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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCION Profesor: Ing. Néstor Ulloa Nombre: Victor Merchán León INFORME DE LABORATORIO Materia, paralelo y horario: Ciencias de Materiales, Paralelo 106, Miércoles 14:30 – 15:30 Número y título de práctica: Práctica Nº1: DETERMINACIÓN DE MICROESTRUCTURAS Fecha de la práctica: Noviembre 09, 2016 Fecha de presentación: Noviembre 15, 2016

Resumen Se realizó esta práctica con el fin de identificar los tipos de materiales de acuerdo a la microestructura observada después de ser aplicadas técnicas de desbastes y pulidas para la preparación de la superficie que se observó. La microscopía electrónica, método utilizado para obtener información de la muestra consiste en hacer pasar haces de electrones a través de una superficie muy delgada y analizar el haz trasmitido para la información estructural. Queda la duda si esto podría dar un paso más avanzado para la nanotecnología y poder llegar a la picotecnología. El experimento realizado estaba orientado a dar a conocer que tan importante es la metalografía para la identificación de microestructuras de los materiales metálicos y aleaciones, y a familiarizarse con esta técnica de caracterización. Enfoque Experimental El proceso para lograr conocer que material era, consistía en poner lijas de 180, 320,600 y 1000 en un banco de lijas procediendo a mover la muestra en un solo sentido por cada lija y girando 90 grados cuando se cambiaba de lijas, ubicando lubricante en este caso agua para que no se calentará la muestra y evitar fallas en su estructura. Una vez terminado con el lijado se toma la muestra y se le coloca pasta de diamante y se la lleva a la pulidora universal donde se sostuvo la muestra sin presionarla sobre el disco de la pulidora, esto se hizo duramente aproximadamente cinco minutos. Para finalizar se prepara la muestras para poder ser analizada con el microscopio metalográfico, se colocó sobre la muestra el reactivo Nital 3% para atacar al metal en un tiempo de 5 segundos. Inmediatamente después, se lava la muestra con alcohol etílico para terminar el efecto. Para otros metales y aleaciones se usan diferentes reactivos. Se recomienda la técnica de frotación para ciertos metales y aleaciones en lugar de la técnica de inmersión. Finalmente se puede realizar el análisis microscópico y la obtención de micrografías. La temperatura de trabajo fue 23.1 ºC Banco para lija

Fig1. Banco de lijas

Este banco consiste en un bandeja metálica donde se coloca una placa de vidrio dentro de ella con una especie de vinchas que hacen la función de soporte de la placa adicional a esto posee una rejilla con agarre para poder asegurar la lija que facilita al momento de lijar. Pulidora universal

Equipo Marca Modelo Serie

Pulidora Universal Struers DP-U 2741 Tabla1. Datos de la Pulidora Universal

Fig2. Pulidora Universal

La función es dejar un material rústico (metales) en un material pulido es decir con brillo liso sin aspereza. Esto se logra de acuerdo al tipo de abrasivo o paño para usar en la máquina pulidora. En este maquina se llevó acabo un pulido fino, esta máquina consta con un panel y regulador de rpm una cabina donde se colocan los discos y necesariamente su respectivo lubricante con un seguro circular.

Equipo Marca Modelo Serie

Fuse 4AT Struers 05186327 51810309

Tabla2. Datos de pulidora Fig3. Pulidora

Microscopio metalográfico

Microscopio Metalográfico Olympus Modelo: GX41 EM-012

Fig4. Microscopio Metalográfico

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. 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. Ataque Químico

Fig5. Microscopio Metalográfico

Es un proceso de corrosión controlada de la muestra, donde se toma la probeta y se cubre la cara pulida hacia arriba con el reactivo de ataque. Se tiene la probeta cubierta con el químico dependiendo del metal con el que se trabaja y el químico utilizado, se detiene la reacción con alcohol etílico y finalmente se seca la superficie con aire caliente o frío. Mediante el ataque es posible poner de manifiesto el tamaño, forma y distribución del grano (metalurgia de fases), así como heterogeneidades en la estructura.

Análisis de Resultados La metalografía cuantitativa, juega un rol importante en la ciencia de los materiales, pues permite establecer relaciones entre los procesos, la microestructura y las propiedades mecánicas de los materiales, suministrando información necesaria para el establecimiento de modelos matemáticos y permitiendo el control y optimización de procesos y productos. Con los datos dados y los cálculos realizados teniendo como resultado un 41.33% primera fase y 58.67 segunda fase, siendo la primera perlita porque tiene la apariencia de la madreperla al observarse microscópicamente, las partes delgadas claras son de ferrita y la cementita aparecen como capas delgadas más oscuras El tamaño del grano es de 5 comparándolo con la (fig8. Tamaño de grano tomada desde ASTM). Los límites de grano, son el lugar en que ocurren, preferentemente, las reacciones en estado sólido. En general, la energía libre de una cantidad de masa de metal dada disminuye a medida que aumenta el tamaño de grano. La causa del cambio de energía es la disminución de la energía interracial asociada a los límites de grano. Esta disminución de energía es la fuerza impulsora que tiende a producir el crecimiento del grano. Ahora bien, en la mayoría de las condiciones de aplicación de los metales, la velocidad de crecimiento del grano es muy pequeña, y sólo a temperaturas elevadas el crecimiento se produce rápidamente. Un material de grano fino será, por lo tanto, más duro y más resistente que un material de grano grueso, el cuál (este último) tendrá más juntas de grano donde se acumularán más tensiones. Por todo lo anterior debe verificarse que la dureza es inversamente proporcional al tamaño de grano. Con todo esto podemos decir que es una acero de bajo carbono (aleación hierro-carbono), varilla de carbono rigida. Si la microestructura es más ordenada, esto implica que un material es más duro. Las fases también permiten evidenciar otros componentes dentro del material, los cuales no permiten incluso determinar el método de análisis. Un proceso como el de laminación tiene como objeto ‘‘juntar’’ los átomos en las estructuras cristalinas, haciendo los espacios intermoleculares más pequeños y reordenando su estructura, lo cual hace que sea más difícil de deformar pero disminuyendo su ductilidad. La comprensión de los fundamentos de la metalografía cuantitativa y los adelantos existentes en el desarrollo de equipos electrónicos y de la computación, han hecho de la metalografía cuantitativa una poderosa técnica en el estudio, reduciendo el tiempo y los posibles errores en el análisis de muestras metalográficas.

Referencias

 Universidad Nacional de San Agustin , Juan Manuel Jara. (s.f.). Microscopía. Obtenido de https://es.scribd.com/doc/112509140/Calcuo-del-tamano-degrano  Guia de Laboratorio de Ciencias de Materiales  (2013, 11). Metalografia. cuaderno de laboratorio. 03, 2015, de http://www.cuadernodelaboratorio.es/metalografia.html

Adjuntos

Fig6. Muestra desconocida (aumento 500x)

Fig7. Muestra con una fase encerrada (Unidad mm)

Calculo de porcentaje de fases Análisis por áreas : Para el siguiente análisis pusimos la fotografía en el programa AutoCAD para poder hallar las áreas de los granos. Los porcentajes de fase estarán dado por la relación de cada fase y el área total de la fotografía. Teniendo: At: Área Total. Afe: Área de la fase encerrada. %F1: Porcentaje de fase. Afe %F= ∗100 At Afe 6044746.74 %F1= ∗100= ∗100=41.33 3332,87∗4388.28 14625566.76 Para la fase 2 , la calculamos por el complemento: %F2=100 −41.33 =58.67

Calculo del tamaño del grano ASTM Norma el procedimiento para el cálculo de tamaño del Grano. (Universidad Nacional de San Agustin , Juan Manuel Jara, s.f.) n=2N −1 n: número de granos en una superficie a 100x N = número de grano ASTM (E 112) De la fig. como datos tenemos: Granos enteros: 119 Medios granos: 43 Granos totales: 119 + 43/2 =140.5 Aumento: 500X Ahora: 100X 100 1mm 1 x1 x1=10^-4mm2 4*10^-6 mm2 10^-4 mm2 n=3512.5

140.5 n

500X 500 1mm 1 x2 x2=4*10^-6mm2

N−1

3512.5=2 log ⁡( 3512.5) +1=N log ⁡( 2) N=4.66 es decir tamaño del grano 5

Fig8. Tamaño de grano tomado desde ASTM

Preguntas 1. Defina un criterio para determinar la duración de cada una de las etapas de desbaste con papeles abrasivos. La desaparición de las líneas de la lijado y el brillo en la muestra. 2. ¿Por qué debe lavarse la probeta al pasar de un papel abrasivo a otro? Para verificar como está el rayado de la muestra y para eliminar los posibles restos de partículas de la lija anterior 3. ¿Cuándo es necesario el montaje de la probeta para el pulido metalográfico? Cuando la muestra es grande que no se puede agarrar con facilidad en la mano requiere de un montaje.

4. En caso de atacar un policristal pulido, ¿Cómo actúa la corrosión para evidenciar la existencia de los diferentes granos? El ataque químico pondrá en manifiesto la estructura del metal ya que atacará los bordes de los granos y afectará de diferentes maneras las distintas fases que están presentes en el policristal. 5. ¿Cómo puede dar una indicación del tamaño del grano de un policristal? Cabe mencionar que en un policristal, no todos los granos tienen el mismo tamaño, a menudo hay una distribución de tamaños; frecuentemente a esta distribución se le asocia su valor medio, para describirla. 6. ¿Qué efecto tiene un ataque deficiente y un sobre ataque sobre la observación de la microestructura? Un ataque deficiente no nos permitiría observar la microestructura y un sobre ataque provocaría manchas sobre la superficie de la microestructura. 7. ¿Cómo definiría el tamaño de grano de una muestra? Como la estructura más pequeña que se puede observar dentro de la organización de un material. 8. Mencione otra técnica de preparación de superficies metalográficas. Preparación Electroquímica 9. ¿Qué son las inclusiones y como se las identifica en las micrografías? Discontinuidades que puede causar que el material falle. Esto se verá por la formación de una sombra o halo en la zona donde exista un exceso de carbono o también una afectación térmica. 10. ¿Por qué es importante la metalografía para las industrias de procesos o materiales de construcción? Es muy útil porque permite determinar si un metal o una aleación satisfacen las especificaciones en relación con trabajos mecánicos anteriores, tratamientos térmicos y composición general, así como también para analizar las fallas mecánicas y para controlar procesos industriales y de manufactura en procesos de construcción.