Unidad de Ensayos no Destructivos, Análisis de Fallas y Corrosión (UENDAyC). Centro de Tecnología de los Materiales (CTM).
La ingeniería inversa, también conocida como ingeniería de reversa o retroingeniería, es una herramienta utilizada por un número cada vez mayor de empresas, para descubrir los principios tecnológicos de un objeto o componente, a través del análisis de su estructura y función, con el objetivo final de replicarlo [1].
La ingeniería inversa se denomina así porque involucra trabajar en sentido “reverso” al proceso de diseño de un producto [2]. Durante una etapa de diseño es fundamental la selección adecuada de los materiales, los cuales deben garantizar que el componente cumpla con las distintas normativas aplicables y con los requisitos tecnológicos para su uso. Cabe destacar que esta es una de las competencias del Centro de Tecnología de Materiales (CTM) de la Fundación Instituto de Ingeniería (FIIIDT).
En consecuencia, en un proceso de Ingeniería Inversa, uno de los objetivos principales es determinar los distintos tipos de materiales seleccionados en el proceso de diseño y conocer los que fueron elegidos para la fabricación del componente analizado. Esto ofrece como ventaja que las fallas en servicio asociadas al tipo de material seleccionado, ya han sido analizadas y corregidas, optimizando el tiempo que se requerirá para la fabricación y puesta en servicio de un nuevo componente con características similares al analizado.
La determinación del tipo de material de fabricación es posible con el empleo de métodos de caracterización de materiales, como técnicas químicas analíticas y ensayos metalográficos (ver figura 1), entre otros. En el caso de componentes metálicos, la caracterización de la microestructura del material de fabricación es una herramienta fundamental, ya que permite estudiar la estructura de un material y su relación con sus propiedades físicas, mecánicas y químicas. Además, ofrece información importante del proceso de fabricación por el que se obtuvo un componente o el tratamiento térmico al cual fue sometido (ver figura 2).
Figura 1. Equipo para análisis microestructural del Laboratorio de Microscopia Óptica del Centro de Tecnología de Materiales (CTM), Fundación Instituto de Ingeniería (FIIIDT).
Figura 2. Composición fotográfica de la microestructura de un tornillo. Líneas de flujo del material indican que el método de fabricación del tornillo fue el forjado
La microestructura de un material es, como su nombre lo indica, la estructura que este presenta a nivel micro, ésta determina el comportamiento mecánico, físico y químico de un material [4]. Por ejemplo, la resistencia y dureza de los materiales, así como sus propiedades eléctricas, magnéticas y de comportamiento ante la corrosión están determinadas por el número de fases, el tamaño de grano y los defectos (vacantes, dislocaciones, límites de grano, entre otros) presentes en el material.
Con el fin de ejemplificar lo expuesto, se puede observar en la figura 3 la microestructura del material de fabricación del cuerpo de una Válvula de bola de ½ pulgada (se usan con regularidad en los sistemas de distribución de agua en las viviendas), la cual está conformada por placas de fase α (zonas más claras) inmersas en una matriz de fase β. Las placas de α poseen una morfología tipo Widmanstätten. La microestructura observada, comparando con la referencia especializada, es la esperada para una pieza de bronce, la cual fue fabricada por colada. La presencia de puntos negros está relacionada a precipitados ricos en plomo [5].
Figura 3. Micrografía del cuerpo en Válvula de bola ½ pulgada. Aumento 100x. Ataque químico: 5 partes Ácido Nítrico (HNO3), 5 partes ácido acético (CH3-COOH) y 1 parte Ácido Fosfórico (H3 PO4)
Por otra parte, la figura 4 muestra la micrografía del eje central de una llave de paso tipo jardín. Se observa una estructura de granos poligonales, algunos de ellos con la presencia de líneas paralelas en forma de banda de origen térmico (maclas).
Figura 4. Micrografía del eje central de una llave de paso tipo jardín. Ataque químico: 5 partes Ácido Nítrico (HNO3), 5 partes ácido acético (CH3-COOH) y 1 parte Ácido Fosfórico (H3 PO4). Aumento: 400x
En estos dos ejemplos, se puede observar que la información obtenida en el análisis microestructural brinda de manera precisa datos acerca del método de fabricación del componente. Además, ayuda a tener una idea clara de la composición química, lo cual es de mucha importancia al momento de seleccionar los métodos necesarios para obtener un componente que se comporte en servicio de manera análoga al que se le realiza la ingeniería inversa.
El análisis microestructural permite de igual manera caracterizar condiciones que en muchos casos son claves para el funcionamiento óptimo del componente. En la figura 4, se presenta una imagen de la caracterización microestructural del material de fabricación de un molde para termoformado. Puede observarse la presencia de un recubrimiento caracterizado dimensional, química y mecánicamente, proporcionando así la información necesaria para replicar esta particularidad en un nuevo componente y aprovechar las ventajas de protección contra la corrosión y resistencia al desgaste que el recubrimiento infiere.
Figura 5. Micrografía en modo campo oscuro de recubrimiento en molde de aleación de aluminio Aumento: 200 X. Ataque químico: 5 gr FeCl3, 50 ml de HCL, 100 ml H2O
Es evidente las ventajas que ofrece la caracterización microestructural de los materiales en procesos de ingeniería inversa. Pero ¿cómo se pasa de tener una sección de metal a poder lograr imágenes que permitan obtener información tan relevante como las que nos ofrece el análisis microestructural? En una próxima nota técnica se abordará el tema de la preparación metalográfica, las normativas y las oportunidades en cuanto a información técnica que brinda este ensayo.
Referencia Bibliográfica
[1] Torres V. (2020). Ingeniería Inversa. Unidad de Ensayos no Destructivos, Análisis de Fallas y Corrosión de Materiales. Centro de Tecnología de los Materiales. FIIDT. Caracas, Venezuela. En: https://www.fii.gob.ve/ingenieria-inversa/
[2] Hess B. (Septiembre 9, 2022). What is reverse engineering and how does it work? Astro Machine Work. En: https://astromachineworks.com/what-is-reverse-engineering/
[3] Figueroa A. y Torres V. (2013). Caracterización microestructural de un tornillo metálico. Análisis de Fallas. Centro de Tecnología de los Materiales. FIIDT. Caracas, Venezuela.
[4] Suryanarayana C. (2017). Chapter 6, Microstructure: an introduction. En: Aerospace materials and material technologies, pp. 105-123. India.
[5] American Society for Metasls, (1992). Volume 9. ASM Metals Handbook metallography and Microstructures. Cooper and cooper alloys.
[6] Figueroa A. y Torres V. (2012). Ingeniería Inversa de piezas de grifería doméstica. Análisis de Fallas. Centro de Tecnología de los Materiales. FIIDT. Caracas, Venezuela.
[7] Figueroa A. y Torres V. (2016). Caracterización química y metalúrgica de un molde para termoformado perteneciente a una empresa farmacéutica. Análisis de Fallas. Centro de Tecnología de los Materiales. FIIDT. Caracas, Venezuela.
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