Metallography and Hardness Test in Metals Lab Report, Spanish

Introducción

        En el presente informe, conoceremos la utilidad de la metalografía y los ensayos de dureza para conocer las propiedades de un metal. Para ello debemos primero aclarar los siguientes conceptos:

        La metalografía, tal y como lo expresa Bernau R. L. (1958), corresponde a un estudio de la microestructura, donde puede observarse el tamaño de grano y las fases, ya sea de metales o aleaciones, y la relación existente entre esta y sus propiedades mecánicas.

        Para ésta práctica se utilizará una aleación de hierro y carbono al 0.20%  (de baja aleación 1020). Shackelford, J (2010) define una aleación como un material compuesto por varios elementos. Además, define como un acero de baja aleación a una aleación que contenga entre 0.05% y 2.1 %  de Carbono con otro elemento metálico.         

         Los ensayos de dureza, corresponden a aquellos que permiten determinar el nivel de dureza del material. Para los efectos de ésta práctica hablaremos del ensayo de Dureza Rockwell “B” y tal y como se observa en el Anexo 1, la escala B corresponde a aceros de baja aleación. Bernau R.L. comenta que éste tipo de ensayos no requieren de una probeta preparada de una manera en especial, y éstos se realizarán en una máquina de Rockwell. Ésta máquina cuenta con pesas que corresponden a una escala de medida de dureza, que para el caso del a escala “B” de dureza Rockwell, consta de una bolita de acero de 1/16 de pulgada y 100 kg de carga.

        Los diagramas de fase, en la forma señalada por Shackelford, J (2010), “ es cualquier representación gráfica de las variables de estado asociadas con las microestructuras a través de la regla de las fases de Gibbs.” En los diagramas de hierro-carbono, se tiene que los aceros sólo pueden alcanzar una concentración de carbono de hasta 2%. Donde, al lado izquierdo del diagrama estará la fase de Ferrita, la cual es una fase sólida con baja dureza, y en la parte derecha del diagrama, la Cementita. En los puntos medios de éste diagrama aparecerá una combinación de ambas fases (Ferrita y Cementita) la cual contiene capas alternadas de éstos compuestos llamada Perlita.

Objetivos

• Conocer la utilidad de los estudios de metalografía y dureza.
• Conocer la preparación de una probeta para la realización de un estudio de metalografía.
• Observar la microestructura en una probeta de un material metálico para identificar fases y granos del mismo.
• Realizar estudios de dureza en una probeta con un material metálico.
• Identificar el material metálico y su relación con sus propiedades mecánicas a partir de los estudios microscópicos y de dureza realizados.

Metodología

Instrumentos Utilizados

·         Durómetro Rockwell

·         Lijadora Grinder

·         Pulidora Buehler Ltd

·         Microscopio

Ensayo de Metalografia 

-     Cortar la pieza.

-    Empastillar ó Embutir: Al Polímero (resina fenólica ó baquelita) se le aplicó calor y presión (horno y prensa) a 4000psi durante 15 a 20 min. El polímero por el calor y presión recubre la probeta de forma que sea manejable manualmente para las siguientes pruebas.

-      Lijado o Desbaste: Se realizó un desbaste manual  moviendo la probeta longitudinalmente de un lado a otro del papel aplicando una presión suave; se mantuvo en la misma la dirección para que todas las rayas fueran paralelas. Durante la operación se  dejó que una corriente de agua limpiara los pequeños desprendimientos de material y a su vez lubricara y mantuviera fresca la zona desbastada.

-      Pulido: Posteriormente, la probeta se comenzó a pulir en tres discos, se usó como agente abrasivo, tres soluciones de alúmina al 10% P/V,  con un tamaño de grano de 10𝝻m, 0.3𝝻m y 0.05𝝻m respectivamente.. La probeta se pasó por tres tipos de paños de pulido, cada vez que se pasó a un paño de pulido diferente  la probeta se lavó con agua para  no llevar partículas acumuladas.  En cada disco el movimiento de la probeta se realizó de manera constante hasta tener un brillo uniforme.

-    Ataque químico: La probeta fue sumergida en ácido (Nital al 4%) por unos 10 segundos aproximadamente, con el objetivo de oscurecer la muestra y facilitar la visibilidad en el microscopio, posteriormente se lavó con agua, para detener el ataque químico. Finalmente la probeta fue colocada en un microscopio  para ser estudiada  y se tomó una fotomicrografía para así observar su micro estructura y fases presentes en la misma.

                Ensayo de Dureza

-    Este ensayo determina la resistencia del material.

-    Las letras A(60kg), B(100kg), C(150kg), indican la cantidad de pre-carga que se le aplica a la pieza según el tipo de indentador que se utilice.

-   Se usó un indentador B el cual tiene una punta de bola que se utiliza cuando estamos en la escala de presiones B y la punta de diamante se utiliza cuando estamos en la escala de presiones A y C.

-   Se colocó el material justo en el centro, en una posición estable para que no existiera ningún movimiento durante el ensayo y se elevó la probeta hasta que tocó justo la punta del indentador para luego aplicar la pre-carga.

-  El durómetro removió automáticamente la carga adicional después de un tiempo determinado. La medida indicada en el dial es la dureza del material ensayado.

-     Este procedimiento se realizó 4 veces y se calculó un promedio.

Resultados

Metalografía

Probeta (cabilla de acero) con un proceso metalográfico de desbaste, pulido y un ataque químico con Nital (4%).  Se logró observar distintas microestructuras,  en primera instancia se distingue la ferrita representada en la  zona clara, al igual que la cementita la cual corresponde al borde de los granos que pueden apreciarse. Así mismo son visibles capas alternadas de ferrita y cementita, llamada perlita que corresponde a las zonas oscuras que pueden distinguirse en la figura.  Se destaca en la imagen una mancha oscura que se  considera una impureza  del material, producto del proceso de desbaste.  En los Anexos 2-5 se puede distinguir de mejor manera la microestructura y es más observable la diferenciación entre la ferrita, la perlita y la cementita presentes en la muestra tratada.