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METALOGRAFIA INDUSTRIAL

INTEGRANTES:Karol Iovanna Rueda JimnezCinzia Lorena Zullian AlbarracnMara Anglica Barrera Vesga

UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDERTECNOLOGIA EN MANEJO DE PETROLEO Y GAS EN SUPERFICIE ESTRUCTURA DE MATERIALESBUCARAMANGA 2015METALOGRAFIA INDUSTRIAL

METALOGRAFIA INDUSTRIAL

INTEGRANTES:Cinzia Lorena Zullian AlbarracnKarol Iovanna Rueda JimnezMara Anglica Barrera Vesga

GRUPO: A201

EXPOSICION

UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER TECNOLOGIA EN MANEJO DE PETROLEO Y GAS EN SUPERFICIE ESTRUCTURA DE MATERIALES BUCARAMANGA

LISTA DE ILUSTRACIONES.

Ilustracin 1. Cortadora de disco.13Ilustracin 2. Tipo de montaje en frio.14Ilustracin 3. Tipos de montajes mecnicos.14Ilustracin 4. Aspecto de la superficie luego del desbaste grueso.15Ilustracin 5. Superficie obtenida luego del pulido final.16Ilustracin 6. Resultado de la incidencia de la luz.17Ilustracin 7. Imgenes sobre hierros tpicos.22Ilustracin 8. Imgenes de aceros hipoeutectoide y proeutectoide.22Ilustracin 9.Imgenes sobre perlita gruesa, fina y bainita.23Ilustracin 10. Imgenes de aceros: esferoidal, martenstico y Martensita revenida23

LISTA DE TABLAS.

Tabla 1. Soluciones quimicas de acabado.17Tabla 2.Soluciones tpicas para tratamiento de aceros.19

INTRODUCCIN.

Entre las disciplinas que se encargan del estudio de las estructuras en materialesencontramos la metalografa, que consiste en el estudio de la constitucin y la estructura de los metales y las aleaciones, dichos estudios se pueden realizar de dos formas, segn se requiera: macroscpica y microscpica.

1. Metalografa Industrial.

1.1. Generalidades e historia.

En un metal o aleacin, los componentes de su microestructura se forman durante la solidificacin del estado lquido o durante las transformaciones que despus tienen lugar en el metal slido. La apariencia de la estructura no da por si sola una informacin completa sobre su origen o sobre la relacin de un componente a otro. De aqu que el microscopio fuera pronto complementado por otros instrumentos de investigacin, principalmente el pirmetro. Con la ayuda de estos dos instrumentos se establecieron las bases de la nueva ciencia de la metalografa.

La forma ms sencilla de hacer dicho estudio metalogrfico es examinando las superficies metlicas a simple vista, pudiendo determinar de esta forma las caractersticas macroscpicas. Este examen se denomina macrogrfico del cual se pueden obtener datos sobre los tratamientos mecnicos sufridos por el material (es decir se puede determinar si el material fue trefilado, laminado, forjado, etc.) o comprobar la distribucin de defectos (como grietas superficiales, rechupes, partes soldadas, entre otros).

El examen microgrfico, es una tcnica ms avanzada que el macrogrfico y necesita de una preparacin ms especial y cuidadosa de la muestra. Se basa en la amplificacin de la superficie mediante instrumentos pticos (microscopio) para observar las caractersticas estructurales microscpicas (microestructura). Este tipo de examen permite realizar el estudio o controlar el proceso trmico al que ha sido sometido un metal, debido a que los mismos nos ponen en evidencia la estructura o los cambios estructurales que sufren en dicho proceso. Como consecuencia de ello tambin es posible deducir las variaciones que experimentan sus propiedades mecnicas (dependiendo de los constituyentes metalogrficos presentes en la estructura).

El examen de la microestructura es muy til para determinar si un metal o aleacin satisface las especificaciones en relacin a trabajos mecnicos, tratamientos trmicos y composicin general. La microestructura es un instrumento para analizar las fallas metlicas y para controlar procesos industriales.

Si bien para un estudio de la estructura microscpica se necesita una preparacin an ms cuidadosa de la superficie, el procedimiento de preparacin de la superficie es bsicamente el mismo para ambos ensayos metalogrficos (microscpico y macroscpico). Los cuatro pasos bsicos que se requieren para preparar la superficie para su observacin son:

Corte transversal. Montaje. Desbaste y pulido. Ataque.

Los pasos a seguir en el procedimiento de preparacin es el mismo para todos los materiales difiriendo solo las herramientas de corte y el grado de finura de los papeles de esmeril, segn la dureza del material. El reactivo de ataque a utilizar depende del tipo de aleacin.

1.2. Micrografa.

1.2.1. Definicin.

Es aquel tipo de anlisis que no se puede realizar a simple vista, (menor a m), con el cual se observan las estructuras microscpicas en los materiales.

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, entre otros.

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:

Seleccin del lugar y extraccin de la muestra. Montaje de la probeta Desbaste. Pulimento. Ataque. Observacin microscpica.

1.2.2. Seleccin del lugar y extraccin de la muestra.

De la correcta eleccin del lugar de extraccin de la muestra, depende gran partedel xito del estudio a realizar. No existe una regla fija que determine el lugar a elegir; el criterio a seguir vara en cada caso particular. Como orientacin se darn algunos ejemplos:

Si se estudian barras o perfiles laminados, deben extraerse probetas de sus extremos y parte media, efectuando cortes transversales. Se estudiarn secciones transversales y al mismo tiempo longitudinales de los trozos extrados. En el caso de extraerse de perfiles de grandes dimensiones, de las secciones a estudiar se obtendrn probetas de los bordes y del centro (alma). En el caso de las piezas moldeadas (hierro fundido o acero colado), se elegirn secciones normales al plano de colada, que permitan observar la variacin de estructura desde el borde hasta el centro. Tratndose de piezas rotas estando en servicio, deben obtenerse muestras de la zona de la fractura, sin deteriorar en el pulido posterior la superficie de la rotura. Cuando las piezas rotas han sido laminadas o forjadas, deben hacerse coincidir los planos de corte con secciones transversales o longitudinales a las fibras del material.Ilustracin 1. Cortadora de disco.

1.2.3. Montaje de la probeta.

El montaje garantiza que la muestra se mantenga apoyada firmemente, en formaadecuada y segura durante el pulimento tanto manual como automtico. Adems, contribuye a que los bordes de la muestra no corran el riesgo de ser destruidos por la accin de los materiales abrasivos. Con un montaje cuidadoso se contribuye a evitar que queden bordes redondeados.

1. 1.2.3.1. Tipos de montaje.

1.2.3.1.1. Montaje plstico.

Es el tipo de montaje ms usado. Bsicamente se usan dos formas para montaje en plstico:

Moldeo por compresin o montaje en caliente: Requiere de calor, presin y por tanto algn tipo de prensa especializada.

Montaje en frio: Se realiza vertiendo encima de la muestra, dos mezclas lquidas polimricas que se solidifican al reaccionar a temperatura ambiente.

Ilustracin 2. Tipo de montaje en frio.

1.2.3.1.2. Montaje mecnico.

Montaje en abrazaderas de diferentes tipos. Es un tipo de montaje sencillo, pues no requiere maquinaria especializada.

Ilustracin 3. Tipos de montajes mecnicos.

1.2.4. Desbaste.

El desbaste puede dividirse en: desbaste grueso y desbaste fino:

1.2.4.1. Desbaste grueso.

Este se logra mejor en un esmeril hmedo de banco usando esmeriles de granos 120, 140, 160 (este nmero resulta de dividir la cantidad de lneas del tamiz de seleccin de granos- sobre la superficie del mismo). Finalizado el desbaste grueso, debe lavarse la probeta con agua y jabn, lo mismo que las manos del operador, para eliminar partculas gruesas de abrasivo que contaminaran los papeles de esmeril con que seguirn el desbaste.

El objetivo del esmerilado es obtener una superficie plana, libre de toda huella de marcas de herramientas, y en la que todas las marcas del esmerilado sigan la misma direccin.

Ilustracin 4. Aspecto de la superficie luego del desbaste grueso.

1.2.4.2. Desbaste fino.

Este proceso se efecta utilizando granos cada vez ms finos de lija metalogrfica para esmerilar. Se utilizan papeles de grano 320 en adelante. La lija se sostiene sobre una superficie plana y dura, que puede ser acero o vidrio, y la muestra se pasa sobre el papel de lija sin seguir un movimiento rotatorio. Cuando se termina de esmerilar con un papel de lija, las marcas deben estar todas en la misma direccin.

1.2.5. Pulido.Este procedimiento se basa en el uso de un plato cubierto con una tela (o pao), cargada con una suspensin de almina (Al2O3). Al principio, la muestra se sostiene en una posicin sobre la rueda, sin girar la muestra, hasta que se hayan eliminado la mayora de las rayas anteriores producidas en el desbaste. Luego puede hacerse girar con lentitud en sentido contrario al de rotacin de la rueda, hasta que solo puedan verse las marcas de almina. La rotacin de la muestra reduce a un mnimo el peligro de formacin de ranuras.Ilustracin 5. Superficie obtenida luego del pulido final.

Para pulir aceros dulces (blandos), casi siempre es conveniente usar una almina de grano 600.

1.2.6. Ataque.

Este permite poner en evidencia la estructura del metal o aleacin. Existen diversos mtodos de ataque pero el ms utilizado es el ataque qumico.

El ataque qumico puede hacerse sumergiendo la muestra con la cara pulida haciaarriba en un reactivo adecuado. O pasar sobre la cara pulida un algodn embebidoen dicho reactivo o goteando el mismo sobre ella durante un tiempo del orden de los segundos. Es conveniente durante el ataque por inmersin y goteo mover la probeta continuamente para que el reactivo se renueve sobre la superficie, dando un ataque ms homogneo. Luego se lava la probeta con agua, se enjuaga con alcohol o ter y se seca en corriente de aire caliente.

El fundamento se basa en que el constituyente metalogrfico de mayor velocidad de reaccin se ataca ms rpido y se ver ms oscuro al microscopio, y el menos atacable permanecer ms brillante, reflejar ms luz y se ver ms brillante en el microscopio.

Ilustracin 6. Resultado de la incidencia de la luz.

La solucin qumica usada depende del material que compone la muestra, la temperatura y tiempo del ataque, el efecto deseado en la superficie entre otros. La siguiente tabla muestra soluciones qumicas para realizar el ataque en algunos metales tpicos.

Tabla 1. Soluciones qumicas de acabado.METALSOLUCION QUIMICACOMENTARIOS

Aluminio60ml H2SO430ml H3PO410ml HNO3Usar a 100C de 2 a 5 min

70ml H3PO415ml c. Actico15ml AguaUsar de 100C a 120C por 2 a 6 min

Cobre6ml HNO365ml c. Actico27ml H3PO4Pulir hasta lija 600 y sumergir a 60C por 1 min

80ml H2SO420ml HNO31ml HCl55-60g CrO3200ml AguaUsar de 20C a 40C por 1 a 3 min. Eficaz con aleaciones tambin.

Hierros70ml H2O2 (30%)Usar de 15C a 25C

Hierro, aleaciones con bajo contenido de Carbono30ml HNO370ml HF300ml aguaUsar a 60 C

25g c. Oxlico10ml H2O21gota de H2SO41000ml de aguaPulir hasta lija 600 y sumergir a 20C

3 partes de H3PO41 parte de H2SO41parte de HNO3Usar a 85C

Aceros al carbono90ml H2O2 ( 30%)10ml Agua15ml H2SO4Usar de 25C de 2 a 5 min

Acero inoxidableAgregar por peso30% HCl40% H2SO45.5% TiCl424.5% AguaUsar por inmersin de 70C a 80C de 2 a 5 min

AcerosSolucin A3 partes de H2O2(30%)10 partes Agua1 parte HFConcentraciones mayores a 0.3% C: Pulir hasta lija 150, sumergir en solucin A de 15 a 25 s, lavar con agua, limpiar con solucin B en algodn, lavar con agua y secar.

Concentraciones entre 0.15 y 0.35 C: Pulir hasta lija 320 y sumergir en solucin A de 12 a 18 s, luego realizar proceso de limpieza indicado anteriormente.

Concentraciones menores a 0.15% C: Pulir hasta lija 600 sumergir en solucin A de 3 a 5 s, luego realizar proceso de limpieza indicado anteriormente

Solucin B1partes H3PO415 partes Agua

Adicionalmente se presentan dos qumicos comunes para el acabado final de lasmuestras en aleaciones ferrosas en la siguiente tabla.

Tabla 2.Soluciones tpicas para tratamiento de aceros.SOLUCIONCOMPOSICIONEFECTO

PICRALcido pcrico 4gAlcohol etlico 100mlRevelar lmites de grano de austenita en estructuras martensticas. Ennegrecer perlita.

NITRAL 2%cido ntrico 2mlAlcohol etlico 110mlRealzar la interface entre los carburos y la matriz. Ennegrecer perlita.

1.2.7. Observacin microscpica.

Sin la ayuda de un microscopio adecuado, la muestra metalogrfica ms cuidadosamente preparada posee escaso valor.

Un microscopio apropiado y sus correspondientes accesorios puede utilizarse paraobservar la microestructura, medir la profundidad de las superficies endurecidas y componer registros fotogrficos de los tratamientos trmicos. El microscopio destinado a estos laboratorios debe poseer:

Aumentos de 50x a 1000x para revelar tantos casos groseros como sutiles de microestructuras de transformacin. Lentes objetivas con calidad suficiente para resolver capas superficiales delgadas para efectuar una medicin precisa. Fuente de iluminacin intensa para revelar microestructuras de transformacin de coloracin oscura tratadas con cido. Funciones mecnicas adecuadas que permitan un ajuste estable de los campos visuales. Ocular graduado capaz de medir las distintas capas que se desea evaluar. Cmara para registrar microestructuras.

El microscopio usado en metalografa se caracteriza por poseer un sistema de iluminacin por reflexin. Su platina es mvil y en algunos casos la probeta se coloca con la cara pulida hacia abajo. Consta de cuatro partes:

El sistema de iluminacin: una lmpara y un colimador que concentra los rayos en el sistema objetivo. Sistema objetivo: consta de varios lentes, un diafragma de entrada de luz o diafragma de apertura y un diafragma de campo de vista, un elemento reflejante que hace entrar los rayos de luz en el lente objetivo propiamente dicho (vidrio de caras paralelas, espejo o prisma, segn los casos). Sistema ocular: con un prisma de reflexin y unas lentes dentro del tubo ocular. Sistema fotogrfico: con varios lentes y un espejo de reflexin: tiene un vidrio despulido para proyectar la imagen antes de sacar la fotografa. Luego de enfocar la imagen se sustituye el vidrio despulido por un chasis cargado con una placa fotogrfica y se saca la fotografa.

1.2.7.1. Cuidados con el microscopio.

Es esencial que los distintos elementos pticos se hallen escrupulosamente limpios y libres de huellas dactilares, polvo, pelculas de grasa, que perjudican la calidad de las imgenes. El polvo se puede quitar de las superficies pticas soplando aire sobre ellas, mediante una pera de goma, con un pincel de pelo blando de camello o frotando suave con una tela o papel apropiado. En estas operaciones hay que tener cuidado de no rayar la superficie ni deteriorarla por abrasin. La grasa y las huellas dactilares se quitan frotando con una tela o papel de los citados, impregnados en xilol (nunca alcohol ni otros disolventes orgnicos), secando luego con otros papeles limpios, y finalmente, soplando aire con una pera de goma para quitar las fibras del papel. Este mtodo es ideal para quitar el aceite que queda adherido a los objetivos de inmersin y debe realizarse inmediatamente despus del uso. En ningn caso se deben desmontar los elementos pticos, y en particular los objetivos para su limpieza. Todos los elementos pticos se deben manipular con cuidado. No deben estar expuestos a cambios bruscos de temperatura.

1.3. Macrografa.

Es el examen de conjunto, hecho a simple vista o con un aumento pequeo (lupa), de un producto metalrgico pulido y atacado; su tcnica no presenta ninguna diferencia esencial con la de la micrografa, por ello los procedimiento a realizar son muy parecidos.

1.3.1. Sntesis del proceso.

Se utiliza esencialmente para los aceros. Para llevar a cabo una macrografa, es necesario realizar un pulido superficial con una lima o muela y despus con un papel esmeril. Cada pasada de pulido debe ser conducida de manera que haga desaparecer toda pasada precedente. A continuacin se realiza un ataque con algn reactivo, para ello es necesario asegurarse de la ausencia de cuerpos grasos sobre toda la extensin de la superficie que se va a atacar. El ataque se puede realizar rpido con cidos, reactivos cpricos, entre otros, de manera muy similar a la micrografa; o lento sumergiendo la pieza durante 18 horas a temperatura ordinaria y agitando el reactivo frecuentemente.

Los pasos para realizar un ensayo macrogrfico son los mismos que el ensayo microgrfico solo en algunos casos en el montaje no necesita de sujetadores y al momento de ver la muestra en el microcopio metalogrfico, en la primera se utiliza hasta 10 aumentos y en la segunda desde 50 hasta 1000 aumentos.

1.3.2. Precauciones a tener en cuenta.

Preparacin de las probetas macrogrficas: La preparacin 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 relacin con la superficie representativa y caractersticas del metal.

1.4. Imgenes microscpicas.

Ilustracin 7. Imgenes sobre hierros tpicos.

Ilustracin 8. Imgenes de aceros hipoeutectoide y proeutectoide.

Ilustracin 9.Imgenes sobre perlita gruesa, fina y bainita.

Ilustracin 10. Imgenes de aceros: esferoidal, martenstico y Martensita revenida

1.5. CONCLUSIONES

El presente trabajo tubo como finalidad el aprendizaje de los conceptos relacionados con la metalografa industrial, que es y para qu sirve, adems de cmo se aplica los pasos para su realizacin y los mximos cuidados que hay que tener al momento de realizar dicho procedimiento o ensayo.

1.6. BIBLIOGRAFA

Preparacin metalogrfica UPV. https://www.youtube.com/watch?v=q04fdMPCwB0&feature=youtu.be Metallography Part I - Macroscopic Techniques. https://www.youtube.com/watch?v=fc8zrgYJCJw&feature=youtu.be Metallography Part II - Microscopic Techniques. https://www.youtube.com/watch?v=UuHofNW40Yw&feature=youtu.be Macrogrfia. http://www.buenastareas.com/ensayos/Macrografia/45727257.html Microscopio virtual. http://www.mim-us.es/microscopio/flash3/microscopio.html Propiedades y ensayos de materiales. http://tecnologia-jesusmolina.blogspot.com/2010/09/propiedades-y-ensayos-de-materiales.html Apunte de metalografa. ( Metalografa.pdf ) Metalografa protocolo curso materiales. Edicin 2011-II. Facultad de ingeniera industrial laboratorio de produccin. Escuela Colombia de Ingeniera Julio Garavito. Aplicacin de la metalografa al esmaltado vtreo. A. Ferreiro.Teora metalogrfica.pdf, Laboratorio de Ensayos Industriales22