Metalografia

La metalografía es el estudio de la microestructura de todos los tipos de aleaciones metálicas. Puede definirse con más precisión como la disciplina científica de observar y determinar la estructura química y atómica y la distribución espacial de los constituyentes, inclusiones o fases en aleaciones metálicas. Por extensión, estos mismos principios pueden aplicarse a la caracterización de cualquier material.

Se utilizan diferentes técnicas para revelar las características microestructurales de los metales. La mayoría de las investigaciones se realizan con microscopía de luz incidente en modo de campo claro, pero otras técnicas de contraste menos comunes, como el campo oscuro o el contraste de interferencia diferencial (DIC), y el uso de grabado de color (tinte) están ampliando el alcance de la microscopía de luz para aplicaciones metalográficas.

Muchas propiedades macroscópicas importantes de los materiales metálicos son altamente sensibles a la microestructura. Las propiedades mecánicas críticas, como la resistencia a la tracción o el alargamiento, así como otras propiedades térmicas o eléctricas, están directamente relacionadas con la microestructura. La comprensión de la relación entre la microestructura y las propiedades macroscópicas juega un papel clave en el desarrollo y la fabricación de materiales y es el objetivo final de la metalografía.

La metalografía, tal como la conocemos hoy, se debe en gran parte a la contribución del científico del siglo XIX Henry Clifton Sorby. Su trabajo pionero con el hierro y el acero de fabricación moderna en Sheffield (Reino Unido) destacó este vínculo íntimo entre la microestructura y las propiedades macroscópicas. Como dijo hacia el final de su vida: "En aquellos primeros días, si hubiera ocurrido un accidente ferroviario y hubiera sugerido que la compañía tomara un riel y lo examinara con el microscopio, me habrían considerado un cabía el hombre para enviar a un asilo. Pero eso es lo que ahora se está haciendo … "

Junto con los nuevos desarrollos en la tecnología de microscopía y, más recientemente, con la ayuda de la computación, la metalografía ha sido una herramienta invaluable para el avance de la ciencia y la industria en los últimos cien años.

Algunas de las primeras correlaciones entre la microestructura y las propiedades macroscópicas establecidas en la metalografía con microscopios de luz incluyen:

Un conocimiento atemporal.

Un aumento general en la resistencia al rendimiento y la dureza al disminuir el tamaño del grano
Propiedades mecánicas anisotrópicas con granos alargados y / o orientaciones de grano preferidas
Una tendencia general de disminución de la ductilidad al aumentar el contenido de inclusión.
Una influencia directa del contenido y la distribución de la inclusión en las tasas de crecimiento de grietas por fatiga (metales) y los parámetros de tenacidad a la fractura (cerámica)
La asociación de sitios de inicio de fallas con discontinuidades del material o características microestructurales, como partículas de segunda fase.
Al examinar y cuantificar la microestructura de un material, su rendimiento se puede entender mejor. Por lo tanto, la metalografía se usa en casi todas las etapas durante la vida útil de un componente: desde el desarrollo inicial de los materiales hasta la inspección, la producción, el control del proceso de fabricación e incluso el análisis de fallas si es necesario. Los principios de la metalografía ayudan a garantizar la fiabilidad del producto.
Enviar comentarios
Historial
Guardadas
Comunidad

Un método establecido e intuitivo.

El análisis de la microestructura de un material ayuda a determinar si el material se ha procesado correctamente y, por lo tanto, es normalmente un problema crítico en muchas industrias. Los pasos básicos para un examen metalográfico adecuado incluyen: toma de muestras, preparación de muestras (corte y corte, montaje, esmerilado plano, pulido en bruto y final, grabado), observación microscópica, imágenes digitales y documentación, y extracción de datos cuantitativos a través de métodos estereológicos o de análisis de imágenes.

El primer paso del análisis metalográfico, el muestreo, es crítico para el éxito de cualquier estudio posterior: la muestra a analizar debe ser representativa del material que se está evaluando. El segundo paso, igualmente importante, es preparar correctamente una muestra metalográfica, y aquí no hay una manera única de lograr los resultados deseados.

La metalografía se ha descrito tradicionalmente como una ciencia y un arte, y la razón de esta afirmación radica en el hecho de que la experiencia y la intuición son igualmente importantes para exponer la verdadera estructura del material sin causar un cambio o daño significativo, con el fin de revelar y Hacer medibles las características de interés.

Mas que metales.

Los metales y sus aleaciones aún desempeñan un papel destacado en muchas formas de desarrollo tecnológico, porque ofrecen una gama más amplia de propiedades que cualquier otro grupo de materiales. El número de materiales metálicos estandarizados se extiende a varios miles y aumenta continuamente para cumplir con los nuevos requisitos.

Sin embargo, a medida que las especificaciones han evolucionado, se han agregado materiales cerámicos, polímeros o naturales para cubrir un espectro más amplio de aplicaciones, y la metalografía se ha expandido para incorporar nuevos materiales que van desde la electrónica hasta los materiales compuestos. El término "Metalografía" ahora está siendo reemplazado por la "Materialografía" más general para tratar también la cerámica "Ceramografía" o los polímeros "Plastografía".

En contraste con los metales, las cerámicas de alto rendimiento o de ingeniería tienen valores más altos de dureza, aunque son básicamente de naturaleza frágil. Otras propiedades destacadas son un excelente rendimiento a altas temperaturas y una buena resistencia al desgaste, oxidación o corrosión en entornos agresivos. Sin embargo, la ventaja total que estos materiales pueden proporcionar está fuertemente influenciada por la composición química (impurezas) y la microestructura.

El grabado es probablemente el paso más variable, por lo que la selección cuidadosa de la mejor composición de grabado y el control de la temperatura y el tiempo de grabado son obligatorios para obtener resultados confiables y repetibles. Muy a menudo se requiere un método experimental de prueba y error para encontrar los parámetros óptimos para este paso.

Mas allá del brillo.

La microscopía de luz se ha utilizado durante muchas décadas para proporcionar información sobre la microestructura de los materiales.

La iluminación de Brightfield (BF) es la técnica de iluminación más común para el análisis metalográfico. En el incidente BF, la trayectoria de la luz proviene de la fuente de luz, pasa a través de la lente del objetivo, se refleja en la superficie de la muestra, regresa a través del objetivo y finalmente alcanza el ocular o la cámara para la observación. Las superficies planas producen un fondo brillante debido a la reflexión de una gran cantidad de luz incidente en la lente del objetivo, mientras que las características no planas, como grietas, poros, bordes de grano grabados o características con reflectividad distinta, como precipitaciones e inclusiones de segunda fase en la superficie aparecen más oscuras a medida que la luz incidente se dispersa y se refleja en una variedad de ángulos o incluso se absorbe parcialmente.

De manera similar a la preparación metalográfica, se deben llevar a cabo pasos secuenciales para preparar muestras de cerámica para la investigación microestructural, pero se requiere una selección cuidadosa de los parámetros en cada paso y se debe optimizar, no solo para cada tipo de cerámica, sino también para el grado específico . Su fragilidad inherente hace que sea recomendable reemplazar los abrasivos convencionales con el diamante en cada paso de la preparación, desde el corte hasta el pulido final. El grabado puede ser un desafío debido a la resistencia química de la cerámica.

Darkfield (DF) es una técnica de iluminación menos conocida pero poderosa. La trayectoria de la luz para la iluminación del FD pasa a través de un anillo hueco exterior del objetivo, cae sobre la muestra con un alto ángulo de incidencia, se refleja en la superficie, luego pasa por el interior de la lente del objetivo y finalmente llega al ocular o cámara. Este tipo de iluminación hace que las superficies planas aparezcan oscuras, ya que la gran mayoría de la luz reflejada en el ángulo de incidencia alto pierde el interior de la lente del objetivo. Para las muestras que tienen una superficie plana con características no planas ocasionales (grietas, poros, bordes de grano grabados, etc.), la imagen del DF muestra un fondo oscuro con áreas más brillantes correspondientes a las características no planas, que dispersan más luz en el objetivo.

Cuantitativo es mejor que cualitativo.

El origen de la metalografía cuantitativa radica en la aplicación de la microscopía óptica al estudio de la microestructura de aleaciones metálicas. Las primeras preguntas básicas que los científicos de los materiales tuvieron que abordar fueron:

Durante muchos años, el uso de clasificaciones de gráficos y de comparación visual fue el único enfoque capaz de responder estas preguntas con declaraciones semicuantitativas. Hoy en día, los modernos microscopios motorizados e informatizados y los sistemas de análisis de imágenes proporcionan un medio rápido y preciso para automatizar la mayoría de los métodos de evaluación y evaluación cubiertos por los estándares internacionales o de la industria.

Las mediciones generalmente se realizan sobre una serie de imágenes bidimensionales y se pueden clasificar en dos grupos principales: las que se utilizan para cuantificar el tamaño, la forma y la distribución de partículas discretas (mediciones de características) y las relacionadas con la microestructura de la matriz (mediciones de campo) .

Unos pocos ejemplos del primer grupo serían la determinación del contenido de inclusión del acero, la clasificación del grafito en hierro fundido y la evaluación de la porosidad en un recubrimiento por pulverización térmica o en una parte sinterizada.

¿Cuáles son los tamaños de ciertas características en la aleación y cuántas de estas características existen?
¿Qué cantidad de un constituyente particular está presente en la aleación?

Las aplicaciones comunes de una medición de campo son la determinación del tamaño promedio de grano por intercepción o métodos planimétricos y la estimación de la fracción de volumen de los constituyentes de la microestructura por análisis de fase. Al utilizar el software de análisis de imágenes, se pueden detectar varias fases en un solo campo, cuantificarse y representarse gráficamente.
Enviar comentarios
Historial
Guardadas
Comunidad

No solo micro sino también macro.

Las técnicas de examen macroscópico se emplean frecuentemente en el control de calidad rutinario, así como en el análisis de fallas o en estudios de investigación. Estas técnicas son generalmente un preludio a la observación microscópica, pero a veces se usan solas como criterio para la aceptación o el rechazo.

La prueba macroetch es probablemente la herramienta más informativa entre este grupo y se usa ampliamente para la inspección de calidad en muchas etapas del procesamiento o conformado de materiales. Con la ayuda de microscopios estereoscópicos y una gran variedad de modos de iluminación, la macroelección proporciona una visión general del grado de uniformidad de un componente al revelar la falta de homogeneidad en la microestructura de los materiales. Algunos ejemplos son:

Patrones macroestructurales resultantes de la solidificación o el trabajo (patrones de crecimiento, líneas de flujo, bandas, etc.)
Profundidad de penetración de la soldadura y zonas afectadas por el calor.
Las discontinuidades físicas (porosidad, agrietamiento) debido a la solidificación o trabajo
Modificaciones químicas y electroquímicas de la superficie (descarburación, oxidación, corrosión, contaminación).
Profundidad de endurecimiento de la caja (endurecimiento de la superficie) en aleaciones o patrones de acero debido a las irregularidades de enfriamiento.
Daños causados por rectificado o maquinado incorrecto
Efectos térmicos por sobrecalentamiento o fatiga.