METALOGRAFIA

INTRODUCCIN

Es la rama de la metalurgia que estudia la estructura de un metal-aleacin y la relaciona con la composicin qumica, con las propiedades mecnicas y fsicas. Este estudio es llevado a cabo con la aplicacin de diversas y variadas tcnicas especiales.En los comienzos de la metalurgia, se utilizaron para conocer las propiedades fsicas y mecnicas de los materiales, los anlisis qumicos y los ensayos mecnicos.Con estos mtodos no quedaba definido completamente el metal o la aleacin, con la aparicin de la metalografa comenz una informacin muy valiosa que se refiere a la forma y tamao del grano, conformacin de los constituyentes capaces de ejercer gran influencia sobre la dureza, resistencia a la traccin resistencia, fatiga, etc., los cuales pueden ser modificados por los tratamientos trmicos o conformacin mecnica.

FUNDAMENTO TEORICO

La metalografa es la parte de la metalurgia que estudia las caractersticas estructuraleso de constitucin de los metales y aleaciones, para relacionarlas con las propiedades fsicas, mecnicas y qumicas de los mismos.La importancia del examen metalogrfico radica en que, aunque con ciertas limitaciones, es capaz de revelar la historia del tratamiento mecnico y trmico que ha sufrido el material.A travs de este estudio se pueden determinar caractersticas como el tamao de grano, distribucin de las fases que componen la aleacin, inclusiones no metlicas como sopladuras, micro cavidades de contraccin, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecnicas del metal.En general a partir de un examen metalogrfico bien practicado es posible obtener un diagnstico y/o un pronstico.El examen metalogrfico puede realizarse antes de que la pieza sea destinada a un fin, a los efectos de prevenir inconvenientes durante su funcionamiento, o bien puede ser practicado sobre piezas que han fallado en su servicio, es decir, piezas que se han deformado, roto o gastado. En este caso la finalidad del examen es la determinacinde la causa que produjo la anormalidad.Bsicamente, el procedimiento que se realiza en un ensayo metalogrfico incluye la extraccin, preparacin y ataque qumico de la muestra, para terminar en la observacin microscpica. Si bien la fase ms importante de la metalografa es la observacin microscpica, la experiencia demuestra que poco se puede hacer si alguna de las operaciones previas se realiza deficientemente.Si la etapa de preparacin no se realiza cuidadosamente es posible que se obtenga una superficie poco representativa del metal y sus caractersticas. Una preparacin incorrecta puede arrancar inclusiones no metlicas, barrer las lminas de grafito en una muestra de fundicin, o modificar la distribucin de fases si la muestra ha sufrido un sobrecalentamiento excesivo.

La correcta preparacin de la probeta para la observacin microscpica es de fundamental importancia. Para ello se tienen en cuenta los resultados de la observacin macroscpica y luego se procede:1. Seleccin del lugar y extraccin de la muestra.2. Montaje de la probeta3. Desbaste.4. Pulimento.5. Ataque.6. Observacin microscpica.

El ataque qumico de la cara que se observar tiene por objetivo poner en evidencia, mediante un ataque selectivo, las caractersticas estructurales de la muestra.Al aplicar el reactivo sobre la superficie a observar, las caractersticas de la estructura son reveladas como consecuencia de un ataque selectivo de la superficie. Esto se debe a que las distintas fases as como los planos cristalogrficos diferentemente orientados poseen diferencias en la susceptibilidad al ataque.

Las propiedades mecnicas de una aleacin no dependen solamente de su composicin qumica, o sea del porcentaje en peso de cada elemento, sino tambin de la manera de presentarse stos. As, por ejemplo, los elementos qumicos que forman una aleacin pueden encontrarse en forma de una solucin slida homognea, en forma de una mezcla eutctica, en forma de un compuesto inter metlico de composicin qumica definida, dispersa en el seno de una solucin slida, etc.Cada uno de estos componentes se llama un constituyente metalogrfico y de su proporcin, forma y extensin dependen en gran parte las propiedades de las aleaciones. Estos constituyentes metalogrficos son detectados al microscopio y su reconocimiento constituye el anlisis microgrfico de la aleacin.

El anlisis microgrfico de un metal se hace sobre una probeta pulida del material que se ataca con un reactivo. Cada constituyente metalogrfico tiene una determinada velocidad de reaccin con el reactivo de ataque. Los constituyentes menos atacables quedarn con ms brillo y reflejarn mayor cantidad de luz en el microscopio, apareciendo ms claros a la observacin. Esta diferencia permite detectar los distintos constituyentes y determinar su proporcin, distribucin, tamao, etc.Cada constituyente metalogrfico est compuesto por un gran nmero de Cristales, que agrupados constituyen el grano metalrgico. Los bordes del grano son atacados con mayor intensidad y se denominan .lmite de grano.. En el microscopio metalogrfico slo detectamos los distintos constituyentes metalogrficos y los granos que lo forman. El retculo cristalino que forman los tomos dentro de cada grano no es visible al microscopio.Su estudio requiere la aplicacin de otras tcnicas, como rayos x, etc

Aluminio:El aluminio pertenece al grupo de elementos metlicos conocido como metales del bloque p que estn situados junto a los metaloides o semimetales en la tabla peridica. Este tipo de elementos tienden a ser blandos y presentan puntos de fusin bajos, propiedades que tambin se pueden atribuir al aluminio, dado que forma parte de este grupo de elementos.El estado del aluminio en su forma natural es slido. El aluminio es un elemento qumico de aspecto plateado y pertenece al grupo de los metales del bloque p. El nmero atmico del aluminio es 13. El smbolo qumico del aluminio es Al. El punto de fusin del aluminio es de 933,47 grados Kelvin o de 661,32 grados Celsius o grados centgrados. El punto de ebullicin del aluminio es de 2792 grados Kelvin o de 2519,85 grados Celsius o grados centgrados.

Usos de aluminio:El aluminio es un metal importante para una gran cantidad de industrias. Si alguna vez te has preguntadopara qu sirve, a continuacin tienes una lista de sus posibles usos: El aluminio metlico es muy til para el envasado. Se utiliza para fabricar latas y papel de aluminio. El borohidruro de aluminio se aade al combustible de aviacin. El cableado elctrico se hace a veces a partir de aluminio o de una combinacin de aluminio ycobre. Muchos de los utensilios del hogar estn hechos de aluminio. Cubiertos, utensilios de cocina, bates de bisbol y relojes se hacen habitualmente de aluminio. El gashidrgeno, un combustible importante en los cohetes, puede obtenerse por reaccin de aluminio con cido clorhdrico. El aluminio de pureza extra (99,980 a 99,999% de aluminio puro) se utiliza en equipos electrnicos y soportes digitales de reproduccin de msica. Muchas piezas de coche, avin, camin, tren, barco y bicicleta estn hechos de aluminio. Algunos pases tienen monedas en que estn hechos de aluminio o una combinacin (aleacin) de cobre y aluminio. El aluminio es muy bueno para absorber el calor. Por lo tanto, se utiliza en la electrnica (por ejemplo en ordenadores) y transistores como disipador de calor para evitar el sobrecalentamiento. Las luces de la calle y los mstiles de barcos de vela son normalmente de aluminio. El borato de aluminio se utiliza en la fabricacin de vidrio y cermica. Otros compuestos de aluminio se utilizan en pastillas anticidas, purificacin deagua, fabricacin de papel, fabricacin de pinturas y fabricacin de piedras preciosas sintticas.

Parte experimental:A continuacin se har una breve descripcin de cada uno de los pasos previos a la observacin en el microscopio, comenzando por la extraccin de la muestra, siguiendo con las distintas fases de preparacin de la misma y por ltimo se describe el ataque qumico a la muestra y la observacin microscpica.

I Extraccin de la muestraDurante la extraccin de la muestra es fundamental considerar el lugar de donde se extraer la probeta y la forma en que se har dicha extraccin.Se debe tener en cuenta que no es indiferente el lugar de donde se extraer la muestra, segn sea el objetivo del examen. Por ejemplo cuando se trata de una pieza rota en servicio y el objeto del examen es determinar las causas de dicha falla, la probeta debe extraerse, en la medida de lo posible, de la zona puntual donde la pieza ha fallado. Esto permitir obtener la mayor informacin posible de las caractersticas del material en dicha zona y as obtener mejores conclusiones sobre las posibles causas de la falla. Por ejemplo, si se pretende determinar si un trozo de alambre posee trabajo en fri, causado por algn proceso de trefilado, se deber observar una cara paralela al eje longitudinal de dicho trozo; por lo tanto la extraccin de la muestra estar determinada por esta condicin. En sntesis se debe lograr una muestra representativa del material a examinar.En cuanto a la forma de extraccin de la probeta se debe tener en cuenta que esta operacin debe realizarse en condiciones tales que no afecten la estructura superficial de la misma. Por lo tanto se debe cuidar que la temperatura del material no se eleve demasiado durante el proceso de extraccin.La extraccin se puede hacer con cierras de corte manual, o en el caso de piezas muy duras con cortadoras sensitivas muy bien refrigeradas.

La preparacin de la muestra puede dividirse en tres fases:1) Desbaste Grosero2) Desbaste Final3) Pulido

II.1 Desbaste Grosero

El desbaste grosero se practica una vez extrada la probeta con la finalidad de reducir las irregularidades, producidas en la operacin de extraccin, hasta obtener una cara lo ms plana posible. Esta operacin puede realizarse con una cinta de desbaste o bien en el caso de materiales no muy duros como aceros sin templar y fundiciones se puede hacer con lima, aunque aumente algo la distorsin que se produce en la superficie a causa de la fluencia del material.De cualquier manera que se practique el desbaste grosero siempre se debe cuidar que la presin no sea exagerada para que la distorsin no sea muy importante, ni la temperatura de la superficie se eleve demasiado.

II.2 Desbaste Final

La operacin de desbaste final comienza con un abrasivo de 150, seguido del 250, 400, para terminar con el 600 o 1000. El desbaste se puede realizar a mano o con desbastadoras mecnicas.Para el caso de desbaste manual el papel abrasivo se coloca sobre una placa plana y limpia y se mueve la probeta longitudinalmente de un lado a otro del papel aplicndole una presin suave; se debe mantener la misma la direccin para que todas las rayas sean paralelas. Durante la operacin se debe dejar que una corriente de agua limpie los pequeos desprendimientos de material y a su vez lubrique y refrigere la zona desbastada.El final de la operacin sobre un papel est determinada por la desaparicin de las rayas producidas durante el desbaste grosero o el papel anterior. Para poder reconocer esto fcilmente se opera de manera que las rayas de un papel a otro sean perpendiculares, es decir se debe rotar 90 la direccin de movimiento de la probeta cada vez que se cambia de abrasivo. Adems cada vez que se cambia de abrasivo es conveniente lavar la probeta y enjuagarse las manos para no transportar las partculas desprendidas en el abrasivo anterior, ya que esto puede provocar la aparicin de rayas.La presin que se aplica a la probeta no debe ser exagerada ya que esto aumenta la distorsin y adems pueden aparecer rayas profundas. La presin debe ir disminuyendo a medida que se avanza en la operacin.Si el desbaste se realiza en forma automtica las precauciones son las mismas que para el desbaste manual. En este caso el abrasivo esta adherido sobre un disco de 20 cm de dimetro, aproximadamente, que gira a velocidades que pueden oscilar entre 250 y 600 RPM; las velocidades ms altas se usan con los abrasivos ms gruesos.Cuando los metales a pulir son demasiado blandos es conveniente impregnar los abrasivos con un lubricante adecuado.

II.3 Pulido

El pulido tiene por objeto eliminar las rayas finas producidas en el desbaste final y producir una superficie con caractersticas especulares. Esta operacin por lo general se realiza en forma mecnica y se utiliza un pao impregnado con partculas de algn abrasivo en solucin acuosa.Bsicamente, se pueden utilizar dos tipos de paos: con pelo (pana, terciopelo, lanas) y sin pelo (seda natural). Se debe elegir el que ms se adapte al tipo de material a examinar. Por ejemplo, el pulido de muestras de fundicin se debe realizar con paos sin pelo para evitar el arrancamiento de grafito.En cuanto a los abrasivos pueden ser: pasta de diamante, almina, alumdun, etc. El abrasivo comnmente utilizado es la almina, que es oxido de aluminio en partculas y que comercialmente se obtiene en forma de pastas o soluciones acuosas.Se debe cuidar que la humedad del pao sea la adecuada, es decir, si la humedad es excesiva la accin abrasiva se retardar demasiado y si es escasa la probeta tiende a mancharse.Si bien es muy cierto que cuanto ms pulida este la superficie ms clara ser la imagen que obtengamos en el ocular, muchas veces no es necesario llegar hasta un pulido perfecto, sino que bastar con que la densidad de rayas en la superficie sea lo suficientemente baja y preferentemente en una sola direccin.Si con un aumento de 500x se pueden distinguir porciones lisas ms o menos grandes entre las rayas, entonces el pulido puede darse por terminado.Dado que las zonas rayadas sern ms atacadas que las zonas lisas, si la densidad de rayas es muy alta y si a su vez estn en dos o ms direcciones, el oscurecimiento de las rayas durante el ataque cubrirn los detalles de la estructura del material.

III Ataque QumicoEl ataque qumico de la cara que se observar tiene por objetivo poner en evidencia, mediante un ataque selectivo, las caractersticas estructurales de la muestra.Al aplicar el reactivo sobre la superficie a observar, las caractersticas de la estructura son reveladas como consecuencia de un ataque selectivo de la superficie. Esto se debe a que las distintas fases as como los planos cristalogrficos diferentemente orientados poseen diferencias en la susceptibilidad al ataque.En general aquellas regiones de la estructura donde la energa libre del sistema es mayor, como por ejemplo los lmites de fases, bordes de grano, etc., son atacadas ms rpidamente que las regiones monofsicas o nter granulares.Los reactivos de ataque por lo general son cidos orgnicos disueltos en agua, alcohol, glicerina, etc. El grado de ataque de una probeta es funcin de la composicin, temperatura y tiempo de ataque.Para que el ataque sea apropiado es necesario elegir el reactivo de acuerdo a la composicin de la probeta, es decir, un reactivo a base de persulfato de amonio es ideal para atacar probetas de cobre y latn, pero no es adecuado para atacar al acero o aleaciones ferrosas. En cambio el nital (solucin acuosa o alcohlica de cido ntrico al 2% o hasta el 5%) es uno de los reactivos ms comnmente usado en aleaciones ferrosas y aceros. En la tabla 1 se encuentran algunos reactivos con su composicin y usos ms frecuentes.En general, dado un reactivo, el tiempo de ataque es una variable fundamental, y en general debe ser determinado en forma prctica. Un tiempo de ataque demasiado corto (subataque), no permitir que el reactivo acte lo suficiente y por lo tanto no se obtendr un buen contraste entre las fases, o los bordes de grano aun no habrn aparecido. Por otro lado, un sobre ataque proporcionar una cara obscura con bordes de grano demasiado anchos, resultando dificultoso una distincin clara de las proporciones de cada una de las fases.En este sentido la experiencia indica que en el caso de no conocer el tiempo de ataque adecuado, es conveniente comenzar con secciones acumulativas de ataques de corta duracin y observaciones microscpicas hasta lograr el contraste apropiado.En el caso que se produjese un sobre ataque ser necesario pulir la probeta en el abrasivo ms fino y tambin en el pao antes de atacar nuevamente durante un tiempo menor.

Mtodos de ataque.Antes de realizar el ataque se debe limpiar y desengrasar con alcohol la cara de la muestra a atacar y luego se debe secar con aire caliente.Los modos de ataque principalmente son dos: uno sumergiendo la probeta en el reactivo con la cara que se observar hacia arriba y el otro es mojando un algodn con el reactivo y frotar la cara de la probeta.Transcurrido el tiempo de ataque se debe tomar la probeta y lavar con agua o alcohol e inmediatamente se debe secar con aire caliente. En el caso que se lave con agua es conveniente enjuagar rpidamente la probeta con alcohol y luego secarla con aire, esto previene la formacin de manchas de xido.La muestra se debe manipular en todo momento con pinzas por dos razones fundamentales: para no tener inconvenientes con el reactivo y para no tocar la muestra con las manos ya que esto manchar la superficie de la misma.