Macro-meso-microestructura i conformació

Química # Sistema de detecció. Zinc. Coure. Extrusió. Enmotllament en metall. Magnesi

  • Enviado por: Ana Massagué
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 9 páginas
publicidad

[Author ID1: at Sat Mar 4 02:49:00 2000]

[Author ID1: at Sat Mar 4 02:49:00 2000][Author ID1: at Sat Mar 4 02:50:00 2000]

[Author ID1: at Sat Mar 4 02:49:00 2000]

INTRODUCCIÓ

En la pràctica realitzada el dia 16 de febrer del 2000 teníem com a objectiu principal conèixer la influència de les tècniques de conformació en la microestructura , en les propietats i, per tant, en les aplicacions dels diferents materials i aliatges.

En aquest cas l'estudi dels diferents materials va ser mitjançant la vía topogràfica , que té com a finalitat principal l'estudi de la morfología dels materials, concretament la superfície dels mateixos, i la tècnica utilitzada va ser la microscopía òptica .

La microscopía òptica ,desde el punt de vista del sistema de detecció, es caracteritza per tenir un poder de resolució aproximadament de 103 i pot treballar a uns augments de fins a 1500.

Recordem que el poder de resolució és la capacitat que té el microscòpi òptic de diferenciar el que sigui en funció de les seves propietats intrínseques: h=0.61·/

-= longitud d'ona de la llum a la que treballem.

-= factor numèric, ens interessa lo més gran possible.

-h= poder de resolució, ens interessa lo més petit possible.

Els augments totals en un microscòpic òptic es calculen de la següent forma:At=Aob·Aoc,

-At= auments totals.

-Aob= auments de l'objectiu.

-Aoc= auments de l'ocular.

Per treballar amb el microscòpic òptic hem de tenir sempre la precaució de començar la observació a pocs auments i anar-los incrementant a poc a poc, d'aquesta manera no correm el risc d'entrar dintre d'un límit de gra.

Hem parlat del sistema de detecció del microscòpi òptic, podríem parlar també del sistema objectiu,del sistema ocular, del sistema de condensadors, o també del sistema d'il.luminació però sería estrendre'ns massa en l'explicació i crec que lo realment important d'aquesta pràctica és el que veiem en cada una de les diferents provetes.

Les provetes han estat prèviament preparades per a al seva observació (tal i com vem fer nosaltres en la pràctica del dia anterior). Primer de tot s'han escollit les mostres a observar,s'han desvastat, s'han netejat amb aigua,s'han pulit amb una mola,s'han netejat amb alcohol i finalment s'ha realitzat l'atac químic per immersió per tal de posar de manifest tota la seva microestructura i poder-la observar al microscòpic.

Els metalls i aliatges amb els que treballarem son:Zinc, Coure, Llautó, Titani, Magnesi, metall Monel, acer inoxidable i metall dur.

Com que els materials s'utilitzen de formes definides és de vital importància conèixer i reconèixer les diferents tècniques de conformació i com afecten als diferents materials a estudiar.

Per tant, i per acabar, l'objectiu principal d'aquesta pràctica és identificar la morfología de les fases amb els diferents procediments de conformació que veurem.

Cada una de les provetes que descriuré van acompanyades d'un petit dibuix que intenta representar el que es veu a través del microscòpic, també hi podrem llegir el seu nº de registre per poder ampliar informació en els Handbooks , i una referència al seu diagrama de fases que no posaré però que tots ja tenim i coneixem. En alguns casos compararè dues provetes entre sí perque d'aquesta forma pot resultar molt més útil per diferenciar i conèixer les difirents conformacions i com afecten a la microestructura del o dels materials en questió.

%[Author ID1: at Sat Mar 4 02:54:00 2000 ]ZINC%X1:z335000

%X1A:z33510

%X1: Es tracta d'una estructura monofàsica ,tenim zinc pur moldejat en sorra , partim

de l'estat líquid fins a solidificar .

Veiem que existeixen grans columnars del tipus radial i al centre uns altres grans més petits i arrodonits.

La transferència tèrmica va desde dintre cap a fora.

El tamany de gra tant gran proporciona males propietats mecàniques, es a dir, aquest material no és tenaç.

El fet que veiem els grans radials i al centre uns altres grans més petits i arrodonits correspon a un problema de segregació degut al pas de líquid a sòlid (existeix diferent composició dintre d'un cristall i entre cristalls).

També veiem que hi ha macles tèrmiques, perque al refredarse existeixen tensions internes que les crean.

% X1A: Es tracta d'una estructura monofàsica igual que l'altre , però ara tenim zinc impur,la impuresa més important del zinc és el cadmi, en

aquest cas tenim 1% en Cd.La gran diferència entre aquestes

dos microestructures radica en que ara podem veure una

estructura dentrítica que abans no vèiem degut a que les

impureses catalitzen la nucleació i a partir d'elles nuclean, creixen i es forma el coring (coring: falta d'homogeneïtat química degut a les impureses).

Veiem que existeixen grans equiaxials amb dentrites al seu interior, hi ha menys grans columnars, perque els grans columnars al existir el coring ja no podem crèixer com abans.

Aquest material té molt poca utilitat, de totes formes, una de les seves aplicacions pot ser la de recobriment de les senyals de tràfic, aprofitant la seva resistència a la corrosió. A les senyals se'ls hi fa un bany de zinc i al oxidar-se es forma una capa d'òxid que protegeix la superfície del senyal o de qualsevol altre objecte.

%[Author ID1: at Sat Mar 4 02:55:00 2000 ]COURE:%C1:c11000

%C5:c11000

%S7:c82400

%B6:c25000

%B16:c25000

%C1:99,7% coure,(0,15 O2).Enmotllat en sorra.

Es tracta d'un acer hipoeutectoide on veiem que precipita la

ferrita  primaria i al arribar a la composicióde l'eutèctic veiem

aquesta composició en els límits de gra.

Veiem una mala distribució dels òxids, concretament de l'òxid

de coure 1,Cu2O.

El primer cristall que es forma és més pobre en O2 que el líquid inicial.

Seguim refredant i aleshores tenim Líquid+sòlid  , se'ns ha format un 2º cristall molt diferent al 1º, una mica per sobre del eutectoide tenim un líquid que conté un 0,39% d'O2 i un sòlid del 0,008% en O2. El líquid de 0,39% d'O2 passa instantàneament a +Cu2O .

Veiem les dentrites i entremig la composició típica de l'eutectoide, on la part clara correspòn a  i la part més fosca correspòn a Cu2O.

%C5:99,9% Cu. Extrusió.

En aquesta microestructura podem observar clarament uns grans equiaxials amb una tonalitat bastant homogènea. En aquest cas el nostre material ha patit una extrusió i com a conseqüència s'han trencat les dentrites .Podem confirmar que també ha patit una laminació en fred posterior a l'extrusió per tant veiem unes taques intermitents de Cu2O alineades, això és l'indici que ens ha portat a pensar en la laminació ademés que els grans han quedat allargats. També podem veure macles.

Comparant la microestructura de la proveta C1 enmotllada en sorra amb aquesta proveta que ha patit una extrusió i una laminació en fred, podem veure la diferència que hi ha entre elles.

%S7:97,9% Cu,1,8%Be,0,3%Co.Laminat en fred.

En aquesta proveta podem apreciar uns grans molt petits hexagonals amb zones tensionades al seu interior. Correspòn a un material més dur que l'acer, tot i pensar que el coure és molt tou, el beril.li és el principal responsable d'aquesta duresa tan inusual per un coure. Els grans son molt petits, la qual cosa contribueix a que sigui un material dur (quan els grans en un material son molt petits implica que el material en qüestió és dur i també fràgil).

S'ha fet un envelliment i es consegueix que hi hagi un 2% de beril.li aumentant la temperatura uns 900º C ( a aquesta temperatura el material admet un 3%de beril.li), i després refredem ràpidament per evitar que es formi la fase .

Si fem un tractament aumentant la temperatura uns 300C precipita la fase  anant cap a l'interior del gra,no en els límits de gra, aquesta particularitat també contribueix a la duresa del nostre material.

El cobalt facilita la precipitació del beril.li, però el beril.li és estremadament tòxic i per aquesta raó no és aplicable a la indústria, també resultaria inviable desde el punt de vista econòmic.

%B6:23%Zn,5%Al. Enmotllament en metall.

Correspòn a un llautó d'alta resistència ,els límits de gra son equiaxials i no massa grans. L'enmotllament en metall permet una evacuació del calor molt ràpida ,aquest és el motiu que fa que els grans no tinguin un tamany massa gran, ja que no tenen temps suficient per crèixer.

Podem veure que no existeix una uniformitat en el color, apreciem partícules del color gris-púrpura de fase rica en ferro, és una fase formada essencialment per ferro amb alumini, manganès i coure, que suministra al llautó una elevada resistència.

Fent referència a la microestructura veiem fase  amb petites cantitats de fase  precipitada en els límits de gra, aquests crèixen cap a l'interior dels grans, en una direcció determinada, en aquests precipitats se'ls anomena agulles de Windmantätten.

NOTA: El diagrama que nosaltres tenim correspòn al de Cu-Zn i en realitat el nostre aliatge també conté alumini , si tinguéssim un diagrama de la composició que estem estudiant aquest seria diferent i aleshores diríem que veiem fase  amb petites cantitats de fase  precipitada en els límits de gra.

Si substituïm l'alumini pel zinc hem de multiplicar el tant per cent l'alumini per 1,6 i sumar-lo a la composició se zinc aleshores el diagrama se'ns desplaça fins a tenir aproximadament en un 30% de zinc on ja entrem en una zona conflictiva.

%B16:23%Zn,5%Al. Enmotllament en sorra. Els grans son molt més grans degut a que l'enmotllament en sorra permet que l'evacuació de calor sigui molt més lenta i per tant els grans tenen temps sificient per crèixer. La microestructura son fase  amb precipitats de fase .

El fet que existeixin precipitats implica que el material és més dur que l'anterior,ja que les dislocacions es troben més impedides per bellugar-se lliurement.

NOTA: Passa el mateix que a la probeta B6.

%[Author ID1: at Sat Mar 4 02:55:00 2000 ]TITANI:%T2:R54146

%T2:2,5%Cu,0,03%Fe. Laminat en calent.

Es una microestructura molt homogènea que costa molt d'atacar. Els grans son equiaxials i costa una mica de veure'ls bé. Podem apreciar que els grans son petitons, això és degut a que la laminació en calent implica una recristal.lització, és precisament per aquest motiu que tampoc hi veiem coring,ni tensions internes.Com que els grans son petits serà una estructura força dura.

Hi ha un puntejat en una determinada direcció, això son precipitats que ens podem portar a dos conclusions: -Ha estat deformat en la direcció dels precipitats.

  • -La deformació ha estat en calent perque els grans son petits i arrodonits.

Es un material que s'utilitza molt en aeronàutica.

%[Author ID1: at Sat Mar 4 02:56:00 2000 ]MAGNESI:%A1:M11800

%A1:5,7%Al,1,1%Fe. Extrusió.

Podem apreciar la direcció de l'estrusió. El magnesi és hexagonal, per tant no té macles, les macles existeixen en els materials amb estructura cristal.lina FCC i HCP (degut al seu gran pla basal). Podem veure precipitats d'alumini, ferro...

Una de les aplicacions d'aquest material és en el camp de l'aeronàutica i l'automoció.

%[Author ID1: at Sat Mar 4 02:56:00 2000 ] [Author ID1: at Mon Mar 6 13:45:00 2000 ]P/M:%S31603

%16% Cr,10% Ni,2% Mo. 1250ºC, 2 hores.

Es una peça que ha estat sinteritzada, i aleshores al escalfar-la per difusió,desapareixen els límits de gra i ens queda tot d'una peça consistent, però existeixen poros.Aquests poros donen fragilitat al material, però a la vegada esdevé un material molt lleuger.

%[Author ID1: at Sat Mar 4 02:56:00 2000 ]NÍQUEL:%R2:N04400

%R2:67,5%Ni, 30,2%Cu, 1%Fe. Trefilat.

Correspòn a una estructura de metall Monel 400. Es veu una estructura amb uns límits de gra petits, hexagonals i amb zones tensionades al seu interior. Si ens hi fixem hi ha macles curvades com a conseqüència del trefilat, que és un tractament en fred, ( ja sabem que les macles son característiques de materials amb estructura cristal.lina FCC i HCP).

Els tractaments en fred proporcionen uns millors acabats a les peces que han estat conformades, generalment es comença en calent i se sol acabar en fred.

Es pot veure la direcció del trefilat perque els grans son una mica allargats.

Es una aleació tova per ser acuñada però difícil de deformar manualment.Molt resistent a la corrosió sota tensió,es pot aplicar en sistemes on existeixi H2O i/o H2O de mar.Una de les aplicacions més populars del metall Monel 400 és la fabricació de monedes.

%[Author ID1: at Sat Mar 4 02:56:00 2000 ]WOLFRAMI:%4T:S31603

%4T:76% WC,9%TiC,12%TaC,9%Co.

La matriu conté un 9% de cobalt ,que afavoreix la unió entre les demés fases.

Correspòn a un material tremendament dur, però a l'hora molt fràgil degut als carburs. El cobalt proporciona també tenacitat al sistema.

Bé ara ja he explicat les microestructures correspònents a aquesta pràctica. Només he posat el detall d'un diagrama de fases perque m'ha semblat que era el que podia induïr més a error, tots els demés diagrames els tenim tots nosaltres i els podem consultar en qualsevol moment.

Macro-meso-microestructura i conformació

7