Metalografiaren analisia

Metalografiaren analisia: Materialen Barne Egitura Ezagutzeko Gida Osoa

Materialen propietate fisiko eta mekanikoak ulertzeko, ezinbestekoa da haien barne egitura aztertzea. Horretarako erabiltzen den diziplina metalografia da, metalen eta aleazioen egitura eta konposizioa ikertzen dituena. Metalografiaren analisiak materialen portaera aurreikusteko eta fabrikazio prozesuak hobetzeko informazio baliotsua eskaintzen digu. Artikulu honetan, metalografiaren analisiaren etapa nagusiak eta bakoitzaren garrantzia sakonduko dugu.

Zer da Metalografia? Materialen Zientziaren Oinarri bat

Metalografia metalen eta haien aleazioen egitura eta konposizioa aztertzen duen teknika da, haien propietate fisiko eta mekanikoekin erlazionatzeko. Praktika honek aukera ematen digu alearen tamaina, fase-banaketa, inklusioak, segregazioak eta tratamendu termikoak bezalako ezaugarriak zehazteko. Gainera, materialak jasan dituen eragiketa mekanikoak ere ezagutu ditzakegu, hala nola galdaketa, forjaketa edo ijezketa. Informazio horrekin guztiarekin, aztergai dugun elementuak izango duen portaera aurreikus dezakegu, funtsezkoa baita materialen aukeraketan eta diseinuan.

Analisi Metalografikoaren Mota Nagusiak: Makroskopikotik Mikroskopikora

Analisi metalografikoa bi modu nagusitan egin daiteke:

• Analisi Makroskopikoa: Begi hutsez edo lupa edo mikroskopio txiki batekin (10x arteko handipena) egiten da. Egiturazko xehetasunak aztertzeko aukera ematen du, hala nola egituraren uniformetasuna, inklusioen banaketa eta fabrikazio-akatsak (pitzadurak, aldaratzeak, etab.). Emaitzak mugatuak badira ere, batzuetan datu oso garrantzitsuak ematen ditu.
• Analisi Mikroskopikoa: 75x-etik 2500x-era bitarteko handipenak dituen mikroskopioarekin egiten da, eta materialen osaera aztertzeko egokiena da. Ikerketa honek informazio ugari ematen digu, hala nola alearen tamaina, aleazioa osatzen duten faseen tamaina, forma eta banaketa, metalezkoak ez diren inklusioak, segregazioen eta beste heterogeneotasun batzuen presentzia, eta karburoen banaketa. Horrela, metalaren portaera aurreikus dezakegu helburu jakin baterako erabiltzen denean, baita materialak igaro dituen tratamendu mekaniko eta termikoak ere ezagutu.

Analisi Mikroskopikoaren Etapak: Lagina Prestatu eta Behatu

Analisi mikroskopikoaren emaitzak laginaren prestaketako zehaztasunaren araberakoak dira, funtsean. Horregatik, ispilu baten antzeko gainazal lauak eta markarik edo marrarik gabeak lortzen saiatzen diren eragiketa batzuk egin behar dira. Sekuentzia hori honako fase hauetan laburbil daiteke:

1. Lagina ateratzea
2. Lagina muntatzea (Enbutizioa)
3. Arbastua (Desbastea)
4. Leuntzea
5. Erasoa
6. Behaketa

Lagina ateratzea: Zehaztasuna Hasieratik

Lagina ateratzea analisiaren lehen eta urrats kritikoa da. Hautaketa honen araberakoak izango dira lortutako emaitzak, ahalik eta adierazgarrienak izan daitezen.

• Laginketa-lekua: Oso garrantzitsua da lagina nondik aterako den zehaztea. Adibidez, material forjatuetan, ez da gauza bera konformazioan sortzen diren zuntzekin lerrokatutako lagina ateratzea eta haiekiko modu perpendikularrean ateratzea. Galdaketetan, lagina piezaren ertzetik edo barrutik hartu bada, hozte-abiadura desberdinak direla eta, ale-tamaina desberdinak lortuko dira.
• Lagin-kopurua: Oro har, aztertu beharreko materialaren lagin txiki batzuk hartu ohi dira. Zenbat eta lagin gehiago aztertu, orduan eta baliozkoagoak izango dira lortutako emaitzak. Komeni da bi atal edo gehiago ebaluatzea, material guztia adierazten duten lekuetan.
• Laginaren tamaina: Haren dimentsioek ez dute haren maneiatzea oztopatu behar.
• Lagina moztea: Lagina ebaketa bidez ateratzen da. Metodorik oinarrizkoena zerra bat erabiltzea da, baina gainazal irregularrak sortzen ditu. Gaur egun, disko urratzailearen sistema (ebakitzaile metalografikoa) da metodorik erabiliena, azkartasunagatik eta sortzen dituen gainazalen kalitate onagatik. Disko hauek aluminio oxidozkoak edo silizio karburozkoak izaten dira. Eragiketa honetan hozgarria erabiltzen da materialaren transformazioak eragin ditzaketen tenperatura-aldaketak eragozteko (normalean ura + korrosioaren aurkako gehigarriak).

Lagina muntatzea edo enbutizioa: Maneiatzeko erraztasuna

Lagina muntatzea ikuskatu beharreko elementua txikia denean egiten da (adibidez, xafla bat edo hagaxka bat). Kasu horietan, lagina kapsulatu egiten da, eta "pilula" batzuk sortzen dira, errazago maneiatzeko.

Eragiketa hau egiteko, erretxinak erabiltzen dira (polimero termoegonkorrak):

• Polimerizatzeko beroa eta presioa behar dutenak: Adibidez, bakelita-hautsa (fenol formaldehidozko polimero termoegonkorra) edo metilo-metakrilatozko konposatuak (lucite), gardena baita eta lagina alde guztietatik ikusteko aukera ematen baitu. Prentsa metalografikoa beharrezkoa da.
• Hotzean polimerizatzen dutenak: Gogortze-denbora luzeagoa izaten dute, eta normalean katalizatzailea behar izaten dute gogortzeko.

Erretxinez gain, ainguratze-sistema mekaniko bat ere erabil daiteke, metalezko tutuak eta xaflak erabiliz.

Arbastua: Gainazala Lautzea eta Marrak Kentzea

Probetaren gainazalaren prestaketaren lehen fasea da arbastua. Probetaren gainazala prestatzeko, hiru fasetan banatzen da prozesua:

1. Arbastatze zakarra: Helburua azalera lautzea da. Lima, esmeril-harri edo antzeko bat erabil daiteke, probetaren azalera berotzea saihestuz egitura ez aldatzeko. Presiorik EZ aplikatu behar da. Ondoren, probeta eta eskuak garbitu behar dira.
2. Arbastatze fina: Lehen paperarekin bezala egiten da, baina zenbakiekin markatutako esmeril-paper finagoetatik pasatzen da (2/0, 3/0, 4/0, 5/0, 6/0 edo baliokideak). Papera finkatu eta probeta luzetara mugitzen da, marra berriak aurrekoekiko perpendikularrak izan daitezen. Gaur egun, disko birakariak erabiltzen dira, lixa-paperak itsatsiz eta ur-hargunera konektatuta hozteko. Disko bakoitzarekin, probeta 90º biratzen da.

Probeta planifikatuz eta mozketatik datozen zikinkeriak eta marka lodiak kenduz hasten da. Hasieran ale lodiko diskoak (240 zenbakikoak) erabiltzen dira, ondoren ertainekoak (320-400 zenbakikoak) eta azkenik finak (600 zenbakikoak). Uneoro hozgarri bat aplikatzen da tenperatura aldaketarik ez izateko.

Leuntzea: Ispilu Akabera Lortzeko Metalografia Prozesua

Leuntzearen helburua arbastatze-prozesuan sortutako markak eta inperfekzioak ezabatzea da, eta marrarik gabeko eta ondo leunduta dagoen azalera lortzea, argiaren islapen osoa izateko. Bi mota nagusi bereizten dira:

• Leunketa mekanikoa: Arbastatzeko erabilitako ekipo berarekin egin daiteke, baina zapi bat itsatsita duen disko bat erabilita. Leungailu metalografikoak bi plater birakari (20-25 mm-ko diametroa) dituzte, eta leuntze-zapiak akoplatzen zaizkie (billarra, nylona, zeta, kotoia, etab., laginaren material motaren araberakoa). Zapi horien gainean urratzailea (diamantea, oxidoak: silizea, alumina, zerio oxidoa) jartzen da. Probeta zapi gainean jartzen da presio moderatuz, eta erditik diskoaren periferiara mugitzen da. Lagina biratu behar da akats guztiak ezabatu direla ziurtatzeko. Fase hau amaitutzat ematen da 100x handipeneko objektiboarekin markarik ikusten ez denean. Ondoren, probeta garbitu eta alkoholarekin lehortzen da.
• Leuntze elektrolitikoa: Material bat mekanikoki leuntzea zaila denean (material bigunak edo deformaziopean erraz gogortzen direnak) erabiltzen da. Materialaren kenketa erreakzio elektrolitiko baten bidez lortzen da, materiala anodo giltzarrian jarriz, tentsioa kontrolatuz. Lagina disoluzio elektrolitiko batean urperatzen da eta bateria baten polo positibora konektatzen da (anodo bihurtuz). Katodo funtzioa betetzeko material geldo bat (platinoa, kromoa) jartzen da. Gelaxka elektrolitikoaren behealdean likidoa irabiatzen duten aspa batzuk jartzen dira. Prozesu honetan lagina desegin egiten da, irregulartasunak desagertzen dira eta gainazal-akabera handia hartzen du. Eragozpenak izan ditzake, metalezkoak ez diren inklusioak ezabatzen baititu eta orbanak sor baititzake. Leuntze honek ere behaketarako lagina prest utz dezake, eraso kimikorik gabe. Amaitutakoan, garbitu eta lehortu egiten da.

Erasoa: Barne Egitura Azaleratzea

Erasoa lagina prestatzeko azken etapa da, eta mikroskopio bidezko behaketaren aurreko urratsa. Atal honetan, materialaren egiturazko ezaugarriak (faseak, ale-mugak, ezpurutasunak, deformatutako eremuak, etab.) agerian jartzen saiatzen gara, hau da, materialaren barne-egitura azaleratzen. Erasorik gabe, gainazal leun eta distiratsu bat besterik ez da ikusten, kontraste txikia duena eta informazioa lortzea zailtzen duena.

Eraso kimiko, eraso elektrolitiko edo erliebean leundutako eraso baten bidez egin daiteke:

1. Eraso kimikoa: Probetari erreaktibo egoki baten ekintza kimikoa egitean datza, kontrolatutako baldintzetan, benetako egitura-ezaugarriak zehazteko. Prozesu hau eraso diferentzialean oinarritzen da: materialaren osagai batzuek erreaktiboak azkarrago erasotzen ditu beste batzuek baino, eta horrek eremu ilunagoak (azkar erreakzionatu dutenentzat) eta distiratsuagoak (eraso gutxien jasan dutenentzat) sortzen ditu. Granularteko ertzek eraso kimikoaren azelerazioa jasaten dute, argia modu desberdinean islatzen duten gainazalak sortuz, eta horrela aleen ertzak argi eta garbi ikus daitezke mikroskopioan. Erreaktiboak alkoholetan, uretan edo beste disolbatzaile batzuetan disolbatutako azidoak edo alkaliak izan ohi dira. Probeta erreaktiboan murgilduz edo kotoi inpregnatu bat erabiliz aplikatzen dira. Ukipen-denbora garrantzitsua da, eta metalaren eta erreaktiboaren araberakoa izango da (segundo batzuetatik 30 minutura). Gehiegizko edo urria den erasoa kaltegarria da. Adibidez, NITAL (altzairuetarako) perlita agerian uzten du, baina ez dio ferritari edo zementitari erasotzen.
2. Eraso elektrolitikoa: Korrosioarekiko erresistenteak diren aleazioetan eta eraso kimikoa ahalbidetzen ez duten materialetan erabili ohi da. Leuntze elektrolitikoaren ondoren egin ohi da, antzeko prozesu batean, baina eraso-eremuan aplikatzen den tentsioa murriztuz.
3. 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: Mikroskopio Metalografikoarekin Materialak Aztertzen

Behaketa analisi mikroskopikoaren azken etapa da. Lagina mikroskopio metalografikoaren plakan uzten da, aztertu beharreko azalera mikroskopioaren proiekzio-izpiekiko perpendikular gera dadin. Handipen egokiena aukeratu eta gainazalaren irakurketa eta interpretazioa egin behar da. Behaketa honen bidez, laginari buruzko ahalik eta informazio gehien lortu nahi da, hala nola alearen tamaina, fase kopurua, ezpurutasunak, akatsak, korrosio mikroskopikoa, etab.

Mikroskopio metalografikoak, mikroskopio biologikoen aldean, lagina islapenaren bidez behatzen dute, metalek argia pasatzen uzten ez dutelako. Behaketa mikroskopiko baten handipena objektiboaren handipen-kopurua bider okularraren handipen-kopurua da (X = objektiboaren handipena x okularraren handipena).

Hiru mikroskopio mota erabil daitezke:

• Optiko metalografikoa (goian azaldutakoa)
• Transmisio mikroskopio elektronikoa
• Ekortzeko mikroskopio elektronikoa

Materialen identifikazioa mikrografia-liburutegi batekin alderatuz egiten da.

Alearen Tamaina Zehaztea: Propietate Mekanikoen Eragile Garrantzitsua

Alearen tamaina zehaztea oso ohikoa da, parametro horrek materialen propietateak aldarazten dituelako eta tratamendu termikoen bidez erraz alda daitekeelako. Probetaren sekzioak aleak edozein puntutatik moztuko dituenez, batez besteko alearen tamaina zehazten saiatzen gara. ASTM E-112 arauak alearen tamaina kalkulatzeko teknikak deskribatzen ditu:

• Konparazio-prozedura edo metodo grafikoa: 100x handipenetan lortutako alea, batez besteko tamaina desberdineko alea duten karta normalizatuen eredu batekin alderatzean datza (1etik 8ra, lodiagotik finenera). 1 motako alearen tamainak esan nahi du hazbete karratu bakoitzeko ale 1 dagoela 100x-ko handipenetan.
• Prozedura planimetrikoa edo zenbatzeko prozedura: Azalera-unitate bakoitzeko ale kopuruaren batez bestekoa zehazten da. Sistema metrikoan, m = 8 * 2^(G) formularekin kalkulatzen da, non m = ale kopurua 1 mm^2-tan eta G = alearen tamaina-zenbakia. Horretarako, argazkiaren gainean zirkulu ezagun bat (79,8mm-ko diametrokoa, 5000mm^2 azaleraz) egiten da, eta zirkuluaren barruan erabat dauden aleak (n1) eta zirkulua mozten dutenak (n2) kontatzen dira. Ale kopuru totala n1 + (n2/2) da.
• ASTM alearen tamaina-zenbakia: N hazbete karratuko ale kopurua ekuazio honetan sartzen da (N = 2^(n-1)), eta ASTM alearen tamainaren n zenbakia kalkulatzen da. ASTM zenbaki handi batek materialak ale asko dituela adierazten du, hau da, aleak oso txikiak direla eta erresistentzia mekaniko handia duela. Ale lodia G < 5 denean eta ale fina G > 7 denean kontsideratzen da.

Gainazaleko akatsen identifikazioa: Ale-mugak eta Materialen Erresistentzia

Gainazaleko akatsak egitura kristalino bereko eremuetan material bat bereizten duten mugak edo planoak dira, baina orientazio kristalografiko desberdinekin. Ale-mugak aleak bereizten dituen eremu estu bat dira, non atomoak ez dauden behar bezala bereizita. Material baten propietateak kontrolatzeko metodo bat aleen tamaina kontrolatzea da: zenbat eta ale-tamaina txikiagoa izan, orduan eta ale-muga handiagoak. Honek materialaren erresistentzia handitzen du, dislokazioek distantzia labur bat mugitu baitute ale-muga bat aurkitu aurretik.

Ohiko Galderak Metalografiaren Analisiari buruz

Zein da metalografiaren analisiaren helburu nagusia?

Metalografiaren analisiaren helburu nagusia metalen eta haien aleazioen barne-egitura eta konposizioa zehaztea da, horien propietate fisiko eta mekanikoekin erlazionatzeko. Horrela, materialen portaera aurreikusi eta akatsak detektatu daitezke.

Zergatik da hain garrantzitsua lagina ondo prestatzea analisi metalografikoan?

Lagina ondo prestatzea 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, analisiaren zehaztasuna murriztuz.

Zein da arbastua eta leuntzearen arteko aldea metalografia prozesuan?

Arbastua laginaren azalera lautzea eta mozketa-prozesutik datozen marka lodiak eta zikinkeriak kentzea du helburu, lixa-paper gero eta finagoak erabiliz. Leuntzea, berriz, arbastatzean sortutako marka eta inperfekzio guztiak ezabatzea eta ispilu baten antzeko gainazal bat lortzea da, islapen egokia ahalbidetzeko mikroskopioan.

Zer gertatuko litzateke lagina eraso kimikorik gabe behatuko bagenu?

Eraso kimikorik gabe, laginaren gainazala leun eta distiratsu agertuko litzateke, baina kontraste gutxirekin. Horrek materialaren barne-egiturako ezaugarriak (faseak, ale-mugak, ezpurutasunak) ezkutatuko lituzke, eta informazioa lortzea ia ezinezkoa litzateke. Erasoak egitura horiek azaleratzen ditu, argiaren islapen diferentzialaren bidez.

Nola eragiten dio alearen tamainak material baten propietate mekanikoei?

Alearen tamainak eragin handia du materialen propietate mekanikoetan. Oro har, zenbat eta ale-tamaina txikiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da ale-mugaren azalera, eta honek materialaren erresistentzia eta zailtasuna (tenacidad) handitzen ditu. Ale handiegiak, berriz, hauskorragoak izan daitezke eta huts egiteko joera handiagoa izan dezakete esfortzupean.