UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de Ingeniería Metalúrgica

LABORATORIO Nº01: EL MICROSCOPIO METALEGRÁFICO

NOMBRES: López Vara Joffré Héctor (08160068)

CURSO: METALURGIA DE LOS MATERIALES I

PROFESOR: Ing. Víctor Vega Guillén

UNMSM-2011

LABORATORIO DEL CURSO DE METALURGIA DELOS MATERIALES I

Introducción

El estudio de los minerales y de los metales se remonta a muchos siglos en la historia de la humanidad, pero solo en este siglo y el anterior, toma una perspectiva diferente basados en los adelantos científicos y nueva tecnología que nos permite observar al metal en estudio por medio de microscopios metalográficos y electrónicos a una resolución de imagen donde es posible observar los cristales metálicos y sus traumas adquiridos en los procesos de fundición y tratamiento mecánico. Todos estos conocimientos son encerrados en la metalografía , tema que estudiaremos a continuación

USO DEL MICROSCOPIO METALOGRAFICO

I. OBJETIVO

La primera práctica de laboratorio tiene como objetivo el conocimiento y

manejo del microscopio metalográfico, para lo cual utilizamos una probeta

que es lo que veremo en el microscopio, localizando la superficie de la

probeta en el objetivo del microscopio. Las imágenes vistas en el

microscopio metalográfico varían dependiendo del grado de aumento y

generalmente deben ser dibujadas para darnos alguna idea de la estructura

interna que presenta el material.

Tener un conocimiento sobre el manejo y las posibilidades de uso del microscopio metalográfico. Formarse un concepto claro sobre la incidencia de la luz sobre el mineral y las propiedades que esta genera en el estudio de la probetaFamiliarizarse con las palabras técnicas en la metalografia.

El principal objetivo es el afianzamiento, conocimiento, manejo y destreza del microscopio metalográfico.

II. RESUMEN

En está práctica de laboratorio, se procedió a utilizar el microscopio

metalográfico, identificando las partes visibles del microscopio para esto

empleamos el manual técnico del microscopio metalográfico y nuestra

propia observación e investigación visual y manual. Con la ayuda de una

probeta que contenía una muestra de metal, la cual se coloco en la platina

del microscopio, para precisar con las perillas del macrométrico y

micrométrico, hasta que el objetivo que hayamos elegido este apuntando a

la probeta.

Con los oculares en forma de binoculares se puede observar un panorama

amplio dependiendo del objetivo que se use, aparte de los objetivos y el

ocular existe un sistema de iluminación que es muy importante pues sin ella

no se podría ver la muestra porque todo el funcionamiento es eléctrico, es

importante que la bombilla este en buen estado la propiedades serán

explicadas más adelante

Principios teóricos

Metalografía

La metalografía es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas.

Mucha es la información que puede suministrar un examen metalográfico. El principal instrumento para la realización de un examen metalográfico lo constituye el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50 y 2000.

El microscopio metalográfico, debido a la opacidad de los metales y aleaciones, opera con la luz reflejada por el metal. Por lo que para poder observar la muestra es necesario preparar una probeta y pulir a espejo la superficie.

Para este ensayo es necesaria la preparación de una muestra, la cual debe cortarse con un instrumento que suministre un refrigerante evitando así el sobrecalentamiento de la muestra y no variar las condiciones microestructurales de la misma.

Con un equipo denominado Devastadora y Pulidora Metalográfica, se prepara la superficie del material, en su primera fase denominada Desbaste Grueso, donde se devasta la superficie de la muestra con papel de lija, de manera uniforme y así sucesivamente disminuyendo el tamaño de grano (numero de papel de lija) hasta llegar al papel de menor tamaño de grano. Una vez obtenido el ultimo pulido con el papel de lija de tamaño de grano más pequeño.

Al inicio de la segunda fase de pulido denominada Desbaste Fino, en la que se requiere de una superficie plana libre de ralladuras la cual se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño especial cargado con partículas abrasivas cuidadosamente seleccionadas en su tamaño para ello existen gran posibilidad de abrasivos para efectuar el ultimo pulido; en tanto que muchos harán un trabajo satisfactorio parece haber preferencia par la forma gama del oxido de aluminio para pulir materiales ferrosos y de los basados en cobre y oxido de serio para pulir aluminio, magnesia y sus aleaciones.

Características físicas de la luz

La luz es una radiación electromagnética visible para nuestros ojos. Esta radiación la podemos describir bien considerando un modelo corpuscular, bien considerando un modelo ondulatorio. En el primer caso podemos considerar que la luz está compuesta por pequeñas partículas denominadas fotones, cuya masa en reposo es nula y que representan unidades o cuantos de energía. En el segundo caso, la luz al igual que cualquier otra onda, puede ser caracterizada en términos de su longitud de onda (distancia sucesiva entre dos ondas), frecuencia (número de ondas por espacio de tiempo) y amplitud (diferencia entre los picos máximos y mínimos), tal y como se ilustra en la Figura 1.

La cantidad de energía de una radiación electromagnética es proporcional a su frecuencia. Las radiaciones emitidas a frecuencias altas (longitudes de onda cortas) poseen la mayor cantidad de energía. Un ejemplo de ello son las radiaciones gamma y los Rayos X, con longitudes de onda menores de 10 - 9(<1 nm). Por el contrario la radiaciones con frecuencias mas bajas (longitudes de onda mas largas) tales como las emitidas por los radares y las ondas de radio (con longitudes de onda mayores de 1 mm) poseen menor cantidad de energía.

Nuestro sistema visual sólo es capaz de detectar una pequeña parte del espectro electromagnético. Así la retina humana sólo puede detectar longitudes de onda comprendidas entre los 400-700 nm (Figura 2). Como fue demostrado por Isaac Newton (1642-1726) en la primera mitad del siglo XVIII, la mezcla de las diferentes longitudes de onda en este rango emitidas por el Sol, corresponde al color que percibimos como blanco, mientras que cuando la luz posee sólo una determinada longitud de onda la percibimos como uno de los colores del arcoíris. Es interesante destacar que un color de los que denominamos "caliente" como el rojo o naranja, está formado por radiaciones de longitud de onda larga, y por tanto posee menor energía que colores que son considerados "fríos" como el azul o el violeta.

Leyes Ópticas

La luz no es más que una radiación electromagnética. En el vació las radiaciones electromagnéticas viajan en línea recta y así pueden ser descritas como rayos de luz. En nuestro medio, los rayos de luz viajan también en línea recta hasta que interaccionan con los átomos o moléculas de la atmósfera y otros objetos. Estas interacciones dan lugar a los fenómenos de reflexión, absorción y refracción.

Reflexión. Cuando los rayos de luz llegan a un cuerpo en el cual no pueden continuar propagándose, salen desviados en otra dirección, es decir, se reflejan. La forma en que esto ocurre depende del tipo de superficie sobre la que inciden y del Angulo que forman sobre la misma.

Así las superficies pulidas reflejan de una forma regular la mayor parte de las radiaciones luminosas que les llegan mientras que las superficies rugosas actúan como si estuvieran formadas por infinidad de pequeñas superficies dispuestas irregularmente y con distinta orientación, por lo que las direcciones de los rayos reflejados son distintas. La mayor parte de lo que nosotros vemos es luz que ha sido reflejada por los objetos situados en nuestro entorno. Por tanto los objetos reciben directamente la luz del Sol, reflejándola o difundiéndola hacia otros objetos que se encuentran en la sombra.

Absorción. Existen superficies y objetos que absorben la mayor parte de las radiaciones luminosas que les llegan. Estos objetos se ven de color negro. Otros tipos de superficies y objetos, absorben sólo una determinada gama de longitudes de onda, reflejando el resto.

Esto sucede por ejemplo con los pigmentos que se utilizan en las técnicas de pintura. Por ejemplo un pigmento rojo absorbe longitudes de onda cortas pero refleja un determinado rango de longitudes de onda larga, cuyo pico se centra alrededor de los 680 nm, por lo que se percibe como rojo. Como veremos más adelante, las células sensibles a la luz de la retina, los fotorreceptores, contienen pigmentos visuales que utilizan esta propiedad para generar cambios en su potencial de membrana. Distintos tipos de pigmentos a nivel de los fotorreceptores dan lugar a la visión en color propia de muchos animales.

Refracción. El cambio de dirección que sufren los rayos luminosos al pasar de un medio a otro, donde su velocidad es distinta, da lugar a los fenómenos de refracción. Así si un haz de rayos luminosos incide sobre la superficie de un cuerpo transparente, parte de ellos se reflejan mientras que otra parte se refracta, es decir penetran en el cuerpo transparente experimentando un cambio en su dirección de movimiento. Esto es lo que sucede cuando la luz atraviesa los medios transparentes del ojo para llegar hasta la retina.

MICROSCOPIO METALOGRÀFICO

Este tipo de microscopio es de uso común para el control de calidad y producción en los procesos industriales. Con ellos, es posible realizar mediciones en los componentes mecánicos y electrónicos, permite además efectuar el control de superficie y el análisis óptico de los metales. De acuerdo al propósito de uso, existen multitud de variedades dependiendo del tipo de objetivos, oculares, aumento máximo permitido, enfoque, etc.

Este tipo de microscopio difiere de los biológicos en que el objeto a estudiar se ilumina con luz reflejada, ya que las muestras cristalográficas son opacas a la luz.

Su funcionamiento está basado en la reflexión de un haz de luz horizontal que proviene de la fuente, dicha reflexión se produce, por medio de un reflector de vidrio plano, hacia abajo, a través del objetivo del microscopio sobre la superficie de la muestra. Parte de esta luz incidente, reflejada desde la superficie de la muestra se amplificará al pasar a través del sistema inferior de lentes, llegará al objetivo y continuará hacia arriba a través reflector de vidrio plano; después, de nuevo se amplificará en el sistema superior de lentes (ocular).

La siguiente colección de imágenes son microfotografías realizadas durante el desarrollo del laboratorio de materiales mediante el microscopio metalográfico:

Sn puro (100% Sn) en la aleación Cd-Sn 35% Cd en la aleación Cd-Sn 59% Sn en la aleación Pb-Sn

Todas las operaciones descritas en la preparación metalográfica tienen por objeto revelar, en una superficie metálica plana, sus constituyentes estructurales para ser observadas al microscopio. El microscopio es un instrumento muy útil para el metalurgista. Por eso es importante saber sacar un rendimiento óptimo de sus posibilidades. El operador debe conocer los principios ópticos de su funcionamiento, que encontrará descritos en cualquier texto de Física o, incluso, en las instrucciones del fabricante.

Básicamente está constituido por un dispositivo de iluminación, un vidrio plano o prisma de reflexión, el ocular y el objetivo .El aumento de la imagen observada viene dado por el producto de los aumentos del objetivo por los del ocular.

1: Procedimiento

Consiste en la observación de una probeta en resina, haciendo uso de los diferentes objetivos, explorando diversas partes de las muestra metalográfica y manipulando las partes del microscopio.

IDENTIFICACION Y MANIPULACIÓN DE LAS PARTES FÍSICASDEL METAVAL H

Se siguen los siguientes pasos:

1.- Se conecta el cable de salida a la corriente eléctrica, previamente se quita la funda de protección.2.- Después se encendió la lámpara de 12V-50W.

3.- Se colocó la probeta en la placa de encaje.

4.- Se regula el mejor punto de vista de los oculares. Se ajusta la longitud y ángulo de los mangos del ocular.

5.- Girando el revólver de objetivos se da el aumento deseado.

6.- Se enfoco la probeta con las perillas de enfoque rápido (macrométrico) y micrómetro.

7.- se procedió a graficar a mano alzada la imagen del mineral en estudio en diferentes aumentos

2: Esquema del microscopio

PARTES DEL MICROSCOPIO

Oculares: Es donde coloca el ojo el observador. Esta lente aumenta entre 10 a 15 veces el tamaño de la imagen.

Cañón: Tubo largo de metal hueco cuyo interior es negro. Proporciona sostén al lente ocular y lentes objetivos

Objetivos: Grupo de lentes objetivos ubicados en el revólver de objetivos.

Revólver de objetivos: Sistema que contiene los lentes objetivos y que puede girar, permitiendo el intercambio de estos lentes.

Tornillo macrométrico: Perilla de gran que al girarla permite acercar o alejar el objeto que se está observando.

Tornillo micrométrico: Permite afinar la imagen, enfocándola y haciéndola más clara.

Placa de encaje: donde se coloca el objeto o probeta.

Diafragma: Regula la cantidad de luz que pasa a través del objeto en observación.

Condensador: Concentra el Haz luminoso en la preparación u objeto.

Fuente luminosa: refleja la luz hacia la placa de encaje en la extensión o cantidad deseada por medio del diafragma.

ESQUEMATIZACION DE LA PARTES DEL MICROSCOPIOMETAVAL H PARA CAMPO CLARO

La luz saliente de la bombilla de halógeno de 12v-50w (1), es concentrada por el colector (2) y una lente de iluminación (3) de cristal antitérmico sobre el diafragma de abertura (5). Delante del diafragma se encuentra una corredera (4), la cual abarca además del cristal esmerilado y del diafragma central según STACH también una abertura libre. En frente del diafragma del campo luminoso (7) esta colocada otra lente de iluminación (6), la cual en combinación con la lente acromática (8) refleja el diafragma de abertura a través del cristal plano (10) a la pupila del objetivo (11). El diafragma del campo luminoso (7) es proyectado por la lente acromática (8) al infinito y por el objetivo (11) al plano del objeto. Por medio de diferentes filtros de color o de amortiguación (9) pueden variarse el margen espectral o de la intensidad de la luz. La marcha de rayos de representación contiene las lentes para desplazar la imagen (19) y (16), los elementos de desviación (18) y (17) así como la lente de tubo (15). A través de otro prisma inversor en el tubo angular de 30° (14), se dirige la marcha de rayos al tubo binocular (13). Y la imagen intermedia microscópica seobserva con los oculares de campo grande (12).

3: Diferencias entre el microscopio metalográfico y biológico.LA OCURRENCIA DE LA LUZ

Dentro del microscopio metalográfico, la iluminación de Kohler se hace uso de un vidrio traslúcido plano que actúa como un reflector. En cambio en el microscopio biológico, la iluminación Kohler hace uso de unespejo reflector.

LA OBSERVACIÓN E ILUMINACION DE LA MUESTRA

La muestra en el microscopio metalográfico, es iluminada solo en su superficie, por la luz procedente del espejo transparente, estos rayos de luz son reflejados por la muestra hacia el ocular. La observación es por reflexión. Lo contrario ocurre en el microscopio biológico, la muestra es iluminada en todo el cuerpo de la muestra puesto que la luz, procedente del espejo reflector, prácticamente la traspasa y llega al ocular. La observación se realiza por transparencia

TIPO DE LENTES

En el microscopio metalogràfico, usa lentes dobletes, que son el acoplamiento de un lente plano cóncavo y una convexa. En cambio en el microscopio biológico, solamente son utilizados los lentes planos convexos.

ELABORACIÓN DE MUESTRAS

En el microscopio metalogràfico, las muestras se montan, habitualmente en resina, se liman y algo que diferencia es el uso de reactivos químicos para atacar la muestra; antes de ser observadas.Pero en el microscopio biológico, las muestras son colocadas en recipientes transparentes y si las muestras son transparentes en tal caso se les colorea con tintes adecuados; antes de ser observados.

LA NATURALEZA CRISTALINA DE LAS MUESTRAS

Metalografía: las muestras son opacas a la luz y solo es permitido iluminar su superficie. Biología: las muestras nunca son opacas, son translucidas o cristalinos.

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.

4. Reseñe las diferentes clases de microscopio electrónico y su utilización en la metalurgia

Microscopio Electrónico de Barrido

Microscopios electrónicos de barrido (SEM) el uso de haz concentrado de electrones, la exploración en el vacío de la superficie de la muestra, la imagen de un punto a una interacción tiempo.El del haz de electrones con cada punto de la superficie de la muestra esté registrado, que forman la imagen completa.

Dado que la longitud de onda del haz de electrones es mucho menor que la longitud de onda de la luz visible, la ampliación de la SEM es mucho más alta (miles de veces), que la de los microscopios ópticos.

Resolución de la SEM es de 1 nm a 20 nm.

Los electrones en el cañón de electrones son emitidos por el cátodo y acelerado por el ánodo de la energía 1 a 50 keV.

El haz de electrones se condensa por las lentes del condensador (uno o dos).

El campo magnético producido por las bobinas de exploración desvía el haz de electrones de ida y vuelta.

El haz de electrones, centrado por el objetivo de detectar muy bien (1-5 nm), explora la superficie de la muestra en un patrón de trama.

Electrones primarios interactúan con los átomos de la superficie de la muestra, causando la emisión de los electrones secundarios, que se detectan, la producción de la imagen.

Los electrones retrodispersados del haz de electrones también se pueden detectar.

La imagen de electrones retrodispersados se utiliza para contrastar las regiones de la muestra, con diferentes composiciones químicas.

Microanálisis de rayos X

La interacción del haz de electrones con los átomos muestra los resultados en la emisión de rayos X, los cuales son detectados y analizados por X-Ray espectroscopio. Esto permite producir análisis cualitativos y cuantitativos de las distintas regiones de la muestra.

CONCLUSIONES

El microscopio metalografíco nos ayuda a ver la microestructura de los metales.

Es necesario poner en la posición correcta la probeta y fijarse que le este

apuntando la luz a la muestra.

Es necesario regular la visión del lente con las perillas macrométricas y

micrométricas.

Se puede regular la luz del microscopio de acuerdo a las necesidades que se

tengan con la muestra.

La platina presenta unos ejes coordenados los cuales no ayudan a ubicar la

muestra siempre y cuando la hallamos marcado.

El microscopio metalografíco es un microscopio compuesto.

Los microscopios compuestos presentan dos sistemas de lentes que son los

objetivos y los oculares.

El examen microscópico de los metales permite estudiar su constitución

química, la combinación y la disposición de sus elementos, sus defectos, su

comportamiento, etc.

RECOMENDACIONES

El sistema de iluminación que se utilice dependerá del campo en que se

verá la muestra es decir campo claro o campo oscuro.

El cuidado y mantenimiento del microscopio, permitirá una mayor

eficiencia, obteniéndose buenos resultados en el análisis de las probetas

que contienen muestras metálicas.

Es mejor que el microscopio metalografíco este en un lugar seco para

evitar manchas o formación de hogos en el lente.

BIBLIOGRAFÍA

Guía de laboratorio del curso de Metalurgia de los materiales I.

Manual de uso del METAVAL H.

http://www.uam.es/docencia/labvfmat//labvfmat/Anexo/microscopio_metalografico.htm

http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/microsco.html

http://translate.google.com.pe/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php%3Fid%3Dmetallurgical_microscope