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Fundamentos de la Metalografia y Materialografia Un material metálico examinado al nivel de Microscopía óptica o electrónica, menor de 5000 aumentos, no es un medio continuo sino un ensamblado de compuestos químicos, de tipo iónico, y fases, soluciones sólidas metálicas, que se asemea a un empedrado r!stico de sillería" #uede definirse la Metalografía como la t$cnica que revela la organi%ación espacial de fases y compuestos que conforman un material metálico" &gualmente, puede definirse la Materialografía cuando se aplica a cualquier material" ' partir de su propia definición, la Metalografía puede resolver( a) *os diversos compuestos y fases" b) *as diferentes formas y tama+os que adoptan en la estructura" c) *as diversas configuraciones entre las fases y compuestos" l campo de aplicación de la Metalografía y materialografía es amplísimo" -o sólo es .erramienta básica requerida para la caracteri%ación de los metales y aleaciones sino tambi$n lo es para materiales compuestos de matri% metálica o de fibras metálicas/ así como en los materiales cerámicos, compuestos o no" n el capítulo de resumen ampliaremos las posibles aplicaciones de la metalografía, una ve% conocidos los principios de la misma"

"1 '-2*&3&3 4 *' 67-&7' M'*89:2F&7' M'*89:2F&7' *os ensayos metalográficos requieren la eecución de las etapas siguientes( a) 3elección de la muestra" b) #reparación de las probetas" c) 8bservación de las probetas" d) ratamiento de la información" *a 3*77&8- 4 *' MU3:' re!ne tanto su dimensionamiento como la ubicación de las probetas y es función del obetivo de la investigación o control c ontrol de calidad" *a muestra escogida debe satisfacer las condiciones de amplitud y representatividad estadística, más cuando la dimensión de la probeta unitaria se reduce a unos pocos milímetros" 3i corresponde a un control rutinario, la selección es por m$todos aleatorios" 3i, por el contrario, se investiga la causa de un fallo, la probeta debe ser tan próxima como se pueda a su .ipot$tico origen" Figura ;"1"ron%adora para corte de muestras"

*a probeta puede tener cualquier forma y dimensiones equivalentes a un paralelepídedo de 5 a 15 mm de

lado" *a '7&8- M&7:8378#&7' corresponde al análisis

Figura ;";" a) quipo de desbaste con disco abrasivo, b) quipo de pulido semiautomático con abrasivos

propiamente dic.o de la imagen resuelta bien en el microscopio óptico metal!rgico o bien en el electrónico de barrido" n los cursos de metalografía y microscopía puede profundi%arse en estos instrumentos" -o obstante reproduciremos los conceptos básicos más importantes"

" * M&7:8378#&8 ?#&78 M'*@:9&78 n comparación con uno de tipo biológico, el microscopio empleado

.abitualmente para materiales difiere en la manera en que la muestra es iluminaA da" 7omo una muestra metalográfica es opaca a la lu%, la misma debe ser iluminada por lu% refleada" 7omo se observa en la figura ;"B, un .a% de lu% .ori%ontal, de alguna fuente de lu%, es refleado por medio de un reflector de vidrio plano, .acia abao a trav$s del obetivo del microscopio sobre la superficie de la muestra" Un poco de esta lu% incidente refleada desde la superficie de la muestra se amplificará al pasar a trav$s del sistema inferior de lentes, el obetivo, y continuará .acia arriba a trav$s del reflector de vidrio plano/ luego, una ve% más lo amplificará el sistema superior de lentes, el ocular" a) 'UM-83" 3e denomina aumento del microscopio C'm) a la relación sobre el tama+o de la imagen y el del obetivo" 41 D distancia entre el ocular y la pantalla de protección, 4 D distancia entre el ocular y obetivo, M1 D aumento propio del ocular, M D aumento propio del obetivo, *a amplificación total es función del producto de los aumentos del ocular y del obetivo" 'm D C41E4) M1 M

C;"1)

Figura ;"B Microscopio metal!rgico con el tra%ado del .a% luminoso a trav$s del sistema óptico"

b) #84: 4 :38*U7&8-" 3e define como la capacidad de un obetivo para producir imágenes separadas y distintas de dos detalles del obeto muy próximos" s función directa de la longitud de onda, de la lu% incidente e inversa del índice de refracción del medio, n, y del ángulo de semiabertura de la lente obetivo, u" l poder de resolución queda cuantificado por medio de la distancia mínima, d, entre dos detalles que son observados o resueltos por el microscopio" #ara el caso de .a% incidente anc.o paralelo en el obeto, se cumple

la expresión( d D E n u

C;")

en donde las unidades de d son las mismas que las de " 3e deduce que podemos ganar en resolución, sólo por la inmersión de la muestra en líquidos de mayor índice de refracción, n, que el aire, pues no nos es posible iluminar con mayores que además sean perceptibles por el oo .umano" -o obstante, en la microscopía óptica suele emplearse distintos tipos de iluminación que la lu% blanca, pues si bien no aportan mayor resolución si permiten facilitar la separación de los incidentes observables" 7itamos entre ellos( a) 7ampo oscuro" b) *u% polari%ada" c) $cnica de -omarsy" las que se desarrollarán en las experiencias con mayor profusión" #or !ltimo, el poder de resolución del microscopio puede quedar limitado por el propio poder de resolución del oo del observador, d0, que podemos fiar como media de 0"15 mm" n efecto, el poder de resolución del oo, d 0, y la máxima amplificación, 'm, del microscopio limita el poder de resolución, d, .asta el valor definido por la expresión( d Cmm) D 0"15 Cmm)E'm

C;";)

c) #:8FU-4&4'4 4 7'M#8, e, tambi$n denominada penetración o resolución vertical del obetivo, es la capacidad de dar imágenes nítidamente enfocadas, cuando la superficie del obeto no es completamente plana" *a profundidad de campo es inversamente proporcional a los aumentos propios del obetivo, M, al índice de refracción, n, del medio y al ángulo de semiabertura del obetivo, u, es decir( e D fC1EM n u)

C;"B)

"; M&7:8378#&8 *7:?-&78 4 ='::&48 CM=) Gemos visto en el microscopio óptico las variables del poder de resolución" #ara casos extremos del campo usual, n D 1"H, D B000 I y u D JK, llegamos a un poder de resolución máximo del orden de 0"15 micras" 7on el microscopio electrónico se puede aumentar el poder de resolución utili%ando la onda asociada al .a% corpuscular .omocin$tico producido por los electrones acelerados en un campo el$ctrico" *a longitud de onda es( .Em v siendo(

. D la constante de #lanc"

C;"5)

m D *a masa del electrón" v D su velocidad" l valor de varía con la tensión de aceleración electrónica aplicada" #ara una tensión de 50 L>, este valor es de 0"055 I/ para una tensión de 100 L> es de 0"0;J I, y cuando la tensión es de 10N voltios, caso excepcional, D 0"01; I" l poder de resolución viene limitado, sin embargo, por el peque+o valor de la abertura del microscopio, impuesto por las aberraciones de las lentes electrónicas" #uede alcan%ar actualmente 5 e incluso ; I" sta d$bil abertura proporciona al microscopio electrónico una gran profundidad de campo, que es otra de sus ventaas frente al óptico" xisten diferentes tipos de microscopios electrónicos, entre los que destacamos el de transmisión, M, y el de barrido o scanning, M=, 3M"

Figura ;"5" squema del microscopio electrónico y óptico"

n el microscopio de transmisión, el .a% electrónico debe atravesar la probeta a examen, lo que no es posible en las probetas metálicas normales" #or contra, en el microscopio de barrido, usado en metalografía, la imagen es reconstruida, punto por punto, sobre la pantalla de un oscilógrafo catódico, mientras el obeto es barrido sincrónicamente por una sonda electrónica fina, con un diámetro entre los 1000 y 100 I" l brillo de la imagen del oscilógrafo viene graduado por una se+al constituida generalmente por electrones secundarios y retrodispersados" n la figura ;"5 se observa la similitud funcional entre los microscopios óptico y electrónico"