Práctica 10: Preparación de una muestra metalográfica

En ésta práctica vamos a preparar muestras metalográficas de acero y aleación de cobre.
Para la muestra de acero, cortamos un trozo d varilla no inferior a 15 mm.

Muestra cobre

Muestra acero

Para hacer las probetas, utilizamos resina líquida Implex, endurecedor y acelerante:

Para preparar 50 ml de resina, añadimos 2 gotas de acelerante y unas 40 gotas de endurecedor aunque en nuestro caso, como observaremos a continuación en el color de las probetas, añadimos más acelerante por error, lo cual le da un color más oscuro y minimiza el tiempo, pero por su elevado coste no debería ocurrir.
El montaje se realiza como vemos en la imagen:

Colocamos la muestra con la superficie a ensayar hacia abajo y añadimos por encima unos 10 ml de resina.

En cuanto la resina se haya endurecido, se extraen las probetas de los moldes.

El siguiente paso es el desbaste grueso mediante el cual, la muestra tiene que quedar sin restos de resina y completamente plana.

Al pasar de una lija a otra, giramos la probeta 90º para eliminar el rayado realizado con la lija anterior. Además, antes de pasar a otra etapa del esmerilado, la probeta se tiene que lavar y secar para así eliminar los restos de la lija anterior que podrían quedar en la muestra.

Proceso de desbaste, pulido y ataque:

1. Desbaste:

Papel SiC en el siguiente orden:

• P220 
• P220 
• P400 
• P800
• P1200

La velocidad es de 300 rpm, con agua como lubricante, durante 1 minuto.

2. Pulido:

• Pulido inicial

Se utiliza un paño suave. A las probetas se les añade una pequeña cantidad de suspensión de diamante y se procede al pulido a una velocidad de 150 rpm durante 3 minutos utilizando en este caso un lubricante especial.Se repite el proceso una vez más y finalmente, se procede de igual manera pero durante un tiempo de 2 minutos.

• Pulido final:

Cambiamos el paño (fieltro) y la duración que será de 30 segundos y utilizamos el mismo abrasivo y lubricante que en el caso anterior. 

Lijadora

Papel de lija

3. Ataque químico:

Para hacer visible la estructura del material, es necesario realizar el ataque químico que se realizará con:

• Nital 2% durante 60-180 s para el acero.
• Sulfato amónico para la aleación de cobre.

Después de todo el proceso, observamos las probetas:

En el microscopio observamos los distintos componentes de las aleaciones aunque como podemos ver en las fotos, el reactivo utilizado para la aleación de cobre no realiza ningún cambio probablemente la causa sea el tiempo.

Acero

Aleación de cobre

En el caso del cobre, el ataque no se realizó de la manera correcta por lo que en la imagen no se ven los distintos componentes que forman la aleación.
En el acero, se observan distintos componentes ya que el nital oscurece la perlita, quedando la ferrita de color blanco.
Aquí podemos ver los reactivos que se suelen utilizar para realizar el atauque químico a muestras metalográficas.

Práctica 11: Ensayos de dureza

Con los ensayos de dureza determinamos la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados o rayados por otros.
La dureza se determina con el durómetro.

Y los materiales sobre los que vamos a ensayar son:

• Acero para la dureza Brinell y Rockwell.
• Aleación de aluminio para la dureza Vickers.

Acero            Aleación de aluminio

En los tres ensayos que vamos a realizar, primero aplicamos una carga inicial de 10 Kgf y luego la sobrecarga indicada para cada material. La carga inicial se consigue haciendo girar 3 veces la aguja indicadora de la fuerza, hasta que la aguja pequeña, entre en el marco verde.

1. Dureza Rockwell:

Colocamos la probeta sobre el yunque, de forma no se deslices al aplicar la carga. A continuación  colocamos la bola 1/16 pulgadas y subimos la probeta hasta ponerla en contacto con la probeta.
Aplicamos la fuerza de 10 Kgf y después aplicamos la sobrecarga hasta 100 Kgf  progresivamente durante 11 minutos y leemos la dureza en la escala B (roja).

Escala de dureza Rockwell

Repetimos el ensayo 3 veces y los resultados son:

Expresamos los resultados:

2. Dureza Brinell

Para determinar la dureza Brinell, medimos la penetración que provoca un objeto sobre el material que vamos a ensayar.
Utilizamos una bola de 2,5 mm de diámetro y una sobrecarga de 187,5 kgf, después de la carga inicial de 10 kgf. Mediamos el diámetro de la huella que deja la bola y determinamos la dureza Brinell según:

Siendo D el diámetro de la bola y d el diámetro de la huella.

Huella de la bola de 2,5 mm

Observamos las huellas obtenidas con la lupa y determinamos su diámetro con ayuda de un programa, tomando como referencia papel milimetrado como veremos a continuación.

Los resultados obtenidos en los 3 ensayos son:

Expresamos los resultados:

El acero ensayado tiene una dureza Brinell de 177.8 hecha con bola de acero(Steel) de 2 mm y aplicando una fuerza de 187,5 kgf (1837,5 N) durante un tiempo de 11 segundos.

3. Dureza Vickers:

Para determinar la dureza Vickers, se utilizan penetradores con forma piramidal. Se realiza de la misma manera que el ensayo Brinell aunque se le aplica menos carga. Éste método se puede decir que es una mejora del método Brinell.

En este ensayo vamos a determinar la dureza de una superficie más fina y blanda. La muestra utilizada es una aleación de aluminio.

Hemos obtenido las siguientes huellas:

Calculamos la dureza según:

Obtenemos los siguientes resultados:

Expresión de resultados:

La chapa de aluminio ensayada tiene una dureza Vickers de 157.6, medida bajo una carga de 60 kgf (588N), durante un tiempo de 11 s.

Experimentos: Magnetismo y Electromagnetismo

1. Sustancias Diamagnéticas

El material que necesitamos para este ensayo es:

• Un imán potente;                                                                        
• Pajitas;
• Hilo;
• Plastilina;
• Sustancias diamagnéticas: uvas, pastillas ambientadoras...

El diamagnetismo se basa en la interacción entre el campo aplicado

y los electrones móviles del material.

Los materiales diamagnéticos se magnetizan débilmente en el sentido opuesto al del campo magnético aplicado por lo que aparece una fuerza de repulsión sobre el cuerpo respecto del campo aplicado como observaremos en el siguiente vídeo.

Las uvas son diamagéticas debido a que tiene un gran contenido de agua, sustancia diamagnética, y las pastillas ambientadoras son sustancias aromáticas que también se comportan como diamagnéticas.

En el víedo observamos cómo el imán repele a las uvas aunque no es lo suficientemente fuerte como para frenarlas.

2. Péndulo Caótico


Un péndulo es un sistema físico que puede oscilar bajo la acción gravitatoria u otra característica física, como la elasticidad, y que está compuesto por una masa suspendida de un punto o eje horizontal fijos mediante un hilo, una varilla u otro.
Para realizar el experimento, colocamos un imán en el centro de un tapón, en este caso, y lo tapamos con plastilina. Colgamos el imán mediante un hilo de un soporte (unimos el hilo al tapón con la plastilina).
Finalmente, colocamos unos imanes debajo del péndulo orientados con los mismos polos que el imán que colocamos dentro del tapón. De ésta manera, cuando dejemos oscilar el péndulo, al estar los imanes enfrentados al mismo polo, se repelen.

Líneas de fuerza de un imán

En la imagen de la izquierda, se observan las líneas de fuerza de un imán. Nosotros al colocar los imanes con enfrentados al mismo polo, éstas líneas van en la misma dirección con lo que los imanes se repelen ya que el campo magnético se anula e intenta recuperar su forma original.

Polos iguales (se repelen)

Polos distintos (se atraen)

En el siguiente experimento observaremos las líneas del campo magnético.



3. Cómo "ver" el campo magnético


Material:

• Estropajo 
• Papel
• Imanes
• Salero
• Tijeras

Procedemos de la siguiente manera:

1. Cortamos el estropajo en trozos muy pequeños.
2. Colocamos un papel sobre el iman.
3. Espolvoreamos los trozos de estropajo con ayuda del salero.

Con nuestro imán no conseguimos ver muy bien el campo magnético pero sí la potencia de los imanes. Además, para poder espolvorear mejor las limaduras, habría que cortarlas más fino, como observaremos en el último video.

En el siguiente vídeo vemos cómo se van formando las líneas del campo magnético: