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• Smah Hams M

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1. Metalografía Como Metalografía se comprende que estudia la estructura interna de los metales y de las aleaciones y relaciona esa estructura con las propiedades mecánicas. Para poder establecer las relaciones entre la composición química de los metales y aleaciones con la respectiva propiedades físicas es necesario el uso de los principios de los ensayos mecánicos, tratamientos térmicos, los diagramas de equilibrio físico-químico, las observaciones macro y microscópicas. Los resultados de esos principios se relacionan finalmente entre sí, y permiten deducir las conclusiones necesarias, en el control de procesos metalúrgicos o en la verificación de productos terminados.[1] 2. Ensayos no destructivos Los ensayos no destructivos se utilizan para determinar discontinuidades en piezas metálicas y no metálicas. Las discontinuidades son interrupciones en la estructura física, y en algunos casos pueden haber sido introducidas intencionalmente. Los ensayos no destructivos no ocasionan daño a los materiales ensayos, por lo cual después del examen dichos materiales pueden se utilizados. Estas pruebas permiten la identificación de materiales defectuosos en servicio o antes de que sean conformados, maquinados, ensamblados o puestos en servicio. El rechazo o aceptación de una pieza con defectos depende del uso del componente. La ocurrencia de las de una falla muchas veces puede ser evitada con el uso de estos ensayos. [2] 2.1. Tipos de ensayos no destructivos. Existen varios tipos de encuentran:[2],[3],[4],[5],[6],[7]

Ensayos no destructivos

ensayos

no

destructivos,

entre

los

cuales

Inspección por tintas penetrantes

Para detectar dicontinuidades abiertas a la superficie como grietas, juntas, porosidades y traslapes.

Inspección por particulas magneticas

Para detectar defectos en la superficie y ligeramente debajo de ella.

Inspección por ultrasonido

Para detectar defectos bajo la superficie

Inspección por rayos X

Permite detectar grietas y defectos

Inspección por rayos gamma

Para obtener una imagen de la estructura interna permitiendo detectar discontinuidades internas

Inspección por corrientes parasitas

Para materiales conductores detecta irregularidades y variaciones en composición.

Replicas metalograficas

Grafitizacion, crecimiento de grano, decarburizacion y globulización

se

3. Replicas Metalográficas La metalografía no destructiva o réplica metalográfica es una de las técnicas contempladas en los ensayos no destructivos, utilizada para detectar heterogeneidades y defectos superficiales que se manifiestan en equipos y componentes, técnica usada para extraer una muestra metalográfica de elementos a los cuales no se puede extraer muestras físicas del material y así poder conocer los cambios micro-estructurales que hubiesen ocurrido. La réplica metalográfica consiste en copiar la textura y relieves (interfases 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 sobreataque químico para magnificar las interfases mencionadas y relieves que puedan ser copiados por el celuloide.[6] La metalografía no destructiva de superficies permite analizar una microestructura de material y una condición superficial así como diversos daños superficiales que se producen debido a sobrecarga o circunstancias tribológicas inadecuadas. Las piezas de la máquina o de las herramientas inspeccionadas no se dañan durante la preparación de la superficie. También se requiere que la réplica aplicada sea fuerte y lo suficientemente elástica para no dañarse cuando se retira. Como la réplica no daña la pieza de la máquina y no afecta químicamente su estado, la pieza de la máquina puede seguir en funcionamiento si la inspección realizada confirma su calidad. La forma de preparar la parte de la máquina, es decir, el área a inspeccionar depende de los requisitos u objetivos del examen a realizar y de la accesibilidad del área a inspeccionar.[8] La inspección de la condición superficial o microestructura se puede realizar de dos maneras: 



Si la parte a examinar y su entorno proporcionan suficiente espacio para la preparación y la observación de la superficie, la inspección de la superficie se puede realizar directamente con un microscopio óptico. Para ello se dispone de microscopios ópticos adaptados. En el caso contrario, se produce una réplica, que luego se observa con un microscopio óptico o electrónico en un laboratorio.[8]

El área en cuestión a examinarse deberá prepararse con una técnica con la técnica adecuada que sea la misma que la preparación de la superficie usual para la microscopia óptica. El área a analizarse se tratara primero mecánicamente por pulido o pulido electrolítico. Luego se grabara para que la microestructura de la superficie quede impregnada. El grabado puede analizarse con el MOVIPOL, una unidad que portátil fabricada por Struers. El la fig.1 se muestran dos unidades portátiles de Struers, es decir, el TRASPOL (a) diseñado para la preparación de la superficie por rectificado. Y el MOVIPOL diseñada para el grabado (b).

Figura 1. Máquina para la preparación de superficies para metalografía no destructiva. TRANSPOL (a) y MOVIPOL (b).

Para obtener un resultado más exacto la superficie debe ser limpiada a fondo, no debe tener ningún tratamiento preliminar. La preparación puede facilitarse con la aplicación de medios químicos admisibles para la eliminación de color, grasa y otras impurezas. Comercialmente se encuentran disponibles vario equipos e instrumentos para la limpieza del material, estos materiales con prácticos para la aplicación y permiten la producción de una réplica de la superficie en cuestión en pocos minutos. Se concentran también disponibles láminas de plástico con recubrimiento metálico la producción de réplicas. El revestimiento metálico proporciona una reflexión eficaz de la luz cuando se inspecciona la superficie de la réplica con el microscopio óptico, esto también proporciona una mayor calidad de la imagen de superficie. La marca Struers dispone de un sistema llamado RepliSet-F5 que es una pistola dosificadora con un pistón de expulsión, un recipiente con caucho de silicona de dos partes y una boquilla mezcladora para la aplicación de la masa de la réplica a la superficie a alizar en la pieza de la máquina. Al usar este mecanismo se deben tener consideraciones establecidas por la propia marca para obtener resultados óptimos.[8]

Figura 2. RepliSet-F5.

4. Procedimiento para la elaboración de réplicas metalográficas Técnica metalográfica que se encuentra especificada en la Norma ASTM E-1351-2002 donde se recomiendan los pasos a seguir para la obtención de una superficie del metal a estudiar libre de deformaciones. 4.1. Inspección visual. Esta técnica aporta gran cantidad de información acerca de las características de la pieza examinada, que es útil para una acertada interpretación de las posibles indicaciones de otros END,

cuando se aplica correctamente detectando problemas que pudieran ser mayores en los subsecuentes pasos subsecuentes de producción o durante servicio, por lo cual es siempre recomendable como auxiliar o paso previo por otros END. El principal requisito dela inspección visual es un examen de la agudeza visual cercana y lejana de ser necesario, el uso de lentes por parte del inspector, este deberá empléalos para toda labor de inspección e interpretación de indicaciones. En algunos casos, es necesario el examen de discriminación cromática, para comprobar la capacidad de detectar variaciones de color, para la detección de pequeñas variaciones de un tono de color o la apreciación de un color particularmente en aplicaciones especiales.[5] La inspección visual es una técnica de no destructiva mediante la cual se realiza la selección de las zonas críticas y representativas de posibles daños. Mediante la inspeccion visual se buscan daños tales como:  Oxidación excesiva.  Deformación plástica.  Zonas erocionadas.  Uniones soldadas fisuradas. En lo posible se recomienda usar otros ensayos no destructivos complementarios en búsqueda de indicaciones de defectos que ayuden a determinar las zonas críticas de ese componente en particular.[9] La sección del área deberá cumplir ciertas condiciones detalladas a continuación.  La zona de la prueba no deberá tener espesores remanentes bajos y deberá estar libre de abolladuras, goles, ralladuras, fallas internas o cualquier otra imperfección que interfiera con la elaboración de la metalografía y dureza.  La zona en la cual se realice los ensayos los ensayos de metalografía deberá estar alejada 2” o más de uniones soldadas y de la zona afectado por el calor.  Las temperatura del material en el cual se llevara a cabo el ensayo metalográfico no debe ser mayor de 50°C, considerando la evaporación del agente para el ataque químico y la solución para la réplica metalográfica.  Para el análisis metalográfico de elementos o componentes expuestos a altas temperatura o fuego directo, se deberá seleccionar la zona que sea representativa de la exposición al calor y una zona no expuesta del mismo elemento o componente u otro no expuesto de especificación similar. Esta prueba deberá realizarse con el equipo fuera de operación.  Para la identificación de materiales desconocidos, se deberá obtener una muestra de material de la especificación esperada para efecto de tener un patrón de comparación.[10]

4.2. Preparación de la superficie Referencias [9] y [10] La superficie a inspeccionar deberá estar libre de pintura, suciedad, polvo, cascarillas de formación corrosiva, rebabas, grumos de pintura, puntos de soldadura, quemadas por arco eléctrico, acoplante de inspecciones anteriores o cualquier otro material que pudiera afectar en la aplicación del ensayo. La superficie debe de prepararse por medios abrasivos, hasta obtener una superficie pulida con acabado espejo. Para conseguir esto se debe seguir los siguientes pasos. [10] 4.2.1. Desbaste grueso Cuando la atmosfera del trabajo del componente genera oxidación, descarburación, o cualquier proceso químico que deje depósitos de sales es necesario utilizar una amoladora portátil para

eliminar estas capas de metal degradado que no permite observar la microestructura real del componente. [9] El desbaste inicial se efectuará con lijas de disco adaptable para pulidor o taladro manual; el tamaño de grano abrasivo que se utiliza en este desbaste grueso es entre 60 a 120, dependiendo de la condición de la superficie a preparar. Este paso puede omitirse si la superficie a examinar presenta un acabado liso, en cuyo caso se iniciará con un desbaste fino.[10] 4.2.2. Desbaste fino Este tipo de desbaste es de tipo secuencial empleando lijas de tamaño de grano cada vez más fino, es decir con lija de grano 240, 320 y finalmente 1000 o hasta 1200. Para este proceso se utiliza un taladro con accesorio de disco pequeño en donde se adhieran las lijas. Debe desbastarse en una sola dirección con movimientos rectos de ida y regreso sobre la superficie que se va a examinar. Al cambiar a la lija subsecuente, la dirección de desbaste se realiza a 90° con respecto a la anterior, esta misma operación debe realizarse a las lijas siguientes hasta la de tamaño de grano abrasivo más fino (1000 o 1200) con lo cual se debe obtener una superficie con ralladuras muy finas. Es recomendable reemplazar la lija del mismo tamaño de grano después de 15 a 45 segundos de esmerilado, considerando que las lijas de grano más fino se gastan más rápido que las de grano grueso. Usar en cada paso de 2 a 4 lijas del mismo grueso, limpiando la zona de desbaste en cada cambio. Al término de cada proceso se debe de limpiar la superficie con agua destilada y/o alcohol etílico, para eliminar los residuos producto del desbaste. [10] 4.2.3. Pulido El pulido deberá realizarse empleando un paño adhesivo que se coloca en el accesorio de disco del taladro, empleando suspensión de aluminio de 1.0µm a 0.5µm como abrasivo. Se pule en una sola dirección, de igual manera que en el esmerilado. El primer paso del pulido se realizara en una dirección a 90° del último paso de desbaste fino. Los pasos de pulido tomaran alrededor de 60 segundos por cada vez, repitiendo el proceso hasta que se eliminen las ralladuras ocasionadas por el desbaste. El resultado debe de ser una superficie con acabado espejo, sin manchas y libre de ralladuras, esto puede visualizarse mediante el uso del microscopio óptico de campo entre cada secuencia de pulido. Posterior al término del pulido la superficie debe limpiarse con agua destilada, y alcohol o acetona para evitar su oxidación.

Referencias [1] R. L. Bernau, Elementos De Metalografía y de Acero al Carbono, 1 vols. Santiago de Chile: Andrés Bello. [2] Norma Pazos Peinado, Tecnología de los metales y procesos de manufactura, 2006.a ed., vol. 1, 1 vols. Caracas: Universidad Católica Andrés. [3] A. (Asociación española de E. N. Destructivos), Ultrasonidos. Nivel II. FC EDITORIAL, 2009. [4] Ing. Alfonso Gonzales Zambrano, «Aplicación de los rayos X en la industria como prueba no-destructiva», UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON, México. [5] J. L. G. Velázquez, Metalurgia mecánica. Editorial Limusa, 1999. [6] Marta López Jenssen y Ana Hidalgo Aedo, «REPLICAS METALOGRAFICAS COMO ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS USADOS PARA LA EVALUACION METALURGICA DEL MATERIAL DE TUBOS DEL CALDERA», presentado en IV Conferencia Panamericana de END Buenos AiresOctubre 2007, Chile, 2007, p. 9. [7] C. Núñez, A. Roca, y J. Jorba, Comportamiento mecánico de los materiales. Volumen II. Ensayos mecánicos. Ensayos no destructivos. Edicions Universitat Barcelona, 2013. [8] Zuljan D. y Grum J., «Non-destructive metallographic analysis of surfaces and microstructures by means of replicas», presentado en The 8th International Conference of the Slovenian Society for Non-Destructive Testing-Application of contemporary Nondestructive testing in Engineering-September, pp. 359-368, Portorož, Slovenia, 2005. [9] Ricardo Montero, «Curso réplicas metalográficas». . [10] Jaire Esperza, «Procedimiento Para Elaborar Replicas Metalográficas». .