Ensayos Metalográficos: Caracterización Avanzada y Control de Calidad en Materiales Metálicos

Introducción a los Ensayos Metalográficos

Los ensayos metalográficos son técnicas utilizadas para estudiar la estructura interna de los metales y aleaciones, mediante la observación visual de la superficie de una muestra, ya sea a simple vista (macroestructura) o a través de un microscopio (microestructura). Estos ensayos permiten determinar la calidad de un proceso de fabricación, detectar defectos internos, evaluar tratamientos térmicos o comprobar la homogeneidad del material.

Fundamento de los Ensayos Metalográficos

La metalografía se basa en la observación de la estructura interna de los materiales metálicos mediante visualización directa o aumentada. Estas estructuras (granos, fases, inclusiones, segregaciones) se revelan tras un proceso de preparación superficial de la muestra.

Los ensayos permiten:

• Estudiar el tamaño y la forma de grano.
• Detectar fases y segregaciones.
• Evaluar tratamientos térmicos o soldaduras.
• Identificar fallos o discontinuidades internas.

La evaluación puede ser:

• Cualitativa: identificación de fases, morfologías.
• Cuantitativa: medición de porcentajes de fases, número de inclusiones, tamaño de grano, etc.

Equipos Empleados en Metalografía

Para realizar un ensayo metalográfico se utilizan distintos equipos según el tipo de observación:

Equipos Básicos

• Cortadora metalográfica: sierras de precisión para seccionar la muestra sin alterar su estructura.
• Empastilladora: para encapsular la muestra en resina (termoplástica o termoestable) y facilitar su manipulación.
• Lijadoras/Pulidoras: eliminan rayas y arañazos con abrasivos de granulometría progresiva.
• Reactivos de ataque químico: soluciones ácidas o básicas que revelan las estructuras internas del material.

Microscopía

• Microscopio óptico: permite observar la microestructura con aumentos de hasta 1000x.
• Lupa binocular o estereoscópica: utilizada para la observación macrográfica.
• Microscopía Electrónica de Barrido (SEM): ofrece alta resolución, con aumentos de hasta 100.000x, para un estudio detallado de la superficie y composición.
• Analizador de imagen: software y hardware que permiten cuantificar y documentar los resultados obtenidos.

Técnicas Aplicables en Metalografía

Ensayos Macrográficos

Se observa la estructura a simple vista o con lupa (aumentos de hasta 10x).

Revelan macrodefectos como poros, grietas, segregaciones e inclusiones gruesas.

Son muy utilizados en el control de calidad de cordones de soldadura, así como en piezas forjadas, fundidas o laminadas.

Técnicas comunes:

• Ataque químico con reactivos específicos (ácido nítrico, clorhídrico, etc.).
• Observación de fractura (metalografía de fractura).
• Macrografía por corrosión.

Ensayos Micrográficos

Se observa la microestructura utilizando microscopios ópticos o electrónicos.

Permite evaluar:

• Tamaño y orientación de grano.
• Fases constituyentes.
• Inclusiones no metálicas.
• Zonas afectadas por tratamientos térmicos.

Técnicas:

• Observación en campo claro y campo oscuro.
• Polarización o contraste de fases.
• Microdureza (Vickers o Knoop).
• Cuantificación con software especializado.

Preparación de Probetas y Muestras Metalográficas

La correcta preparación de la muestra es fundamental para obtener resultados fiables:

Corte

• Se realiza en frío para evitar la alteración microestructural.
• Uso de disco abrasivo refrigerado.

Empastillado (Opcional)

• Encapsulado en resina para facilitar su manipulación y pulido.

Lijado

• Eliminación progresiva de material con lijas de granulometría decreciente (desde P120 hasta P4000).

Pulido

• Uso de paños y suspensiones abrasivas (óxidos como alúmina o sílice coloidal) para obtener una superficie tipo espejo, libre de rayas.

Ataque Químico

• Aplicación de reactivos químicos específicos para revelar los límites de grano, fases o inclusiones.
• Ejemplos comunes incluyen Nital (para aceros), Vilella o el reactivo de Fry.

Limpieza y Observación

• Secado y limpieza con alcohol y aire comprimido para evitar la oxidación.
• Observación de la muestra preparada bajo el microscopio.

Interpretación de Resultados Metalográficos

Los resultados se interpretan comparando la microestructura observada con normas o patrones establecidos:

Normas y Estándares Relevantes

• ASTM E3: Práctica estándar para la preparación de muestras metalográficas.
• ASTM E112: Métodos de prueba estándar para la determinación del tamaño de grano.
• ISO 4967: Aceros – Determinación del contenido de inclusiones no metálicas – Método micrográfico estándar.
• ISO 643: Aceros – Determinación de la microestructura ferrítica y austenítica.
• EN ISO 17639: Inspección visual y metalográfica de soldaduras.

Parámetros Observables

• Tamaño de grano (fino, medio, grueso).
• Presencia de fases como perlita, ferrita, martensita, bainita, etc.
• Inclusiones (cantidad, tamaño, morfología y tipo).
• Zonas afectadas por tratamientos térmicos (recocido, revenido) o por el calor de soldadura (ZAT).

Aplicaciones Clave

• Control de calidad de procesos térmicos y termoquímicos.
• Evaluación de soldaduras y tratamientos superficiales (e.g., cementación, nitruración).
• Estudio de fallos y análisis de fracturas en componentes.

Conclusión

Los ensayos metalográficos son herramientas esenciales para conocer y controlar la calidad de los materiales metálicos, aportando información detallada sobre su estructura interna. Su uso combinado con otros ensayos mecánicos y no destructivos permite una caracterización completa del material, asegurando su aptitud para el servicio.

Una correcta preparación de muestras, el uso de equipos adecuados y la aplicación de normas estandarizadas garantizan resultados fiables que sirven de base para decisiones técnicas, la investigación de fallos y la mejora continua en procesos industriales.

Bibliografía

• ASTM E3: Práctica estándar para la preparación de muestras metalográficas.
• ASTM E112: Métodos de prueba estándar para la determinación del tamaño de grano.
• ISO 643: Aceros – Determinación de la microestructura ferrítica y austenítica.
• ISO 4967: Aceros – Determinación del contenido de inclusiones no metálicas – Método micrográfico estándar.
• Martínez de Pisón, F. J. (2020). La oficina técnica y los proyectos industriales.
• Storch de Gracia, J. M. (2019). Organización, gestión y ejecución de proyectos industriales.