Universidad Nacional Experimental Politécnica

“Antonio José de Sucre”

Vicerrectorado de Barquisimeto

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Laboratorio de Metalurgia Física

Transformaciones Sólido-Sólido

Bachilleres:

Vanessa Rivero. CI: 20.044.690

José Alfaro. CI: 20.016.461

Arantza Manrique. CI: 20.640.994

Yesmir Sira. Ci: 21.054.722

Sthefany Marquina. CI: 20.323.484

José Colmenarez. CI: 18.432.814

Profesor:

Grecia Romero

Barquisimeto, Noviembre de 2014.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Se encendió el horno y se llevo a la temperatura de 860 ºC.

2. Se ubicaron las probetas a estudiar, las cuales fueron 3 de forma cilíndrica de una

aleación de �� − � 1045.

3. Posteriormente cuando el horno llego a la temperatura deseada se introdujeron las

3 probetas a estudiar y una probeta adicional la cual se usara como calentador del

termopar tipo K, estas probetas se dejaron en el horno durante 30 minutos para

dar tiempo que estas llegaran a la temperatura deseada.

4. Luego transcurrido el tiempo se saco la probeta que se usara como calentador y

se coloco en el termopar para que este se pre-calentara hasta la temperatura que

tienen las probetas de estudio en el horno.

5. Se saco la probeta 1 y seguidamente se quito el calentador del termopar para asi

colocar dicha probeta en el termopar para ser enfriada al aire (enfriamiento

normalizado o aire quieto ambiental) y la máquina graficadora de señales trazó la

curva de enfriamiento correspondiente, el calentador se coloco de nuevo en el

horno para que esta se calentara de nuevo. Ya graficada la curva de enfriamiento

se retiro la probeta 1 y se procedió a realizar el paso nº4.

6. Luego se saco la probeta 2 y seguidamente se quito el calentador del termopar

para así colocar dicha probeta en el termopar para ser enfriada con un secador

(convección forzada con aire) y la maquina graficadora procedió a graficar la

respectiva curda de enfriamiento, el calentador se coloco de nuevo en el horno

para que esta se calentara de nuevo.

7. Ya graficada la curva de enfriamiento se retiro la probeta 3 y se procedió a realizar

el paso nº4.

8. Se saco la probeta 3 y seguidamente se quito el calentador del termopar para asi

colocar dicha probeta en el termopar para ser enfriada con agua (temple realizado

con agua a temperatura ambiente) y la máquina graficadora de señales trazó la

curva de enfriamiento correspondiente. Cabe destacar el que la probeta no se

enfrio por inmersión en agua, sino que fue realizado por un chorro variable de

agua sobre la probeta.

9. Luego de que a las 3 probetas se le realizo los diferentes tratamientos térmicos, se

procedió a realizarle la preparación y estudio metalografico.

10. Posteriormente se tomaron fotografías a cada muestra (50x, 1000x) para su

análisis.

RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS

ENFRIAMIENTO FORZADO

FIG.1 Micrografía de acero 1045, enfriada con secador (convección forzada),

atacada con Nital 2%, aumento 50x.

FIG.2 Micrografía de acero 1045, enfriada con secador (convección forzada),

atacada con Nital 2%, aumento 1000x

Ferrita Pro-

Eutectoide

Perlita

Espaciamiento

interlaminar

ENFRIAMIENTO AL AIRE QUIETO

FIG.3 Micrografía de acero 1045, enfriada al ambiente (normalizado ó aire quieto),

atacada con Nital 2%, aumento 50x.

FIG.4 Micrografía de acero 1045, enfriada al ambiente (normalizado ó aire quieto),

atacada con Nital 2%, aumento 1000x.

Perlita

Ferrita Pro-

Eutectoide

ENFRIAMIENTO CON AGUA (TEMPLE)

FIG.5 Micrografía de acero 1045, enfriada con agua (temple), atacada con Nital

2%, aumento 50x.

FiG.6 Micrografía de acero 1045, enfriada con agua (temple), atacada con Nital

2%, aumento 1000x.

Austenita retenida

Martensita

Enfriamiento con aire Forzado:

Observando la fig1, podemos darnos cuenta, que como la probeta se enfrió

rápidamente (en la zona que había ferrita y austenita), entonces se formó poca

ferrita proeutectoide y mayor austenita remanente, quien se transformó en perlita.

Igualmente observamos que los nódulos de perlita de esta probeta tienen un buen

tamaño, el que más adelante se comparará con el tamaño de los nódulos de

perlita de la probeta enfriada al aire quieto.

En la fig2 podemos distinguir el espaciamiento interlaminar, que es considerado

pequeño, debido a que la velocidad de enfriamiento es rápida, es decir, las

láminas están juntas una de la otra.

Se le hizo un estudio de dureza la cual arrojo una dureza de 14 rockwell c.

Enfriamiento con aire quieto:

En este tipo de enfriamiento ocurre lo contrario que lo que sucedió al aire forzado,

como la solidificación es un poco más lenta, el rango de temperatura que

comprende la crítica superior y la crítica inferior es atravesado más lentamente y

hay más tiempo para la difusión del carbono, lo que ocasiona que se forme mas

ferrita proeutectoide y menos austenita remanente.

En la fig.3 podemos evidenciar lo anterior, donde observamos mayor proporción

de ferrita proeutectoide y menos perlita, la cual es producto de la austenita

remanente.

Detallamos igualmente que los nódulos de perlita son más pequeños que los

nódulos de perlita producto del aire forzado (comparando fig1 y fig2).

En la fig4 observamos que el espaciamiento interlaminar es un poco más vistoso,

es decir, las láminas están más separadas si las comparamos con la fig2, esto es

producto del enfriamiento lento.

Se le hizo un estudio de dureza la cual arrojo una dureza de 9,5 rockwell c la cual

es más baja que la de la probeta enfriada con aire forzado por su mayor tiempo de

enfriamiento.

Enfriamiento con agua:

Este fue un enfriamiento brusco o tratamiento de temple, se buscó la

transformación de la austenita en martencita, como vemos en la fig5, esta

microestructura no presentó los mismos constituyentes que los del aire quieto y

forzado (fig1 y fig2), lo que se evidencia en este caso es una gran proporción de

austenita (clara) y se observa también la martencita (oscura).

En la fig6 observamos que no se formó perlita, debido a q no se dio tiempo para la

difusión, solo vemos austenita retenida y martencita, el espaciamiento interlaminar

es casi imperceptible.

Tengamos en cuenta el diagrama Hierro-Carbono, en el diagrama ubicaremos

nuestra aleación acero 1045 (alrededor de 0.45% de C), aunque para nuestro

caso ninguno de los enfriamientos fue en el equilibrio, nos debe dar valores

aproximados en cuanto a la temperaturas de las transformaciones solido-solido

que se dan en estos experimentos.

Se le hizo el estudio de dureza la cual arrojo una dureza de 52 rottwell c. Por el

cual esta probeta presenta la dureza más alta debido a mayor velocidad de

enfriamiento.

0.45 A la temperatura en la que fueron calentadas

Las probetas en el horno (860 °C) se ubica en la

Zona de la austenita(δ) en este punto se encuentra

100% austenita.

Analizamos ahora los puntos de las transformaciones dadas.

CURVAS DE ENFRIAMIENTO

� Grafica n°1 ( Enfriado quieto)

X= 1mm/seg

Y= 2mv/cm

• Punto 1: X = 0.6 cm ; Y = 15.6 cm

• Punto 2: X = 4.6 cm ; Y = 13.1 cm

• Punto 3: X = 7.6 cm ; Y = 12.5 cm

• Punto 4: X = 10.5 cm : Y = 12.3 cm

- Punto 1:

Y = 15.6 cmx2 mV

cm= 31.2 mV

Por tabla sabemos que:

Y= 749 ºC ; Así.

T1=�749 ºC+30 ºC = 779 ºC

1

2

3 4

X1=0.6 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

1 mm=6 seg

P1=(6seg, 779 ºC).

- Punto 2:

Y=13.1 cm x 2mV

cm=26.2 mV

Por tabla tenemos que:

Y= 630 ºC; Así

T2=�630 ºC+30 ºC=660 ºC

X2=4.6 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

1 mm=46 seg

P2=(46 seg, 660 ºC)

- Punto 3:

Y= 12.5 cm x 2mV

cm=25 mV

Por tabla tenemos que:

Y= 602 ºC; Así

T3=�602 ºC+30 ºC=632 ºC

X3=7.6 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

1 mm=76 seg

P3=(76 seg, 632 ºC)

- Punto 4:

Y = 12.3 cmx2 mV

cm= 24.6 mV

Por tabla sabemos que:

Y= 593 ºC ; Así.

T4=�593 ºC+30 ºC = 623 ºC

X4=10.5 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

1 mm=105 seg

P4=(105seg, 623 ºC).

Pto1. Temperatura inicial registrada por el termopar. Aprox. 779°C. Estimamos

que prácticamente todo es austenita (100%)

Pto2. Comienza la formación de ferrita proeutectoide. Aprox 660°C.

Pto4. Inicio de la transformación austenita a perlita. Aprox 623°C.

� Grafica n°2 ( Aire Forzado)

1

2 3

X= 2mm/seg

Y= 2mv/cm

• Punto 1: X = 1.2 cm ; Y = 15.5 cm

• Punto 2: X = 5.3 cm ; Y = 12.3 cm

• Punto 3: X = 8.8 cm ; Y = 11.6 cm

- Punto 1:

Y = 15.5 cmx2 mV

cm= 31 mV

Por tabla sabemos que:

Y= 744 ºC ; Así.

T1=�744 ºC+30 ºC = 774 ºC

X1=1.2 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

2 mm=6 seg

P1=(6seg, 774 ºC).

- Punto 2:

Y=12.3 cm x 2mV

cm=24.6 mV

Por tabla tenemos que:

Y= 593 ºC; Así

T2=�593 ºC+30 ºC=623 ºC

X2=5.3 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

2 mm=26.5 seg

P2=(26.5 seg, 593 ºC)

- Punto 3:

Y= 11.6 cm x 2mV

cm=23.2 mV

Por tabla tenemos que:

Y= 560 ºC; Así

T3=�560 ºC+30 ºC=590 ºC

X3=8.8 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

2 mm=44 seg

P3=(44 seg, 560 ºC)

Pto1. Indica el primer valor te temperatura arrojado por el termopar a 774°C aprox.

Donde podemos estimar que existe el 100% en austenita.

Pto2. Muestra un ligero cambio de pendiente, podemos suponer que aprox a los

593°C comenzó a precipitar la ferrita proeutectoide.

Pto3. El cambio de pendiente es ahora mas significativo, observamos que la curva

en este rango tiende a hacer horizontal y asumimos que es aquí, aprox. a los

578°C donde ocurre la reacción eutectoide, es decir, la transformación de

austenita a perlita.

� Grafica n°3 ( Templado en agua)

X= 5mm/seg

Y= 2mv/cm

• Punto 1: X =1.5 cm ; Y = 15.5 cm

• Punto 2: X = 2 cm ; Y = 15.3 cm

• Punto 3: X = 5.7 cm ; Y = 9.1 cm

• Punto 4: X = 6.8 cm : Y = 4.5 cm

• Punto 5: X = 7.1 cm ; Y = 1.5 cm

• Punto 6: X = 7.4 cm ; Y = 1.4 cm

• Punto 7: X = 7.5 cm ; Y = 1.2 cm

- Punto 1:

1 2

4

3

6 5

7

Y = 15.5 cmx2 mV

cm= 31 mV

Por tabla sabemos que:

Y= 744 ºC ; Así.

T1=�744 ºC+30 ºC = 774 ºC

X1=1.5 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

5 mm=3 seg

P1=(3seg, 774 ºC).

- Punto 2:

Y=15.3 cm x 2mV

cm=30.6 mV

Por tabla tenemos que:

Y= 735 ºC; Así

T2=�735 ºC+30 ºC=765 ºC

X2=2 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

5 mm=4 seg

P2=(4 seg, 735 ºC)

- Punto 3:

Y= 9.1 cm x 2mV

cm=18.2 mV

Por tabla tenemos que:

Y= 443 ºC; Así

T3=�443 ºC+30 ºC=473 ºC

X3=5.7 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

5 mm=11.4 seg

P3=(11.4 seg, 473 ºC)

- Punto 4:

Y = 4.5 cmx2 mV

cm= 9 mV

Por tabla sabemos que:

Y= 222 ºC ; Así.

T4=�222 ºC+30 ºC = 252 ºC

X4=6.8 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

5 mm=13.6 seg

P4=(13.6seg, 252 ºC).

- Punto 5:

Y = 1.5 cmx2 mV

cm= 3 mV

Por tabla sabemos que:

Y= 74 ºC ; Así.

T5=�74 ºC+30 ºC = 104 ºC

X5=7.1 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

5 mm= 14.2 seg

P5=(14.2seg, 104 ºC).

- Punto 6:

Y = 1.4 cmx2 mV

cm= 2.8 mV

Por tabla sabemos que:

Y= 69 ºC ; Así.

T6=�69 ºC+30 ºC = 99 ºC

X6=7.4 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

5 mm=14.8 seg

P6=(14.8seg, 99 ºC).

- Punto 7:

Y = 1.2 cmx2 mV

cm= 2.4 mV

Por tabla sabemos que:

Y= 59 ºC ; Así.

T7=�59 ºC+30 ºC = 89 ºC

X7=7.5 cm x10 mm

1 cm x

1 seg

5 mm=15 seg

P7=(15seg, 89 ºC).

Pto1. Ocurre sin difusión, debido al enfriamiento brusco, la transformación de

austenita a martencita, evitándose así las formaciones perlíticas. Dicha

transformación ocurre a temperaturas relativamente bajas, estimando una

aproximación de 774°C.

CONCLUSIONES

• Las propiedades del acero cambiaran según el enfriamiento al que sea

sometido y a su vez sus constituyentes varían cuando sufre un tratamiento

térmico de temple.

• Si se produce un enfriamiento muy rápido se formará menos ferrita

proeutectoide y se tendrá austenita remanente, y a su vez esta al ir

aumentando se transforma en perlita.

• Cuando el enfriamiento ocurre de manera lenta se da tiempo para que

ocurra la difusión en los átomos de carbono, y se va formar mas ferrita

proeutectoide y menos austenita remanente, que es la que forma la perlita.

• Los nódulos de perlita son más grandes para el enfriamiento con aire

forzado en comparación con los de la probeta enfriada al aire quieto.

• Mientras mayor sea la velocidad de enfriamiento, el espaciamiento

interlaminar será menor, es decir, las laminas de perlita están más pegadas

(existe menos ferrita proeutectoide).

• Las variaciones de las proporciones en lo constituyentes se deben a las

velocidades de enfriamiento. Mientras mayor sea la velocidad de

solidificación se da menos tiempo para que ocurra la difusión.

• La probeta enfriada al aire quieto es menos resistente que la enfriada con

aire forzado, debido a que las láminas de perlita en ellas son más gruesas.

• La probeta más dura de las tres será la que sufrió un enfriamiento con

agua, ya que se le aplicó un tratamiento térmico de temple, y este logra

aumentar la dureza ya que la austenita se transforma en martensita.