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3.11.- Ensayos metalográficos.

La metalografía es la parte de la metalurgia que estudia las características estructurales o de constitución de los metales y aleaciones, para relacionarlas con sus propiedades físicas, mecánicas y químicas de los mismos.

A partir del estudio de una o varias muestras de la pieza a analizar, los ensayos metalográficos permiten determinar características como el tamaño de grano, distribución de las fases que componen la aleación, presencia de inclusiones, segregaciones, tratamientos térmicos, etc., que tienen gran influencia en las propiedades del material.

Antes de observar un metal al microscopio, es necesario acondicionar la muestra de manera que quede plana y pulida. De ahí que un ensayo metalográfico incluya las siguientes fases:

Cortadora metalográfica
Fotografía de cortadora metalográfica.
  • Extracción de la muestra

El número de muestras a extraer, así como la zona de la cual extraerlas dependerá de la criticidad de la pieza, del proceso de fabricación con el cual ha sido conformada, o del fallo que haya ocurrido. Por ejemplo, en una pieza que presenta diferentes orientaciones de la fibra, una muestra con una orientación difiere completamente de otra con otra orientación. De igual manera, en una pieza fundida en molde, la microestructura de una muestra de la perifieria es diferente a la de una obtenida del centro.

Se debe tener en cuenta que se debe extraer una muestra representativa del material a examinar, y que la forma de extracción debe realizarse en condiciones que no afecten a la estructura de la misma, por lo que la temperatura del material no se debe elevar demasiado durante el proceso de extracción.

 

 
 
Montaje de muestras
Fotografía del montaje en frío de las muestras.
  • Montaje de la muestra

Esta fase sólo se lleva a cabo cuando el tamaño de la muestra es demasiado pequeño, y consiste en encapsular la muestra en una base de material termoplástico o termoendurecible, dándole forma cilíndrica, y mejorando así su manejo, almacenaje y conservación. Puede realizarse en frío o en caliente.

  • Desbaste

Esta fase consiste en reducir la rugosidad superficial de la muestra, y se lleva a cabo en tres etapas, en cada una de las cuales se hace pasar una desbastadora de disco con un tamaño de grano decreciente de una fase a la siguiente. Se frota la superficie de la muestra con el abrasivo hasta que sólo se aprecien las marcas originadas por el tamaño de grano utilizado. En todo momento, la muestra debe estar refrigerada para evitar su calentamiento.

  • Pulido

En el pulido, se reducen las marcas originadas en la etapa anterior, minimizando más la rugosidad superficial de la probeta. Puede llevarse por medios mecanicos (pulido mecánico), utilizando abrasivo en varias etapas consecutivas, de modo que en cada etapa el tamaño de grano utilizando es menor que el de la etapa anterior, o sometiendo la probeta a electrólisis, sumergiéndola en una disolución electrolítica, y convirtiéndola en ánodo.

El pulido se considera finalizado cuando observando las probetas a microscopio y a alrededor de 100 aumentos, no se aprecia ninguna marca. Después del pulido, es necesario, limpiar y secar la superficie de la probeta, y conservarla de manera que no se produzcan oxidaciones.

  • Ataque micrográfico

Esta fase tiene como objeto hacer visibles o resaltar las características estructurales del material (límites de grano, zonas deformadas,...). Con el ataque se elimina la capa superficial de la probeta ya que durante el desbaste y pulido sufre una serie de deformaciones plásticas que la distorsionan. Pueden realizarse diferentes tipos de ataque :

  • Ataque químico : se ataca la superficie pulida con un reactivo químico, bien sumergiéndola en el reactivo, o bien aplicándolo con un algodón, durante un periodo de tiempo que dependerá del material a analizar así como del reactivo. El reactivo atacará más rápidamente a unos constituyentes que a otros, de manera que se mostraran más oscuros y menos brillantes que los granos menos atacados.
  • Ataque electrolítico : se emplea para materiales resistentes a la corrosión que no permiten el ataque químico.
  • Ataque mecánico (o pulido en relieve) : mediante técnicas de pulido, se atacan los constituyentes más blandos, dejando en relieve los más duros.
  • Ataque térmico : al elevar la temperatura, en algunos materiales se ponen de manifiesto los límites de grano.
  • Observación al microscopio

Una vez está la muestra preparada, se deposita sobre la placa del microscopio para su observación. De esta observación puede obtenerse información acerca de :

  • Constituyentes presentes, y control de los tratamientos térmicos recibidos.
  • Tamaño y forma de los granos.
  • Defectos como porosidades, grietas, etc.
  • Capas superficiales cementadas o nitruradas.
  • ...

Estas son algunas de las imágenes tipo que se observan al microscopio.

Micrografía de una muestra de fundición con grafito esferoidal. Microestructura de una muestra de bronce con estructura dentrítica. Descarburización superficial de una muestra de acero.


Reflexiona

En general a partir de un examen metalográfico es posible obtener un diagnóstico y/o un pronóstico.