tratamiento térmico del acero
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Tratamientos termicosTRANSCRIPT
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN......................................................................................................3
2. ANTECEDENTES....................................................................................................4
3. OBJETIVOS.............................................................................................................5
3.1 Objetivo General...............................................................................................5
3.2 Objetivos Específicos........................................................................................5
4. FUNDAMENTO TEÓRICO.......................................................................................5
4.1 Propiedades mecánicas del Acero....................................................................5
4.2 Tratamiento Térmico.........................................................................................5
4.3 Calentamiento para austenización....................................................................9
4.4 Ejecución de los Temples...............................................................................10
4.5 Ejecución de Revenido y Recocido.................................................................10
4.6 Examen Microscópico.....................................................................................11
4.7 Medidas de Dureza.........................................................................................12
5. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS..............................................................16
6. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO..............................................................................19
7. CÁLCULOS Y RESULTADOS...............................................................................22
8. OBSERVACIONES................................................................................................33
9. CONCLUSIONES...................................................................................................34
10. RECOMENDACIONES.......................................................................................35
11. FUENTES DE INFORMACIÓN..........................................................................35
1. INTRODUCCIÓN
En los materiales de ingeniería pueden ocurrir muchos tipos de transformaciones de
estado sólido y pueden controlarse con los tratamientos térmicos adecuados. Estos
tratamientos térmicos están diseñados para proporcionar una distribución óptima de
dos o más fases en la microestructura. Los cambios en la naturaleza, cantidad,
tamaño, distribución y orientación de las fases resultantes nos permiten obtener una
gran variedad de estructuras y propiedades en los materiales.
En las más comunes de estas transformaciones: -excediendo el límite de solubilidad,
endurecimiento por envejecimiento, control de la reacción eutectoide y control de la
reacción martensítica, se pretende producir una microestructura final que contenga
una distribución uniforme de muchas partículas finas y duras de precipitado en una
matriz más blanda y dúctil.
Haciendo esto, es posible obstaculizar de modo efectivo el movimiento de las
dislocaciones, proporcionando así resistencia mecánica, pero manteniendo aún una
ductilidad y tenacidad convenientes.
El control cuidadoso de las temperaturas en el tratamiento térmico, así como sus
tiempos es esencial para obtener la microestructura apropiada. Los diagramas de
fases sirven para seleccionar las temperaturas apropiadas, pero se necesitan datos
experimentales para lograr finalmente la combinación óptima de tiempos, temperaturas
y composiciones.
Mientras las aplicaciones modernas se vuelven cada vez más desafiantes, las
propiedades mecánicas mejoradas que proporcionan los tratamientos térmicos tienen
cada vez mayor demanda. Por ejemplo, los aceros tratados térmicamente son
utilizados como herramientas de trabajo en caliente y en aplicaciones diseñadas para
diferentes tipos de tensiones aplicadas.
Finalmente, puesto que se obtienen las propiedades deseadas a través del tratamiento
térmico, debemos tener presente que la estructura y las propiedades pueden
modificarse cuando el material se utiliza a altas temperaturas. El sobre envejecimiento,
el sobre revenido y la pérdida de coherencia pueden ocurrir como una ampliación
natural del fenómeno que rige estas transformaciones cuando el material es puesto en
servicio.
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2. ANTECEDENTES
Los griegos descubrieron hacia el 1000 AC una técnica para endurecer
las armas de hierro mediante un tratamiento térmico.
Todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV DC se clasifican en la
actualidad como hierro forjado. Para obtener estas aleaciones, se calentaba en
un horno una masa de mineral de hierro y carbón vegetal. Mediante este tratamiento
se reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro llena de escoria formada por
impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta masa esponjosa se retiraba
mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para eliminar
la escoria y darle una determinada forma.
El hierro que se producía en estas condiciones solía tener un 3% de partículas de
escoria y un 0,1% de otras impurezas. En algunas ocasiones, y por error, solían
producir autentico acero en lugar de hierro forjado.
Los artesanos del hierro acabaron por aprender a fabricar acero, calentando hierro
forjado y carbón vegetal en un recipiente de arcilla durante varios días, con lo que el
hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero.
Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos empleados para fundir. En
estos hornos, el mineral de hierro de la parte superior se convertía en hierro metálico y
a continuación absorbía más carbono debido a los gases que lo atravesaban. Como
resultado daba arrabio, un metal que funde a temperatura menor que el hierro y el
acero. Posteriormente se refinaba el arrabio para obtener acero.
La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos
perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del
arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en
1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960
funcionan varios mini hornos que emplean electricidad para producir acero a partir de
chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos hornos continúan siendo
esenciales para producir acero a partir de mineral de hierro.
Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y
la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos
diversos a los sólidos cerámicos.
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3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo General
Determinación de las microestructuras de los aceros con tratamiento
térmico y ejercitar los procesos de tratamiento térmico.
3.2 Objetivos Específicos
Identificar y aprender a utilizar los equipos que son necesarios para
evaluar las características físicas de los aceros en los ensayos de
tratamientos térmicos.
Analizar las microfotografías tomadas de todos los materiales
Comparar las durezas de los diferentes materiales, antes y después de los
tratamientos térmicos.
4. FUNDAMENTO TEÓRICO
4.1 Propiedades mecánicas del Acero
El acero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de
aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas específicas para su utilización
en la industria metal-mecánica. Los otros principales elementos de composición son el
cromo, tungsteno, manganeso, níquel, vanadio, cobalto, molibdeno, cobre, azufre y
fósforo. A estos elementos químicos que forman del acero se les llama componentes,
y a las distintas estructuras cristalinas o combinación de ellas se les llama
constituyentes.
Los elementos constituyentes, según su porcentaje, ofrecen características específicas
para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etc. La
diferencia entre los diversos aceros, tal como se ha dicho depende tanto de la
composición química de la aleación de los mismos, como del tipo de tratamiento
térmico a los que se les somete.
4.2 Tratamiento Térmico
Conjunto de operaciones de calentamiento, permanencia y enfriamiento de las
aleaciones en estado sólido con el fin de cambiar su estructura y conseguir ciertas
propiedades físicas.
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Existen factores muy importantes de en el tratamiento térmico:
- La temperatura
- El tiempo de permanencia
- La velocidad d enfriamiento
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Figura 1: Etapas de tratamiento térmico del acero. Temperatura (ºC) vs Tiempo.
Figura 2: Diagrama Hierro – Carburo de Hierro. Mostrando sus regiones,
temperaturas y transformaciones.
Estos factores se fijan de acuerdo a la composición del acero, la forma y tamaño de
las piezas y características que se han de obtener.
Las propiedades mecánicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de
los aceros, residen en la composición química de la aleación que lo forma y el tipo de
tratamiento térmico a los que se les somete. En los tratamientos térmicos lo que hacen
es modificar la estructura de los granos que forman los aceros sin variar la
composición química de los mismos.
Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la misma composición
química se llama polimorfismo y es la que justifica los tratamientos térmicos.
Técnicamente el polimorfismo es la capacidad de algunos materiales de presentar
distintas estructuras cristalinas, con una única composición química. Por ejemplo, el
diamante y el grafito son polimorfismos del carbono. La α-ferrita, la austenita y la δ-
ferrita son polimorfismos del hierro. Esta propiedad en un elemento químico puro se
denomina alotropía.
Según la figura 1, la tercera etapa del tratamiento térmico es el enfriamiento de la
pieza, dependiendo de cómo se lleva a acabo nos podemos encontrar con los
siguientes tratamientos:
A. TEMPLE
Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el
acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac3 para que
se dé la transformación a la estructura austenita (entre 900-950ºC) y se enfría luego
más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua,
aceite, o incluso aire, según su composición.
El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la
tracción (tensión) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se
puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere
aproximadamente entre los 790 y 830 °C, lo cual se identifica cuando el metal
adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se
combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita.
Cuando se enfría la austenita de manera brusca, se transforma en martensita, material
que es muy duro y frágil.
B. RECOCIDO
Existen varios tipos de recocido, a continuación se describen los más comunes:
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- Recocido Primario
Tiene como finalidad principal el ablandar el acero, regenerar la estructura de aceros
sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo
en frío. (Enfriamiento en el horno).
- Recocido de Regeneración
Tiene como función regenerar la estructura del material producido por temple o forja.
Se aplica generalmente a los aceros con más del 0.6% de C, mientras que a los
aceros con menor porcentaje de C sólo se les aplica para finar y ordenar su estructura.
- Recocido de Globular
Es usado para los aceros hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89
% de C, para conseguir la menor dureza posible que en cualquier otro tratamiento,
mejorando la maquinabilidad de la pieza. La temperatura de recocido está entre AC3 y
AC1.
- Recocido de Subcrítico
Se usa para aceros de forja o de laminación, para lo cual se usa una temperatura de
recocido inferior a AC1, pero muy cercana. Mediante este procedimiento se destruyen
las tensiones internas producidas por su moldeo y mecanización. Comúnmente es
usado para aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni, Cr-Mo, etcétera. Este
procedimiento es mucho más rápido y sencillo que los antes mencionados, su
enfriamiento es lento.
C. NORMALIZADO
Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones
internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como
tratamiento previo al temple y al revenido. Consiste en calentar a temperatura de
austenización y luego enfriar al aire quieto.
De esta forma se deja el acero con una estructura y propiedades que arbitrariamente
se consideran como normales y características de su composición.
D. REVENIDO
Es un tratamiento que se da a las piezas de acero que han sido previamente
templadas. Con este tratamiento que es inferior a la crítica Ac, se disminuye la dureza
y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple,
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y se mejora la tenacidad quedando además el acero con la dureza o resistencia
deseada.
4.3 Calentamiento para austenización
A. DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE TEMPLE
La temperatura de temple de un acero hipoeutectoide se toma igual a T=Ac3 +
50ºC.
Para un acero SAE 1045 entonces, la temperatura de temple será:
T=760ºC + 50ºC=810ºC
Para un acero SAE 1020, la temperatura de temple será:
T=850ºC + 50ºC=900ºC
B. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE CALENTAMIENTO
Para determinar el tiempo mínimo de mantenimiento a la temperatura de temple se
aplicara la formula empírica:
t=5VS
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Figura 3: Temperaturas de normalizado, temple y recocido para aceros hipoeutectoides e
hipereutectoides.
Donde:
t: tiempo en minutos
V: volumen en milímetros cúbicos
S: superficie total en milímetros cuadrados
4.4 Ejecución de los Temples
A. TEMPLE AL AGUA
Las probetas a templar en agua que ya han sido calentadas y mantenidas a 820 ºC
durante el tiempo (t) calculado, serán retiradas con tenazas calentadas previamente al
soplete o en una mufla de precalentamiento y sumergidas rápidamente en un baño de
salmuera (sal disuelta en el agua hasta la saturación).
El agua de temple debe estar limpia y a una temperatura vecina a 20 ºC.
Las probetas serán agitadas en el baño enfriador hasta que su temperatura disminuya
a unos 100 ºC.
B. TEMPLE AL ACEITE
El procedimiento será análogo al del temple al agua.
Precaución: siempre se evitará que el horno permanezca abierto más de lo necesario
para los temples, pues así se evita el riesgo de templar a temperaturas inferiores a
Ac3 y por lo tanto, perder la oportunidad de obtener la dureza y estructuras
convenientes, obtenibles después de un temple correcto.
4.5 Ejecución de Revenido y Recocido
A. REVENIDO A 600 ºC
Se realizará en el horno de mufla.
Duración del calentamiento a 600 ºC: 1 hora.
La introducción en el horno será previo precalentamiento a 400 ºC en la mufla de
secado. El enfriamiento será en aire.
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B. REVENIDO A 200 ºC
Se realizara en horno eléctrico.
Duración del calentamiento: 1 hora. El enfriamiento podrá realizarse en agua.
C. RECOCIDO
Se realizará a la temperatura adecuada durante 2 horas por enfriamiento posterior
dentro del horno.
4.6 Examen Microscópico
Se seguirá las técnicas de preparación del trabajo práctico referente a “observaciones
metalográficas”.
El ataque químico se realizará inmediatamente después del pulido.
El reactivo usual de los aceros tratados es el NITAL, solución nitro alcohólica al 4% y
el orden de magnitud del ataque es de 1 hasta 15 segundos. Después del ataque
químico, lavados sucesivos con agua a presión, alcohol y secado con aire, las
probetas se observaran con un aumento de 100 X.
A. PROBETA TESTIGO NORMALIZADA
El constituyente habitual es la perlita fina, que no es más que la precipitación de la
cementita laminada dentro de una matriz de ferrita (líneas blancas), además se
observara claramente delineados los granos de ferrita, la forma original de los granos
de austenita a partir de los cuales se ha precipitado la perlita al ocurrir la reacción
eutectoide. Si la perlita es suficientemente fina puede no ser resuelta (separada) por el
microscopio, razón por la cual se observaran manchas grises.
B. PROBETA TEMPLADA EN AGUA
El constituyente habitual de los aceros templados al agua es la martensita cuadrática o
tetragonal que es una solución sobresaturada de intersticiales de carbono en ferrita. La
martensita se presenta generalmente bajo forma de agujas agrupadas en haces
(textura acicular).
Estos haces indican la presencia de una red cristalina distorsionada sometida a
autosolicitaciones elevadas o esfuerzos residuales, lo cual desde ya explica el
aumento considerable de la dureza.
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C. PROBETA TEMPLADA EN ACEITE
El constituyente habitual suele ser también la martensita, empero la menor velocidad
de enfriamiento produce esfuerzos residuales (tensiones internas) más ligeros, lo cual
explica la menor dureza.
Se buscara también además de la martensita, la presencia de nódulos de troostita,
cuya presencia es una causa de disminución importante de la dureza. La troostita que
es una perlita irresoluble al microscopio óptico, es el constituyente suave de temple,
formado de nódulos oscuros redondeados de textura a menudo radial.
D. PROBETA REVENIDA
El constituyente normal de los aceros templados y revenidos a 600 ºC es la “sorbita”
que es una perlita de precipitación más fina.
Si el revenido es completo, la textura acicular de la martensita debe haber
desaparecido y la disminución de dureza será importante.
En la probeta revenida de 200 ºC puede ocurrir que la “martensita revenida” conserve
aún el aspecto acicular de la martensita de temple, pero se debe constatar también
una disminución de dureza debido, no a un cambio estructural, sino a la relajación
parcial de los tensiones internas (tensiones residuales) provocadas por el temple.
E. PROBETA RECOCIDA
La estructura deberá asemejarse a la estructura normalizada, pero los granos y la
perlita serán más gruesos.
4.7 Medidas de Dureza
Se realizarán mediciones de dureza Rockwell en todas las probetas, antes y después
de cada tratamiento, calculándose el porcentaje de aumento o disminución de esta
propiedad.
4.8 Procesos tecnológicos de fabricación del acero
A. HORNO BÁSICO AL OXÍGENO
Un horno de oxígeno básico o BOF (por sus siglas en inglés) crea el acero de la
fundición en bruto producida a partir de mineral de hierro en un alto horno, junto con
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un máximo de 25 por ciento de la chatarra de acero. Este horno funciona mediante la
inyección de oxígeno a alta presión en el hierro fundido para quemar el exceso de
carbono y otras impurezas combustibles. Los compuestos fundentes añadidos a la
masa fundida eliminan las impurezas no combustibles que flotan a la parte superior de
la masa fundida como escorias. El BOF obtiene la energía necesaria para convertir el
hierro en acero del calor original del hierro fundido junto con el calor generado por la
quema de exceso del carbono y otras impurezas en la presencia de oxígeno puro.
B. HORNO ELÉCTRICO (Horno de Arco)
Un horno de arco eléctrico fabrica (EAF, por sus siglas en inglés) nuevo acero de la
chatarra vieja de acero. Se trata de una caldera de acero con una tapa gigante forrada
con material refractario de cerámica resistente al calor. Su tapa se levanta para la
carga con chatarra. La tapa también contiene los tres electrodos de grafito que crean
el arco eléctrico para fundir la chatarra en acero nuevo. Después de la carga, se bajan
los electrodos en la chatarra y se alimenta de energía al horno. La electricidad se
arquea entre los electrodos generando el calor necesario para fundir la chatarra de
acero. Los compuestos fundentes eliminan las impurezas. Para obtener más calor, las
siderúrgicas inyectan carbón pulverizado y el oxígeno para complementar el calor
eléctrico. Aproximadamente un tercio del calor en los hornos de arco eléctrico proviene
de la inyección de combustible y del oxígeno.
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C. HORNO BÁSICO AL AIRE (Acero Thomas)
En el procedimiento básico de afino por aire, o procedimiento Thomas, el revestimiento
del aparato es a base de dolomita (carbonato doble del calcio y manganeso de formula
CaCO3, MgCO3) y con el arrabio se introduce cal viva.
Oxidaciones: El silicio debido a su pequeña proporción desaparece muy rápidamente;
la sílice formada se une a los óxidos de hierro y de manganeso y también a las bases
del revestimiento, y después a la cal, dando silicatos muy fluidos que se eliminan
rápidamente por decantación fuera del metal.
El arrabio debe ser pobre en silicio para reducir a un mínimo el ataque del
revestimiento básico.
El carbono desaparece más rápidamente que en el procedimiento Bessemer, porque
el silicio es poco abundante y la separación del manganeso es más lenta.
Reducción: La desoxidación del acero se hace como en el procedimiento Bessemer.
Sin embargo, aquí es necesario evacuar previamente la escoria, porque el carbono de
la ferroaleación atacaría a los fosfatos e incorporaría una parte del fosforo al acero; por
otra parte, pasaría manganeso a la escoria en pura perdida.
El azufre se elimina muy ligeramente durante la oxidación, sobre todo en forma de
sulfuro de calcio disuelto en la escoria básica. El contenido del azufre permanece casi
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constante en tanto que la escoria es acida, y no disminuye hasta después de la
formación de la escoria básica.
D. HORNO ÁCIDO AL AIRE (Acero Bassemer)
En el procedimiento ácido de afino por aire, o procedimiento Bessemer, el
revestimiento del convertidor es de sílice.
Oxidaciones: El orden de separación de las impurezas depende, principalmente, de su
afinidad por el oxígeno.
El Silicio se oxida desde el principio, y forma una escoria de silicato de hierro y
manganeso que sube a la superficie. Esta oxidación es la principal reacción que eleva
la temperatura, y por eso debe de ser suficiente en el arrabio.
Reducciones: Al no utilizar combustibles este procedimiento, la reducción debe ser
muy rápida para evitar la solidificación del acero.
E. HORNO MARTIN SIEMENS
El horno Martin-Siemens es un horno de reverbero. La solera se calienta exteriormente
y se cargan el arrabio y la chatarra inclinados hacia un orificio de salida. La capacidad
de estos hornos es muy variable: los hay hasta de 250 toneladas. La bóveda es de
ladrillo refractario de sílice. Por el exterior circula aire frío para refrigerar. Los gases de
la combustión pasan por unos recuperadores que invierten su sentido de circulación
con el aire carburante y producen temperaturas muy elevadas, a unos 1800 º C. A
dicha temperatura funde la chatarra y lingotes de arrabio solidificado bajo la llama
producida en la combustión; se eliminan las impurezas y se consiguen aceros de una
gran calidad para fabricar piezas de maquinaria. Su campo de aplicación es muy
amplio, ya que pueden fundir latones, bronces, aleaciones de aluminio, fundiciones y
acero.
15
5. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
16
Figura 5: Probetas cilíndricas. Acero
SAE 1020, Acero SAE 1045 trefilado.
Figura 4: Caño. Sistema de goteo continuo de
agua.
Figura 7: Piceta con agua.
Figura 6: 7 Lijas al agua diferentes. De 180, 360,
600, 800, 1000, 1200 y 1500.
17
Figura 9: Pinzas
Figura 8: Alumina.
Figura 15: HornoFigura 14: SecadoraFigura 13: Algodón
Figura 12: Tenazas
Figura 11: Nital 2.5%Figura 10: Piceta con
alcohol
18
Figura 21: Microscopio Metalográfico
Figura 22: Disco de pulidora
Figura 18: Cilindros con agua y
aceite
Figura 16: luna de ensayo. Figura 17: Recipiente con agua
Figura 19: Durómetro Rockwell
Figura 20: Guantes de
protección
6. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO
a. Tomamos una de las probetas la cual está cortada en su sección transversal
recta y le hacemos una marca en la cara que no va a ser usada, para guiarnos
en la dirección que vamos a tomar para lijar y así evitar confusiones.
b. Frotamos su sección transversal en un papel abrasivo (lija de agua), que
descansa sobre una lámina de vidrio, mientras le cae chorros suaves de agua,
el grado de rugosidad del papel abrasivo variará según vayamos avanzando:
P180, P360, P600, P800, P1000, P1200, P1500
c. Debe observarse que se formen líneas paralelas cada vez que se acabe de
lijar con cada una de las lijas hasta que estas sean casi invisibles, teniendo en
cuenta que cada vez que cambiamos del papel abrasivo rotábamos la pieza un
ángulo de 90º.
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d. Una vez concluida la secuencia con el papel abrasivo, lavamos bien la
superficie trabajada para que no queden ningún tipo de partículas en este y
posteriormente introducimos la probeta en un disco giratorio que contenía un
paño al cual rociábamos un producto abrasivo en polvo (Alúmina) junto con
pequeños chorros de agua, para que el paño pula aún más a la probeta. La
probeta debe estar pulida al espejo.
e. Después “atacamos” a la probeta, en la parte pulida con Nital durante 14
segundos para el SAE 1020 y 5 segundos para el SAE 1045, según sea el tipo
de tratamiento que le corresponde.
f. Después de rociar a cada probeta con el reactivo se lava probeta con agua por
un momento. Se limpia con alcohol presionando fuertemente, esto con el
objetivo de eliminar algunas imperfecciones observadas posteriormente en el
microscopio.
20
g. Luego secamos las probetas con la secadora teniendo en cuenta que la
secadora no esté muy cerca de la probeta.
h. Finalmente observamos las probetas a través del microscopio metalográfico.
Este procedimiento se realiza para cada probeta de los cinco materiales.
21
7. CÁLCULOS Y RESULTADOS
ACERO SAE 1045
Dureza Inicial: 93 HRB
Descripción: Observamos a la perlita conformada por la ferrita y cementita, en este
caso la parte más clara es la ferrita ya que su composición en carbono es menor
respecto a la cementita. Vemos también que como es un acero con aproximadamente
0.45% C, se puede notar que la concentración de ferrita es mayor a la cementita, esto
es una característica de los aceros hipoeutoctoide.
TRATAMIENTO TÉRMICO MICROFOTOGRAFÍA
TEMPLE AL AGUA
TEMPLE AL ACEITE
22
REVENIDO
NORMALIZADO
23
TRATAMIENTO TÉRMICO DUREZA ROCKWELL (HRB)
SIN TRATAMIENTO 93
TEMPLE AL AGUA 110,8
TEMPLE AL ACEITE 111,4
REVENIDO 112
NORMALIZADO 101,7
SIN TR
ATAMIEN
TO
TEMPLE
AL AGUA
TEMPLE
AL ACEIT
E
REVEN
IDO
NORMALIZADO
0
20
40
60
80
100
120
93
110.8 111.4 112101.7
DUREZAS SAE 1045 (iniciales y finales)
Series1
TRATAMIENTO
DURE
ZA R
OCK
WEL
L (HR
B)
24
ÍNDICES DE GRANO DEL SAE 1045
TEMPLE AL ACEITE
Se tomó una muestra de 1 pulg2 de la fotografía a 200x tomada en laboratorio por
el profesor.
Resaltamos los granos y procedemos a contarlos según el Método ASTM E112.
Se sabe que:
( a100 )2
N=2n−1
Donde:
N: Número de granos por pulgada pulg2.
a: aumento
n: índice de grano
En nuestro caso “a” es diferente de 100 e igual a 200.
Del gráfico:
Sumamos los granos enteros y los granos no enteros los dividimos entre 2. Así:
N=3+112
=8.5
Reemplazando en la ecuación de índice de grano:
25
1 pulg
1 pulg
( 200100 )2
8.5=2n−1
n≈6
Pero, se sabe también, del anterior ensayo de metalografía, que el índice de grano del
SAE 1045 sin tratamiento es 8, entonces se observó una disminución en el índice de
grano.
TEMPLE AL AGUA
Se tomó una muestra de 1 pulg2 de la fotografía a 200x tomada en laboratorio por
el profesor.
Resaltamos los granos y procedemos a contarlos según el Método ASTM E112.
Se sabe que:
( a100 )2
N=2n−1
Donde:
N: Número de granos por pulgada pulg2.
a: aumento
n: índice de grano
En nuestro caso “a” es diferente de 100 e igual a 200.
Del gráfico:
26
1 pulg
1 pulg
Sumamos los granos enteros y los granos no enteros los dividimos entre 2. Así:
N=5+ 132
=11.5
Reemplazando en la ecuación de índice de grano:
( 200100 )2
11.5=2n−1
n≈7
Pero, se sabe también, del anterior ensayo de metalografía, que el índice de grano del
SAE 1045 sin tratamiento es 8, entonces se observó una disminución en el índice de
grano.
NORMALIZADO
PROBETA 1:
Se tomó una muestra de 1 pulg2 de la fotografía a 200x tomada en laboratorio por
el profesor.
27
Resaltamos los granos y procedemos a contarlos según el Método ASTM E112.
Se sabe que:
( a100 )2
N=2n−1
Donde:
N: Número de granos por pulgada pulg2.
a: aumento
n: índice de grano
En nuestro caso “a” es diferente de 100 e igual a 200.
Del gráfico:
Sumamos los granos enteros y los granos no enteros los dividimos entre 2. Así:
N=12+ 172
=20.5
Reemplazando en la ecuación de índice de grano:
( 200100 )2
20.5=2n−1
n≈7
Pero, se sabe también, del anterior ensayo de metalografía, que el índice de grano del
SAE 1045 sin tratamiento es 8, entonces se observó una disminución en el índice de
grano.
PROBETA 2:
28
Se tomó una muestra de 1 pulg2 de la fotografía a 200x tomada en laboratorio por
el profesor.
Resaltamos los granos y procedemos a contarlos según el Método ASTM E112.
Se sabe que:
( a100 )2
N=2n−1
Donde:
N: Número de granos por pulgada pulg2.
a: aumento
n: índice de grano
En nuestro caso “a” es diferente de 100 e igual a 200.
Del gráfico:
29
Sumamos los granos enteros y los granos no enteros los dividimos entre 2. Así:
N=11+112
=16.5
Reemplazando en la ecuación de índice de grano:
( 200100 )2
16.5=2n−1
n≈7
Pero, se sabe también, del anterior ensayo de metalografía, que el índice de grano del
SAE 1045 sin tratamiento es 8, entonces se observó una disminución en el índice de
grano.
ACERO SAE 1020
Dureza Inicial: 84 HRB
Descripción: Observamos en la microestructura hay dos constituyentes de la perlita que son la
ferrita y cementita, vemos los límites de grano muy notables, se observa la cementita en menor
proporción a la ferrita debido a que el porcentaje de carbono es de 0.20%.
TRATAMIENTO TÉRMICO DUREZA ROCKWELL (HRB)
30
SIN TRATAMIENTO 85
TEMPLE AL AGUA 114,3
REVENIDO 103
TRATAMIENTO TÉRMICO MICROFOTOGRAFÍA
TEMPLE AL AGUA
REVENIDO
RECOCIDO
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SIN TRATAMIENTO TEMPLE AL AGUA REVENIDO0
20
40
60
80
100
120
140
85
114.3
103
DUREZAS SAE 1020 (iniciales y finales)
Series1
TRATAMIENTO
DURE
ZA R
OCK
WEL
L (HR
B)
ÍNDICES DE GRANO DEL SAE 1020
TEMPLE AL AGUA
Se tomó una muestra de 1 pulg2 de la fotografía a 200x tomada en laboratorio por
el profesor.
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1 pulg
1 pulg
Resaltamos los granos y procedemos a contarlos según el Método ASTM E112.
Se sabe que:
( a100 )2
N=2n−1
Donde:
N: Número de granos por pulgada pulg2.
a: aumento
n: índice de grano
En nuestro caso “a” es diferente de 100 e igual a 200.
Del gráfico:
Sumamos los granos enteros y los granos no enteros los dividimos entre 2. Así:
N=11+182
=20
Reemplazando en la ecuación de índice de grano:
( 200100 )2
20=2n−1
n≈7
Pero, se sabe también, del anterior ensayo de metalografía, que el índice de grano del
SAE 1020 sin tratamiento es 8, entonces se observó una disminución en el índice de
grano.
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8. OBSERVACIONES
Se observa en los resultados obtenidos en el laboratorio. Que las probetas
templadas en agua presenta una mayor dureza con respecto a las demás.
Se observó en resultados obtenidos en el laboratorio después del revenido, las
probetas perdieron dureza, a cambio redujeron su fragilidad.
En su estructura de acero SAE1045 se observó martensita y troostita
(apariencia de manchas oscuras).
A la hora de comparar las probetas se observó, que el temple del agua y del
aceite se tiene en cuenta que la concentración de martensita es mayor en el
agua que en el aceite.
Observamos en el microscopio ala probeta acero SAE1045 que la martensita
revenida a 250, cuyos granos son más gruesos que la martensita revenida a
450.
Se pudo observar en el microscopio ala probeta acero SAE1020 en su
microestructura a dos constituyentes de la perlita que son la ferrita y cementita.
Se puedo observar en el microscopio ala probeta acero SAE1020 que las
colonias de perlita gruesa (color oscuro) y a la ferrita proeutectoide (color
claro).
9. CONCLUSIONES
Las propiedades mecánicas de los diferentes aceros tratados además de su
composición química dependen de su estructura cristalina.
Existen diferentes tipos de temple dos de los cuales son temple en agua y en
aceite. Al observar estos tratamientos concluimos que el temple depende de la
rapidez de enfriamiento.
La dureza en las diferentes probetas obtenidas también depende de la cantidad
de carbono que tengan.
El revenido se aplica a los materiales previamente templados, se usa para
reducir ligeramente los efectos del temple disminuyendo un poco su dureza y
aumentando su tenacidad.
El recocido es llevar el material hasta la temperatura de austenización (para
asegurar la austenización aumentar como mínimo 50°C) y un enfriamiento
lento, este tratamiento disminuye un poco la dureza pero se incrementa la
elasticidad.
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El normalizado consiste en que el material no tenga de tensiones internas,
esto se logra calentando y dejándolo al medio ambiente (para aceros aleados
se dice enfriado al aire).
La dureza aumenta cuando templamos los materiales y disminuye un poco al
recocerlos, para esto podemos usar las gráficas TTT que nos permiten saber
cómo varía la estructura con el tiempo.
Mediante los diferentes tratamientos térmicos realizados como el temple
recocido, etc. se puede obtener las propiedades requeridas para los materiales
que vamos a usar, y para esto debemos saber a qué temperatura llevarlos y
esto se logra con el diagrama hierro carbono.
10.RECOMENDACIONES
Tener mucho cuidado al sacar las probetas del horno para no provocar algún
accidente.
Para el proceso del calentamiento; hay que darle mucha atención cuando
se trata de trabajar con piezas de grandes dimensione; pues puede
provocar fisuras en su interior; tensiones internas; por eso se recomienda
calentarlo uniformemente para que no haya una gran diferencia entre la
superficie del material y el interior de la pieza; esto se debe a la dilatación
más grandes en las periferias que en el interior de esta.
Cuando se introduce piezas de grandes dimensiones al horno; se
recomienda no precalentarla inicialmente; sin embargo; para piezas muy
pequeñas; el horno se permite precalentarlo hasta una temperatura de
300ºC.
El calentamiento se debe realizar con tiempos prolongados y pausados.
Es conveniente que en las secciones transversales la diferencia de
temperaturas entre dos puntos de un mismo radio situado a 25mm de
distancia, no sea superior a 20ºC.
11.ANEXOS
CONSTITUYENTES DEL ACERO
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Ferrita (Fe α)
Es una solución sólida de carbono en hierro alfa. Su solubilidad a la temperatura
ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por lo que se considera hierro puro. La
máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0.02% a 723°C.
Cementita (Fe3C)
Es carburo de hierro Fe3C y contiene 6.67% C. Es el microconstituyente más duro y
frágil de los aceros el cual cristaliza en la red ortorrómbica.
Perlita
Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y
cementita. Compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8%C.
La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la
transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C. Su nombre se
debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas.
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Si el enfriamiento es rápido (100-200°C/seg.), la estructura es poco definida y se
denomina SORBITA.
Austenita
Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida
por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía
de 0.8% al 2% C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130°C. No es
estable a la temperatura ambiente.
Martensita
Es el constituyente de los aceros templados; está conformado por una solución
sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por
enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas.
El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de
carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un
máximo de 0.7%C.
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Troostita
Es un agregado muy fino de cementita y ferrita que se produce por un enfriamiento
de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crítica de
temple, por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura
de 500ºC a 600ºC, o por revenido a 400ºC. Es un constituyente nodular oscuro y
aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita.
Sorbita
Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de
la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple
o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600ºC a 650ºC, o
por revenido a la temperatura de 600ºC. Tanto la troostita como la sorbita pueden
considerarse como perlita de grano muy fino.
Bainita
Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita
cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250ºC a 500°C.
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Se diferencian dos tipos de estructuras:
Bainita superior de aspecto arborescente formada a 500ºC-580°C.
Bainita inferior, formada a 250ºC-400ºC tiene un aspecto acicular similar a la
martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas
placas de carburos.
Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismos
de los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser único constituyente y
además pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos.
12.FUENTES DE INFORMACIÓN
Archivos de páginas web
Pdf: Tratamientos térmicos y acabados de los metales.
http://www.slideshare.net/ludabel/tratamientos-termicos-de-los-metales
Pdf: Tratamientos térmicos de los aceros.
http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/clase9ttteoria.pdf
Pdf: Manual de laboratorios. Universidad Don Bosco. Ciencia de los Materiales.
Tratamientos térmicos y dureza después del tratamiento térmico en los aceros.
http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/mecanica-ingenieria/ciencia-de-los-
materiales/2013/ii/guia-4.pdf
Libros
Calle Sotelo, Gabriel. Materiales de Fabricación I. Ensayos Mecánicos.
Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Tercera Edición.
William F. Smith. Ed. Mc Graw-Hill, Madrid España.
OBSERVACIÓN IMPORTANTE
Estimado Ing. Gutierrez, los demás grupos no nos brindaron la información
acerca de sus durezas iniciales y finales, es por eso que solo realizamos de
algunos tratamientos térmicos.
39
Gracias.
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