Ensayos m..

CONOCIMIENTO DE MATERIALES
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ENSAYOS METALOGRAFICOS
Introducción
La metalografía es la parte de la metalurgia que estudia las características es-
tructurales o de constitución de los metales y aleaciones, para relacionarlas con las
propiedades físicas, mecánicas y químicas de los mismos.
La importancia del examen metalográfico radica en que, aunque con ciertas
limitaciones, es capaz de revelar la historia del tratamiento mecánico y térmico que ha
sufrido el material.
A través de este estudio se pueden determinar características como el tamaño
de grano, distribución de las fases que componen la aleación, inclusiones no metálicas
como sopladuras, micro cavidades de contracción, escorias, etc., que pueden modifi-
car las propiedades mecánicas del metal.
En general a partir de un examen metalográfico bien practicado es posible ob-
tener un diagnóstico y/o un pronóstico.
El examen metalográfico puede realizarse antes de que la pieza sea destinada
a un fin, a los efectos de prevenir inconvenientes durante su funcionamiento, o bien
puede ser practicado sobre piezas que han fallado en su servicio, es decir, piezas que
se han deformado, roto o gastado. En este caso la finalidad del examen es la determi-
nación de la causa que produjo la anormalidad.
Básicamente, el procedimiento que se realiza en un ensayo metalográfico in-
cluye la extracción, preparación y ataque químico de la muestra, para terminar en la
observación microscópica. Si bien la fase más importante de la metalografía es la ob-
servación microscópica, la experiencia demuestra que poco se puede hacer si alguna
de las operaciones previas se realiza deficientemente.
Si la etapa de preparación no se realiza cuidadosamente es posible que se ob-
tenga una superficie poco representativa del metal y sus características. Una prepara-
ción incorrecta puede arrancar inclusiones no metálicas, barrer las laminas de grafito
en una muestra de fundición, o modificar la distribución de fases si la muestra ha sufri-
do un sobrecalentamiento excesivo.
A continuación se hará una breve descripción de cada uno de los pasos previos
a la observación en el microscopio, comenzando por la extracción de la muestra, si-
guiendo con las distintas fases de preparación de la misma y por último se describe el
ataque químico a la muestra y la observación microscópica.
I Extracción de la muestra
Durante la extracción de la muestra es fundamental considerar el lugar de don-
de se extraerá la probeta y la forma en que se hará dicha extracción.
Se debe tener en cuenta que no es indiferente el lugar de donde se extraerá la
muestra, según sea el objetivo del examen. Por ejemplo cuando se trata de una pieza
rota en servicio y el objeto del examen es determinar las causas de dicha falla, la
probeta debe extraerse, en la medida de lo posible, de la zona puntual donde la pieza
ha fallado. Esto permitirá obtener la mayor información posible de las características
del material en dicha zona y así obtener mejores conclusiones sobre las posibles
causas de la falla. Por ejemplo, si se pretende determinar si un trozo de alambre
posee trabajo en frió, causado por algún proceso de trefilado, se deberá observar una
cara paralela al eje longitudinal de dicho trozo; por lo tanto la extracción de la muestra
estará determinada por esta condición. En síntesis se debe lograr una muestra
representativa del material a examinar.
En cuanto a la forma de extracción de la probeta se debe tener en cuanta que
esta operación debe realizarse en condiciones tales que no afecten la estructura su-

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perficial de la misma. Por lo tanto se debe cuidar que la temperatura del material no se
eleve demasiado durante el proceso de extracción.
La extracción se puede hacer con cierras de corte manual, o en el caso de pie-
zas muy duras con cortadoras sensitivas muy bien refrigeradas.
II Preparación de la muestra
La preparación de la muestra puede dividirse en tres fases:
1) Desbaste Grosero
2) Desbaste Final
3) Pulido
II.1 Desbaste Grosero
El desbaste grosero se practica una vez extraída la probeta con la finalidad de
reducir las irregularidades, producidas en la operación de extracción, hasta obtener
una cara lo más plana posible. Esta operación puede realizarse con una cinta de des-
baste o bien en el caso de materiales no muy duros como aceros sin templar y fundi-
ciones se puede hacer con lima, aunque aumente algo la distorsión que se produce en
la superficie a causa de la fluencia del material.
De cualquier manera que se practique el desbaste grosero siempre se debe
cuidar que la presión no sea exagerada para que la distorsión no sea muy importante,
ni la temperatura de la superficie se eleve demasiado.
II.2 Desbaste Final
La operación de desbaste final comienza con un abrasivo de 150, seguido del
250, 400, para terminar con el 600 o 1000.
El desbaste se puede realizar a mano o con desbastadoras mecánicas.
Para el caso de desbaste manual el papel abrasivo se coloca sobre una placa plana y
limpia y se mueve la probeta longitudinalmente de un lado a otro del papel aplicándole
una presión suave; se debe mantener la misma la dirección para que todas las rayas
sean paralelas. Durante la operación se debe dejar que una corriente de agua limpie
los pequeños desprendimientos de material y a su vez lubrique y refrigere la zona
desbastada.
El final de la operación sobre un papel está determinada por la desaparición de
las rayas producidas durante el desbaste grosero o el papel anterior. Para poder reco-
nocer esto fácilmente se opera de manera que las rayas de un papel a otro sean per-
pendiculares, es decir se debe rotar 90º la dirección de movimiento de la probeta cada
vez que se cambia de abrasivo. Además cada vez que se cambia de abrasivo es con-
veniente lavar la probeta y enjuagarse las manos para no transportar las partículas
desprendidas en el abrasivo anterior, ya que esto puede provocar la aparición de ra-
yas.
La presión que se aplica a la probeta no debe ser exagerada ya que esto au-
menta la distorsión y además pueden aparecer rayas profundas. La presión debe ir
disminuyendo a medida que se avanza en la operación.
Si el desbaste se realiza en forma automática las precauciones son las mismas
que para el desbaste manual. En este caso el abrasivo esta adherido sobre un disco
de 20 cm de diámetro, aproximadamente, que gira a velocidades que pueden oscilar
entre 250 y 600 RPM; las velocidades más altas se usan con los abrasivos más grue-
sos.

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Cuando los metales a pulir son demasiado blandos es conveniente impregnar
los abrasivos con un lubricante adecuado.
II.3 Pulido
El pulido tiene por objeto eliminar las rayas finas producidas en el desbaste fi-
nal y producir una superficie con características especulares. Esta operación por lo
general se realiza en forma mecánica y se utiliza un paño impregnado con partículas
de algún abrasivo en solución acuosa.
Básicamente, se pueden utilizar dos tipos de paños: con pelo (pana, terciopelo,
lanas) y sin pelo (seda natural). Se debe elegir el que más se adapte al tipo de mate-
rial a examinar. Por ejemplo, el pulido de muestras de fundición se debe realizar con
paños sin pelo para evitar el arrancamiento de grafito.
En cuanto a los abrasivos pueden ser: pasta de diamante, alúmina, alumdun,
etc. El abrasivo comúnmente utilizado es la alúmina, que es oxido de aluminio en par-
tículas y que comercialmente se obtiene en forma de pastas o soluciones acuosas.
Se debe cuidar que la humedad del paño sea la adecuada, es decir, si la
humedad es excesiva la acción abrasiva se retardará demasiado y si es escasa la
probeta tiende a mancharse.
Si bien es muy cierto que cuanto más pulida este la superficie más clara será la
imagen que obtengamos en el ocular, muchas veces no es necesario llegar hasta un
pulido perfecto, sino que bastará con que la densidad de rayas en la superficie sea lo
suficientemente baja y preferentemente en una sola dirección.
Si con un aumento de 500x se pueden distinguir porciones lisas más o menos
grandes entre las rayas, entonces el pulido puede darse por terminado.
Dado que las zonas rayadas serán más atacadas que las zonas lisas, si la densidad
de rayas es muy alta y si a su vez están en dos o más direcciones, el oscurecimiento
de las rayas durante el ataque cubrirán los detalles de la estructura del material.
Métodos especiales de preparación
La preparación de metales blandos y dúctiles es difícil en el sentido de que el
metal blando fluye con mucha facilidad y se generan capas de metal distorsionado que
enmascaran la verdadera estructura (Aluminio y sus aleaciones, Cobre y sus aleacio-
nes, Plomo, etc.)
Por otra parte la conservación de algunas inclusiones en las muestras de acero
o las láminas de grafito en las funciones requieren de técnicas algo más específicas de
preparación. Así por ejemplo la preparación de una muestra de fundición requiere un
pulido cuidadoso sobre un paño sin pelo, en una sola dirección, y con la humedad
adecuada para que las láminas de grafito no sean arrancadas durante este proceso.
De esto se desprende que la preparación de las muestras no es un procedi-
miento estricto y abarcativo para cualquier tipo de material, sino que en general es ne-
cesario un estudio más o menos cuidadoso del tema de acuerdo al tipo de material a
analizar y a los resultados que se pretendan obtener.
Distorsión
Es un fenómeno natural que se produce en la superficie durante las operacio-
nes de desbaste y pulido. Los esfuerzos mecánicos que introducen las partículas de
abrasivo, sumado al efecto térmico producen la fluencia del metal en la superficie de la
muestra. Esta fluencia de metal destruye, al menos parcialmente, el estado cristalino
del metal.
Dado que la superficie resultante posee una energía libre mayor, sumado a que
dicha distorsión solo posee una profundidad de algunas distancias interatómicas, en
general este efecto es eliminado luego del ataque químico. En caso que la distorsión

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no sea eliminada en el primer ataque, serán necesarias 3 o 4 sesiones alternadas de
ataque y pulido.
III Ataque Químico
El ataque químico de la cara que se observará tiene por objetivo poner en evi-
dencia, mediante un ataque selectivo, las características estructurales de la muestra.
Al aplicar el reactivo sobre la superficie a observar, las características de la es-
tructura son reveladas como consecuencia de un ataque selectivo de la superficie. Es-
to se debe a que las distintas fases así como los planos cristalográficos diferentemente
orientados poseen diferencias en la susceptibilidad al ataque.
En general aquellas regiones de la estructura donde la energía libre del sistema
es mayor, como por ejemplo los limites de fases, bordes de grano, etc., son atacadas
más rápidamente que las regiones monofásicas o ínter granulares.
Los reactivos de ataque por lo general son ácidos orgánicos disueltos en agua,
alcohol, glicerina, etc. El grado de ataque de una probeta es función de la composi-
ción, temperatura y tiempo de ataque.
Para que el ataque sea apropiado es necesario elegir el reactivo de acuerdo a
la composición de la probeta, es decir, un reactivo a base de persulfato de amonio es
ideal para atacar probetas de cobre y latón, pero no es adecuado para atacar al acero
o aleaciones ferrosas. En cambio el nital (solución acuosa o alcohólica de ácido nítrico
al 2% o hasta el 5%) es uno de los reactivos más comúnmente usado en aleaciones
ferrosas y aceros. En la tabla 1 se encuentran algunos reactivos con su composición y
usos más frecuentes.
En general, dado un reactivo, el tiempo de ataque es una variable fundamental,
y en general debe ser determinado en forma práctica. Un tiempo de ataque demasido
corto (subataque), no permitirá que el reactivo actúe lo suficiente y por lo tanto no se
obtendra un buen contraste entre las fases, o los bordes de grano aun no habrán
aparecido. Por otro lado, un sobre ataque proporcionará una cara obscura con bordes
de grano demasiado anchos, resultando dificultoso una distinción clara de las
proporciones de cada una de las fases.
En este sentido la experiencia indica que en el caso de no conocer el tiempo de
ataque adecuado, es conveniente comenzar con secciones acumulativas de ataques
de corta duración y observaciones microscópicas hasta lograr el contraste apropiado.
En el caso que se produjese un sobre ataque será necesario pulir la probeta en
el abrasivo más fino y también en el paño antes de atacar nuevamente durante un
tiempo menor.
Métodos de ataque.
Antes de realizar el ataque se debe limpiar y desengrasar con alcohol la cara
de la muestra a atacar y luego se debe secar con aire caliente.
Los modos de ataque principalmente son dos: uno sumergiendo la probeta en el reac-
tivo con la cara que se observará hacia arriba y el otro es mojando un algodón con el
reactivo y frotar la cara de la probeta.
Transcurrido el tiempo de ataque se debe tomar la probeta y lavar con agua o
alcohol e inmediatamente se debe secar con aire caliente. En el caso que se lave con
agua es conveniente enjuagar rápidamente la probeta con alcohol y luego secarla con
aire, esto previene la formación de manchas de oxido.
La muestra se debe manipular en todo momento con pinzas por dos razones
fundamentales: para no tener inconvenientes con el reactivo y para no tocar la muestra
con las manos ya que esto manchará la superficie de la misma.

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Nombre del Reactivo Composición Aplicaciones
Ácido Nítrico (Nital 2%) Ácido nítrico ……….2 cm3
.
Alcohol ……………..100 cm3
.
Aceros, Hierros, Fundiciones
Ácido Pícrico (Picral) Ácido pícrico ……….4 grs.
Alcohol ……………..100 cm3
.
Aceros de baja aleación
Ácido clorhídrico HCl concentrado …..1 cm3
.
Agua ………………..100 cm3
.
Aceros templados
Reactivo de Bolton Ácido pícrico …………6 grs.
Alcohol etílico ………. 78
cm3
.
Ácido nítrico ………….2 cm3
.
Agua ………………….20 cm3
.
Fundiciones
Ácido Nítrico concentrado Ácido nítrico concentrado 50
cm3
.
Latones α + β
Persulfato de amonio Persulfato de amonio 10 grs.
Agua …………………100 grs.
Cobre y sus aleaciones
Cloruro férrico ácido Cloruro férrico …. ……5 grs.
Agua ………………….5 cm3
.
Ácido clorhídrico …. ..30 cm3
.
Alcohol isoamilico …. 30 cm3
.
Alcohol 96º…. ……….30 cm3
.
Cobre, zinc y sus aleaciones
Ácido Nítrico A) Diluido en concentracio-
nes de 0,5, 1, y 10%
B) Ácido nítrico diluido en
alcohol
Zinc y eutéctico Zn-Al
Ácido fluorhídrico Ácido fluorhídrico …..5 ml
Agua …. ……………...99,5 ml
Aluminio
Tabla 1

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