analisis de metalografia

1. ENSAYOS DESTRUCTIVOS
Unidad 3
Deformación cristalina
y estructura del material
ASESOR ACADÉMICO:
M.C. ING. JUAN MANUEL CAMPOS ACOSTA
REALIZADA POR:
RICARDO FLORES GONZÁLEZ
Torreón, Coahuila, Miércoles, 16 de Marzo 2016
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TORREÓN
Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Coahuila

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ANÁLISIS METALOGRÁFICO
Fundamentos del Análisis metalográfico.
Dentro de los sólidos podemos distinguir sólidos cristalinos y sólidos amorfos. Los sólidos
cristalinos están constituidos por átomos ordenados a larga distancia, o sea que están dispuestos
de tal forma que su ordenamiento se repite en las tres dimensiones, formando un sólido con una
estructura interna ordenada. Si esta estructura es regular en todo el material se denomina
monocristal. Sin embargo, lo más habitual es que la estructura sea regular por zonas del material,
cambiando la orientación cristalina de una zona a otra, pero no la estructura. Se dice entonces que
el material es policristalino, integrado por numerosos granos que poseen la misma estructura
cristalina, pero que cambian de orientación de unos a otros. La región donde se unen los granos
se denomina límite de grano a organización de esos granos da lugar a la microestructura del
material, que contempla:
 La forma y tamaño de los granos.
 Si hay varias fases presentes: granos de diferentes fases.
 La configuración de dichas fases.
El instrumento que nos permite determinar la microestructura de los materiales es el
microscopio, que puede ser óptico o electrónico.
En aquellos materiales que son opacos a la luz visible y que sólo la superficie es susceptible de
ser observada, y la luz del microscopio se debe usar en reflexión (microscopio metalográfico). Para
lograr el objetivo de visualizar la microestructura de un material es necesaria una cuidadosa
preparación de la superficie. Ésta debe desbastarse y pulirse hasta que quede como un espejo.
Esta condición se consigue utilizando papeles abrasivos y polvos cada vez más finos. Se releva la
microestructura tratando la superficie con un reactivo químico (ataque químico). El tipo de reactivo
y el tiempo de tratamiento dependerán de la naturaleza del material.
¿Qué es el análisis metalográfico?
Es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o
aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas.

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Entre las características estructurales están el tamaño de grano, forma y distribución de las
fases que comprenden la aleación y las inclusiones no metálicas, así como la presencia de
segregaciones y otras irregularidades, que profundamente pueden modificar las propiedades
mecánicas y el comportamiento general de un metal. Mucha es la información que puede
suministrar un examen metalográfico. El principal instrumento, para la realización de un examen
metalográfico, es el microscopio metalográfico, como el que se muestra en la figura 1 con el
cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50X y 2000X.
Figura 1. Microscopio metalúrgico, con el trazado del haz luminoso a través del sistema óptico.
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Los ensayos metalográficos requieren la ejecución de las etapas siguientes:
 Selección de la muestra.
 Preparación de las probetas.
 Observación de las probetas.
 Tratamiento de la información.
Para llevar a cabo estos ensayos es necesario utilizar la normatividad correspondiente como
el estándar más común para el análisis metalográfico es el ASTM E-3.

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MICROSCOPIA ÓPTICA
¿Qué es la microscopia óptica?
Los microscopios de tipo óptico se basan en la ampliación de la imagen de un objeto mediante
el uso de lentes convergentes. Este es el tipo de microscopio más antiguo y más utilizado. La
sonda en estos microscopios es la radiación visible que ilumina la muestra que queremos estudiar.
Poseen una óptica doble (objetivo y ocular), a diferencia de las lupas, que presentan una sola
lente.
La resolución límite del microscopio óptico implica que podamos distinguir objetos del tamaño
de una micra. Objetos de ese tamaño son las células biológicas. Respecto a la aplicación al
estudio de materiales, este microscopio se utiliza para de forma fácil determinar propiedades
macroscópicas, como fracturas, texturas, tamaño de poro, etc.
Tabla 1.- Ventajas y limitaciones de la microscopia óptica.
ALGUNAS VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAMICROSCOPIAÓPTICA.
VENTAJAS LIMITACIONES
Manejo muyfácil yrápido. Objetos gruesos aparecen desenfocados
Puede verse material de cualquier tipo. Resolución lateral limite 0.1 mm
LA MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO
¿Qué es la microscopia electrónica de barrido?
La microscopia electrónica de barrido o SEM se basa en el principio de la microscopia óptica en
la que se sustituye el haz de luz por un haz de electrones. Con esto conseguimos hasta los 100 A,
resolución muy superior a cualquier instrumento óptico.
Su funcionamiento consiste en hacer incidir un barrido de luz de electrones sobre la muestra. La
preparación de las muestras es relativamente sencilla las principales características son: muestra
sólida, conductora. Caso contrario, la muestra es recubierta con una capa de carbón o una capa
delgada de un metal como el oro para darle propiedades conductoras a la muestra. De lo contrario,
las muestras no conductoras se trabajan en bajo vacío.

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La técnica de preparación de las muestras se denomina “ sputtering” o pulverización catódica.
Este haz de electrones, en su viaje a través del vacío, tiende a separarse debido a las fuerzas
de repulsión electrostáticas que actúan entre ellos. Un campo eléctrico, generado por unas placas,
se encarga de focalizar el haz y condensarlo. Por último, en su camino hacia la muestra, el haz es
deflectado hacia un punto mediante bobinas electromagnéticas, de manera que estas permiten
realizar un barrido en la zona que queremos estudiar.
Figura 2. Esquema de funcionamiento del microscopio electrónico de barrido.
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Tabla 2.- Ventajas y limitaciones de la microscopia electrónica de barrido.
ALGUNAS VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA MICROSCOPIA ELECTRÓNICADE BARRIDO.
VENTAJAS LIMITACIONES
Facilidad de manejo. Alto costo.
Elevada resolución. Posible daño en el material.
Amplia profundidad de campo. Necesita vacío.
Posibilidad de combinar microscopia con análisis
espectroscópico.
Las muestras de deben ser metálicas, o recubiertas de
oro.

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EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN
¿Qué es la microscopia electrónica de transmisión?
El microscopio electrónico de transmisión (TEM) es un instrumento que aprovecha los
fenómenos físico-atómicos que se producen cuando un haz de electrones suficientemente
acelerado colisiona con una muestra delgada convenientemente preparada. Funciona
esencialmente como un SEM, pero la señal que se utiliza para formar la imagen es la que proviene
de los electrones transmitidos a través de la muestra. Puesto que el proceso de absorción
electrónica por un medio es muy eficiente, los electrones transmitidos a través de la muestra son
muy pocos.
Por tanto, para tener intensidad suficiente como para formar una imagen, es necesario que la
energía del haz electrónico incidente sea muy alta (80-400 KeV) y reducir al máximo el espesor de
la muestra (100-200Å). En esta configuración tenemos acceso a dos tipos de imágenes: una
directa de la estructura de la muestra que estudiamos y otra del diagrama de difracción producido
por los electrones al atravesar un medio ordenado. Las imágenes de difracción que se obtienen
son un conjunto de puntos con la simetría cristalina. La inversión de estas imágenes mediante
métodos de transformada de Fourier nos da directamente una visión de la muestra en la que se
pueden llegar a observar planos atómicos internos de un material o capa delgada.
Uno de los aspectos más importantes para lograr imágenes TEM de buena calidad es la
preparación de las muestras. La imagen del TEM ofrece información sobre la estructura de la
muestra, tanto si ésta es amorfa o cristalina. Para ello existen varios métodos aunque la mayor
parte se basan en un adelgazamiento homogéneo de la lámina.
ANÁLISIS METALOGRÁFICO DE ENSAYOS DESTRUCTIVOS Y NO
DESTRUCTIVOS
Análisis metalográfico a pruebas no destructivas.
La metalografía no destructiva o réplica metalográfica es una de las técnicas contempladas en
los ensayos no destructivos, utilizada en forma no rutinaria para detectar heterogeneidades y
defectos superficiales que se manifiestan en equipos y componentes en servicio que trabajan a

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presión y temperatura en forma continua, toda vez que no se pueda extraer una muestra
metalográfica para conocer los cambios micro estructurales que hubiesen ocurrido. La réplica
metalográfica consiste en copiar la textura y relieves (interfaces como junturas de grano, límites de
maclas, depresiones por presencia carburos, microgrietas, etc.) de la superficie de cualquier
aleación o metal mediante la utilización de un celuloide, el cual se prepara adecuadamente y se
presiona sobre la superficie preparada en forma similar a cualquier probeta metalográfica de
laboratorio, pero con un sobre ataque químico para magnificar las interfaces mencionadas y
relieves que puedan ser copiados por el celuloide.
Tintas penetrantes.
Las tintas penetrantes son un ensayo no destructivo con amplia aplicación en la
industria de los materiales, cuando son aplicadas correctamente, las Tintas Penetrantes
nos permiten detectar gran variedad de defectos como poros, picaduras,
fisuras producidas por fatiga o esfuerzos térmicos y fugas en recipientes herméticos.
Es muy importante que las superficies de los materiales o piezas no sean muy
porosas, porque esto dificulta el análisis y las imperfecciones se pueden confundir.
Este tipo de ensayo es usado para revelar claramente grietas, hendiduras y cámaras
aflorantes cuyo volumen total sea mayor. El cual se basa en el principio de la
capilaridad que permite la penetración y llenado de defectos aflorantes a la superficie,
debido a líquidos con partículas de tinta. Los defectos son detectables, cuando estos
tienen salida a la superficie.
Partículas magnéticas.
Los ensayos no destructivos por partículas magnéticas ayudan a detectar las
discontinuidades superficiales y sub-superficiales (No afloran a la superficie pero están
cercanos a ella) en materiales ferromagnéticos; ésta capacidad permite la inspección de
materiales con recubrimientos (finas capas de pintura, imprimaciones, etc.). Los ensayos por
partículas magnéticas tienen una extensa aplicación en los procesos de fabricación y en la
inspección en servicio.
Técnicas empleadas en las partículas magnéticas:

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 Técnica seca: Utilizada generalmente para piezas de gran tamaño, detecta
discontinuidades próximas a la superficie.
 Técnica húmeda: Mezcla de un líquido (Aceite o kerosene) con el polvo magnético.
Radiografía Industrial.
La inspección por RT se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo
físico, diseñado para detectar discontinuidades macroscópicas y variaciones en la estructura
interna o configuración física de un material.
Al aplicar RT, normalmente se obtiene una imagen de la estructura interna de una pieza o
componente. Debido a que este método emplea radiación de alta energía, que es capaz de
penetrar materiales sólidos, por lo que el propósito principal de este tipo de inspección es la
obtención de registros permanentes para el estudio y evaluación de discontinuidades.
Análisis metalográfico a pruebas destructivas.
Los ensayos metalográficos o estructurales se basan en la observación microscópica de la
superficie de una probeta adecuadamente preparada en donde se hace visible la forma, tamaño,
tonalidad, orientación, etc. de los diferentes micro constituyentes o granos que forman la estructura
cristalina de los materiales, pudiéndose revelar también, del estudio de la misma, los tipos de
inclusiones e impurezas y los tratamientos térmicos o mecánicos a que han sido sometidas las
piezas. Los pasos a seguir en un ensayo metalográfico son los siguientes:
 Desbaste o esmerilado burdo.
 Pulido intermedio.
 Pulido fino.
 Ataque con reactivo.
 Observación microscópica.
 Impresión de microfotografía.
 Interpretación de resultados.

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Los Microscopios usados en los ensayos metalográficos son del tipo ópticos ometalográficos de
banco que alcanzan ampliaciones no mayores de 2000 veces (2000x) y los microscopios
electrónicos que alcanzan ampliaciones de30,000x a 200,000x y los más potentes hasta de
600,000x.
Tracción Consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo de tracción creciente
hasta que se produce la rotura de la probeta con una fuerza estática o aplicada lentamente. La
prueba se efectúa en una Máquina Universal de Tracción que puede tener acoplado un
extensómetro para medir la elongación de la probeta sometida a la prueba y un graficador para
obtener la curva esfuerzo-deformación. Los resultados se interpretan matemáticamente y se da a
conocer, el porcentaje de alargamiento, la elongación (ductilidad) y la resistencia mecánica
Son pruebas que a las que se someten los materiales, que nos permiten identificar de una
forma aproximada las propiedades mecánicas como dureza, tenacidad, resistencia mecánica,
ductilidad, y así poder verificar la calidad de dicho material y hacer una correcta aplicación de ellos.
Estos ensayos son muy importantes ya que nos muestran en una manera proporcional, como los
materiales se desempeñarían en distintas situaciones o de predecir e identificar de una forma
aproximada el tipo de fallo o ruptura que puede sufrir la unión durante su vida en uso, siempre y
cuando se someta previamente la probeta a un envejecimiento acelerado.
Los ensayos metalográficos destructivos tienen el fin de determinar:
 La composición de los materiales.
 Las propiedades mecánicas de los materiales.
 Los tipos de tratamientos mecánicos y térmicos realizados a los materiales.
 El comportamiento de los materiales en relación a los trabajos a realizar.
 Las fallas mecánicas.
 El desarrollo de nuevos materiales.

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CONCLUSIÓN
Como resultado de la investigación realizada, se pudieron adquirir conocimientos muy importantes
para la aplicación dentro de mi carrera de mantenimiento como vienen siendo los fundamentos
principales para el análisis metalográfico y saber cuál es el objetivo primordial que es determinar la
microestructura de los materiales mediante la utilización de microscopios, como pueden ser los
microscopios ópticos que se basan en la utilización de luz o fotones y también vienen siendo lo
más comunes y los microscopios electrónicos de barrido que se basan en el principio de la
microscopia óptica pero se sustituye el haz de luz por un haz de electrones y el microscopio
electrónico de transmisión funciona como los microscopios electrónicos de barrido pero la señal
que se utiliza para formar la imagen es la que proviene de los electrones transmitidos a través de
la muestra. Y también de cómo es la aplicación del análisis metalográfico dentro de la industria.
Estos se basan en ensayos metalográficos destructivos y no destructivos que se realizan para
detectar defectos superficiales y también otro método Consiste en someter a una probeta
normalizada a distintas pruebas como a esfuerzo, compresión, flexión, tensión.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.cyti.com.mx/analisis_metalografico.asp
http://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/12065/ANALISISACERO.pdf?sequence=1
https://jmcacer.webs.ull.es/CTMat/Practicas%20Laboratorio_archivos/metalografia.pdf
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http://www.javeriana.edu.co/Facultades/Ciencias/neurobioquimica/libros/celular/microelectrans.htm
http://www.icmm.csic.es/grupos/wp-content/uploads/2009/02/gago_cap19.pdf
http://blog.utp.edu.co/metalografia/