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PREPARACION METALOGRAFICA DE FUNDICIONES. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ LABORATORIO DE METALURGIA FISICA I

´ Rondón Evelin C.I 24.831.864. González Deiker C.I 25.445.468. Marcano Mario C.I 19.858.099

______________________________________________________ RESUMEN: Las fundiciones son aleaciones de hierro con carbono, silicio y pequeñas cantidades de manganeso, fósforo, azufre y otros elementos. Su contenido de carbono es de 2 a 4.5%, se caracterizan porque se pueden vaciar para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad pero no pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y poco soldables pero sí maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste, Como objetivo primordial se tiene la preparación metalografía de una muestra, en este caso, una Fundición, el cual es revelar los constituyentes y estructura de la fundición por medio del uso del microscopio. Como paso inicial se procedió al Desbaste Grueso Mecánico, que es para corregir los defectos o deformidades de la pieza después del corte, luego de esto, se procedió al desbaste fino o desbaste manual, el cual está relacionado con el desbaste grueso, y sirve para obtener una superficie sin rayas, después se procedió al pulido grueso para disminuir y eliminar las rayas del desbaste fino, a este desbaste, se le agrego alúmina , que sirve como abrasivo (Lija) para eliminar las rayas, luego se procedió al ataque, cabe destacar, que antes, de atacar se observa al microscopio , para saber si la fundición posee rayas, en caso de no haber rayas, se ataca, luego de todo lo anterior, se procedió al ataque químico, que es un proceso en el cual muestra y refleja la microestructura de la fundición , finalmente de todos los pasos anteriores, se observo al microscopio la fundición para su posterior análisis. _____________________________________________________________________ INTRODUCCION: Las fundiciones son en esencia aleaciones de hierro y carbono aunque, considerando el diagrama Fe-C, contienen una cantidad de carbono superior a la saturación de la austenita a temperatura eutéctica. Por tanto el contenido de carbono de las funciones varia de 2 a 6,67%, sin embargo, como los contenidos de carbono elevados confieren una gran fragilidad a la fundición, la mayoría de los tipos comerciales fabricados

contienen una cantidad comprendida entre el 2,5 y el 4%. La METALOGRAFIA se engloba toda una serie de técnicas y conocimientos científicos cuyo fin último es la observación microscópica de los metales y aleaciones y por tanto, la identificación de las características microestructurales.

El examen metalografico, es una técnica más avanzada y se basa en la amplificación de la superficie mediante microscopios ópticos, en sus primeras etapas, para observar las características esctructurales microscópicas o microestructurales. Las observaciones vía microscopios ópticos producen resultados que no solo son útiles a los investigadores sino también a los ingenieros. El examen de la microestructura es muy útil para determinar si un metal o aleación satisface las especificaciones en relación a trabajos mecánicos anteriores, tratamientos térmicos y composición en general. La microestructura es un instrumento para

analizar las fallas metalicas y para controlar procesos industriales. Las cinco etapas básicas que se requieren para preparar la superficie de una muestra para su observación microscópica son: corte (sentido longitudinal o transversal, según lo requiera el caso), montaje(de ser necesario), desbaste (grueso y fino) y ataque. Los pasos a seguir en el procedimiento de preparación es el mismo para todos los materiales difiriendo solo en las herramientas de corte y el grado de finura de los papeles abrasivos, según la naturaleza del material. De igual manera, el reactivo de ataque a utilizar depende del tipo de aleación.

_____________________________________________________________________________ MATERIALES Y EQUIPOS.       

Cortadora de discos. Embutidora. Desbastadora. Pulidoras rotativas. Microscopio Óptico. Agua, algodón, alcohol. Recipiente para guardar probetas.

 Dispositivo para captura de imágenes.  Muestra de Fundición (probeta)  Papel abrasivo (lija)  Abrasivo en polvo.  Reactivo del ataque.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1ERA ETAPA: CORTE La obtención de una probeta representativa de la pieza es el primer, y en muchos casos el más importante, paso en la preparación de las probetas para el examen metalografico. De aquí la necesidad de no alterar la microestructura, siendo el trabajo en frio y/o el trabajo en caliente las causas más comunes de cambios en la microestructura a estudiar. El corte por sierra produce severas condiciones de trabajo en frio y no es adecuado, por su parte el corte abrazasivo es la mejor solución para evitar estos incovenientes: la superficie resultante es suave y el corte se realiza rápidamente.

Instrucciones generales que se realizaron para el buen corte de la pieza:  Al montar el disco de corte abrasivo se apretó suficientemente la tuerca al extremo del eje a fin de evitar que el disco resbalara entre las bridas.  Se aseguro que la probeta estuviera firmemente sujeta a la pieza de sujeción.  Se empleó suficiente cantidad de refrigerante para evitar el sobrecalentamiento. A su vez, se aseguro que el refrigerante

es distribuido uniformemente contra los costados del disco.  Se aplico suficiente presión sobre el disco, para asegurar que el aglutinante se desgaste y se exponga a nuevas partículas abrasivas. 2DA ETAPA: PROBETAS.

MONTAJE

DE

Las probetas se montan en materiales adecuados, en primer lugar para manipularlas convenientemente, y en asegundo lugar para protegerlas y preservarlas durante las operaciones de desbaste y pulido. Cabe destacar, que el montaje por compresión es el método frecuentemente preferido cuando se requiere rapidez y un medio de montaje relativamente duro. Estas son las instrucciones generales que se realizaron para obtener un buen montaje de la probeta: Primero se observo se la probeta estaba limpia, exenta de incrustaciones. Segundo, se determino si la probeta no tenía ángulos agudos. Tercero, se colocó suficiente cantidad de material de montaje en el cilindro de montaje, para evitar que la probeta tocará el pistón del conjunto del montaje. 3 ERA ETAPA: DESBASTE. DESBASTE GRUESO: El propósito de esta etapa fue producir una superficie plana inicial necesaria para los subsiguientes pasos de desbastes fino y pulido Estas son las instrucciones que se llevaron a cabo para realizar un buen desbaste grueso:  Se uso solamente papel abrasivo , para esto se observo, si estos estaban limpios y afilados.  Se aplicó suficiente cantidad de refrigerante (agua).  Se presionó la probeta en el centro, para evitar la formación de caras angulares.

DESBASTE FINO El desbaste fino está estrechamente relacionado con la etapa de desbaste que lo precede (DESBASTE GRUESO), hay que resaltar, que todo este proceso está concebido para obtener una superficie exenta de rayas, mediante el uso de una serie de papeles abrasivos sucesivamente más finos. Estas son las instrucciones que se llevaron a cabo para realizar un buen desbaste fino:  Se usó solamente un abrasivo limpio y afilado.  Se aplicó suficientemente liquido refrigerante para evitar así el recalentamiento de la probeta (agua)  Se lavó la probeta, el porta probeta y las manos entre cada paso de preparación.  Se presionó la probeta en el centro y se desbastó en una sola dirección sobre cada papel abrasivo, girando la probeta en 45 o 90º antes de pasar al siguiente abrasivo, de tamaño de grano más fino. En cada paso se desbasto el doble de tiempo requerido para eliminar las rayas previas.  Se fue observando con regularidad la desaparición de las rayas observando la probeta. Sin embargo, se aseguró de mantener la misma orientación de la probeta, a continuar con el desbaste.  Al finalizar, se lavó muy bien la probeta, con abundante agua, se limpió con un paño la mesa de lijas y se aseguro de no dejar charcos de agua luego de finalizado la práctica. . 4TA ETAPA: PULIDO Este es uno de los pasos más críticos de la preparación metalográfica, por lo tanto, antes de comenzar, se lavó muy bien con abundante agua el paño que

va a utilizar, para evitar la presencia de restos de metal o abrasivos que puedan estropear el proceso de pulido. Estas son las instrucciones generales que se realizaron para un buen pulido: Se fue supervisando con regularidad las rayas, observando al microscopio la superficie de la muestra. Para esto, se aseguró de secar muy bien la muestra antes de colocarla en el microscopio. 











Se preparó la solucione de alúmina de 1 y 0,05um (para pulido grueso y fino, respectivamente). Se agregó una pequeña cantidad de suspensión sobre el disco rotatorio ejerciendo una presión moderada, para asegurar un pulido parejo y evitar que la probeta sea proyectada por el movimiento del disco. La probeta se fue moviendo suavemente desde la periferia hacia el centro del paño y viceversa. Una vez que la muestra alcanzó una superficie tipo espejo, se lavó con abundante agua, se roció con alcohol y se seco con aire caliente. A su vez, se observo la muestra en el microscopio óptico y se verifico que se habían eliminado las rayas del desbaste fino. Se paso a otro paño y se continuo el pulido con abrasive de tamaño de particular más fino (suspensión de alúmina de 0,05 micras). Se observo nuevamente la muestra pulida al microscopio, para verificar que se habían eliminado todas las rayas del pulido grueso.

 Al finalizar, se lavo muy bien la probeta con abundante agua .  Luego se enjuago la probeta con alcohol y se procedio al secado.  Por último, se limpio con un paño la mesa de pulido, dejando el área de trabajo limpia. 5TA ETAPA: ATAQUE El ataque químico es el proceso de disolución química de la superficie de la muestra. Normalmente existe una capa muy delgada de metal deformado en la superficie de la probeta que el ataque remueve parcialmente. Además, el ataque químico ataca selectivamente a los diferentes constituyentes presente en la aleación y revela su microestructura bajo observación al microscopio óptico. Estos son los pasos que se llevaron a cabo para realizar un buen ataque: Se seleccionó el reactivo de ataque. En el caso del acero, Nital (Ácido Nitrico + Alcohol). A su vez, se realizó el ataque sumergiendo la muestra con cara pulida hacia abajo en el reactivo, después de esto, se lavó la probeta con abundante agua. Finalmente se enjuago la probeta con alcohol y se procedió al secado mediante los procedimientos ya descritos. Una vez terminada la preparación metalográfica se procedió a la observación con la ayuda del microscopio óptico. Observando finalmente las imágenes en la computadora, para su posterior análisis.

Metalografía de una Fundición.

Imagen (A)

Imagen (A)

Imagen (B)

En las imágenes(A, B y C) se puede

Dúctil

observar

representada en el diagrama hierro

la microestructura de una

Perlitica

(perlita+grafito)

fundición. En la imagen (A) a 100X se

cementita imagen (D)

aprecia esferas de grafito sobre una

así, que esta micrografía es una

matriz perlitica, las esferas de grafito

fundición

están rodeadas de una aureola ferritica

fundición denominada también dúctil, o

llamada (ojos de buey), en la imagen

esferoidal, se caracteriza porque en

(B) a 1000X se visualiza la esfera de

ella el grafito aparece en forma de

grafito en un tamaño más grande pero

esferas minúsculas. Al encontrarse el

hay que tener en cuenta, que la perlita

grafito

(negra) se observa en forma de huellas

continuidad de la matriz se interrumpe

dactilares, y esto sucede porque no es

mucho

tratada bien la probeta en este caso

encuentra en forma laminar, esto da

una

lugar a una resistencia a la tracción y

fundición,

donde

las

partes

(blancas) son ferrita.

Nodular,

en

determinando este

forma

menos

tipo

esferoidal,

que

cuando

de

la se

tenacidad mayor. Hay que resaltar, que el

contenido total de carbono de la

En la imagen (C) a 1000X, se puede

fundición nodular es igual al de la

observar con más detalle la esfera de

fundición

grafito, la perlita (negra) en forma de

esferoidales

huella dactilar y la ferrita (blanca).

durante la solidificación debido a la

Cabe destacar, que la micrografía

presencia de pequeñas cantidades de

estudiada corresponde a una Fundición

magnesio

o

gris.

Las

de

grafito

cerio,

las

partículas se

forman

cuales

se

Imagen (D) (C)

adicionan al caldero antes de colar el

que las fundiciones nodulares perlíticas

metal a los moldes, la cantidad de

presentan

ferrita presente en la matriz depende

menor ductilidad y maquinabilidad que

de la composición y de la velocidad de

las ferríticas.

mayor

resistencia

pero

enfriamiento y hay que tener en cuenta Comparación

Imagen (F)

Imagen (E)

Las imágenes comparadas son similares a nivel microestrutural, se puede observar que la imágenes (E y F) poseen esferas de grafitos, rodeadas de ferrita a través de una matriz perlitica, en la imagen (E), tras haber sufrido un normalizado , presenta una matriz constituida en gran parte de perlita, no hay muchas diferencias ya que ambas son micrografías de fundiciones nodulares, lo que sí se puede apreciar es que en la imagen (E), las esferas de grafito, son más visibles y esferoidales que las de la imagen (F). Por último se puede resaltar que el punto de fusión de las fundiciones esferoidales o dúctiles, es próximo al del eutéctico, por lo que presentan una alta colabilidad que facilita la obtención de piezas de formas complicadas y estrechas. La facilidad de mecanización, similar al de las fundiciones con grafito laminar y muy superior a la de los aceros de igual dureza, hacen de estas fundiciones esferoidales un material muy utilizado para la fabricación de piezas de complicada morfología que deben presentar buena resistencia mecánica. CONCLUSIONES.  El ensayo de metalografía ayuda a identificar las diferentes estructuras de la fundición.

 En la experiencia realizada se observo, la forma de la estructura de la fundición como son perlita y ferrita.

Es necesario graduar el microscopio para poder observar más claramente la  La ductilidad de las fundiciones es estructura. muy baja, por lo que no puede laminarse, estirarse o deformarse a temperatura ambiente, no siendo la mayor parte de ella maleable a ninguna temperatura , sin embargo, funden fácilmente y pueden moldearse formas complicadas que usualmente se mecanizan después a dimensiones.

