Métodos de análisis metalúrgico
En la industria automotriz, las empresas se han enfrentado recientemente a una feroz competencia en el uso de materiales que reducen el peso al tiempo que mejoran la rigidez. Con la adopción de materiales de mayor rendimiento, aumenta la demanda de mayor precisión, facilidad de uso y velocidad para la observación y el análisis de las estructuras metálicas.
En esta sección se presentan información básica sobre el análisis metalúrgico y los problemas que se observan al utilizar microscopios convencionales. En esta sección se concluye con los últimos ejemplos de uso del Microscopio Digital 4K de KEYENCE para el análisis metalúrgico.
- La necesidad de la metalografía
- Estructuras metálicas y cambios debidos a la temperatura
- Uso de microscopios para el análisis metalúrgico
- Últimos ejemplos de análisis metalúrgico
- Análisis metalúrgico utilizando imágenes completamente enfocadas
- Imágenes nítidas HDR con resolución 4K
- Imágenes de área grande capturadas a través de la unión de imágenes a alta velocidad
- Medición de estructuras metálicas con un solo clic
- Observación de la esferoidización del grafito y medición de la relación de área
- Análisis metalúrgico requerido por los líderes de la industria
La necesidad de la metalografía
Los materiales metálicos se utilizan en una amplia gama de campos, desde la automoción y la aviación hasta las infraestructuras, los aparatos eléctricos y los dispositivos electrónicos. Se seleccionan y utilizan diferentes metales y aleaciones en función de cada aplicación. Sin embargo, incluso con exactamente los mismos componentes metálicos y de aleación, las propiedades mecánicas difieren según las estructuras metálicas. El análisis permite evaluar y juzgar las propiedades de los materiales y sus cambios debidos al procesamiento y al tratamiento térmico, lo que permite una mejor selección de los materiales adecuados.
En las industrias automotriz y aeroespacial, las fallas de los componentes pueden costar vidas humanas, por lo que la evaluación de las propiedades mecánicas es fundamental.
Propiedades mecánicas de los materiales metálicos
Las propiedades mecánicas, como la resistencia, la rigidez, la tenacidad, las características de fatiga y la resistencia al desgaste cambian debido al tratamiento térmico y al procesamiento, incluso si se utilizan los mismos materiales y contienen las mismas proporciones.
Estructuras metálicas y cambios debidos a la temperatura
En general, las estructuras metálicas consisten en estructuras cristalinas en las que los átomos están dispuestos de forma regular, pero no todos los átomos están siempre alineados de forma regular. Las estructuras cristalinas en las que muchos granos están dispuestos de forma regular se denominan estructuras policristalinas, y los límites entre los granos en un área en la que los átomos están alineados de forma irregular se denominan límites de grano.
- Izquierda: Metal policristalino compuesto por muchos granos
- Derecha: Límite de grano entre granos
En las estructuras cristalinas, los límites de los granos cambian sus patrones debido al tratamiento térmico. Las propiedades mecánicas se pueden comprender analizando el cambio de forma, tamaño y distribución de los granos después del tratamiento térmico.
A continuación, se describen, a modo de ejemplo, los cambios de estructura en el acero inoxidable (material SS) debidos al tratamiento térmico.
- Austenita (SS304)
- Aunque esta estructura no existe a temperatura ambiente, la estructura de las aleaciones de Fe y C se hace estable a una temperatura de 723°C (1333.4°F) o superior. La inclusión de elementos de aleación (Ni y Mn) que mejoran la templabilidad da como resultado una estructura estable. La estructura de austenita que permanece inalterada en el acero tras el enfriamiento se denomina austenita residual.
- Martensita (SS410)
- Una estructura dura pero quebradiza que se forma al enfriar rápidamente la estructura de austenita. Al recocer la martensita entre 100 y 200°C (212 y 392°F), se deposita Fe3C, lo que hace que esta estructura sea ligeramente más dura, pero más fácil de corroer. La martensita en este estado se denomina martensita recocida, para distinguirla de la templada.
- Ferrita (SS430)
- Una estructura que es similar al hierro puro y contiene hasta 0.02% de C en Fe. Es un ferromagneto desde la temperatura ambiente hasta los 780°C (1436°F), y es dúctil y la más blanda de las estructuras de hierro y acero.
La estructura obtenida por el enfriamiento lento del acero en estado austenítico se denomina perlita. El intervalo entre capas difiere en función de la velocidad de enfriamiento. Se llama perlita porque las capas alternas extremadamente finas de ferrita y Fe3C proporcionan un color parecido al de una concha de perla.
Uso de microscopios para el análisis metalúrgico
El proceso para crear una muestra y analizarla utilizando un microscopio se describe a continuación.
1. Incrustación
La muestra de metal se coloca en un recipiente cilíndrico y se vierte lentamente la resina sobre ella para que se endurezca. En este paso, es necesario prestar mucha atención para evitar que se formen burbujas.
2. Pulido
La muestra se pule utilizando papel abrasivo resistente al agua y una máquina pulidora de superficies. Normalmente, para el pulido en húmedo se utilizan papeles SiC de 80 a 2400. En el pulido de precisión, se utiliza seda sintética rociada con granos de diamante y lubricante para pulir la muestra hasta conseguir un acabado de espejo.
3. Grabado (corrosión)
La superficie pulida se sumerge en una solución de grabado, luego se lava, se sumerge en alcohol y se seca.
4. Observación de la estructura con un microscopio
La superficie pulida se observa con un microscopio para ver los cambios en la estructura. Es necesario calcular las mediciones avanzadas, como las inclusiones no metálicas, la esferoidización y las proporciones de ferrita/perlita.
Últimos ejemplos de análisis metalúrgico
El Microscopio Digital 4K Serie VHX de KEYENCE mejora drásticamente la eficiencia de la observación y el análisis de muestras metálicas, y permite realizar todas las mediciones con un solo dispositivo.
Análisis metalúrgico utilizando imágenes completamente enfocadas
Las superficies pulidas normalmente no son perfectamente planas, por lo que es necesario reposicionar la muestra y ajustar continuamente el enfoque del microscopio.
La Serie VHX incorpora una función de composición de profundidad, lo que permite enfocar y observar toda la muestra, incluso si la superficie no es plana.
Imágenes nítidas HDR con resolución 4K
Los microscopios convencionales suelen carecer de la resolución necesaria para observar pequeñas microestructuras o estructuras de colores tenues.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX está equipado con una función HDR (alto rango dinámico) que captura múltiples imágenes con alta gradación de color a diferentes velocidades de obturación. Esto hace posible observar estructuras detalladas con imágenes que presentan mayores niveles de detalle y contraste, que convencionalmente no podían observarse debido a las limitaciones de resolución y contraste.
Imágenes de área grande capturadas a través de la unión de imágenes a alta velocidad
Los microscopios convencionales pueden capturar imágenes de gran aumento, pero están limitados a un pequeño campo de visión. Esto hace que sea difícil entender de qué parte de la muestra proviene la imagen.
La Serie VHX es capaz de unir rápidamente varias imágenes (de hasta 50000 x 50000 píxeles) sin desajustes. Esta imagen se puede utilizar para navegar por la muestra y ampliarla para capturar imágenes de gran aumento para su posterior análisis.
Medición de estructuras metálicas con un solo clic
Con un microscopio convencional, no se puede evaluar cuantitativamente la calidad de la ferrita o la perlita tratadas térmicamente según su relación de área.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX está equipado con una función de medición automática del área. Con sólo unos pocos clics, la Serie VHX captura una imagen con aumento, cuantifica automáticamente las proporciones de área y los tamaños de grano de las estructuras metálicas, y emite un informe.
Observación de la esferoidización del grafito y medición de la relación de área
Convencionalmente, las mediciones avanzadas, como las inclusiones no metálicas, las tasas de esferoidización del grafito y la relación de área de la ferrita/perlita, han requerido el uso de piezas separadas de software dedicado.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX está equipado con una función de medición de área/conteo automáticos. Con una operación sencilla, esta función puede medir y contar una relación de área dentro de un rango especificado. Los objetos que no son necesarios se pueden excluir y los objetos superpuestos se pueden separar. Esto permite ver los valores medidos avanzados en una tabla o un gráfico al mismo tiempo que se realizan observaciones con el microscopio.
Análisis metalúrgico requerido por los líderes de la industria
Todas las empresas se esfuerzan por convertirse en líderes de la industria en las áreas de nuevos materiales y tecnologías de procesamiento.
Al utilizar la Serie VHX para el análisis metalúrgico, cualquier operador puede realizar observaciones y mediciones de alta precisión en una fracción del tiempo requerido por los microscopios convencionales.
Equipada con muchas otras funciones avanzadas, la Serie VHX puede ser una poderosa herramienta para las industrias que requieren tanto velocidad como precisión en la selección de materiales.
Para obtener más información sobre los productos o realizar consultas, haga clic en los siguientes botones.
