reporte microscopio metalográfico

7/27/2019 Reporte microscopio metalogrfico

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Universidad del Valle de Guatemala

Materiales 1

Ing. Ral Loarca

Reporte de laboratorio

Observacin de muestras bajo

microscopio metalogrfico

Pedro Miguel Martnez Guerra

Carn 11424

09/10/2013


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Objetivo general:- Comprender el funcionamiento de un microscopio metalogrfico.

Objetivos especficos:- Observar distintas muestras metlicas y no metlicas bajo el microscopio.

- Poder apreciar visualmente los efectos de las aleaciones en los granos

metlicos.

- Comparar las distintas muestras observadas y discutir sobre las diferencias

apreciadas en cada caso.

Introduccin:La humanidad ha utilizado una diversidad de materiales con el fin de fabricar

herramientas e instrumentos que faciliten su manera de sobrevivir y afrontarse a

las adversidades que la naturaleza le ha impuesto desde el principio de los

tiempos. Las teoras que predecan el comportamiento de los materiales fueron

desarrolladas en un momento donde la ptica mostraba un avance sumamente

escaso, y las conjeturas se realizaban en base a modelos hipotticos, que

carecan de un sustento visual aceptable, que se vio generalizado en casi todas

las ciencias que mostraron un desarrollo continuo. La aparicin del modelo de

granos metlicos permiti conocer y modelar los tipos de fallas de los distintos

materiales. Pero no fue hasta la aparicin de los microscopios metalogrficos, o de

campo oscuro, que se pudo observar con detalle la composicin real de los

metales, y se pudieron controlar defectos estructurales a micro escala; que traera

como consecuencia una era completa de nuevos materiales industriales de alto

desempeo. Este efecto fue sumamente dramtico en los aceros, ya que el

contenido de carbono causa en pequeos incrementos, cambios dramticos en la

estructura cristalina del mismo.


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Marco Terico:

Microscopio metalogrfico o de campo oscuro:

Este tipo de microscopio utiliza un haz de fotones condensados, que generan unaconcentracin con una intensidad considerable sobre el material, replicando la

geometra de un cono hueco sobre la muestra o espcimen analizado. El objeto o

material refracta la luz, lo que permite hacerlo visible contra el cono vaco, que se

concentra en el rea analizada, que al condensar los fotones en un campo oscuro

permite su observacin; se puede tomar como la analoga de un rayo de luz en un

cuarto oscuro, ya que este ser visible con claridad debido al entorno. Con esta

ventaja se logran observar materiales que usualmente reflejan los haces de luz

ambientales, o en este caso de una fuente de luz externa; pero impide la

observacin de materiales transparentes que dispersan la luz en muchas

direcciones, y permiten el paso de esta a travs del material. Esto trae como

consecuencia, que las partes transparentes del material queden oscuras ante el

lente del observador.

Figura 1. Microscopio metalogrfico


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El sistema del microscopio por medio de un lente cncavo que marca la base del

cono vaco recibe la luz que posteriormente enva a un condensador, que refracta

la luz en direccin a lentes de aumento y posteriormente al ojo del observador.

Esto se logra ya que el microscopio de campo oscuro se encuentra equipado con

un condensador que recibe la luz de una fuente externa indirecta; esta en nuestro

caso era la luz generada por corriente elctrica, lo que aade claridad a la

muestra. Los condensadores de luz utilizan el principio bsico de microscopa de

tipo paraboloide, y cardioide. Para una mejor distincin de la luz observada, esta

puede condensarse a travs de lentes con tintes opacos que pueden distinguirse

con mayor facilidad por el ojo humano. El lente permite aumentos que van desde 5

a 64x, actualmente se cuenta con microscopios metalogrficos capaces de lograr

aumentos de hasta 2000x.

Figura 2. Funcionamiento bsico del microscopio de campo oscuro

Preparacin de la muestra:La preparacin de la muestra se rige por medio de la metalografa, que es la

ciencia encargada del estudio de las caractersticas que muestra un material

metlico o aleaciones de metal, para posteriormente comparar sus propiedades

fsicas o qumicas con las propiedades mecnicas; y posteriormente mejorarlas.


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De un examen de tipo metalogrfico puede obtenerse datos sumamente

importantes, tales como el tamao de sus granos, y principalmente defectos

estructurales, por lo que es necesario realizar una minuciosa preparacin de la

muestra objeto de estudio. Para iniciar el proceso se utiliza un disco especial de

corte por abrasin, al que se le aplica un refrigerante que evita el

sobrecalentamiento de la muestra, para evitar cambios en la estructura cristalina

del material como producto del cambio de temperatura.

Figura 2. Cortadora metalogrficaPosteriormente al corte de la muestra, esta obtiene un bao de resina que permite

transportarla sin riesgo de dao, y poder almacenarse con facilidad, este

tratamiento se pudo observar en el laboratorio en el recubrimiento marrn que

cubra las muestras de aleacin y acero. Este tratamiento puede realizarse por

medio de un catalizador lquido y resina en polvo; lo que permite hacerse en fro; o

por medio de una incluidora metalogrfica, que calienta la resina por medio de una

resistencia, lo que permite convertir este proceso mecnico, en uno semi industrial

ya que permite realizar varias muestras en un tiempo relativamente corto,

comparado con el proceso en fro. La muestra con resina an no se encuentra lista

para ser observada, debido a que la cortadora tiende a devastar los granos

metlicos, y a dejarlos irregulares, por lo que se somete a un pulido metalogrfico

consistente en un desbaste grueso con papel lija que disminuye el tamao del


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grano, y el desbaste fino que se realiza por medio de partculas abrasivas. Luego

la etapa de pulimento se ejecuta con paos macizos colocados en planos

giratorios rociados con diamante en suspensin. Y por ltimo se somete a un

ataque qumico por inmersin, o aplicacin con algodn; comnmente en nital,

este tipo de abrasivo se determina por medio de la norma ASTM E407-07

(Standard Practice for Microetching Metals and Alloys).

Figura 3. Muestras metalogrficas de pequeas piezas

Granos metlicos:Los slidos compuestos por cristales en materiales, se caracterizan por tener una

estructura con periodicidad perfecta respecto a la conformacin de sus tomos. Lo

que forma partes homogneas a partir de sus tomos, iones o molculas que

constituyen finalmente la denominada estructura cristalina. Esta geometra

corresponde con una geometra traslacional, es decir que los puntos pueden

obtenerse como reflejos de otra parte de la red cristalina, punto que en su mnima

expresin se conoce como celda unitaria. De esta celda dependen muchas

propiedades magnticas, mecnicas, punto de fusin, densidad y dureza. Las

fuerzas que unen los cristales se clasifican en covalentes, inicas, moleculares o

metlicas. En cada caso el cristal est formado por iones tanto por iones positivos


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y negativos unidos entre s por fuerzas electrostticas; y en general a mayor

nmero de electrones libres en el sistema esto permite una mayor atraccin y

conduccin.

Figura 3.1 Tamaos de granos metlicos

Los granos metlicos estn constituidos tanto por agrupaciones de celdas

unitarias con periodicidad bien definida, pero al momento de enfriarse o perder

presin, estas celdas tienen rupturas debido a factores como presiones no

uniformes, o temperaturas variables, adems la energa necesaria para manteneruna red cristalina exacta es excesiva para la mayora de procesos naturales. Esto

crea los espacios inter granulares, donde la orientacin de la estructura cristalina

cambia, creando defectos estructurales a micro escala. Estos espacios pueden

aprovecharse permitiendo las aleaciones de materiales, que permiten controlar el

tamao del grano, y adems permiten que las fisuras sean menos convencionales.

El tamao del grano generalmente hereda propiedades mecnicas al material, ya

que los puntos de fisura se disminuyen dramticamente; as un material con

granos pequeos tiende a ser un material de gran dureza y dctil, y uno con

granos gruesos tiende a ser ms quebradizo y muy poco maquinable. Es por esto

que los procesos industriales de fabricacin de acero son tan meticulosos.


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Marco prctico y Discusin:Se observaron dos muestras bajo el microscopio metalogrfico; en este caso se

analizaron cuatro, debido a que se aadi la parte lateral de un telfono y la

tapadera de una botella plstica. Todo esto se realiz con la refraccin de luz

verde para el objetivo que facilitara la observacin. Se pueden apreciar algunos

rayones debido al desgaste por uso de las muestras colocadas, lo que justifica los

procedimientos de preparacin tan minuciosos para las muestras. La apreciacin

real requiere un espejo con refraccin suficiente para que los fotones colocados en

el campo oscuro puedan analizarse con mayor detalle.

Figura 4. Primera muestra

A simple vista puede observarse uno de los rayones mencionados en la parte

superior izquierda de la muestra en cuestin; adems de esto podemos ver una

diversidad en el tamao de granos, y la refraccin de los mismos cambia en gran

manera, los espacios inter granulares (en donde pueden ocurrir fallas con mayor

facilidad) muestran un espacio considerables con la segunda muestra analizada,

por estos factores puede deducirse que se trata de un material en aleacin.


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Figura 4. Segunda MuestraEsta muestra fue de especial inters hacia mi persona, ya que se trata de un

acero. Las manchas oscuras apreciables consisten en el carbono, como se sabe

los materiales de construccin compuestos de acero oscilan desde porcentajes

nulos, a dos por ciento de carbono; a partir de all se fabrican herramientas y otros.

Este pequeo porcentaje de acero confiere caractersticas que permiten soldarlo

con facilidad, y ser capaz de resistir cargas tensionantes de gran magnitud.

Figura 5. Parte lateral telfono celular


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Los granos metlicos no son perceptibles fcilmente, ya que el aumento utilizado

fue escaso debido al tamao de la muestra. Las marcas dejadas por el proceso de

fabricacin son sumamente notables, las crestas y rayones del material se

aprecian bastante ms oscuros que el resto del material; posiblemente nos

encontramos con una aleacin de aluminio, trabajada en lmina.

Figura 6. Polmero utilizado en tapadera de agua pura.Se aprecia una gran cantidad de fibras unidas, las cadenas del polmero no se

observan, debido a un error cometido durante la fabricacin de las mismas. Se

observa que la refraccin del material fue escasa debido a la transparencia que

presenta a contraluz.

Las aplicaciones prcticas de la metalografa son evidentes en este tipo de

anlisis ya que permiten observar sin distorsin el tamao del grano, y adems

observar caractersticas importantes, como el comportamiento de las aleaciones.

En el caso de las aleaciones los granos toman distintos pipos de tamao y

conformaciones especficas dependiendo en gran manera de esto, su estructura

cristalina conjunta. Los aceros muestran un espacio inter granular reducido,

adems las pequeas combinaciones de carbono cambian drsticamente las


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propiedades mecnicas del mismo, que lo llevan desde tener una gran rigidez a

absorber vibraciones del mismo. Los polmeros se conforman esencialmente de

pequeas fibras, compuestas por grandes cadenas de monmeros. Y los procesos

industriales de fabricacin influyen en gran manera sobre la orientacin de los

granos metlicos.

Conclusiones:- Los materiales adquieren distintas propiedades dependiendo de la forma de

los cristales que componen la aleacin.

- Los defectos estructurales volumtricos tienden a adquirir la geometra de

los espacios inter granulares a su paso.

- Los procesos industriales buscan modificar la forma de los granos metlicos

y as modificar las propiedades mecnicas del material.

- El microscopio metalogrfico consiste en un cono de campo oscuro a travs

del cual se refracta luz por medio de un objetivo y un condensador.

- A menor tamao del grano metlico ms dureza adquiere el material.

Bibliografa:- Universidad estatal. 2009. Defectos en estructura cristalina. UCA. Venezuela.

- Universidad Tecnolgica. 201. Defectos estructurales. ITESCAM. Mxico

D.F.

- Defectos estructurales en los cristales. 2010. Con acceso el 25 de septiembre

de 2013. Disponible en

http://www.textoscientificos.com/quimica/cristales/defectos

- Metalog Guide. Metalograma y conceptos Steurs. Con acceso el 09 de octubre a

2013. Disponible en. http://www.struers.com

- Campo oscuro. Miscroscopa. Equipo Nikon. Con acceso el 09 de octubre de

2013.

Disponible en

http://www.tecnicaenlaboratorios.com/Nikon/Info_campo_oscuro.htm


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Anexos:Microscopas metalogrficas

1. Metal en aleacin 2. Sn Puro

Cd 35%, aleacin Sn-Cd 4. 59 % Sn aleacin Pb-Sn

Microscopa acero

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