una nube electrónica de carga de baja densidad o gas electrónico. Los átomos en un enlace metálico sólido se mantienen juntos por enlace metálico para lograr un estado de más baja energía ( o más estable) . Para el enlace metálico no hay restricciones sobre pares electrónicos como en el enlace covalente o sobre la neutralidad de carga como en el enlace iónico . En el enlace metálico los electrones de valencia más externos de los átomos son compartidos por muchos átomos circundantes y de este modo , en general , el enlace metálico no resulta direccional Fuerzas de van der Waals
Excepto en un gas muy dispersado las moléculas ejercen atracciones y repulsiones entre sí . Estas proceden fundamentalmente de interacciones dipolo-dipolo . Las moléculas no polares se atraen entre sí mediante interacciones débiles dipolo-dipolo llamadas fuerzas de London que surgen como consecuencia de dipolos inducidos en una molécula por otra. En este caso los electrones de una molecula son debilmente atraídos hacia el nucleo de otra pero entonces los electrones de esta son repelidos por los electrones de la primera. El resultado es una distribución desigual de la densidad electrónica y , en consecuencia , un dipolo incluido . Las diferentes interacciones dipolo-dipolo (atractivas y repulsivas) se denominan conjuntamente fuerzas de van der Waals . La distancia entre las moléculas juega un importante papel en la intensidad de dichas fuerzas . Se llama radio de van der Waals a la distancia a la que la fuerza atractiva es máxima .Cuando dos átomos se aproxima a distancias mas cortas que el radio de van der Waals , se desarrollan fuerzas repulsivas entre los núcleos y las capas electrónicas . Cuando la distancia entre dos moléculas es mayor al radio de van der Waals las fuerzas atractivas entre las moléculas disminuyen.
Enlace iónico
Los enlaces iónicos se pueden formar entre elementos muy electropositivos (metálicos) y elementos muy electronegativos (no metales) . En el proceso de ionización los electrones son transferidos desde los átomos de los elementos electropositivos a los átomos de los elementos electronegativos , produciendo cationes cargados positivamente y aniones cargados negativamente . Las fuerzas de enlace son debidas a la fuerza de atracción electrostática o culombiana entre iones con carga opuesta . Los enlaces ionicos se forman entre iones opuestamente cargados por que se produce una disminución neta de la energía potencial para los iones enlazados
Enlace covalente
Un segundo tipo de enlace atómico primario es el enlace covalente . Mientras el enlace iónico involucra átomos muy electropositivos y electronegativos , el enlace covalente se forma entre átomos con pequeñas diferencias de electronegatividad y ubicados muy próximos en la tabla periódica . En el enlace covalnete los átomos generalmente comparten sus electrones externos s y p como otros átomos , de modo que cada átomo alcanza la configuración de gas noble. En un enlace covalente sencillo cada uno de los átomos contribuye con un electrón a la formación del par de electrones de enlace , y las energías de los dos átomos asociadas con el enlace covalente son menores (mas estables) como consecuencia de la interacción de los electrones . En el enlace covalente , se pueden formar enlaces mútiples de pares de eletrones por un átomo consigo mismo o con otros átomos.
Redes cristalograficas existentes
Sistemas cristalográficos
Los cristalógrafos han demostrado que son necesarias solo siete tipos diferentes de celda unidad para crear todas las redes puntuales . La mayor parte de etos siete sistemas cristalinos presentan variaciones de la celda unida básica . A. J. Bravais mostró que catorce celdas unidad estándar podian describir todas las estructuras reticulares posibles .Hay cuatro tipos de celdas unidad :
o Sencilla
o Centrada en el cuerpo
o Centrada en las caras
o Centrada en la base
En el sistema cúbico hay tres tipos de celdas unidad : cúbica sencilla , cúbica centrada en el cuerpo y cúbica centrada en las caras. En el sistema ortorrómbico están representados los cuatro tipos . En el sistema tetragonal hay solo dos: sencilla y centrada en el cuerpo. En el sistema monoclínico tiene celdas unidad sencilla y centrada en la base , y los sistemas romboedríco hexagonal y triclínico, tienen solo una celda unidad .
Estructuras cristalográficas
La mayoría de los metales elementales alrededor del 90 % cristalizan en tres estructuras cristalinas densamente enpaquetadas : cúbica centrada en el cuerpo (BCC) , cúbica centrada en las caras (FCC) y hexagonal compacta (HCP) . La estructura HCP es una modificación más densa de la estructura cristalina hexagonal sencilla . La mayor parte de los metales cristalizadas en esas estructuras densamente enpaquetadas debido a que se libera energía a medida que los átomos se apróximan y se enlazan cada vez más estrechamente entre sí . De este modo , dichas estructuras densamente enpaquetadas se encuentran es disposiciones u ordenamientos de energía cada vez más baja y estable Examinemos ahora detalladamente la disposición de los átomos en las celdas unidad de las tres principales estructuras cristalinas . Aunque solo sea una aproximación consideremos a los átomos de estas estructuras como esferas rígidas. La distancia entre los átomos en las estructuras cristalinas puede ser determinado experimentalmente por análisis de rayos X. Por ejemplo , la distancia interatómica entre dos átomos de aluminio en un fragmento de aluminio puro a 20 0 C es 0.2862 nm.
Se considera que el radio del aluminio en el aluminio metal es la mitad de la distancia interatómica , o 0.143 nm.
Planos cristalinos
Dirección en la celda
A menudo , es necesario referirnos a posiciones específicas en las redes cristalinas . Esto es especialmente importante para metales y aleaciones con propiedades que varían con la orientación cristalográfica . Para cristales cúbicos los indices de las direcciones cristalográficas son los componentes vectoriales de las direcciones resueltos a lo largo de cada eje coordenado y reducido a los enteros mas pequeños .
Para indicar en un diagrama la dirección en una celda cúbica unitaria dibujamos un vector de dirección desde el origen (que es normalmente una esquina de la celda cúbica) hasta que sale la superficie del cubo .Las coordenadas de posición de la celda unidad donde el vector de posición sale de la superficie del cubo despues de ser convertidas a enteros son los indices de dirección .Los indices de dirección se encierran entre corchetes sin separación por comas.
Planos en una celda unitaria
Las superficise cristalinas en celdillas unidad HCP pueden ser identificadas comúnmente utilizando cuatro indices en lugar de tres. Los indices para los planos cristalinos HCP ,llamados indices Miller-Bravais, son designados por las letras h , k , i , l y encerrados entre parentesis ( hkil ) . estos indices hexagonales de 4indices estan basados en un sistema coordenado de 4 ejes .
Existen 3 ejes basicos , a1 , a2 , a3, que forman 1200 entre si. El cuarto eje o eje c es el eje vertical y esta localizado en el centro de la celdilla unidad . La unidad a de medida a lo largo de los ejes a1 a2 a3 es la distancia entre los átomos a lo largo de estos ejes .la unidad de medida a lo largo del eje es la altura de la celdilla unidad . Los recíprocos de las intersecciones que un plano cristalino determina con los ejes , a1 , a2 , a3 proporciona los indices h , k e i mientras el recíproco de la intersección con el eje c da el índice l
Notación para planos
Los planos basales de la celdilla unidad HCP son muy importantes para esta celdilla unidad puesto que el plano basal de la celdilla HCP es pralelo a los ejes , a1 , a2 , a3 las intersecciones de este plano con estos ejes serán todas de valor infinito . Así , a1 = ¥ , a2 = ¥ a3 = ¥ El eje c , sin embargo , es unico puesto que el plano basal superior intersecciona con el eje c a una distancia unidad . Tomando los reciprocos de estas intersecciones tenemos los indices de Miller-Bravais para el plano Basal HCP. Así , H =0 K=0 I = 0 y L=1. El plano basal es , por tanto un plano cero-cero-cero-uno o plano (0001) .
Importancia del indice de Milller
A veces es necesario referirnos a planos reticulares específicos de átomos dentro de una estructura cristalina o puede ser interesante conocer la orientación cristalográfica de un plano o grupo de planos en una red cristalina. Para identificar planos cristalinops es estructuras cristalinas cúbicas se usa la notación de Miller . Los indices de Miller de un plano cristalino estan definidos como los reciprocos de las intersecciones , que el plano determina con los ejes x , y , z de los tres lados no paralelos del cubo unitario .Las aristas de una celda cúbica unitaria presentan longitudes unitarias y las intersecciones de los planos de una red se miden en base a estas longitudes unitarias .El procedimiento de determinación de los indices de Miller para un plano de un cristal cúbico es el siguiente:
• Escoger un plano que no pase por el origen en (0,0,0)
• Determinar las interacciones del plano en base a los ejes x,y,z cristalográficos para un cubo unitario , estas interacciones pueden ser fraccionarias
• Construir los recíprocos de estas intersecciones
Despejar fracciones y determinar el conjunto mas pequeño de números esteros que estén en la misma razón que las intersecciones. Esos números enteros son los índices de Miller de un plano cristalográfico y se encierran entre paréntesis sin usar comas. La notación (hkl) se usa para indicar índices de Miller en sentido general , donde h ,k, y l son los indices de Miller para un plano de un cristal cúbico de ejes x,y,z respectivamente.
5. Estructuras cristalinas
La primera clasificación que se puede hacer de materiales en estado sólido, es en función de cómo es la disposición de los átomos o iones que lo forman. Si estos átomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo que se repite en las tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino. Si los átomos o iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sin seguir ningún tipo de secuencia de ordenamiento, estaríamos ante un material no cristalino ó amorfo. En el siguiente esquema se indican los materiales sólidos cristalinos y los no cristalinos.
En el caso de los materiales cristalinos, existe un ordenamiento atómico (o iónico) de largo alcance que puede ser estudiado con mayor o menor dificultad. Ahora bien, realmente ¿necesitamos estudiar los materiales a nivel atómico?.
Para responder a esta cuestión, podemos estudiar las principales propiedades de dos materiales tan conocidos como son el grafito (Fig.1) y el diamante (Fig.2). El grafito es uno de los materiales más blandos (tiene un índice de dureza entre 1y 2 en la escala Mohs), es opaco (suele tener color negro), es un buen lubricante en estado sólido y conduce bien la electricidad. Por contra, el diamante es el material más duro que existe (10 en la escala Mohs), es transparente, muy abrasivo y un buen aislante eléctrico.
Como vemos, son dos materiales cuyas principales propiedades son antagónicas. Pero, si pensamos en sus componentes, nos damos cuenta que tanto uno como el otro están formados únicamente por carbono. Entonces, ¿a que se debe que tengan propiedades tan dispares?. La respuesta está en el diferente modo que tienen los átomos de carbono de enlazarse y ordenarse cuando forman grafito y cuando forman diamante; es decir, el grafito y el diamante tienen distintas estructuras cristalinas.
Ruina Universal de Ensayos: capacidad máxima de 120kN (12 t), con cuatro escalas, se realizan ensayos de tensión, compresión, flexión y corte.
Durómetro Universal Digital: durezas Rockwell, Brinell y Vickers.
Péndulo de Impacto: ensayos según métodos Charpy e Izod, capacidad máxima 300J. Para metales.
Péndulo de Impacto para Plásticos: capacidad máxima aproximada 8J.
Cámara Climática: ensayos con temperatura y humedad variable.
Máquina de Fatiga por Flexión Rotativa: capacidad máxima de 270kg*cm.
6. Aceros.
No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir el metal para ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 a.c., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro; los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.c, la técnica de cierta complejidad para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.
Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.c.) se clasifican en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico lleno de una
escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y dejar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente
auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero.
Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero.
La producción moderna de arrabio emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio para la producción de acero mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios minihornos que emplean electricidad para producir acero a partir de chatarra.
Las aleaciones de hierro y carbono -aceros y fundiciones- son las aleaciones metálicas más importantes de la civilización actual. Por su volumen, la producción de fundición y de acero supera en más de diez veces la producción de todos los demás metales juntos.
Corrientemente se da el nombre de acero y fundición, a las aleaciones hierro - carbono (si tienen más del 2% de C son fundiciones y si tienen menos del 2% de C son aceros).
El hierro forma soluciones con muchos elementos: con los metales, soluciones por sustitución, con el carbono, nitrógeno e hidrógeno, soluciones por inserción.
La solubilidad del carbono en el hierro depende de la forma cristalográfica en que se encuentra el hierro. La solubilidad del carbono en el hierro ( cúbica de cuerpo centrado) es menor que el 0,02% y en el hierro (cúbica da caras centradas) es hasta el 2%.
Se distinguen tres grupos de aceros al carbono: eutectoides, que contienen cerca de un 0,8% de C, cuya estructura está constituida únicamente por perlita: Hipoeutectoides, que contienen menos del 0,8% de C, con estructura formada por ferrita y perlita; e Hipereutectoides, que contienen del 0,8 al 2% de C y cuya estructura consta de perlita y cementita.
7. Microestructuras De Los Aceros
Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como único constituyente. También pueden estar presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos, sulfuros y aluminatos.
El análisis de las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama metaestable Hierro-carburo de hierro o Cementita.
Diagrama Fe-C
Las microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los aceros al carbono son:
FERRITA (Hierro a)
Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro puro, la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 °C.
Microestructura del acero al carbono, cristales blancos de ferrita
La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se obsera al microscopio como granos poligonales claros.
En los aceos, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los aceros de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que limita los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o bandas circulares orientados en la dirección de los planos cristalográficos de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina Widmanstatten.
La ferrita también aparece como elemento eutectoide de la perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita, en la estructura globular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glóbulos de cementita, figura 9, en los aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado.
8. Cementita
Es el carburo de hierro de fórmula Fe3C, contiene 6.67 %C y 93.33 % de hierro, es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc) y cristaliza en la red ortorómbica.
Microestructura del acero 1%C, red blanca de dementita
En las probetas atacadas con ácidos se observa de un blanco brillante y aparece como cementita primaria o proeutéctica en los aceros con más de 0.9%C formando una red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la perlita como láminas paralelas separadas por otras láminas de ferrita, se presenta en forma de glóbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros de alto carbono se han sometido a un recocido de globulización, en los aceros hipoeutectoides que no han sido bien templados.
Perlita
Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C.
Microestructura del acero al carbono, cristales oscuros de perlita
Si el enfriamiento es rápido (100-200°C/seg.), la estructura es poco definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura próxima a 723°C, la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, denominándose perlita globular.
Austenita
Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente.
La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magnética.
Microestructura de la austenita
La austenita no puede atarcarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros templados.
Martensita
Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas.
El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0.7 %C.
Microestructura de la martensita
La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la tracción de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frágil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag con ángulos de 60 grados.
Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la crítica inferior (727°C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfriándolo luego al aire o en cualquier medio.
Troostita
Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 6000C, o por revenido a 4000C.
Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la tracción de 140 a 175 kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita
Sorbita
Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650%, o por revenido a la temperatura de 600%. Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la tracción es de 88 a 140 kg/mm2 ,con un alargamiento del 10 al 20%.
Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, figura 16; de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino.
Bainita
Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a 500-580°C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250-4000C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos.
La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita.
Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismos de los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser único contituyente y además pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos.
La determinación del tamaño de grano austenítico o ferrítico, puede hacerse por la norma ASTM o por comparación de la microfotografías de la probeta a 100X, con las retículas patrón numeradas desde el 1 para el grano más grueso hasta el 8 para el grano más fino.
En el sistema ASTM el grosor del grano austenitico se indica con un número convencional n, de acuerdo con la formula:
logG=(n-1)log2
Donde G es el número de granos por pulgada cuadrada sobre una imagen obtenida a 100 aumentos; este método se aplica a metales que han recristalizado completamente, n es el número de tamaño de grano de uno a ocho.
Forma, tamaño y distribución de los cristales o granos en la microestructura del acero para comparación a 100X
Cualquier proceso de producción de acero a partir del Arrabio consiste en quemar el exceso de carbono y otras impurezas presentes en el hierro.
Una dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión, 1.400ºC aproximadamente, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales.
Para superar esta dificultad, se han desarrollado 3 importantes tipos de hornos para el refinamiento del Acero, en cada uno de estos procesos el oxígeno se combina con las impurezas y el carbono en el metal fundido. El oxígeno puede introducirse directamente mediante presión dentro o sobre la carga a través del oxígeno en el aire, o en forma de óxidos de hierro o herrumbre en la chatarra. Esto oxidará algunas impurezas, las que se perderán como gases, mientras otras impurezas reaccionarán con la piedra caliza fundida para formar una escoria que será colada posteriormente.
La tecnología de materiales es el estudio y puesta en práctica de técnicas de análisis, estudios físicos y desarrollo de materiales.
Propiedades de los materiales
Propiedades mecánicas
• Dureza: es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Un cuerpo es más duro que otro ya que sus moleculas estan muy unidas y tensas como para dejarse penetrar. La propiedad opuesta a duro es blando. El diamante es duro porque es difícil de rayar.
resistencia se refiere a la propiedad que presentan los materiales para soportar las diversas fuerzas a que pueden ser sometidos.
• Blando: es la poca resistencia que ofrece un cuerpo a ser rayado por otro, un cuerpo es tanto más blando cuando la fuerza necesaria para rayarlo es tanto más pequeña, la propiedad opuesta a blando es duro, el yeso es blando porque se raya con facilidad.
• Tenacidad: la tenacidad es la resistencia que opone un cuerpo a romperse por un impacto, un cuerpo es tanto más tenaz cuando el choque necesario para romperlo tenga que ser más fuerte. La propiedad opuesta a tenaz es frágil, ejemplo, la madera es tenaz, dado que es necesario un choque muy violento para romperla.
• Fragilidad: es la facilidad con la que un cuerpo se rompe por un choque, propiedad opuesta a tenacidad, el vidrio es frágil porque con un pequeño golpe se rompe.
• Elasticidad: la elasticidad es la capacidad de los cuerpos de recuperar su forma original tras una deformación, un cuerpo elástico se deforma cuando se ejerce una fuerza sobre él, pero cuando esa fuerza desaparece, el cuerpo recupera su forma original, la propiedad opuesta a elasticidad es plasticidad. La goma es elástica, si se ejerce una fuerza, por ejemplo sobre una pelota de goma, esta se deforma, cuando deja de ejercer la fuerza la pelota recupera su forma original.
• Plasticidad: la plasticidad es la propiedad del cuerpo por la que una deformación se hace permanente, si sobre un cuerpo plástico ejercemos una fuerza este se deforma, cuando la fuerza desaparece la deformación permanece, la propiedad opuesta a plasticidad es elasticidad. Un ejemplo es la arcilla fresca, si se aplica una fuerza sobre ella se deforma, cuando deja de ejercer la fuerza la deformación permanece.
• Maleabilidad: es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. Se diferencia de aquélla en que mientras la ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas. El elemento conocido más maleable hasta la fecha es el oro, que se puede malear hasta láminas de diezmilésima de milímetro de espesor. También presenta esta característica, en menor medida, el aluminio, habiéndose popularizado el papel de aluminio como envoltorio conservante para alimentos, con posibles efectos adversos para la salud, así como en la fabricación de tetra-brick.
• Ductilidad: La ductilidad es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando, bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. A los metales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas deformación.
No debe confundirse dúctil con blando, ya que la ductilidad es una propiedad que se manifiesta una vez que el material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse. Así mismo tampoco debemos confundir entre duro y tenaz, este último es la energía acumulada al aplicarse una fuerza, al contrario que la dureza que es la resistencia a la deformación en general.
En un ensayo de tracción, los materiales dúctiles presentan una fase de fluencia caracterizada por una gran deformación sin apenas incremento de la carga.
Propiedades ópticas
• Opaco - Impide el paso a la luz
• Translúcido - Deja pasar la luz, pero que no deja ver nítidamente los objetos.
• Transparente - Dicho de un cuerpo a través del cual pueden verse los objetos claramente.
Clasificacion Materiales Segun son naturales o nobles se puede definir su forma y su compuesto.Algunos se realizan mediante productos renovables y otros mediante recursos no renovables.
Sus trabajos son excelentes, hace muy buenas consultas,lo felicito.- Rayos x y líquidos penetrantes 10/10, materiales y sus propiedades 10/10 ensayo de la chispa 20/20.- espero haga lo mismo con lo de la metalografía.-
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL FRANCISCO MORAZAN
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE DUCACION TECNICA INDUSTRIAL
Nombre de la asignatura: Tecnologia de materiales
Nombre del profesor: Renan Avila Morales
Practica numero 2
Nombre del alumno: Victor David Ramos Banegas
Numero de registro: 0801198107054
Tegucigalpa, M. D. C. 30 de septiembre de 2008
INFORME DE LABORATORIO MONTAJE DE LA PROBETA
INTRODUCCION
La metalografía es, esencialmente, el estudio de las características estructurales o de constitución de un metal o una aleación para relacionar ésta con las propiedades físicas y mecánicas. En este informe se resumirá brevemente el procesó del montaje de la probeta el cual es un trabajo que requiere mucho cuidado, porque la probeta debe manejase con delicadeza, se requiere de paciencia porque en el procesó se corta una muestra de probeta, la cual se tienen que pulir sus caras, también se corta un pedazo de PVC y en este se monta la muestra de probeta con acrílico liquido y polvo. Lo demás se resumirá a continuación.
OBJETIVOS
1. Obtener una superficie pulida a espejo y atacada de probetas de acero, fundiciones de hierro y no ferrosos.
2. Preparar la muestra de probeta para un estudio de metalografia microscopica.
3. Poder ejecutar el microscopio para metal.
4. Aplicasion de reactivo
5. Analisis metalografico
RECURSOS
Equipos y herramientas:
1. Esmeril con su respectiva muela
2. Muestra de la probeta
3. Segueta
4. Bandeja con agua
5. Tenaza universal
6. Overol
7. Guantes
8. Gafas
9. Trapo limpio
10. Lapiz
11. papel
12. Enbudo
13. lima
14. baker
15. lija 100, 120, 150, 180.
16. Pedazo de vidrio de selocia
Materiales
1. Varilla de construcsion
2. Tubo PVC
3. Acrilico en polvo y liquido
TEORIA RELACIONADA
GENERALIDADES
La metalografía microscópica estudia las características estructurales y de constitución de los productos metalúrgicos con la ayuda del microscópio metalográfico, para relacionarlos con sus propiedades físicas y mecánicas. La parte más importante de la metalografía es el examen microscópico de una probeta pulida y atacada empleando aumentos que con el microscópio óptico oscilan entre 100 y 2000X.
El examen microscópico proporciona información sobre la constitución del metal o aleación, pudiéndose determinar características tales como forma, tamaño, y distribución de grano, inclusiones y microestructura metalográfica en general. La microestructura puede reflejar la historia completa del tratamiento mecánico o térmico que ha sufrido el metal.
La preparación defectuosa de las probetas puede arrancar las inclusiones importantes, destruir los bordes de grano, revenir un acero templado o en general, originar una estructura superficial distorsionada que no guarda ninguna relación con la superficie representativa y características del metal.
El análisis metalográfico comprende las siguientes etapas:
1. Selección de la muestra.
2. Toma o corte de la muestra.
3. Montaje y preparación de la muestra.
4. Ataque de la muestra.
5. Análisis microscópico.
6. Obtención de microfotografías o video grabaciones.
La elección de la muestra o localización de la parte que va a ser estudiada debe hacerse de tal modo que represente todo el metal o puede ser el sitio de la falla de una pieza o el límite entre una soldadura y el metal base.
El tamaño óptimo de la probeta debe ser tal que pueda sostenerse con la mano durante su preparación, (una pulgada de diámetro por una pulgada de altura).
El corte de la probeta puede realizarse con seguetas, cortadora de cinta o disco abrasivo, teniendo la precaución de evitar el calentamiento que puede ocasionar alteraciones estructurales, por lo tanto no es conveniente realizar el corte de la muestra con soplete oxiacetilénico.
Un caso extremo es el corte de probetas de plomo, que debe realizarse con sierras-cintas para evitar el empaste de los dientes de la segueta y el calentamiento excesivo.
Cuando sólo se dispone de pequeñas partes o grismas del metal tales como alambres, tornillos, hilos y chapas de secciones delgadas es necesario montarlos en un material adecuado o sistema de sujeción que haga posible su manejo durante la preparación.
El montaje de estas muestras se hace en materiales plásticos sintéticos como bakelita, lucite, o acrilico isotérmico que después del moldeo son relativamente duros y resistentes a la corrosión y no causan empastamiento de los papeles abrasivos durante el desbaste y pulido.
El montaje consiste en comprimir un plástico fundido sobre la muestra metálica y dejar enfriar el sistema bajo presión hasta la solidificación del plástico o resina sintética.
La preparación de la probeta consiste en el desbaste y el pulido.
El desbaste es la operación siguiente al corte y al montaje de la probeta y se efectúa en una desbastadora de cinta rotativa o sobre papeles abrasivos de diferentes grados, colocados sobre discos giratorios.
Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante. Se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos:
150, 220, 280, 320, 400, 500, y 600, pues eliminar algún abrasivo retarda la operación en vez de acelerarla.
Una presión excesiva sobre el papel abrasivo puede causar rayas profundas y difíciles de eliminar posteriormente, además se provoca una distorsión intensa sobre el metal de la superficie, alterando el aspecto de la estructura. Esta distorsión no se puede evitar completamente pero puede reducirse mediante técnicas adecuadas de desbaste y pulido.
Conviene emplear un papel nuevo para cada probeta, los papeles usados se emplean para finalidades específicas porque sus partículas abrasivas desgastadas tienden a producir distorsión del metal superficial, además si sobre un papel se ha desbastado un acero templado, pueden quedar sobre él partículas muy finas y producir rayas profundas y anchas al emplearlo después para preparar un material blando como latón o aluminio.
También debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscópio.
Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partículas del abrasivo o del metal en la etapa del desbaste pase a las pulidoras lo cual los haría inservibles, además en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie.
El pulido tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas en la última operación del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo.
El éxito del pulido y el tiempo empleado en la operación, depende en gran parte del cuidado con que se haya realizado el desbaste. Si una probeta tiene rayas profundas que no se han eliminado en las últimas operaciones de desbaste, no podrán ser eliminadas durante el pulido con pérdida de tiempo y trabajo.
La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre un paño embebido con una suspensión de abrasivo y fijado a un disco que gira accionado por un motor.
Como paños pueden emplearse el paño de billar, el raso, la seda, el terciopelo, y otros que corresponden a nombres comerciales como Selvit, Gamal, Kanvas, Microcloth, etc. Como abrasivo puede usarse una suspensión acuosa de alúmina, óxido de cromo, óxido de hierro, óxido de magnesio, o para materiales muy duros una suspensión de polvo de diamante en aceite mineral. El tamaño de la partícula abrasiva en suspensión oscila entre 100 y algunas décimas de micrón.
Los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero, con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giro entre 250 y 500 r.p.m.
La presión a aplicar sobre la probeta, depende de la dureza de la aleación y debe disminuirse a medida que avanza el pulido, deberá ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del último papel (600) cuidando de no excederse en la presión por el peligro de desgarramiento del paño.
Durante la operación del pulido, la probeta deberá desplazarse en la dirección del radio, desde el borde hasta el centro del disco.
Debe lavarse la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente. Observar en el microscópio a 100 aumentos; si persisten las rayas provenientes del desbaste en el último papel, continuar con el pulido en la forma ya descrita, todo el tiempo que sea necesario para que éstas desaparezcan.
La combinación adecuada de estas variables, permitirá alcanzar un óptimo pulido, aunque difícilmente se logre evitar algo de distorsión; para eliminar esta última, no queda otro recurso que el de ataque y pulido alternados.
La observación microscópica de la probeta pulida permite reconocer la presencia de inclusiones no metálicas como sulfuros, silicatos, aluminatos, óxidos, microporosidades. microgrietas, y grafito.
Antes de atacar la probeta debe desengrasarse con alcohol y secarse con aire frío o caliente.
Para el ataque, se toma la probeta con la pinza y se sumerge con la cara pulida hacia abajo en el reactivo de ataque contenido en el cristalizador. Se tiene la probeta sumergida un segundo, se extrae, se lava con alcohol, se seca y se observa al microscópio, se registra el campo observado a diferentes aumentos. Se vuelve a pulir y se repite la operación descrita anteriormente manteniendo sucesivamente la probeta sumergida durante 2, 10, 20, 40 y 80 segundos, registrando el campo observado después de cada ataque. Mediante el ataque es posible poner de manifiesto el tamaño, forma y distribución del grano (fases o microconstituyentes), las heterogeneidades en la estructura y las segregaciones. Algunos de los reactivos de ataque son los siguientes:
Acido pícrico (picral)
4 g. de ácido pícrico cristalizado,
100 cm3, de alcohol etílico al 95%
Utilizable con todos los aceros aleados, aceros especiales y fundición gris, así como para estructuras particularmente finas. Oscurece la martensita, el ataque se prolonga desde 10 segundos hasta unos cuantos minutos, si se desea un ataque más lento, se sustituye el alcohol etílico por el amílico.
Acido nítrico (nital)
4 cm3 de ácido nítrico concentrado (d= 1,4)
100 cm3, de alcohol etílico al 95%
Resalta los diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos de los aceros no aleados. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita se ennegrese y la cementita se mantiene blanca.
Agua regia glicerinada
10 cm3 de ácido nítrico concentrado (d = 1,4)
30 cm3 de ácido clorhídrico (d = 1,19)
30 cm3 de glicerina bidestilada
Pone de manifiesto las estructuras de los aceros especiales resistentes al calor y a la corrosión y de las aleaciones de Ni-Cr. Puede calentarse la probeta en agua hirviendo y también puede utilizarse el agua regia caliente.
Picrato sódico
2 g de ácido pícrico cristalizado
100 cm 3 de solución acuosa de hidrato sádico a 25%
Descubre la cementita y los carburos complejos en los aceros especiales.
Debe usarse la solución recién preparada e hirviendo.
La duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos.
Ferricianuro potásico alcalino
10 g. de ferricianuro potásico
10 g. de hidrato sódico
lOO cm3, agua destilada.
Destaca los carburos en los aceros rápidos y en los especiales resistentes al calor y la corrosión. Se utiliza recién preparada y normalmente hirviendo, la duración del ataque es de unos 5 a 10 minutos.
Ácido fluorhídrico
0,5 cm3 de ácido fluorhídrico al 40%
99,5 cm3, de agua destilada.
Reactivo de uso general para mostrar la microestructura del acero. Se aplica frotando con algodón hidrófilo durante unos 15 segundos.
Ácido sulfúrico
20 cm3, de ácido sulfúrico (d = 1,84)
80 cm3, de agua destilada.
Pone de manifiesto los compuestos conteniendo hierro. Se aplica sumergiendo la probeta durante 30 segundos en el reactivo a 700C, y enfriándo bruscamente en agua.
Reactivo triácido
1 cm3 ,de ácido fluorhídrico al 40%
1,5 cm3, de ácido clorhídrico (d = 1.19)
2,5 cm3, de ácido nítrico (d = 1,41)
95 cm5. de agua destilada.
Descubre los granos de las aleaciones conteniendo cobre y de las aleaciones A1-Zn-Mg. Es muy adecuado para aleaciones tipo duraluminio y para ver la difusión del cobre en los enchapados. Se aplica por inmersión durante 5 a 20 segundos. Después del ataque se lava con agua caliente y se seca a chorro de aire. No debe eliminarse el depósito formado sobre la superficie.
Ácido fosfórico
40 cm3, de ácido fosfórico a 75%
60 cm3, de agua destilada.
Pone en evidencia la microestructura del aluminio en las aleaciones Al-Mg y las Al-Zn-Mg elaboradas plásticamente. Se aplica por inmersión durante 3 a 10 minutos.
Para el ataque del cobre
Solución al 10% de persulfato amónico
Solución al 3% de agua oxigenada y amoníaco concentrado.
Solución al 10% de ácido nítrico.
Para bronces y latones
50 cm3, de ácido clorhídrico;
5 g. de percloruro de hierro
lOO cm3, de agua destilada.
Reactivo al ácido nítrico
50 cm3, de ácido nítrico
25 cm3, de ácido acético glacial
25 cm3 , de agua destilada.
Apropiado para el bronce de aluminio
El microscopio metalográfico está formado por: Banco óptico, aparato para la iluminación de la probeta, objetivo, ocular para la observación directa y cámara fotográfica; el principio de funcionamiento es análogo al microscopio de Le Chatelier, con un arreglo tal que permite observar la luz reflejada por la superficie opaca del metal.
El aumento total (X) del microscopio, está dado por el producto del aumento del ocular y el aumento del objetivo.
En el microscopio Neophot-2:
Aumento del objetivo: 8X 1OX 12.5X 16X 20X
Aumento del ocular: 2.5X 6.3X 12.5X 16X 25X 40X 50X 100X
Pulir y atacar probetas de:
-Acero 1020 y 1060 AISI bonificado.
-Fundición de hierro gris, nodular y blanca.
-Aluminio y bronce.
PROCEDIMIENTO
1. Preparación de la probeta
- Cortar material
- Cortar PVC
- Emparejar probeta (ambas caras)
- Preparar solamente una cara
2. Montaje de la probeta
-El montaje de la probeta se hace con acrílicos liquido y polvo al 2x1 doble de polvos una de liquido
-la probeta debe estar bien centrada
Tener cuidado que quede hacia abajo la cara mejor pulida
- Hacer mezcla homogénea de los acrílicos teniendo el cuidado de aplicar la mezcla de inmediato
- Dejar 40 minutos en reposo hasta que solidifique totalmente el acrílico
3. Pulidos de probeta
- Grueso
- Medio
- Fino
1- Grueso: Se hace con el esmeril y con la lima
2- Medio: Se hace con lija, abrasivos: 50, 80, 100, 120, 150, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 400, 500, 600.
- Cada ves que se cambia de abrasivos girar la probeta 90 grados
- Comenzar con el abrasivo más grueso hasta llagar al más fino
-No regresar a la lija anterior
- Mostrar constantemente al profesor (lavada)
- Utilizar bandeja con agua, vidrio, lija y cambiar el agua constantemente
- No tocar con los dedos de las manos la probeta
- Limpiar bien la probeta
- Aplicar vaselina a la probeta cada ves que se deja de trabajar
-Guardar la probeta en un recipiente hermético
CONCLUSIONES
Pudimos aprender sobre el montaje de la probeta, conocer los acrílicos y su preparación, los cuidados que hay que tener en el proceso de preparación de la probeta para su análisis metalografico.
RECOMENDACIONES
-Seria bueno tratar de utilizar herramientas de buena calidad y en buen estado como ser la lija, las hojas de las seguetas.
- Tratar de tener siempre el dron abastecido de agua.
- Usar guantes para no tocar directamente la probeta con las manos.
BIBLIOGRAFÍA
www.utp.edu.co/~publio17/prep_probeta.htm
Kehl, George; Fundamentos de la práctica metalográfica.
Teoría de la clase
Las lijas están buenas para trabajar, no las puede estar cambiando cada pasada,si una hoja de sierra está gastada usted debe de pedirla, tambien es usted el que debe de estar pendienten del agua ya que le comenté que constantemente la cortan, con lo del los guantes se los pedí desde el primer dia de la clase por lo tanto debe de usarlos.-Debe de consultar diferentes fuentes bibliográficas para complementar los informes de laboratorio.- Su nota 18/20.
No ha trabajado en la tarea del diagrama hierro carbono tiene de nota 0/10.- Usted ha estado trabajando muy bien, trate de hacer las tareas en las fechas asignadas.
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