ENSAYOS DESTRUCTIVOSUnidad 3

Deformación cristalina y estructura del material

ASESOR ACADÉMICO:

M.C. ING. JUAN MANUEL CAMPOS ACOSTA

REALIZADA POR:

RICARDO FLORES GONZÁLEZ

Torreón, Coahuila, Miércoles, 16 de Marzo 2016

U NIV ER S IDA D T ECN OL ÓGICA DE TORRE ÓNO r g a n ism o P ú b lic o D e sc e n tr a liz a d o d e l G o b ie r n o d e l E sta d o d e C o a h u ila

ANÁLISIS METALOGRÁFICO

Fundamentos del Análisis metalográfico.  Dentro de los sólidos podemos distinguir sólidos cristalinos y sólidos amorfos. Los sólidos

cristalinos están constituidos por átomos ordenados a larga distancia, o sea que están dispuestos

de tal forma que su ordenamiento se repite en las tres dimensiones, formando un sólido con una

estructura interna ordenada. Si esta estructura es regular en todo el material se denomina

monocristal. Sin embargo, lo más habitual es que la estructura sea regular por zonas del material,

cambiando la orientación cristalina de una zona a otra, pero no la estructura. Se dice entonces que

el material es policristalino, integrado por numerosos granos que poseen la misma estructura

cristalina, pero que cambian de orientación de unos a otros. La región donde se unen los granos

se denomina límite de grano a organización de esos granos da lugar a la microestructura del

material, que contempla:

La forma y tamaño de los granos.

Si hay varias fases presentes: granos de diferentes fases.

La configuración de dichas fases.

El instrumento que nos permite determinar la microestructura de los materiales es el

microscopio, que puede ser óptico o electrónico.

En aquellos materiales que son opacos a la luz visible y que sólo la superficie es susceptible de

ser observada, y la luz del microscopio se debe usar en reflexión (microscopio metalográfico). Para

lograr el objetivo de visualizar la microestructura de un material es necesaria una cuidadosa

preparación de la superficie. Ésta debe desbastarse y pulirse hasta que quede como un espejo.

Esta condición se consigue utilizando papeles abrasivos y polvos cada vez más finos. Se releva la

microestructura tratando la superficie con un reactivo químico (ataque químico). El tipo de reactivo

y el tiempo de tratamiento dependerán de la naturaleza del material.

¿Qué es el análisis metalográfico?

Es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o

aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas.

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Entre las características estructurales están el tamaño de grano, forma y distribución de las

fases que comprenden la aleación y las inclusiones no metálicas, así como 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, como el que se muestra en la figura 1 con el

cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50X y 2000X.

Figura 1. Microscopio metalúrgico, con el trazado del haz luminoso a través del sistema óptico..

Los ensayos metalográficos requieren la ejecución de las etapas siguientes:

Selección de la muestra.

Preparación de las probetas.

Observación de las probetas.

Tratamiento de la información.

Para llevar a cabo estos ensayos es necesario utilizar la normatividad correspondiente como el estándar más común para el análisis metalográfico es el ASTM E-3.

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MICROSCOPIA ÓPTICA

¿Qué es la microscopia óptica?

Los microscopios de tipo óptico se basan en la ampliación de la imagen de un objeto mediante

el uso de lentes convergentes. Este es el tipo de microscopio más antiguo y más utilizado. La

sonda en estos microscopios es la radiación visible que ilumina la muestra que queremos estudiar.

Poseen una óptica doble (objetivo y ocular), a diferencia de las lupas, que presentan una sola

lente.

La resolución límite del microscopio óptico implica que podamos distinguir objetos del tamaño

de una micra. Objetos de ese tamaño son las células biológicas. Respecto a la aplicación al

estudio de materiales, este microscopio se utiliza para de forma fácil determinar propiedades

macroscópicas, como fracturas, texturas, tamaño de poro, etc.

Tabla 1.- Ventajas y limitaciones de la microscopia óptica.

ALGUNAS VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA MICROSCOPIA ÓPTICA.

VENTAJAS LIMITACIONES

Manejo muy fácil y rápido. Objetos gruesos aparecen desenfocados

Puede verse material de cualquier tipo. Resolución lateral limite 0.1 mm

LA MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO

¿Qué es la microscopia electrónica de barrido?

La microscopia electrónica de barrido o SEM se basa en el principio de la microscopia óptica en

la que se sustituye el haz de luz por un haz de electrones. Con esto conseguimos hasta los 100 A,

resolución muy superior a cualquier instrumento óptico.

Su funcionamiento consiste en hacer incidir un barrido de luz de electrones sobre la muestra. La

preparación de las muestras es relativamente sencilla las principales características son: muestra

sólida, conductora. Caso contrario, la muestra es recubierta con una capa de carbón o una capa

delgada de un metal como el oro para darle propiedades conductoras a la muestra. De lo contrario,

las muestras no conductoras se trabajan en bajo vacío.

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La técnica de preparación de las muestras se denomina “ sputtering” o pulverización catódica.

Este haz de electrones, en su viaje a través del vacío, tiende a separarse debido a las fuerzas

de repulsión electrostáticas que actúan entre ellos. Un campo eléctrico, generado por unas placas,

se encarga de focalizar el haz y condensarlo. Por último, en su camino hacia la muestra, el haz es

deflectado hacia un punto mediante bobinas electromagnéticas, de manera que estas permiten

realizar un barrido en la zona que queremos estudiar.

Figura 2. Esquema de funcionamiento del microscopio electrónico de barrido.

.Tabla 2.- Ventajas y limitaciones de la microscopia electrónica de barrido.

ALGUNAS VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO.

VENTAJAS LIMITACIONES

Facilidad de manejo. Alto costo.

Elevada resolución. Posible daño en el material.

Amplia profundidad de campo. Necesita vacío.

Posibilidad de combinar microscopia con análisis

espectroscópico.

Las muestras de deben ser metálicas, o recubiertas de

oro.

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EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN

¿Qué es la microscopia electrónica de transmisión?

El microscopio electrónico de transmisión (TEM) es un instrumento que aprovecha los

fenómenos físico-atómicos que se producen cuando un haz de electrones suficientemente

acelerado colisiona con una muestra delgada convenientemente preparada. Funciona

esencialmente como un SEM, pero la señal que se utiliza para formar la imagen es la que proviene

de los electrones transmitidos a través de la muestra. Puesto que el proceso de absorción

electrónica por un medio es muy eficiente, los electrones transmitidos a través de la muestra son

muy pocos.

Por tanto, para tener intensidad suficiente como para formar una imagen, es necesario que la

energía del haz electrónico incidente sea muy alta (80-400 KeV) y reducir al máximo el espesor de

la muestra (100-200Å). En esta configuración tenemos acceso a dos tipos de imágenes: una

directa de la estructura de la muestra que estudiamos y otra del diagrama de difracción producido

por los electrones al atravesar un medio ordenado. Las imágenes de difracción que se obtienen

son un conjunto de puntos con la simetría cristalina. La inversión de estas imágenes mediante

métodos de transformada de Fourier nos da directamente una visión de la muestra en la que se

pueden llegar a observar planos atómicos internos de un material o capa delgada.

Uno de los aspectos más importantes para lograr imágenes TEM de buena calidad es la

preparación de las muestras. La imagen del TEM ofrece información sobre la estructura de la

muestra, tanto si ésta es amorfa o cristalina. Para ello existen varios métodos aunque la mayor

parte se basan en un adelgazamiento homogéneo de la lámina.

ANÁLISIS METALOGRÁFICO DE ENSAYOS DESTRUCTIVOS Y NO DESTRUCTIVOS

Análisis metalográfico a pruebas no destructivas.

La metalografía no destructiva o réplica metalográfica es una de las técnicas contempladas en

los ensayos no destructivos, utilizada en forma no rutinaria para detectar heterogeneidades y

defectos superficiales que se manifiestan en equipos y componentes en servicio que trabajan a

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presión y temperatura en forma continua, toda vez que no se pueda extraer una muestra

metalográfica para conocer los cambios micro estructurales que hubiesen ocurrido. La réplica

metalográfica consiste en copiar la textura y relieves (interfaces como junturas de grano, límites de

maclas, depresiones por presencia carburos, microgrietas, etc.) de la superficie de cualquier

aleación o metal mediante la utilización de un celuloide, el cual se prepara adecuadamente y se

presiona sobre la superficie preparada en forma similar a cualquier probeta metalográfica de

laboratorio, pero con un sobre ataque químico para magnificar las interfaces mencionadas y

relieves que puedan ser copiados por el celuloide.

Tintas penetrantes.

Las tintas penetrantes son un ensayo no destructivo con amplia aplicación en la

industria de los materiales, cuando son aplicadas correctamente, las Tintas Penetrantes

nos permiten detectar gran variedad de defectos como poros, picaduras, fisuras 

producidas por fatiga o esfuerzos térmicos y fugas en recipientes herméticos.

Es muy importante que las superficies de los materiales o piezas no sean muy

porosas, porque esto dificulta el análisis y las imperfecciones se pueden confundir.

Este tipo de ensayo es usado para revelar claramente grietas, hendiduras y cámaras

aflorantes cuyo volumen total sea mayor. El cual se basa en el principio de la

capilaridad que permite la penetración y llenado de defectos aflorantes a la superficie,

debido a líquidos con partículas de tinta. Los defectos son detectables, cuando estos

tienen salida a la superficie.

Partículas magnéticas.

Los  ensayos no destructivos por partículas magnéticas ayudan a detectar las

discontinuidades superficiales y sub-superficiales (No afloran a la superficie pero están

cercanos a ella) en materiales ferromagnéticos; ésta capacidad permite la inspección de

materiales con recubrimientos (finas capas de pintura, imprimaciones, etc.). Los ensayos por

partículas magnéticas tienen una extensa aplicación en los procesos de fabricación y en la

inspección en servicio.

Técnicas empleadas en las partículas magnéticas:

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Técnica seca: Utilizada generalmente para piezas de gran tamaño, detecta

discontinuidades próximas a la superficie.

Técnica húmeda: Mezcla de un líquido (Aceite o kerosene) con el polvo magnético.

Radiografía Industrial.

La inspección por RT se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo físico, diseñado para detectar discontinuidades macroscópicas y variaciones en la estructura interna o configuración física de un material.

Al aplicar RT, normalmente se obtiene una imagen de la estructura interna de una pieza o

componente. Debido a que este método emplea radiación de alta energía, que es capaz de

penetrar materiales sólidos, por lo que el propósito principal de este tipo de inspección es la

obtención de registros permanentes para el estudio y evaluación de discontinuidades.

Análisis metalográfico a pruebas destructivas.

Los ensayos metalográficos o estructurales se basan en la observación microscópica de la

superficie de una probeta adecuadamente preparada en donde se hace visible la forma, tamaño,

tonalidad, orientación, etc. de los diferentes micro constituyentes o granos que forman la estructura

cristalina de los materiales, pudiéndose revelar también, del estudio de la misma, los tipos de

inclusiones e impurezas y los tratamientos térmicos o mecánicos a que han sido sometidas las

piezas. Los pasos a seguir en un ensayo metalográfico son los siguientes:

Desbaste o esmerilado burdo.

Pulido intermedio.

Pulido fino.

Ataque con reactivo.

Observación microscópica.

Impresión de microfotografía.

Interpretación de resultados.

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Los Microscopios usados en los ensayos metalográficos son del tipo ópticos ometalográficos de

banco que alcanzan ampliaciones no mayores de 2000 veces (2000x) y los microscopios

electrónicos que alcanzan ampliaciones de30,000x a 200,000x y los más potentes hasta de

600,000x.

Tracción Consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo de tracción creciente

hasta que se produce la rotura de la probeta con una fuerza estática o aplicada lentamente. La

prueba se efectúa en una Máquina Universal de Tracción que puede tener acoplado un

extensómetro para medir la elongación de la probeta sometida a la prueba y un graficador para

obtener la curva esfuerzo-deformación. Los resultados se interpretan matemáticamente y se da a

conocer, el porcentaje de alargamiento, la elongación (ductilidad) y la resistencia mecánica

Son pruebas que a las que se someten los materiales, que nos permiten identificar de una

forma aproximada las propiedades mecánicas como dureza, tenacidad, resistencia mecánica,

ductilidad, y así poder verificar la calidad de dicho material y hacer una correcta aplicación de ellos.

Estos ensayos son muy importantes ya que nos muestran en una manera proporcional, como los

materiales se desempeñarían en distintas situaciones o de predecir e identificar de una forma

aproximada el tipo de fallo o ruptura que puede sufrir la unión durante su vida en uso, siempre y

cuando se someta previamente la probeta a un envejecimiento acelerado.

Los ensayos metalográficos destructivos tienen el fin de determinar:

La composición de los materiales.

Las propiedades mecánicas de los materiales.

Los tipos de tratamientos mecánicos y térmicos realizados a los materiales.

El comportamiento de los materiales en relación a los trabajos a realizar.

Las fallas mecánicas.

El desarrollo de nuevos materiales.

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CONCLUSIÓN

Como resultado de la investigación realizada, se pudieron adquirir conocimientos muy importantes

para la aplicación dentro de mi carrera de mantenimiento como vienen siendo los fundamentos

principales para el análisis metalográfico y saber cuál es el objetivo primordial que es determinar la

microestructura de los materiales mediante la utilización de microscopios, como pueden ser los

microscopios ópticos que se basan en la utilización de luz o fotones y también vienen siendo lo

más comunes y los microscopios electrónicos de barrido que se basan en el principio de la

microscopia óptica pero se sustituye el haz de luz por un haz de electrones y el microscopio

electrónico de transmisión funciona como los microscopios electrónicos de barrido pero la señal

que se utiliza para formar la imagen es la que proviene de los electrones transmitidos a través de

la muestra. Y también de cómo es la aplicación del análisis metalográfico dentro de la industria.

Estos se basan en ensayos metalográficos destructivos y no destructivos que se realizan para

detectar defectos superficiales y también otro método Consiste en someter a una probeta

normalizada a distintas pruebas como a esfuerzo, compresión, flexión, tensión.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.cyti.com.mx/analisis_metalografico.asp

http://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/12065/ANALISISACERO.pdf?sequence=1

https://jmcacer.webs.ull.es/CTMat/Practicas%20Laboratorio_archivos/metalografia.pdf

http://mty.cimav.edu.mx/sem/

http://www.patologiasconstruccion.net/2012/12/la-microscopia-electronica-de-barrido-sem-i-concepto-y-usos/

http://www.fempatrimoni.cat/esp/tecnicas/MO-es.htm

http://www.javeriana.edu.co/Facultades/Ciencias/neurobioquimica/libros/celular/microelectrans.htm

http://www.icmm.csic.es/grupos/wp-content/uploads/2009/02/gago_cap19.pdf

http://blog.utp.edu.co/metalografia/

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