Los metales tóxicos en la manipulación y preparación metalográfica: Riesgos y recomendaciones adicionales

Fig. 1 Partículas metálicas 

Introducción

La toxicología es una disciplina que estudia los efectos nocivos de sustancias químicas en los seres vivos y, en particular, en la salud humana. En el ámbito de la metalurgia y la preparación metalográfica, existen una serie de metales altamente tóxicos que pueden representar riesgos para la salud si se manejan o preparan incorrectamente. En este artículo, exploraremos los metales más peligrosos en dichos procesos, los riesgos asociados y proporcionaremos recomendaciones adicionales para garantizar la seguridad de quienes trabajan con ellos.

I. Metales altamente tóxicos utilizados en la preparación metalográfica

1. Mercurio:

El mercurio es uno de los metales más peligrosos debido a su amplia toxicidad. Es comúnmente utilizado en la amalgamación de muestras para facilitar el pulido y la observación microscópica. La inhalación de vapores de mercurio causa daño neurológico, trastornos renales y puede ser fatal. Se debe evitar el contacto directo con el mercurio y utilizar equipos de protección adecuados.

2. Plomo:

El plomo es otro metal altamente tóxico y se utiliza en aleaciones metálicas para mejorar la durabilidad. Sin embargo, durante el proceso de pulido y abrasión, el plomo puede liberar partículas en el aire y provocar envenenamiento por plomo. Los efectos incluyen daño cerebral, retraso en el desarrollo y problemas de comportamiento. Es esencial utilizar medidas de control de exposición, como equipos de protección respiratoria y eliminación segura de desechos.

3. Cadmio:

El cadmio es un metal ampliamente utilizado en aleaciones y recubrimientos, pero su manipulación inadecuada puede ser peligrosa para la salud. La inhalación o ingestión de partículas de cadmio puede provocar disfunción renal, daño pulmonar y afectar el sistema inmunológico. Se recomienda una buena ventilación en los espacios de trabajo y evitar la exposición directa a este metal.

4. Berilio

El berilio es un elemento químico que puede ser tóxico cuando se inhala en forma de polvo o se ingiere. La exposición prolongada al berilio puede causar una enfermedad pulmonar grave conocida como enfermedad pulmonar del berilio. Esta enfermedad puede afectar gravemente la función pulmonar y causar síntomas como dificultad para respirar, tos crónica y fatiga. Además, el berilio también es considerado carcinogénico, lo que significa que puede aumentar el riesgo de desarrollar cáncer en ciertas situaciones de exposición prolongada. Por lo tanto, se considera que el berilio es tóxico y se deben tomar precauciones adecuadas al manejar y trabajar con este elemento.

II. Riesgos para la salud y recomendaciones adicionales

1. Exposición cutánea:

El contacto con los metales tóxicos puede provocar irritación en la piel, dermatitis o incluso absorción a través de ella. Se debe utilizar ropa protectora, guantes adecuados y lavarse bien las manos después de manipular estos metales.

2. Inhalación de partículas:

Las partículas metálicas finas generadas durante la preparación metalográfica pueden ser inhaladas y causar daño en los pulmones. Es esencial utilizar equipos de protección respiratoria, como máscaras con filtros adecuados, y trabajar en áreas con una buena ventilación.

3. Eliminación segura de desechos

Los desechos contaminados con metales tóxicos deberán ser eliminados de manera segura siguiendo las regulaciones locales y nacionales. Nunca deben ser desechados en la basura normal.

4. Conciencia y formación

Es fundamental que todos los involucrados en la manipulación y preparación metalográfica estén adecuadamente capacitados sobre los riesgos asociados con los metales tóxicos y las medidas de seguridad necesarias.

Cabe destacar para concluir que muchos de estos metales son procesados utilizando la técnica de metalurgia de polvos de tal manera que, su procesamiento difiere del tradicional que se conoce y a su vez el manejo de estos polvos debe ser muy importante por su toxicidad.

No solo los metales Be, Pb, Cd, Hg son de alto riesgo tambien esta el Uranio y sus aleaciones que solo pueden ser procesados bajo licencias especiales debido a su alta toxicidad.

¿Que son los Light Metals?

Buenos dias y bienvenidos de nuevo, hoy hablaremos de los metales ligeros calificados como "light metals"

Los "Light Metals" son un grupo de metales caracterizados por su baja densidad y peso relativamente ligero en comparación con otros metales. La ligereza de estos metales se debe a su baja densidad atómica o a su estructura cristalina.

Los metales más comunes considerados "light metals" son el aluminio, el magnesio y el titanio. Estos metales son ampliamente utilizados en diferentes industrias debido a sus propiedades únicas.Además de los metales mencionados, otros metales considerados como "light metals" (metales ligeros) son:

1. Litio: Es el metal más ligero y tiene una baja densidad y alta conductividad eléctrica. Se utiliza en baterías recargables de iones de litio, aleaciones de aluminio-litio en la industria aeroespacial y en la producción de vidrios y cerámicas.

2. Berilio: Es un metal extremadamente ligero y rígido, con una excelente conductividad térmica. Se utiliza en la industria aeroespacial y de defensa para aplicaciones de alta tecnología, así como en la fabricación de equipos electrónicos y componentes de rayos X y láseres.

3. Boro: Aunque es más comúnmente considerado un no metal, el boro también se clasifica como metal ligero por su baja densidad. Se utiliza en la industria nuclear, en aleaciones para la fabricación de metales de alta resistencia y en fibras químicas resistentes al fuego.

4. Magnesio: Aunque ya ha sido mencionado, vale la pena destacar que el magnesio también se considera un metal ligero debido a su baja densidad. Se utiliza en la industria automotriz para aligerar el peso de los vehículos y mejorar la eficiencia del combustible, así como en aleaciones para la fabricación de estructuras ligeras.

Estos metales ligeros tienen propiedades como baja densidad, alta resistencia a la tracción, excelente conductividad térmica y eléctrica, y resistencia a la corrosión. Debido a estas propiedades, se utilizan en aplicaciones que requieren reducción de peso, como la industria aeroespacial, automotriz y de transporte en general. También se utilizan en baterías, dispositivos electrónicos, equipos médicos, construcción y deportes, entre otros.

Propiedades características:

1. Baja densidad: Los "light metals" tienen una baja densidad en comparación con otros metales, lo que los hace altamente apreciados en aplicaciones donde se requiere un peso reducido, como en la industria aeroespacial.

2. Alta resistencia a la tracción: A pesar de su baja densidad, los "light metals" poseen una alta resistencia a la tracción, lo que los hace ideales para aplicaciones de carga estructural en las que se busca mantener una estructura liviana pero resistente.

3. Buena conductividad térmica y eléctrica: Estos metales son excelentes conductores de calor y electricidad, lo que los convierte en materiales útiles en aplicaciones donde se requiere una transferencia eficiente de calor o electricidad, como en la industria electrónica.

4. Buena resistencia a la corrosión: Los "light metals" tienen una buena resistencia a la corrosión, lo que los hace adecuados para aplicaciones en entornos corrosivos o en la fabricación de equipos marinos.

Aplicaciones:

1. Industria automotriz: El aluminio y el magnesio se utilizan en la fabricación de componentes de automóviles para reducir el peso total del vehículo y mejorar la eficiencia del combustible.

2. Industria aeroespacial: El aluminio, el titanio y el magnesio se emplean en la fabricación de componentes aeroespaciales, como partes estructurales de aeronaves, hélices y piezas de motores, debido a su ligereza y resistencia.

3. Construcción: El aluminio se utiliza ampliamente en la construcción debido a su bajo peso, alta resistencia y buena resistencia a la corrosión. Se utiliza en marcos de ventanas, revestimientos exteriores y estructuras ligeras.

4. Industria electrónica: El aluminio es utilizado como conductor eléctrico en cables y alambres debido a su buena conductividad eléctrica. Además, el magnesio se utiliza en la fabricación de componentes electricos debido a su bajo peso y buenas propiedades térmicas.

Fig. 1 Microestructura de una Aleación de Mg LA141A-O 250X

La figura 1 muestra la microestructura de un metal ligero compuesto de Mg-1.2Al y 14% Li como puede apreciarse el crecimiento de grano se debe al proceso de recocido empleado en la pieza, su microestructura se puede apreciar homogénea perfectamente.

Fig. 2 Microestrctura de una aleación C17200. 400X

En el caso de la figura 2 se puede apreciar una microestructura de una aleación Cu-1,8%Be, el Berilio le agrega junto al cobalto un compuesto intermediario que aumenta la resistencia del material cuando este esta en condición de revenido. Esta en una de las aleaciones más usadas por su capacidad de endurecimiento por precipitación (1520Mpa)

Quiero indicar que el Berilio es un metal tóxico así que la preparación metalográfica debe ser con cuidado extremo, en publicaciones futuras hablaré con mas detalle de este y otros metales "tóxicos"

 

Clasificación de los Aceros según sus Propiedades y Aplicaciones Industriales

Los aceros son aleaciones de hierro con otros elementos, principalmente carbono. La presencia de diferentes porcentajes de carbono y otros elementos aleados, así como la microestructura resultante, determinan las propiedades mecánicas y las aplicaciones industriales de cada tipo de acero.

1. Clasificación de los aceros según el porcentaje de Carbono:

Los aceros se pueden clasificar según su contenido de carbono en aceros de bajo carbono (hasta 0,25% de carbono), aceros de medio carbono (entre 0,25% y 0,6% de carbono) y aceros de alto carbono (más del 0,6% de carbono). Los aceros de bajo carbono son más suaves y tienen una mayor ductilidad, mientras que los de alto carbono son más duros y resistentes, pero menos dúctiles.

2. Clasificación de los aceros según la microestructura:

La microestructura de un acero se refiere a la forma y distribución de los elementos y fases presentes en su estructura cristalina. Los principales tipos de microestructura en los aceros son ferrita (blanda y dúctil), perlita (mezcla de ferrita y cementita, resistente pero menos dúctil) y martensita (dura y frágil).

3. Clasificación de los aceros según las propiedades mecánicas:

Las propiedades mecánicas de los aceros se ven influenciadas por su contenido de carbono y su microestructura. La resistencia, la dureza, la ductilidad y la tenacidad son algunas de las propiedades consideradas. Los aceros de alto carbono y microestructura martensítica son los más duros y resistentes, pero tienen menor ductilidad y tenacidad. Los aceros de bajo carbono con microestructura ferrítica son más dúctiles pero menos resistentes.

Por otro lado, la clasificación de los aceros según sus propiedades mecánicas están establecidas por diferentes normas, como ASTM, API, DIN, entre otras, se basa en diferentes criterios y propiedades. A continuación, se mencionan algunas de las categorías comunes utilizadas en estas normas:

1. ASTM (American Society for Testing and Materials):

- ASTM A36: acero estructural de baja aleación y alta resistencia.

- ASTM A572: acero estructural de alta resistencia y baja aleación.

- ASTM A516: acero para recipientes a presión.

- ASTM A193: acero para pernos de alta temperatura y alta presión.

- ASTM A240: acero inoxidable para aplicaciones generales.

2. API (American Petroleum Institute):

- API 5L: acero para tuberías y líneas de transmisión de petróleo y gas.

- API 2H: acero estructural marino para aplicaciones offshore.

- API 5CT: acero para tuberías de revestimiento y producción en la industria petrolera.

3. DIN (Deutsches Institut für Normung):

- DIN 17100: aceros estructurales no aleados.

- DIN 17175: acero de pared de tubería para caldera y intercambiador de calor.

- DIN 2391: acero sin costura de precisión para aplicaciones mecánicas.

- DIN 17102: aceros de alta resistencia de grano fino.

Estas son solo algunas de las normas y categorías comunes utilizadas para clasificar los aceros según sus propiedades mecánicas. Es importante tener en cuenta que cada norma puede tener subcategorías y propiedades adicionales especificadas para diferentes aplicaciones y requerimientos.

4. Clasificación de los aceros según las aplicaciones industriales:

Los diferentes tipos de aceros se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones industriales debido a sus propiedades específicas. Los aceros de bajo carbono son comúnmente utilizados en la fabricación de componentes estructurales, como vigas y tuberías. Los aceros de medio carbono son adecuados para la fabricación de ejes y engranajes, donde se requiere una mayor resistencia. Los aceros de alto carbono se utilizan en herramientas y utensilios de corte debido a su dureza.

Existen diversas clasificaciones de los aceros según sus aplicaciones industriales. A continuación, se mencionan algunas de las principales:

Aceros estructurales: Son utilizados en la construcción de edificios, puentes, estructuras metálicas, etc. Estos aceros deben ser resistentes y tener una buena soldabilidad, por lo que suelen contener pequeñas cantidades de carbono, manganeso, silicio y otros elementos.

Aceros inoxidables: Son aleaciones de hierro, carbono y cromo, que contienen al menos un 10% de cromo. Estos aceros son altamente resistentes a la corrosión y son utilizados en aplicaciones donde se requiere una alta resistencia a agentes químicos o a la corrosión, como en la industria alimentaria, química o petroquímica.

 Aceros para herramientas: Estos aceros son utilizados en la fabricación de herramientas de corte, estampado, troquelado, etc. Deben tener una alta dureza, resistencia al desgaste y capacidad de mantener su filo. Suelen contener elementos como tungsteno, molibdeno o vanadio, que les proporcionan estas características.

Aceros para maquinaria: Estos aceros son utilizados en la fabricación de componentes de maquinaria, como engranajes, ejes, rodamientos, etc. Deben tener una buena resistencia mecánica, tenacidad y resistencia al desgaste. Suelen contener elementos como níquel, cromo, molibdeno, vanadio, entre otros.

 Aceros para corte y perforación: Estos aceros, también conocidos como aceros rápidos, son utilizados en herramientas de corte y perforación de alta velocidad, como brocas, fresas, machos de roscar, etc. Deben tener una alta dureza, resistencia al desgaste y capacidad de mantener su filo a altas temperaturas. Suelen contener elementos como tungsteno, molibdeno, vanadio y cobalto.

Aceros para construcción naval: Estos aceros son utilizados en la construcción de barcos y estructuras marinas. Deben tener una alta resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y tenacidad a bajas temperaturas, ya que estarán expuestos al ambiente marino.

Estas son solo algunas de las clasificaciones más comunes de los aceros según sus aplicaciones industriales. Cabe mencionar que existen muchas más clasificaciones y que cada una de ellas puede contener sub-categorías específicas según las propiedades y características requeridas en cada aplicación.

5. Clasificación de los aceros según los elementos aleados:

Además del carbono, los aceros pueden contener varios elementos aleados para mejorar aún más sus propiedades. El manganeso se utiliza para mejorar la resistencia y la ductilidad, el cromo para aumentar la resistencia a la corrosión, el níquel para mejorar la tenacidad, y el molibdeno para aumentar la resistencia a altas temperaturas. Estos elementos aleados se añaden en diferentes proporciones según las propiedades deseadas y las aplicaciones específicas.

En resumen, la clasificación de los aceros según el porcentaje de carbono, la microestructura, las propiedades mecánicas, las aplicaciones industriales y los elementos aleados, permite a los ingenieros y fabricantes seleccionar el tipo más adecuado de acero para cada aplicación específica, optimizando así el rendimiento y la durabilidad de los productos finales.

Consultoría y Pruebas de Materiales S.A CYMPA Nuevo León, México

 Hola amigos un cordial saludo, el día de hoy quiero agradecer el apoyo que he recibido de la Ing. Nancy Serrato a este blog y a su vez dar a conocer la empresa CYMPA a mis seguidores en México. 

La empresa CYMPA no solo realiza ensayos a materiales metálicos, también evalúan polímeros y pinturas. La empresa cuenta con una serie de equipos para pruebas dureza, tracción, impacto y doblez así como tambien, caracterización de materiales (determinación de elementos), evaluación de soldadura, ensayos no destructivos y estudios de corrosión acelerada (cámara salina)

Además la empresa cuenta con un excelente personal calificado para atender a las necesidades de sus clientes y lo más importante ofrece capacitaciones y asesoría técnica especializada.

Si estan interesados pueden contactar a los números y correos que estan en la imagen.

Propiedades Mecánicas- Ensayo de Impacto

 Cuando estamos en el laboratorio y realizamos pruebas a materiales, por lo general las realizamos en condiciones normales, un ejemplo temperatura ambiente, el equipo nos da los resultados y reportamos esos valores. Pero ¿Que sucede si las condiciones varian? ¿Pueden los resultados de un ensayo de tracción ser válidos para condiciones ambientales extremas? Empecemos por esta última las condiciones extremas, sabemos que los datos del ensayo de tracción permiten conocer la deformación en % de un material, pero esos datos en materiales sometidos a altas temperaturas pueden no ser validos ya que las condiciones ambientales cambian y se necesitaria de otro tipo de ensayo para determinar el tiempo de vida útil de ese material en altas temperaturas.

¿Que sucede en el caso contrario? Bajas temperaturas, ahí todo cambia y para nosotros los ingenieros necesitamos establecer cuanta "energia" es capaz de absorver el material antes de que ocurra una fractura catastrófica, estamos buscando un material que en condiciones de frío extremo su fractura sea lo mas dúctil posible ya que eso significa que el material esta absorbiendo la energía del impacto. 

  La norma ASTM E23 nos permite establecer un procedimiento por medio del cual estimar la cantidad de energía que absorve un metal y su tipo de fractura, de tal manera que con esos datos diseñar aleaciones resistentes a las bajas temparaturas.

Las muestras pueden ser de 2 tipos, la de Charpy que mide 55 mm y 10 mm espesor con una entalla en forma de V justo en la mitad y la otra es la probeta IZOD que tiene una longitud de 75 mm y una entalla ubicada a 28 mm. La diferencia entre ellas además de las dimensiones esta en la ubicación del ella en el equipo la primera se realiza acostada en el portamuestra y la segunda se hace parada. 

El efecto de la entalla radica en que esa es la zona en la que el material va a fracturar.

Consideraciones importantes a tener en cuenta

1. La temperatura de la muestra. En este ensayo las muestras deben estar a diferentes temperaturas ya que así se puede obtener un gráfico que muestra la variación de la energia absorvida en función de la temparatura (curva "S")

2. Entrenamiento. Se debe tener habilidades para este tipo de ensayo porque las muestras están a una temperatura baja y el transito desde ahí al porta muestra del equipo debe ser lo más rápido posible para evitar que el material aumente su temperatura.

3. Fuentes Bibliográficas. Los resultados del ensayo deben ir acompañado por conocimiento teórico de tal manera que una vez obtenida la data se puedan considerar las conclusiones y recomendaciones para ese material. No se quede solo con el valor obtenido del equipo debe investigar el material, su composición, sus elementos aleantes, su tamaño de grano porque todo esta relacionado con la apariencia de la fractura obtenida despues de la prueba.