Explicación de metalografía, materialografía y análisis metalúrgico
¿Qué es la metalografía y por qué es importante?
En este artículo, respondemos a sus preguntas clave sobre este fascinante campo. Descubrirá las diferencias entre la metalografía, la materialografía y el análisis metalúrgico, y por qué esas diferencias son importantes a la hora de elegir los métodos de preparación adecuados.
Exploramos la historia, las aplicaciones y las técnicas analíticas utilizadas en las tres disciplinas, ofreciéndole una comprensión más clara de cómo cada enfoque respalda una evaluación precisa y fiable de los materiales. Lea el artículo completo para obtener más información sobre cómo la metalografía, la materialografía y el análisis metalúrgico contribuyen a todo, desde el control de calidad hasta la investigación y la innovación.
¿Qué es la metalografía?
En resumen, la metalografía se puede definir como la ciencia y el arte de estudiar la microestructura de diferentes metales y aleaciones metálicas. En la metalografía, la superficie de una muestra de metal se prepara mediante varios métodos, incluidos el corte, la embutición, el pulido y el ataque químico, para revelar la microestructura del metal. A continuación, se analiza esta microestructura, a menudo mediante microscopía óptica o electrónica, para identificar las propiedades microscópicas del metal. Esto permite al metalógrafo sacar conclusiones sobre las propiedades macroscópicas del material.
¿La materialografía es diferente de la metalografía? Las técnicas utilizadas en la metalografía se pueden aplicar a una amplia gama de materiales, incluidas la cerámica y los materiales poliméricos, de ahí los términos ceramografía y plastografía. En conjunto, la metalografía, la ceramografía y la plastografía se conocen como materialografía. Aunque la materialografía es el término general, el término metalografía se utiliza más ampliamente.
Las técnicas metalográficas se aplican más comúnmente a:
- Metales y aleaciones metálicas, incluidos titanio, acero inoxidable, hierro, latón y otros tipos de metal
- Cerámica, incluidos los recubrimientos cerámicos
- Polímeros, incluidos polímeros naturales y sintéticos
- Recubrimientos, incluidos recubrimientos de pulverización térmica, recubrimientos nitrurados y recubrimientos de zinc galvanizado
- Metalurgia en polvos
- Microelectrónica
- Fijaciones, incluidos tornillos, pernos y pasadores
- Fabricación aditiva o impresión 3D
¿Cuáles son las principales aplicaciones de la metalografía?
En un metal u otro material, la microestructura determina muchas propiedades macroscópicas importantes, incluida la resistencia a la tracción, la ductilidad, la conducción térmica y la resistencia a la corrosión. Por lo tanto, comprender la microestructura del material permite al metalógrafo determinar mejor cómo funcionará en diferentes situaciones. Como resultado, la metalografía se utiliza comúnmente en una variedad de segmentos industriales, incluidas las industrias automotriz, aeroespacial, electrónica, de fabricación y procesamiento de metales, así como en situaciones académicas.
Entre las aplicaciones clave de la metalografía se incluyen:
- Desarrollo, análisis y pruebas de nuevas aleaciones, materiales y productos
- Desarrollo de nuevas técnicas de fabricación
- Aseguramiento de la calidad de los componentes y análisis de fallos de los componentes fabricados
¿Cuándo se inventó la metalografía?
La primera metalurgia se remonta a alrededor del año 7000 a. C., cuando los seres humanos descubrieron por primera vez que el fuego podía ayudar a dar forma al metal. Los primeros metalúrgicos sabían de siete metales: Podían encontrar oro, cobre y plata en el suelo y crearon plomo, hierro, estaño y mercurio mediante la fundición. A pesar de ello, la metalografía no se desarrolló como área de estudio hasta la década de 1800, cuando el científico británico Henry Clifton Sorby comenzó a explorar el hierro y el acero fabricados. Su trabajo demostró la conexión entre la microestructura de un metal y sus propiedades macroscópicas.
Esto puede parecer obvio ahora, pero en su momento fue una idea revolucionaria. Como dijo Henry Clifton Sorby al final de su vida: "En esos primeros días, si se hubiera producido un accidente ferroviario y yo hubiera sugerido que la empresa retirara un riel y lo examinara con un microscopio, me habrían considerado un hombre apto para enviar a un manicomio."
Pero eso es lo que se está haciendo ahora...» Desde entonces, la metalografía se ha desarrollado rápidamente. La metalografía moderna debe mucho a empresas como DISA y Struers, que introdujeron los primeros equipos mecánicos para la metalografía, incluida la DISA Electropol y la máquina de esmerilado Knuth-Rotor. Hoy en día, existen máquinas materialográficas completamente automatizadas, como Xmatic, la primera solución de esmerilado y pulido totalmente automatizada del mundo.
¿Cómo se realiza la preparación metalográfica de muestras?
En la metalografía, se prepara una muestra de material para hacer visible su microestructura. Dado que el objetivo de los procesos metalográficos es revelar la verdadera microestructura del material, es esencial que el proceso en sí no dañe ni cambie la microestructura de ninguna manera. El proceso metalográfico específico varía en función del material. El proceso requerido en un componente de automóvil de acero inoxidable, por ejemplo, será necesariamente diferente del proceso requerido para un perno de titanio, alambre de cobre, soldadura de hierro o microchip. Sin embargo, la mayoría de los procesos metalográficos siguen los mismos pasos generales.
"Corte metalográfico Normalmente, el proceso metalográfico comienza con el corte metalográfico. El componente se secciona utilizando una máquina de corte metalográfico y un disco de corte especialmente diseñados para revelar una sección transversal del material. En componentes grandes, como ejes de accionamiento de acero, el corte metalográfico también se utiliza para crear muestras pequeñas del material que son más fáciles de manejar.
El disco de corte se selecciona para el material: los hierros fundidos blancos aleados, por ejemplo, suelen requerir un disco de corte de nitruro de boro cúbico; mientras que los cobres suelen cortarse utilizando carburo de silicio duro.
Embutición metalográfica
Una vez cortadas, la mayoría de las muestras metalográficas se embuten en resina caliente o fría utilizando una prensa de embutición. La embutición metalográfica ayuda a preservar las capas del material y protege las muestras frágiles o recubiertas durante la preparación. También permite una manipulación más segura y cómoda de objetos pequeños, afilados o de forma irregular.
Hay dos técnicas de embutición metalográfica: embutición por compresión en caliente (también llamada embutición en caliente) y embutición en frío. Ambas técnicas de embutición ofrecen ciertas ventajas y el metalógrafo decidirá cuál utilizar en función de las propiedades de la muestra, el número de muestras y la calidad requerida.
Esmerilado y pulido metalográficos (preparación mecánica)
Lo más común es que la superficie de la muestra metalográfica embutida se prepare para el examen microscópico mediante esmerilado y pulido. Estos dos pasos metalográficos se conocen colectivamente como preparación mecánica.
El esmerilado y pulido metalográficos se suelen realizar en máquinas de esmerilado y pulido especialmente diseñadas, ya sea de forma manual o automática. En estas máquinas, la muestra se coloca contra una rueda que gira rápidamente, la cual esmerila o pule la superficie para revelar la microestructura que se encuentra debajo. La superficie de la rueda se modifica para adaptarse al material específico. Los materiales blandos y dúctiles, como el aluminio y las aleaciones de aluminio, por ejemplo, requerirán una superficie de esmerilado o pulido muy diferente a la del hierro fundido.
Grabado metalográfico
Muchos procesos de preparación metalográfica pueden detenerse después del esmerilado y el pulido. Sin embargo, algunos materiales y aplicaciones requieren un paso adicional del proceso metalográfico: el ataque químico. El grabado metalográfico es un proceso químico en el que se trata la superficie de la muestra con una mezcla química de ataque para revelar o mejorar las propiedades ópticas de los límites de grano, las fases o las superficies del material. El objetivo es hacer que estas propiedades sean más visibles durante la inspección microscópica.
Además del grabado metalográfico, se pueden utilizar filtros ópticos especiales en el microscopio para resaltar aún más el contraste entre las diferentes propiedades microestructurales del material.
Preparación electrolítica
El esmerilado y pulido mecánicos pueden deformar la superficie del material. Por lo tanto, los metalógrafos pueden preferir utilizar la preparación electrolítica. Sin embargo, esto solo es posible en determinados materiales y en determinadas aplicaciones. En la preparación electrolítica, la muestra se configura como el ánodo en un electrolito adecuado. La superficie del material se elimina mediante disolución controlada, revelando la microestructura que hay debajo. A continuación, se puede llevar a cabo un grabado electrolítico para resaltar los contrastes en la microestructura bajo el microscopio.
¿Cómo se analiza una muestra después de la preparación metalográfica?
Tras la preparación metalúrgica, se inspecciona y analiza cuidadosamente la microestructura del material de muestra. La información obtenida tras este análisis permite al metalógrafo sacar conclusiones sobre las propiedades del material, tales como su resistencia, ductilidad y conductividad.
Inspección metalográfica: Dependiendo de la aplicación y del material, puede ser suficiente con inspeccionar la muestra a simple vista (macroscopio). Sin embargo, en la mayoría de las situaciones, los metalógrafos utilizan la microscopía (ampliación óptica o digital) para mejorar la apariencia de la microestructura.
- El uso de un microscopio óptico permite ampliar la microestructura hasta 1.000 veces.
- La microscopía electrónica puede aumentar hasta 500.000 veces y se utiliza principalmente para el análisis de fallos metalúrgicos y con fines educativos.
¿Qué son los ensayos de dureza metalográfica? Los ensayos de dureza son un componente clave en muchos laboratorios metalúrgicos y metalográficos. Ayuda a determinar la dureza precisa de un material, lo que proporciona información crítica sobre su resistencia, resistencia al desgaste y ductilidad.
La prueba implica presionar un penetrador con una forma específica en la superficie del material y medir el tamaño o la profundidad de la impresión resultante.
Existen varios estándares de ensayos de dureza metalográficos, incluidos Vickers, Knoop y Brinell. Todos requieren máquinas de ensayo de dureza especializadas y calibradas para garantizar resultados precisos y repetibles.