Análisis de Falla y su importancia en la industria. Audio

Hola estimados amigos, en este audio les hablaré un poco acerca del análisis de falla y todo lo que un investigador de fallas debe conocer. 

Saludos

Audio. Preparación Metalográfica. ASTM E 407 Reactivos para Metales y Aleaciones

Preparaste metalográficamente tu muestra y ahora vas a realizar el ataque. En este audio te puede ayudar para conocer los reactivos que te pueden servir para tu análisis microestructural

Audio.Preparación Metalográfica

Hoy hablamos de la preparación metalográfica y cuan importante es para la interpretación de microestructuras

Audio.Hablemos de metalografia in situ

Hola amigos, iniciamos este 2020 con una serie de audios relacionados con el campo de la metalografía, la fractografía y el análisis in situ. En esta ocasión hablaremos un poco de este espacio web

Microestructura Acero 4140

Fig. 1 Microestructura Acero baja aleación 4140

Microestructura de Soldadura de Acero Inoxidable 439 Ferrítico

Hola a todos mis seguidores un cordial saludo y después de mucho tiempo regreso con otra interesante microestructura que cordialmente la Ing Nancy Serrato de la empresa Cympa en la hermosa ciudad de Monterrey, México me comparte para todos ustedes. Esta es la microestructura de una soldadura de este acero 439 el cual fue atacado con los reactivos como lo pueden apreciar en ambas imágenes. En el primero se puede apreciar los granos alargados que crecen dentro del charco de soldadura mientras que, con el segundo reactivo se puede apreciar con mas detalle la microestructura del MB y del MD.

Hay mucha más información que se puede apreciar en la fotografía y detalles que pueden ser relacionados con propiedades mecánicas y metalurgia de la soldadura. Esa es la actividad que les dejo y pueden compartir sus comentarios y preguntas en este espacio.

Agradecimiento a Ing Nancy Serrato

Cypma Monterrey México   

ASTM E 112 Determinación de tamaño de grano. Método Planimétrico

Buenas tardes estimados seguidores como pueden observar se muestra la microestructura de un acero de bajo Carbono. Aplique el método planimétrico ASTM E112 para determinar el tamaño de grano. La magnificación es 200X

Inclusiones no metálicas en aceros.

Un cordial saludo y bienvenidos a este espacio. Como verán en las imagenes anexas tenemos dos campos de un acero inoxidable 431 sin ataque (100X) con inclusiones no metálicas. La actividad ha realizar es determinar el tipo de inclusión, severidad y serie. Exito

Hablemos del Aluminio...

Uno de los metales más consultados de este blog despues del Cobre es el Aluminio y en esta ocasión hablaremos de este metal para orientar a ustedes seguidores de este blog de como analizar la microestructuta de este elemento. El aluminio presenta varias aleaciones las cuales se pueden clasificar como aleaciones de forja o fundidas, también pueden ser tratadas térmicamente o no tratadas térmicamente, series 1XXX hasta la serie 7XXX, Al-Cu, Al-Si, Al-Si-Mg, en fin, existe una gama comercial y bibliográfica muy detallada. Sin embargo, para un estudiante de ingeniería o carrera técnica cuando le colocan una fotografía de una microestructura relacionada con el aluminio puede encontrar pocos detalles, cosa que en realidad no es así. Una micrografía puede dar mucha información si va acompañada de una buena bibliografía y de un buen análisis. Vamos a usar este ejemplo, ¿Es posible identificar el porcentaje de transformación de alfa a beta después de homogenizado en una aleación Al 6063 posterior a la obtención del lingote?

 

 Fig. 1 Composición química de la aleación 6063

 La figura 1 muestra la composición química de esta aleación en la cual los elementos principales además del Al son el Mg, Si y el Fe. De estos tres elementos el Si y el Mg forman un compuesto intermetálico Mg2Si que más adelante hablaremos de su influencia en la aleación.

 

Fig. 2 Microestructura del aluminio. Izquierda en condición de fundida. 

Derecha Homogenizado 

La figura 2 muestra dos micrografías de referencia, la primera como se puede apreciar muestra la estructura de colada de la mayoría de las aleaciones de aluminio y la segunda se muestra una microestructura homogenizada. En este punto me voy a detener y explicar unos detalles que se que les pueden ser muy útiles. Muchos me preguntan cuando ven una microestructura de colada que información se puede obtener y les digo que muchísima, primero las estructuras de colada tienen alta resistencia mecánica que en ocasiones hacen de las estructuras de colada muy frágiles, son además difíciles de mecanizar, no son químicamente homogéneas ya que las primeras dendritas son ricas en soluto en comparación a las últimas que se forman durante la solidificación. Sin embargo, estas aleaciones tienen una ventaja desde el punto de vista de colabilidad son más fáciles de colar que el propio aluminio ya que su temperatura de fusión es mucho más baja (eso genera un beneficio económico). En las aleaciones Al-Si por ejemplo, el eutéctico formado le da una buena resistencia a la aleación y puede ser refinado para mejorar las propiedades mecánicas. Por otro lado, muchas aleaciones de aluminio por razones comerciales requieren propiedades excepcionales sean estas mecánicas, de soldabilidad, resistencia a la corrosión, entre otras por lo que deben ser homogenizadas pero ¿Cómo se verán homogenizadas en un microscopio? La respuesta se puede encontrar observando el diagrama de fase.

Fig. 3 Diagramas de Fase de la aleación 6063. Arriba Sistema ternario Al-Si-Mg.

Abajo Sistema Binario Al- Mg2Si.

 La figura 3 muestra el sistema ternario de la aleación Al-Si-Mg en donde se pude apreciar las isotermas de las fases y constituyentes presentes en esta aleación. Se ve un poco complejo cuando se mira en el sistema ternario pero al tomar los elementos más importante y de interés podemos transformarlo a un sistema binario (nótese la flecha morada) y de ahí, ver que en el sistema binario tenemos las fases (Al) que en algunas bibliografías pueden ser indicadas como fase alfa y el constituyente Mg2Si (ó fase beta), este último define en parte las propiedades mecánicas de la aleación llámese resistencia mecánica, dureza, entre otras. A temperatura ambiente, las fases presentes serían Al + Mg2Si, si partimos del diagrama binario se pueden calcular de manera teórica los porcentajes de fases presentes en la aleación a varias temperaturas si se conoce su composición química y  aplicando la regla de la palanca.

 

Fig. 4 Norma ASTM E 562 Determinación de la fracción volumétrica (arriba). 

Aplicación de la rejilla para determinar fases presentes (abajo)

 En ocasiones, los valores teóricos pueden ser útiles pero en la realidad a veces se requiere calcular  de una manera más práctica sobre todo si se tiene una imagen de un material y se desea conocer la proporción que hay entre ambas fases como se aprecia en la figura 4. En este caso se aplica la normativa para calcular las proporciones entre fases a partir de una micrografía. Para ello se emplea una rejilla con una cantidad de puntos establecidos según la precisión y el porcentaje de exactitud deseado. Fíjese bien en las consideraciones que se aprecian en la figura ya que son sumamente importantes. En resumen,

1. Si se pueden identificar las proporciones presentes de fase en estas aleaciones después de homogenizado posterior a una estructura de colada.
2.  No todas las estructuras de colada son perjudiciales, estas aleaciones pueden ser útiles si se busca resistencia y bajo punto de fusión de colada.

Cualquier aporte adicional  con gusto le agradecería en los comentarios 

Éxitos

Diferencia entre Metal Puro y Solución Sólida

Un estudiante me preguntó ¿Cual era la diferencia entre un metal puro y una solución sólida porque el no las podía distinguir?

La respuesta a dicha pregunta es muy sencilla y la puedes ver en cualquier diagrama de fases. Primero, un metal puro tiene un punto de fusión definido mientras que una solución sólida no, la temperatura de fusión varía conforme se va agregando mas soluto a la solución. Segundo las soluciones sólidas se definen como átomos de soluto en la estructura del solvente. Veamos este ejemplo en el diagrama Cu-Zn (fig.1). Como dije los metales puros tienen sus temperaturas fijas definidas como el caso del cobre 1085 °C y el cinc 452 °C sin embargo, una vez que se forma una aleación entre estos metales (latón) la temperatura cambia. Para una aleación 20% Zn vemos que  funde aproximadamente a 1000°C si el porcentaje de cinc aumenta la temperatura de fusión de esta baja. Ese es un dato que debe siempre tenerse en cuenta para diferenciar a un metal puro de una aleación. Por otro lado a las aleaciones se les asigna letras griegas o como puede observase al metal se le coloca en paréntesis ( ), esto para diferenciarlo del metal puro de ahí que, (Cu) puede definirse como una aleación Cu-Zn o átomos de cinc en la estructura del cobre. Las soluciones sólidas pueden ser sustitucionales cuando un átomo sustituye a otro en la estructura cristalina o intersticial cuando este ocupa los espacios entre dos átomos y la ventaja de ellas es que mantienen las misma propiedades eléctricas y térmicas pero son mucho mas resistentes que los metales puros.   

Fig. 1 Diagrama Cu-Zn. Fuente: Metals handbook volumen 3 Diagramas de Fases y aleaciones

 

Crea tu propio kit de preparación metalográfica

Con herramientas muy sencillas usted puede crear un mini equipo de preparación metalográfica y con mucha práctica se podrán hacer excelentes metalografías.

ASTM E7 Standard Terminology Relating to Metallography (RESUMEN)

Esta norma cubre las definiciones de términos y símbolos usados en los documentos de la ASTM relacionados al campo de la metalografía. Los términos ahí establecidos actúan como un diccionario metalográfico
En el siguiente link usted podrá ver los términos que se emplean en esta norma

https://drive.google.com/open?id=0BxszHWnaty6ASHZPUUdZd3QxRGM

Aluminio 7075-T6

La siguiente es una serie de micrografias de una aleación Al 7075 las cuales fueron atacadas con el siguiente reactivo 2 mL HF 3 mL HCl 5 mL HNO3 190 mL agua. Todas las imagenes a 100X

Preparación Metalografica en You Tube

Buenas Noches a los interesados en conocer y mejorar su tecnicas de preparación metalografica a la derecha encontraran un enlace a youtube de videos de preparación metalográfica que espero les resulte muy valioso en su aporte al conocimiento y mejoras 

Saludos

Efecto del ataque químico en un acero tratado termicamente

En la siguiente serie de micrografías se puede observar el efecto del reactivo en el revelo de la microestructura. en la primera foto se ataco la pieza con Nital 3% (fig 1) mientras que la misma muestra se ataco con ácido picrico (fig. 2) como se puede apreciar ambos reactivos tuvieron un comportamiento diferente, en esos casos los reactivos se pueden utilizar para revelar una estructura de interes

 Fig. 1 Ataque con Nital. Aumento: 100X

Fig. 2 Ataque con acido picrico. Aumento: 100X

Rayas y Colas de Cometa

Fig. 1 Rayas relacionadas con el lijado

Fig. 2 Colas de Cometa

Típicas del proceso de preparación metalográfica son las ralladuras (fig. 1) y las colas de cometa. Cuando se inicia las practicas de preparación metalográfica en la universidad siempre se presentaban este tipo de eventos  a todos los estudiantes ya sea de ingeniería o de carreras técnicas. Esto es parte del proceso de aprendizaje, porque aunque son una molestia permiten con el tiempo ajustar la practica de la preparación y como se ha dicho antes en este blog la preparación metalográfíca involucra arte y disciplina.
Ahora bien, las ralladuras ocurren durante el desbaste, cuando se remueve capas de oxido en la superficie del metal a analizar o para eliminar las rayas dejadas en la etapa de corte y para ello se utiliza una serie de lijas que van desde el número 80 hasta el 1200 o superior.
Una vez que se termina de trabajar con una lija se procede a limpiar la muestra con agua y girarla 90° para que las líneas de la lija anterior desaparezcan con la siguiente lija. Dependiendo de la fuerza empleada en la preparación pueden quedar rezagadas rayas de la anterior lijas  escondidas que no se pueden observar hasta que se pule la muestra apareciendo incluso en el microscopio.
Otro fenómeno que puede aparece son las llamadas colas de cometa (fig.2) como se muestra en la figura parecen unos pequeños cometas, este defecto aparece en la etapa del pulido cuando se deja la pieza de manera fija en la pulidora, lo cual permite a las partículas de alúmina chocar contra los óxidos presentes en el metal formando la cola del material que se desprende de la inclusión. Las colas de cometa se pueden eliminar si se gira la pieza en sentido contrario al giro del disco de pulir mientras que las ralladuras se pueden minimizar si no se ejerce mucha presión en la superficie del metal.

¿Cuando se utiliza la Metalografia In Situ?

He recibido mensajes de personas interesadas en esta técnica de inspección preguntándome en que consiste la metalografía in situ. En mi blog hay una descripción de la técnica sin embargo para darle más apoyo a estos visitantes de mi blog les puedo decir que este procedimiento de inspección metalográfico se hace en el “sitio” sobre el componente que es demasiado grande para se llevado a un laboratorio metalográfico. Simplemente el analista traslada un pequeño laboratorio al campo para realizar su trabajo. La preparación metalografíca es la misma a la que se utiliza en un laboratorio (desbaste, pulido y ataque). Existen empresas que le dan mucha importancia a esta técnica tales como plantas eléctricas, nucleares o sistemas de tuberías las cuales resultan muy costosas remover para tomar una muestra y requieren de una inspección para determinar cuanto tiempo de vida le queda a la estructura para asi evitar fallas catastróficas, perdida de vida y prestigio. En estas situaciones un analista puede ser requerido para que, con la inspección pueda determinar si el equipo cumplió con su vida útil y de ser reemplazado antes de la falla.

La metalografía de campo debe ser ejecutada sin dañar los componentes. El equipo para realizar la preparación metalográfica por lo general es portátil. En algunas ocasiones el analista llevar equipo de protección personal tales como lentes, guantes, mascarillas. Un ejemplo del uso de la metalografía es la inspección de los tubos de acero inoxidables de los reformadores del proceso midrex para ver in situ el daño causado por Creep u otras microestructuras. A veces los procedimientos empleados en la metalografía de campo pueden ser incluso aplicables al laboratorio para examinar la microestructura de artefactos arqueológicos, arte metálico, espadas de Damasco y fragmentos de meteoros ya que como son pocos los micrones de las aéreas superficiales removidas durante el desbaste y el pulido en la mayoría de los casos no se daña el componente. En America la ASTM E1351 tiene los procedimientos que se deben emplear para la examinación metalografica de campo.

Como toda técnica la metalografía in situ presenta varias desventajas entre ellas esta que solo analiza microestructuras de la superficie de un material o componente y eso se debe tener en cuenta cuando se realiza una investigación porque en muchos casos la microestructura superficial puede diferir de la microestructura que se puede encontrar en el interior del componente. Otra desventaja es que la composición química de los constituyentes en la microestructura no puede ser analizada cuando se aplica la técnica de replica ya que esta revela solo la topografía en la superficie. Y por ultimo en zonas con mucha contaminación o polvo existe un riesgo para la salud. 

Si usted es un analista metalúrgico de laboratorio y esta realizando evaluación microestructural debe tener en cuenta la dureza del material ya que esta le determinara el tipo de papel de lija empleada en el desbaste, pulido y abrasivos. Un acero endurecido necesitara una técnica de preparación a la de un Aluminio que es muy suave. Conociendo también el material se puede emplear el reactivo indicado para el ataque químico ya que un acero SAE 1020 utiliza un reactivo en este caso Nital 2-3% el cual difiere de un Acero Inoxidable en el cual utiliza un reactivo Picral. También debe tener un conocimiento de los diagramas de fases que le servirá de guía para su investigación. Por ejemplo un latón que es una aleación Cobre-Zinc. Cuando la concentración de Zn no supera el 30 % el Latón presenta una microestructura monofásica, en pocas palabras usted como analista encontrara granos de fase α en su evaluación, excepto por si el material  esta deformado, oxidado, soldado, con recubrimientos en esa situación usted deberá tomar en cuenta las condiciones de servicio y el historial de fabricación de la pieza. También la condición superficial representa un factor muy importante. Si el componente tiene un fino mecanizado entonces se puede comenzar con la lija #240 pero si la superficie esta muy oxidada es recomendable iniciar con una lija # 60 o con otros métodos de remoción de material, salvo cuando el producto de corrosión sea el principal interés del analista investigar, en ese caso lo ideal es preparar por los bordes, esto con el propósito de medir el espesor de la capa de corrosión.

Otros aspectos que deben ser considerado durante la investigación de campo es:

•    Ambiente. En este caso conocer el ambiente es importante por muchas razones entre ellas si el componente está sufriendo la acción de la intemperie (lluvia, clima veraniego, nieve, vientos) si el componenete esta transportando gas, si es un intercambiador de calor, si la tubería esta cubierta de nieve, etc. Imaginese ser un analista que inspeccione internamente la soldadura de una tubería de gas natural. Lo principal es asegurar total ventilación del sistema de tubería.·  
•      Tamaño del componente. Es importante conocer el tamaño del componente y su forma antes de ser examinado.
•      Número de aéreas a ser examinada. Es importante ya que el analista decidirá la cantidad de insumos ha ser utilizados. Un material sometido a Creep requiere de muchos análisis para estimar la magnitud del daño, en cambio tuberías soldadas o sometidas a altos esfuerzos requerirán de análisis directo de esas zonas críticas.
•         Vibraciones, Polvo y Humos. Las vibraciones pueden crear un problema en microscopios adaptados con cámara ya que no permiten tomar buenas fotografías. El polvo puede contaminar el área durante el desbaste y pulido. Y los humos pueden afectar la salud del analista.

Si deseas realizar una evaluación metalografíca y estas en Colombia con gusto podemos atenderte, puedes escribir en mi correo electrónico 

Saludos

Microscopio Metalografico Portatil

Microscopio metalográfico portatil con batería recargable utilizado para la observación metalografica en lugares donde no es posible una obtención de muestra para ser enviada al laboratorio, es perfecto para hacer estudios de superficie metalica en lugares poco iluminado.

Metalografia de Aluminio

Foto 1, 2 y 3 Aleación 7075-T6 200 y 400 X
Foto 4, 5 y 6 Aleación 6063 condicion as Cast 200X

Metalografia de Cobre

Cu 99% Atacada con Cloruro Ferrico 100X

Cu 99% Atacada con Cloruro Ferrico 100X

Las fotos publicadas aquí arriba son una actualización de las imágenes colocadas en el 2010 de la misma muestra con el mismo reactivo ahora con una mejor cámara digital y además empleando micromarcas en las imágenes, abajo las imágenes originales publicadas  

Cu 99% Atacada con Cloruro Ferrico 400X

Cu 99% Atacada con Cloruro Ferrico 200X

Fotomicrografía de una muestra de Cobre 99 % atacada con cloruro férrico 200X y 400X