Macroataque

 El macroataque es un procedimiento de inspección que permite revelar aspectos de calidad y estructura de un metal a simple vista o con una baja magnificación. 

Fig. 1 Macroestructura de una pieza fundida. Foto: Keyvanlou Hassan

El macroataque es ampliamente utilizado para inspeccionar, barras, forjados, fundiciones, soldaduras y otros productos. Hace unos años estuve en una inspección de soldaduras en forma de T las cuales se les quería ver si el procedimiento de soldadura habia sido satisfactorio esto queria decir que la penetración había sido completa, en ese sentido se tomaba una muestra del perfil y despues de pasarla por lija 80, se procedia a atacar con Nital al 5%, eso inmediatamente revelaba todo el cordon de soldadura y luego se observaba para identificar si la pieza no tenia, grietas, porosidad o falta de fusión.

En las acerias se hacia un procedimiento para ver las inclusiones en los lingotes, se aplicaba un reactivo y se inspeccionaba el centro del lingote ya que este por lo general tenia la mayor acumulación de inclusiones.

La norma ASTM E 381 ofrece los criterios para aceptación o rechazo de lingotes de aceros que presenten segregaciones.

La figura 1 muestra el macro ataque que se le realizó a esta pieza fundida, no vamos a detenernos en el tipo de material, composición química etc., quiero que vean la forma y distribución de los granos, en la parte superior se aprecia granos pequeños diseminados que a medida va descendiendo estos van incrementando su tamaño, fíjense en los bordes como se alargan los granos, esto es un indicativo de que los granos en su crecimiento "perseguían el liquido remanente" que iba quedando en el molde, en el centro tenemos granos grandes y si trasamos una linea imaginaria que corte horizontalmente se puede observar como fue la lucha por ese último liquido remanente en el centro.

Como consideración final para un estudiante de metalografía que tenga un tipo de muestra como esta puede obtener de ella muchisima información por ejemplo, el efecto del espesor de la pieza en la macroestructura, si en la fundición se utilizó refinadores de grano, el diseño de la pieza misma entre muchas cosas más que ustedes pueden evaluar.

Aleaciones de Aluminio (Bronce Aluminio)

 Hola amigos y bienvenidos otra vez a este espacio dedicado a la educación técnica en metalurgia, hoy les traigo una serie de fotografias de una solución sólida de átomos de aluminio en una matriz de cobre que comunmente se denomina bronces al aluminio.

Las aleaciones comerciales de este par varian dependiendo de lo que se desee obtener como fase final, las hay de 2 tipos; monofásicas con un % de Al no mayor al 4 % y las bifásicas en la cual el rango de Al no supera entre el 7 al 11% de la aleación.

Las aleaciones monofásicas en el miscroscopio se presentaran como una sola fase que se proyecta por todo el campo visual del equipo mientas que las bifásicas mostraran dos tipos de estructuras. Para ver con detalle dichas estructuras observemos esta fotografía que publica el ingeniero Farshad Ghadimi de un bronce aluminio en condición de colada y atacada con un reactivo compuesto de 1 gr FeCl3, 10 ml HCl y 100 ml H2O

Bronce Aluminio as Cast. Fuente: Ghadimi, F

En la imagen se puede apreciar la fase alfa (clara) y la mezcla eutectoide conformada por fase alfa y un compueto intermediario gamma, lo interesante de este tipo de bronces es su capacidad para mejorar sus propiedades mecánicas a traves del temple y revenido obteniendose una microestructura similar a la martensita del acero.

                                                 Bronce Aluminio as Cast. Fuente: Ghadimi, F

Si aumentamos más la imagen se puede observar párticulas de 2 fase diseminadas en la estructura o formando racimos, estas párticulas le agregan más resistencia a la aleación o para refinar el grano y eliminar las estructuras dendríticas que se consiguen cuando un metal es fundido y enfriado.

Propiedades Mecánicas-Ensayo de tracción

 Hola amigos bienvenidos de nuevo a este blog, hoy les voy a hablar de uno de mis ensayos favoritos y del cual tengo muchos recuerdos agradables cuando fuí analista de laboratorio metalúrgico, el ensayo de tracción.

El ensayo mide propiedades del material a temperatura ambiente, de tal manera que los resultados (esfuerzo y deformación) son solo válidos para estas condiciones, si el material pasa a estar a diferentes temperaturas se debe recurrir a otros ensayos más específicos y del cual hablaremos más adelante.

Lo primero que uno debe entender es que este ensayo da información valiosa relacionada con un material pero para sacarle bien el jugo a la información obtenida debemos comprender algunos fundamentos del ensayo como por ejemplo:

1. Este ensayo aplica una carga establecida en el instrumento la cual es constante y a una velocidad establecida y constante (lo ideal es que la velocidad no sea muy rápida)

2. La carga aplicada puede variar según las especificaciones del equipo, del material a estudiar y de la experiencia del técnico.

3. Las probetas deben ser estandarizadas acorde con las normas ASTM E8 o equivalentes y recomendable por triplicado para efectos de tener un promedio de los resultados o si se debe repetir la prueba

4.Una vez obtenida la probeta se debe determinar la longitud inicial que por norma es 2 pulgadas y el área inicial (varía para probetas planas y cilindricas)

Imagínese que recibe una barra de acero de 1 pulgada de diametro y 20 cm de largo y se le pide determinar, el esfuerzo de fluencia, esfuerzo a la tracción, % de deformación y % de reducción de area. 

Lo primero es fabricar las probetas en este caso serían cilindricas ya que tenemos una barra, luego se mide el área y las 2 pulgadas de longitud inicial (Para determinar las 2 in. simplemente se mide la longitud completa de la probeta y de ahí el punto medio, luego se mide una pulgada hacia ambos lados del punto medio y listo)

Luego se procede al montaje de la muestra en el equipo y como se dijo anteriormente debe consultarse la carga aplicada y la velocidad de aplicación de dicha carga (actualmente hay maquinas de ensayos universales automatizadas que realizan esa función pero tambien hay equipos que aún hacen esas operaciones manualmente)

Las muestras deben estar bien sujetas al porta muestras y estas no deben deslizarse ya que pueden afectar la apariencia de la gráfica o los resultados del ensayo.

Al principio parece que el material no esta interactuando con la carga aplicada sin embargo, al cabo de un tiempo el cuello de la probeta empieza a reducirse y el material fractura. Algunos equipos te muestran en la pantalla la evolución del ensayo a través de la curva esfuerzo-deformación.

Terminado el ensayo se procede a extraer la muestra y se juntan para medir la longitud final recuerden que la longitud inicial son 2 in, por lo que si la probeta se alargó se procede a calcular el % de deformación. Tambien se puede observar la apariencia de la fractura, en algunas probetas muestran la típica forma de copa y cono.

 Si el equipo esta adaptado para darte la información de la carga en vez del esfuerzo con conocer el área inicial de la muestra se puede determinar el esfuerzo de fluencia, el esfuerzo máximo y el esfuerzo de ruptura. El esfuerzo de fluencia se puede determinar tambien gráficamente para ello se puede observar el punto en el que la linea recta con la cual inicia la prueba cambia a una curva, si esta no esta muy clara pueden calcular el 0,2% de la longitud calibrada  y el punto que de se proyecta una linea recta que corte la curva y ahí tendrán su punto de fluencia, con ese dato y el área calculan el esfuerzo.

El área final pueden calcularlo midiendo la variación del diámetro de la muestra después del ensayo.

Consideraciones finales que les puedo dar de este ensayo basado en mi experiencia esta que cada ensayo es único, las muestras pueden comportarse de manera diferentes, el espesor tiene una gran influencia en la apariencia de fractura y lo más importante para ustedes como estudiantes es la información obtenida, en algunas aplicaciones estructurales es sumamente importante conocer el esfuerzo de fluencia ya que las condiciones a las que se va a someter el material requieren que este se comporte de manera elástica por otro lado, un material que tenga un comportamiento plástico puede absorven mucha energía cuando esta sometido a esfurzo antes de fracturar.

El análisis de los resultados va a estar muy unido a las aplicaciones a las cuales el material estará sometido

Propiedades Mecánicas - Dureza

 Hola Amigos bienvenidos de nuevo, cuando hablamos de propiedades mecánicas estamos partiendo del hecho de que un metal o una aleación debe cumplir una aplicación para lo cual fue diseñado. Por ejemplo, si queremos diseñar un vehículo espacial para enviar carga al espacio, no se utilizarían materiales muy densos porque eso afectaría el consumo de combustible durante el lanzamiento, se necesitaría un material que sea resistente y a la vez liviano.

Aquí es donde las cosas se ponen interesante y usted como estudiante puede llegar a preguntarse como las propiedades mecánicas de los materiales me ayudan con el diseño de mis piezas. Vamos a partir de un metal (M) del cual sabemos que pertenece a un grupo de la tabla periodica, que tiene una densidad, un punto de fusión o ebullición, que tiene la capacidad de conducir electricidad y calor todas esas cosas que se ha mencionado en los otros artículos, además esta conformado por átomos y estos se ordenan en una estructura cristalina.

¿Que és una estructura cristalina? 

Para entender las propiedades mecánicas, se debe entender las estructura cristalinas que es la manera en que los átomos se ordenan tridimensionalmente; a manera de resumen las estructuras cristalinas conocidas son la cúbica, la hexagonal, la monoclinica, la ortorrombica, tetragonal, triclinica y rombohedríca. La mayoria de los metales y aleaciones que nos intersan cristalizan en el sistema cúbico y a su vez su ordenamiento atómico puede ser de tipo cubico centrado en el cuerpo (BCC) ó cúbico centrado en las caras (FCC), luego viene un aspecto interesante, los metales pueden formar aleaciones pero nosotros como metalúrgicos debemos encontrar el punto exacto en la cual las aleaciones que formemos puedan tener las propiedades deseadas y esto estimados amigos da mucho material para hablar y en futuros artículos lo analizaremos

¿Como mido las propiedades de un material?

Aquí llegamos al punto en donde ustedes deben aprender las herramientas de evaluación de los materiales y a manera de resumen les contaré como pueden ustedes sacar el mayor provecho a los ensayos. Primero que nada deben entender que los ensayos mecánicos estan estandarizados de tal manera que, las pruebas que realicen se rijen bajo una normativa, en este lado del mundo en America nos guíamos por las normas ASTM, en Europa tienen sus normas aplicadas que no difieren mucho de su par americano, esto tiene la finalidad de que todos hablemos el mismo idioma a nivel de ensayos.

El primer ensayo del cual hablaré es el de dureza, en un ensayo rápido y puede dar una idea aproximada de la resistencia de un material, entrelos tipos de ensayos tenemos:

1. Ensayo Rockwell

2. Ensayo Brinell

3. Ensayo Vickers

4. Dureza Knoop

El primero es el favorito de muchos ya que usted coloca la pieza a analizar aplica la carga y el numero que de el equipo representa la dureza, lo importante aquí es establecer que carga se va a aplicar y que identador va a utilizar, en el ensayo Rockwell se puede utilizar identadores con bolas de acero de diferentes diametros 1/16, 1/8 y cargas de 60, 100 y 150 Kg. Si se usa 60Kg se tiene una dureza Rockwell A (RA), para 100 Kg seria (RB) y 150 (RC). Ahora viene lo interesante y sería mi pregunta para ustedes como por ejemplo ¿Recibo un material y no conozco su resistencia, que escala escojo?

Aquí juega mucho la experiencia pero como ustedes estan en esa etapa de formación vamos a darles unos tips, quizas en los cometarios pueden aparecer mas ideas de como evaluar la dureza de un material correctamente, bien lo primero es ver el estado de la pieza, ¿Plana, circular, gruesa, delgada, deformada, cilindrica, esta oxidada, origen de la pieza, tiene o no tratamiento térmico? Si la pieza es plana no debe moverse durante la aplicación de la carga, porque el resultado será erroneo, por ejemplo recibo una pieza plana pero al colocarla en la base del equipo esta tiembla cuando la aprisiono con un dedo, en este caso, se desbasta la pieza en lija gruesa y se vuelve a colocar en la base, si esta no tiembla y se ve plana totalmente entonces se la aplica la carga.

Si la pieza es esférica se debe colocar en el adaptador y desbastar la parte que se desee medir con esto se elimina la capa de óxido superficial que puede dar resultados erroneos.

¿Que carga aplicar? Aquí tambien influye mucho la experiencia, una idea es que si se le realizó una evaluación microestructural puedes tener una idea de la microestructura y de ahi seleccionar la carga, por ejemplo un acero llega y el analisis indica que su microestructura es martensita (muy dura) puedes entonces seleccionar la escala RC, un identador de diamante y la carga maxima de 150 Kg

En el caso de que no tengas esa evaluación se debe aplicar la carga máxima y evaluar la huella que deja en la superficie y compararla con el patron de calibración, por ejemplo tengo una pieza no conozco su microestructura y aplico la carga máxima con el identador de diamante y al ver la huella resulta que parece un crater de impacto de asteroideses muy grande en comparación con la huella que muestra el patron de calibración, en ese caso bajo la escala y cambio el identador por una bola de acero y la carga a 100 Kg si la huella coincide entonces el valor obtenido es el correcto (Valor obtenido es el promedio de 3 a 5 mediciones sobre la pieza a una distancia entre marcas de 2 huellas)

En algunas ocasiones los datos deben ser dados en escala Brinell, a diferencia del Rockwell en Brinell se mide la huella dejada por el identador en la superficie usando un microscopio con escala adaptada de tal manera que al conocer el diámetro de la huella, más el diámetro de la bola de acero empleada y la carga aplicada (Kg) se aplica una fórmula la cual le dará el número de dureza Brinell

Para realizar mediciones de dureza con materiales que no son muy resistentes, o que tienen un espesor muy delgado, para tratamientos superficiales se utiliza el ensayo Vickers, aqui se mide la huella marcada por un identador en forma de pirámide con base cuadrada de 136° que se somete a cargas que van desde 1 Kg hasta 120 Kg. Una vez medida la huella con un microscopio se procede a calcular la dureza utilizando la fórmula establecida

Por último, tenemos microdureza y como su nombre lo indica se mide la dureza a nivel microscópico digamos tenemos un material compuesto y se desea medir una fase específica este tipo de ensayo permite determinarla, la dureza Knoop aplica cargas desde 1 a 1000 gr 

Para terminar este post, lo importante para ustedes como estudiantes de esta área es que el ensayo de dureza estima la capacidad de resistencia de un material cuando se somete a una carga, la respuesta del material te puede ayudar a conocer su resistencia sin embargo, no es un ensayo 100% definitivo, ya que la información suministrada te da una referencia, si queremos profundizar en un ensayo mas completo debemos  utilizar otros equipos 

En el próximo artículo hablaré del ensayo de tracción 

Saludos

¿Que es un metal?

 Buenas tardes muchachos espero que esten super bien, cuando ejercí la docencia tuve que dar una materia llamada ciencia de los materiales, recuerdo que en el programa se debía hablar de los metales y las aleaciones, mi primera acción fue invitarlos a sacar una hoja y que escribieran que era un metal para ellos. Hubo muchas respuestas de las que recuerdo estaban acero, aluminio, que es un sólido (el mercurio es metal y es líquido a temperatura ambiente), cuando terminé la prueba y leí las respuestas de todos mis alumnos les dije que tenian una idea de lo que era un metal pero no su definición así que entre todos definimos lo que era un metal y pueden haber muchas definiciones según la bibliografía consultada pero a grandes rasgos un metal es un cuerpo tridimensional, que es opaco y brilla cuando se pule, que posee una estructura cristalina y lo más importante es un conductor térmico y eléctrico, tambien posee un punto de fusión definido. 

Ahora bien, en la clase pasada hablamos de la importancia de los metales en la historia de la humanidad, su impacto en las economias globales y su valor estratégico, ya pueden definir que es un metal y ahora viene lo más importante conocer sus propiedades y sus aplicaciones.

Pero ¿Como se forman los metales? ¿De donde vienen?¿Que cantidad hay en la tierra?

Partamos del elemento más simple en el universo, el Hidrógeno, este es el primer elemento atómico y como abunda en el universo a medida que se van formando estrellas comienza una serie de reacciones nucleares dentro de ellas y es ahi donde 4 átomos de H2 se convierten  en uno de Helio (2 elemento de la tabla periodica), despues de ello las reacciones continuan y se van creando elementos mas pesados, hasta la aparición del Fe y es ahí cuando las estrellas comienzan a colapsar y una vez que desaparecen ya sea como supernovas o incrementando su tamaño para apagarse lentamentes, su colapso genera más elementos pesados, la gravedad hace su trabajo y durante millones de años, mientras los planetas se forman y alcanzan su estabilidad estos elementos quedan atrapados en diferentes capas dentro del mismo planeta, unos quizas en el nucleo por su peso y otros en la superficie, en el caso de la tierra algunos de etos elementos brotan a la superficie por medio de los volcanes o a travez de procesos complejos geológicos.

Luego llegamos nosotros los seres humanos y empezamos con su explotación, refinación y elaborar herramientas.

En este pequeño resumen quiero inculcarles la importancia de conocer lo que representa un metal en nuestra vida sobretodo que eres estudiante de metalurgia y/o ciencia de los materiales, cual es el origen de ellos y sus propiedades, para el próximo artículo entraremos en el tema de las propiedades mecánicas de los materiales