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Preparación metalográfica de piezas de pulvimetalurgia

El principal reto al preparar piezas de pulvimetalurgia para análisis metalográficos reside en revelar la verdadera porosidad del material después del esmerilado y pulido. Aprenda a preparar rápidamente piezas de pulvimetalurgia para análisis y obtenga resultados reproducibles.

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Las principales características de las piezas de pulvimetalurgia

La pulvimetalurgia es una forma relativamente común de fabricar piezas, especialmente en la industria del automóvil, ya que permite la producción en masa de piezas pequeñas con formas complejas y estructuras homogéneas. En pulvimetalurgia, se compactan mezclas de polvo de metales (y a veces de no metales) que posteriormente se sinterizan. El proceso de fabricación es caro, pero las piezas acabadas ofrecen ventajas específicas frente a las piezas forjadas o fundidas.

Con la pulvimetalurgia, es posible:

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Fig.1: Acero inoxidable de pulvimetalurgia experimental, atacado químicamente con color

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Entre las aplicaciones comunes de la pulvimetalurgia se incluyen:

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La metalografía de piezas de pulvimetalurgia

La densidad de un componente compacto y sinterizado afecta a su dureza, ductilidad y resistencia. Por lo tanto, la metalografía de piezas de pulvimetalurgia incluye generalmente una comprobación de porosidad específica.

En el control de procesos, se utiliza la metalografía de piezas de pulvimetalurgia para comprobar la porosidad, las inclusiones no metálicas y la contaminación cruzada. La metalografía de piezas de pulvimetalurgia también desempeña un papel importante en el desarrollo de nuevos productos o en la mejora de procesos de fabricación.

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Fig. 2: Acero de pulvimetalurgia con 0,5 % de carbono aleado por difusión con níquel, cobre y molibdeno. Atacado químicamente en picral, muestra áreas de perlita fina rodeadas de ferrita, martensita, bainita y austenita rica en níquel

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Fig. 3: Acero de pulvimetalurgia con 0,8 % de carbono aleado por difusión con níquel, cobre y molibdeno. Atacado químicamente con Nital, muestra bainita densa

La producción de piezas de pulvimetalurgia

Para crear componentes de pulvimetalurgia se utilizan numerosos metales distintos, incluido polvo de hierro, cobre y acero.

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Proceso de fabricación de polvo de hierro y acero

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Producción de polvo
Existen dos métodos comunes de producción de polvo: químico y atomización.

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Una vez producido, el polvo metálico se mezcla. En esta etapa, es posible agregar otros elementos, incluidos lubricantes, carbón y/o elementos de aleación.

Compactación del polvo en una matriz de carburo
Para producir componentes, la mezcla de polvos se compacta sometiéndola a alta presión en una matriz de carburo. En esta etapa, la pieza adquiere la forma del componente acabado, pero carece de la resistencia necesaria. Estos componentes se conocen como piezas ‘verdes’.

Sinterización del componente
Para desarrollar las propiedades mecánicas y físicas necesarias, el componente se sinteriza a altas temperaturas en una atmósfera protectora. La unión se produce mediante difusión entre las partículas adyacentes.

Tratamientos finales
Dependiendo de la aplicación, algunas piezas pueden someterse a tratamientos adicionales, incluidos el prensado isostático en caliente, la impregnación de aceite y el endurecimiento o recubrimiento de superficie.

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Fig. 4: Polvo de hierro esponjoso o SEM

Retos que se plantean al preparar piezas de pulvimetalurgia

El principal reto al preparar piezas de pulvimetalurgia para análisis metalográficos reside en revelar la verdadera porosidad del material después del esmerilado y pulido. Esto puede ser especialmente difícil con materiales blandos o materiales en los que se mezclan materiales blandos y duros.

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Superar los retos al preparar piezas de pulvimetalurgia

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En las siguientes secciones de esta página se describe brevemente cómo superar estos retos. Los procedimientos se han utilizado con éxito en aplicaciones prácticas de laboratorio y han demostrado ofrecer resultados reproducibles.

Para obtener una descripción más detallada de los procedimientos descritos en estas páginas, descargue la nota de aplicación completa.

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Fig. 5: La misma muestra de la Fig. 1 tras 8 minutos de pulido con diamante (3 μm)

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Fig. 6: Porosidad de una muestra de acero de pulvimetalurgia tras 4 minutos de pulido con diamante (3 μm)

Recomendaciones para el corte de piezas de pulvimetalurgia

En la producción de piezas de pulvimetalurgia se pueden usar distintos materiales, incluidos polvos de hierro, cobre y acero. La elección del disco de corte adecuado depende del tipo de material.

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Fig. 7: Carburo de tungsteno sinterizado (WC/Co), atacado químicamente con reactivo por Murakami 1500x

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Recomendaciones para la embutición de piezas de pulvimetalurgia

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Para garantizar una adhesión correcta entre la resina de embutición y el material de la muestra, desengrase la muestra completamente con acetona o tolueno antes de embutirla.

Al igual que con el corte, el método de embutición más adecuado dependerá del material con el que esté trabajando.

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Fig. 8: Distribución de carburos en acero de producción convencional

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Fig. 9: Distribución de carburos en acero producido mediante pulvimetalurgia

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Obtener más información

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Recomendaciones para el esmerilado y pulido de piezas de pulvimetalurgia

Como principio básico, para el esmerilado, esmerilado fino y pulido de metales en polvo, debe utilizar los mismos procedimientos que para las muestras en bloque del mismo material.

Esmerilado plano

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Esmerilado fino

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Pulido con diamante
Durante el esmerilado metalográfico, se empuja el metal en el interior de los poros. Si los siguientes pasos de pulido no se llevan a cabo correctamente, las ‘tapas’ de metal residual quedarán sobre los poros (especialmente en materiales blandos). Si no se retiran, estas ‘tapas’ dificultarán la evaluación.

Por lo tanto, al esmerilado fino le debe seguir un pulido con diamante minucioso. Es importante dedicar el tiempo suficiente al paso de pulido con diamante para revelar la verdadera porosidad del material (consulte a continuación las Fig. 10 a 13).

Método de preparación para bronce de pulvimetalurgia

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Tabla 1: Método de preparación para 6 muestras de bronce de P/M embutidas con un diám. de 30 mm utilizando la Tegramin semiautomática, 300 mm de diám.

Como alternativa a DiaPro, es posible utilizar la suspensión de diamante P policristalino de 9 μm, 3 μm y 1 μm junto con lubricante rojo, verde o azul.

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Método de preparación para acero de pulvimetalurgia

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Tabla 2: Método de preparación para 6 muestras de acero de P/M embutidas con un diám. de 30 mm utilizando la Tegramin semiautomática, 300 mm de diám.

Como alternativa a DiaPro, es posible utilizar la suspensión de diamante policristalino P de 9 μm, 3 μm y 1 μm junto con lubricante rojo, verde o azul.
*También se puede utilizar MD-DAC/DiaPro DAC 3.

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Método de preparación para carburos sinterizados

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Tabla 3: Método de preparación para 6 muestras de carburos sinterizados embutidas con un diám. de 30 mm utilizando la Tegramin semiautomática, 300 mm de diám.

Como alternativa a DiaPro, es posible utilizar la suspensión de diamante P policristalino de 9 μm y 3 μm junto con lubricante rojo, verde o azul.
*Paso opcional

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Fig. 10: Superficie de acero de pulvimetalurgia tras esmerilado fino en MD-Allegro

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Fig. 11: La misma muestra que en la Fig. 10 exhibe una superficie de acero de pulvimetalurgia con un pulido insuficiente

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Fig. 12: La misma muestra que en la Fig. 11 después de un pulido más largo exhibe la porosidad correcta

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Fig. 13: Mayor aumento de la superficie de la Fig. 11, mostrando las ‘tapas’ metálicas que cubren los poros

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Limpieza y secado de piezas de pulvimetalurgia

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Después del pulido, las muestras de pulvimetalurgia deben limpiarse con una mezcla de agua/detergente para eliminar los restos de suspensión de pulido y lubricante. La muestra debe limpiarse con agua antes de enjuagarla minuciosamente con isopropanol.

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Fig. 14: Las manchas de agua de la limpieza pueden llevar a una interpretación incorrecta de la estructura

Más información

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Recomendaciones para el ataque químico de piezas de pulvimetalurgia

Al analizar muestras de pulvimetalurgia, es importante conocer la densidad teórica para compararla con la porosidad.

Recomendamos examinar primero la muestra sin que haya sido atacada químicamente para comprobar la densidad, forma y tamaño de los poros, la oxidación e inclusiones, cuellos de sinterización y grafito libre (consulte las Fig. 15 y 16). La muestra debe ser sometida a ataque químico inmediatamente para evitar que se sequen las manchas.

El procedimiento de ataque químico recomendado para muestras de pulvimetalurgia:

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Fig. 15: Bronce de pulvimetalurgia no atacado químicamente que contiene grafito (gris) y eutectoide α-δ (azul) 500x

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Fig. 16: Igual que en la Fig.15, muestra atacada químicamente con cloruro de hierro (III) que exhibe la estructura de grano del bronce 500x

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Fig. 17: Una muestra que no ha sido atacada químicamente el tiempo suficiente. Es difícil distinguir las distintas fases

Soluciones de ataque

Se pueden utilizar las soluciones de ataque químico comunes para el metal o las aleaciones en cuestión. Al trabajar con productos químicos, se deben adoptar las precauciones de seguridad habituales.

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Soluciones de ataque para metales de polvo de cobre y aleaciones de polvo de cobre
100 ml de agua
20 ml de ácido clorhídrico
5 g de cloruro de hierro (III)

Someter a ataque químico durante 10-20 segundos
Lavar con agua y después con isopropanol
100 ml de agua
10 g de persulfato de amonio (fresco exclusivamente)		Lavar con agua y después con isopropanol
Soluciones de ataque para metales de polvo de acero
Nital 1-3 % para aleaciones de hierro-carbono, aleaciones de hierro-carbono-cobre y hierro-molibdeno prealeado:



Someter a ataque químico durante 10-60 segundos dependiendo del contenido de carbono Enjuagar con isopropanol
Soluciones de ataque para metales de polvo de acero inoxidable

45 ml de glicerol
15 ml de ácido nítrico
30 ml de ácido clorhídrico


Someter a ataque químico de 30 segundos a 5 minutos
Lavar minuciosamente con agua y después con isopropanol
Soluciones de ataque para metales de carburo de tungsteno

100 ml de agua
10 g de hidróxido potásico o sódico
10 g de ferricianuro de potasio


Someter a ataque químico por inmersión o con una torunda
Lavar minuciosamente con agua y después con isopropanol
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Fig. 18: Muestra atacada químicamente durante un tiempo excesivo

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Fig.19: Ataque químico correcto

Descargue la nota de aplicación completa incluidos los métodos de preparación

Resumen

La pulvimetalurgia se utiliza para producir componentes a partir de metales que normalmente no se alean fácilmente. Entre los materiales comunes se incluyen polvos de hierro, cobre y acero.

La densidad del componente de pulvimetalurgia afecta a su dureza, ductilidad y resistencia. Por lo tanto, el control metalográfico de la porosidad constituye una parte integral del control de calidad.

Durante el esmerilado metalográfico y el esmerilado fino, el metal puede introducirse en los poros, creando ‘tapas’ de metal residual que dificultan la evaluación. Por lo tanto, resulta esencial realizar un cuidado esmerilado y pulido con diamante para garantizar la verdadera representación de la estructura del material.

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Fig. 20: Acero de pulvimetalurgia con infiltración de cobre

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Imágenes de Birgitte Nielsen, especialista en aplicación, Dinamarca
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