Metalografia eta Korrosioaren Babesa: Materialen Analisi Sakona

Metalografia eta Korrosioaren Babesa ezinbestekoak dira materialen zientzian eta ingeniaritzan. Artikulu honetan, metalografiaren oinarriak eta, batez ere, azterketa metalografiko mikroskopikoaren urratsak eta garrantzia aztertuko ditugu. Metalek nola funtzionatzen duten ulertzeko eta haien portaera hobetzeko funtsezkoak diren prozedurak dira.

Zer da Metalografia? Materialen Egitura Ulertzeko Giltza

Metalografia teknika bat da, non metalen eta horien aleazioen egitura eta konposizioa aztertzen den, haien propietate fisiko eta mekanikoekin erlazionatzeko. Praktika honen bidez, alearen tamaina, materialak duen fase-banaketa, inklusioak, segregazioen presentzia eta tratamendu termikoak zehaztu ahal izango ditugu. Gainera, materialak jasan dituen eragiketa mekanikoak ere jakin ahal izango ditugu, hala nola galdaketa, forjaketa eta ijezketa. Informazio honekin guztiarekin, aztergai dugun elementuak izango duen portaera aurreikusiko dugu.

Analisi Metalografiko Motak: Makroskopikotik Mikroskopikora

Analisi metalografikoa bi modu desberdinetan egin daiteke:

Analisi Makroskopikoa: Begi hutsez edo lupa edo mikroskopio txiki batekin (10X) egina. Egiturazko xehetasunak aztertzeko aukera ematen du, hala nola egituraren uniformetasuna, inklusioen banaketa eta fabrikazio-akatsak (pitzadurak, aldaratzeak). Emaitzak mugatuak dira, baina batzuetan oso datu garrantzitsuak ematen ditu.
Analisi Mikroskopikoa: 75-2500X igoerako mikroskopioarekin egiten da, eta materialen osaera aztertzeko egokiena da. Azterlan honek informazio ugari ematen digu, alearen tamaina, aleazioa osatzen duten faseen tamaina, forma eta banaketa, metalezkoak ez diren inklusioak, segregazioen eta beste heterogeneotasun batzuen presentzia, eta karburoen banaketa definituz. Horrela, metalaren portaera aurreikus dezakegu eta materialak igaro dituen tratamendu mekanikoak eta termikoak ezagutu.

Alearen Tamainaren Garrantzia Metalografia Mikroskopikoan

Saiakuntza mikroskopikoak, batez ere, aleen tamaina zehaztera bideratuta daude, tamainak eragin handia duelako metalen eta aleazioen propietate mekanikoetan. Alearen tamaina laginean dagoen ale kopuruarekiko alderantziz proportzionala da. Ale handiegiak huts egiteko joera handia du gehiegizko esfortzu batengatik, eta hauskorragoa da. Ale finak, berriz, propietate mekaniko onak eta zailtasun (tenacidad) onak ditu. Alearen tamaina alearen mugak zehazten du.

Ale-Mugen Ezaugarriak eta Inpaktua Materialetan

Ale-mugak aurpegien arteko akatsak dira material polikristalinoetan; aleak edo kristalak orientazio desberdinetatik bereizten dituzten mugak dira. Metaletan, ale-mugak solidotzean sortzen dira, kristalak nukleo desberdinetatik sortzen direnean, eta nukleo horiek aldi berean hazten dira, bata bestearekin elkartuz. Ale-muga bi aleen arteko eremu estu bat da, bi eta bost diametro atomiko artekoa, non atomoak nolabaiteko deslerrokadura duten. Alearen mugetan paketatze atomikoa aleen barruan baino txikiagoa da, deslerrokadura horren ondorioz.

Ale-mugen energia handiagoak eta haien egitura irekiagoak prezipitatuen nukleazio eta hazkuntzarako eremu mesedegarriago bihurtzen dituzte. Tenperatura arruntetan, ale-mugek fluxu plastikoa mugatu dezakete, zailtasunak izaten baitituzte ale-mugaren eremuan dislokazioak mugitzeko. Mikroskopio optiko batekin aztertzen direnean, lerro ilun gisa agertzen dira, argi intzidentea ez baita hain biziki islatzen.

Analisi Mikroskopikoaren Etapak: Probeta Metalografikoa Prestatzen

Analisi mikroskopiko batean lortutako emaitzak, funtsean, laginaren prestaketako zehaztasunaren araberakoak dira. Horregatik, saiakuntza horiek egiteko, gainazal lauak eta markarik edo marrarik gabeak lortu behar dira, ispilu baten antzekoak. Sekuentia hau honako fase hauetan laburbiltzen da:

Laginak ateratzea
Laginak muntatzea (Enbutizioa)
Arbastua (Desbastea)
Leuntzea
Erasoa
Behaketa

Laginak Ateratzea: Kalitatezko Metalografiaren Lehen Urratsa

Laginketa-lekua oso garrantzitsua da, hautaketa horren araberakoak izango baitira lortutako emaitzak. Ahalik eta adierazgarriena izan behar du. Adibidez, material forjatuetan ez da gauza bera zuntzekin lerrokatutako lagina ateratzea eta haiekiko modu perpendikularrean ateratzea. Galdaketetan, lagina piezaren ertzetik edo barrutik hartu bada, emaitzak desberdinak izango dira hozte-abiaduragatik. Oro har, aztertu beharreko materialaren lagin txiki batzuk hartu ohi dira, bi atal edo gehiago ebaluatzea komeni delarik.

Lagina moztea ebaketa bidez egiten da. Zerra bat erabili daiteke, baina disko urratzailearen sistema (ebakitzaile metalografikoa) da metodorik erabiliena, azkartasuna eta sortzen dituen gainazalen kalitate ona direla eta. Disko horiek aluminio oxidozkoak edo silizio karburozkoak izaten dira, gomazko edo erretxinazko aglomeratzaile baten bidez lotuak. Eragiketa horretan, materialaren transformazioak eragin ditzaketen tenperatura-aldaketak eragozten dituen hozgarria erabiltzen da (ura + korrosioaren aurkako gehigarriak).

Laginak Muntatzea (Enbutizioa): Probetak Maneiatzeko Erraztasuna

Ikuskatu beharreko elementua txikia denean egiten da, hala nola xafla bat edo hagaxka bat. Kasu horietan, lagina kapsulatu egiten da, eta "pilula" batzuk sortzen dira, errazago maneiatzeko. Eragiketa hori egiteko, erretxinak erabiltzen dira (polimero termoegonkorrak):

Polimerizatzeko beroa eta presioa behar dutenak: Adibidez, bakelita-hautsa (fenol formaldehidozko polimeroa) edo metilo-metakrilatozko konposatuak (lucite), gardentasunagatik. Prentsa metalografikoa behar dute.
Hotzean polimerizatzen dutenak: Gogortze-denbora handiagoa izaten dute eta katalizatzailea behar izaten dute. Erretxinez gain, ainguratze-sistema mekaniko bat ere erabil daiteke, metalezko tutuak eta xaflak erabiliz.

Laginaren Gainazala Prestatzea: Arbastua eta Leuntzea

Probetaren gainazaleko prestaketa hiru fasetan banatzen da, garbitasunez lan eginez, prestaketa akastunak akatsak sortu ditzakeelako:

Arbastatze zakarra: Helburua azalera lautzea da. Lima edo esmeril-harri bat erabil daiteke, probetaren azalera berotu gabe. Presioa ez aplikatu, marra sakonik ez sortzeko. Ondoren, probeta garbitu eta lehen esmeril-paperarekin tratatzen da. Mugimenduaren norabidea konstante mantentzen da, marrak paraleloak izan daitezen, eta paperaren gaineko eragiketaren amaiera aurreko marrak desagertzeak zehazten du. Marra berriak aurrekoekiko perpendikularrak izaten dira.
Arbastatze fina: Lehen paperarekin bezala egiten da, baina zenbakiekin markatutako esmeril-paper finagoetatik pasatuz (adibidez, 2/0tik 6/0ra). Gaur egun, disko birakariak erabiltzen dira, lixa-paperak itsats daitezkeenak eta lagina hozteko ur-hargune batera konektatuta daudenak. Laginaren mugimendua diskoaren ertzetik zentroraino izaten da, eta lixa-papera aldatzen den bakoitzean, probeta garbitu eta 90º biratzen da.
Leuntze metalografikoa: Hau da analisi mikroskopikoaren urrats garrantzitsuenetako bat. Leuntzearen helburua arbastatze-prozesuan sortutako markak eta inperfekzioak ezabatzea da, marrarik gabeko eta ondo leundutako azalera bat lortzeko, argiaren islapen osoa izateko. Bi mota bereizten dira:

Leunketa mekanikoa: Arbastatzeko erabilitako ekipo berarekin egin daiteke, baina zapi bat itsatsita duen disko batekin. Leungailu metalografikoak erabiltzen dira, leuntze-zapiak akoplatzen zaizkien bi plater birakarirekin. Leuntze-oihalen gainean urratzaileak jartzen dira (diamantea, silizea, alumina, zerio oxidoa). Leunketa mekanikoan, probeta zapi gainean jartzen da presio moderatuarekin, eta erditik diskoaren periferiara mugitzen da, lagina biratuz akats guztiak ezabatu arte. Amaitutakoan, lagina garbitu eta lehortu behar da.
Leuntze elektrolitikoa: Material bat mekanikoki leuntzea zaila denean erabiltzen da (material bigunak edo deformaziopean erraz gogortzen direnak). Materialaren kenketa erreakzio elektrolitiko baten bidez lortzen da, non materiala anodo giltzarrian jartzen den, tentsioa kontrolatuz. Disoluzio elektrolitiko batean murgiltzen da lagina, eta material geldo bat (platinoa, kromoa) katodo funtzioa betetzeko jartzen da. Prozesu honetan, lagina desegin egiten da, irregulartasunak desagertzen dira eta gainazal-akabera handia hartzen du.

Erasoa: Materialaren Barne-Egitura Agerian Uzteko Prozesua

Laginak prestatzeko azken etapa da, eta mikroskopio bidezko behaketaren aurreko urratsa. Atal honetan, materialaren egiturazko ezaugarriak agerian jartzen saiatuko gara (faseak, ale-mugak, ezpurutasunak, deformatutako eremuak). Erasorik gabe, gainazal leun eta distiratsu bat besterik ez da ikusten, kontraste txikikoa, informazioa lortzea zailtzen duena. Hiru motatako erasoak egin daitezke:

Eraso kimikoa: Probetari erreaktibo egoki baten ekintza kimikoa egitean datza, kontrolatutako baldintzetan. Erreaktiboak azkarrago erasoko die materialaren osagai batzuei besteei baino (eraso diferentziala), eta horrek eremu ilunagoak eta distiratsuagoak sortuko ditu. Granularteko ertzek eraso kimikoaren azelerazioa jasaten dute, eta horrek aleen ertzak argi eta garbi ikusteko aukera ematen du mikroskopio metalografiko baten bidez. Erreaktiboak (alkoholean, uretan edo beste disolbatzaile batzuetan disolbatutako azidoak edo alkaliak) probetan murgilduz edo kotoi inpregnatu bat haren gainazalean jarriz aplikatzen dira. Erreaktiboaren eraso-denbora (segundo batzuetatik 30 minutura) oso garrantzitsua da behaketa argiak lortzeko.
Eraso elektrolitikoa: Korrosioarekiko erresistenteak diren aleazioetan eta eraso kimikoa ahalbidetzen ez duten materialetan erabiltzen da, bai eta hotzeko deformazio handiak jasan dituzten materialetan ere. Leuntze elektrolitikoaren ondoren egin ohi da, lagina berriro manipulatu beharrik gabe, baina tentsio txikiak erabiliz. Leuntze elektrolitikoaren antzeko prozesua da, baina eraso-eremuan erori arte aplikatzen den tentsioa murriztuz.
Erreliebean leuntzea: Eratzaile gogorrak eta bigunak dituzten aleazioetan erabiltzen da. Leuntze-tekniken bidez egiten da, esekidura azidoko urratzaile bat gehituz. Horrela, eratzailerik bigunena erasotzea lortzen da, gogorrena erreliebean utziz.

Behaketa Mikroskopikoa: Egituraren Interpretazioa

Analisi mikroskopikoaren azken etapa da. Lagina mikroskopio metalografikoaren plakan uzten da, aztertu beharreko azalera proiekzio-izpiekiko perpendikular gera dadin. Hau da laginaren behaketarako puntua, non ahalik eta informazio gehien lortu nahi den, hala nola alearen tamaina, bertan dauden faseen kopurua, ezpurutasunak, akatsak, korrosio mikroskopikoa, etab.

Metalek ez dute argia pasatzen uzten, beraz, mikroskopio metalografikoek ez dute lagina gardentasunagatik behatzen, islapenagatik baizik. Behaketa mikroskopiko baten handipena objektiboaren handipen-kopurua bider okularraren handipen-kopurua da. Hiru mikroskopio mota erabil daitezke:

Optiko metalografikoa
Transmisio mikroskopio elektronikoa
Ekortzeko mikroskopio elektronikoa

Materialen identifikazioa mikrografia-liburutegi batekin alderatuta egiten da. Alearen tamaina zehaztea oso ohikoa da, parametro horrek materialen propietateak aldarazten dituelako eta tratamendu termikoen bidez erraz alda daitekeelako. Horretarako, ASTM E-112 arauak hiru teknika deskribatzen ditu:

Konparazio-prozedura edo metodo grafikoa: 100 handipenetan lortutako alea, batez besteko tamaina desberdineko alea duten karta normalizatuen eredu batekin alderatzean datza. 1etik (ale lodienerako) 8ra (ale finenerako) bitarteko patroiekin alderatzen dira. Zenbaki handiagoak ale finagoak adierazten ditu.
Prozedura planimetrikoa edo zenbatzeko prozedura: Azalera-unitate bakoitzeko ale kopuruaren batez bestekoa zehazten da. Zirkulu ezagun bat (adibidez, 79,8 mm-ko diametrokoa) marrazten da argazkiaren gainean, eta zirkuluaren barruan erabat dauden aleak (n1) eta zirkulua gurutzatzen dutenak (n2) kontatzen dira. Guztira, n1 + (n2/2) izango da. Horrela, m = (ale kopurua) / (mm²-tan aztertutako probetaren S erreala) eta G balioa lor daitezke.
ASTM ale-kopurua: Hazbete karratu bakoitzeko ale kopurua 100 handipenetan hartutako metalaren argazki batetik abiatuta zehazten da (N = 2^(n-1) ekuazioa erabiliz, non n ASTM alearen tamainaren zenbakia den). ASTM zenbaki handi batek adierazten du materialak ale asko dituela, hau da, aleak oso txikiak direla eta, beraz, erresistentzia mekaniko handia duela.

Gainazaleko Akatsak Identifikatzea Metalografian

Gainazaleko akatsak egitura kristalino bereko eremuetan material bat bereizten duten mugak edo planoak dira, baina orientazio kristalografiko desberdinekin. Ale-muga, aleak bereizten dituen azalera, eremu estu bat da, non atomoak ez dauden behar bezala bereizita. Material baten propietateak kontrolatzeko metodo bat aleen tamaina kontrolatzea da. Zenbat eta ale-tamaina txikiagoa, orduan eta ale-muga handiagoak, eta horrek materialaren erresistentzia handitzen du.

Metalografia eta Korrosioaren Babesa: Ohiko Galderak

Zergatik da hain garrantzitsua laginaren prestaketa Metalografia Mikroskopikoan?

Laginaren prestaketa funtsezkoa da, saiakuntza mikroskopiko batean lortutako emaitzak, funtsean, laginaren prestaketako zehaztasunaren araberakoak direlako. Prestaketa akastun batek inklusio interesgarriak erauzi, aleen ertzak suntsitu edo egitura-eraldaketak eragin ditzake, azterketaren zehaztasuna murriztuz.

Zein da leuntze mekanikoaren eta leuntze elektrolitikoaren arteko desberdintasun nagusia Metalografian?

Leuntze mekanikoak urratzaile fisikoak (adibidez, diamantea edo alumina) erabiltzen ditu zapi birakari baten gainean, materialaren gainazala leuntzeko. Leuntze elektrolitikoak, berriz, erreakzio elektrolitiko bat erabiltzen du, materiala anodo gisa funtzionatuz disoluzio elektrolitiko batean. Azken hau material bigunetan edo mekanikoki leuntzea zaila denetan erabiltzen da, eta gainazal-akabera handia lortzen du.

Zer da NITAL eta zertarako erabiltzen da Metalografian?

NITAL altzairuen kasuan erabili ohi den erreaktibo kimiko tipikoa da. Perlita oso agerian uzten du, baina ez dio ferritari edo zementitari erasotzen. Hau da, materialaren osagai batzuk (perlita) beste batzuk baino azkarrago erasotzen ditu, egiturazko xehetasunak, hala nola ale-mugak eta faseak, mikroskopioan ikusgai bihurtuz.