Informe 5 Tratamientos Termicos

“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Ciencia de los Materiales INFORME DE LABORATORIO Nº 5

TEMA: TRATAMIENTOS TERMICOS PROFESOR: LUIS SOSA JOSÉ INTEGRANTES: CODIGO:  CARBAJAL JARA WILDER JAVIER 20141237A  OCHOA RIVAS DIEGO STEVEN 20142550E  VALERA QUIROZ JOSE DANIEL 20140189C SECCION: “C” FECHA DE EXPERIENCIA:

22/06/15

FECHA DE ENTREGA:

04/07/15

LIMA - 2015

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INDICE Contenido INTRODUCCION ................................................................................................................................... 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 4 FUNDAMENTO TEORICO ..................................................................................................................... 4 DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS ........................................................................................................... 5 DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO ................................................................................................... 6 CUESTIONARIO DE TRATAMIENTOS TERMICOS .................................................................................. 8 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 14 RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 14 BIBLIOGRAFÍA: ................................................................................................................................... 14

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INTRODUCCION  En este trabajo trataremos de explicar los tratamientos térmicos y su aplicación, pero tal vez usted se pregunte ¿Qué es un tratamiento térmico?, a continuación se explicara que es.  El cambio o modificación de las propiedades de un material con calentamiento y enfriamiento controlado se denomina tratamiento térmico y es un término genérico que incluye los procesos de reblandecimiento, endurecimiento y tratamiento de superficies. El endurecimiento abarca procesos como templado de martensita, templado de austenita y endurecimiento. Estos procesos se efectúan para aumentar la resistencia y dureza, mejorar la ductilidad, cambiar el tamaño de granos y composición química, mejorar la facilidad de trabajo, liberar esfuerzos, endurecer herramientas y modificar las propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales. Como todos estos procesos implican cambios o modificaciones en la estructura del material, se necesitan conocimientos de metalurgia o de físico-química para conocerlos a fondo. Por tanto, solo se describirán los aspectos sencillos de estos procesos

Tratamientos térmicos

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OBJETIVOS  Conocer las distintas maneras de alterar las estructuras de diversos materiales, haciéndolos más duros o blandos según nuestras conveniencia  Observar que es lo que ocurre cuando se calienta un material por arriba de la temperatura crítica y lo que sucede cuando se le enfría a diferentes velocidades.

FUNDAMENTO TEORICO Tratamientos térmicos del acero I.

II.

III.

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:

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 Ac (entre 900-950 °C) y se enfría Página 4

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luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera. b. Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento. c. Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. d. Normalizado: Ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido

DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS 1) Probetas de acero: Son de acero SAE 1040 primero son tratadas por el ensayo metalográfico luego son puestas dentro de un horno para calentarlas y hacerles los diferentes tratamientos. Se utilizaron 3 probetas.

2) Horno: Es pequeño con una capacidad para las 3 probetas, posee una manija al lado derecho para levantar la tapa frontal y extraer las probetas así como un indicador electrónico que mide la temperatura interna.

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3) Agua: Usada para el temple. 4) Aceite: Usada para el temple. 5) Microscopio: Usado para observar la superficie de las probetas luego de haber sido tratadas térmicamente.

6) Guantes especiales para altas temperaturas, pinzas, etc.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO Primero se calientan las probetas de acero a una temperatura de 850°C y se deja a esta temperatura un tiempo de permanecía adecuado. Luego se procede al enfriamiento de las probetas a diferentes velocidades según el proceso a utilizar. Para el temple (velocidad alta de enfriamiento) se utilizó como medio de enfriamiento el agua y el aceite. La probeta se introduce en el agua o el aceite mientras se agita vigorosamente. Para el normalizado (velocidad media de enfriamiento) se dejó la probeta al medio ambiente (aire quieto) Y para el recocido (velocidad baja de enfriamiento) se enfrió en el horno muy lentamente.

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Normalizado 200x1

Templado en agua y Revenido 150 °C 200x1 por 30 minutos

Temple en aceite 200x1

Recocido 200x1

Templado en agua y Revenido 450 °C 200x1 por 30 minutos

Temple en agua 200x1

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CUESTIONARIO DE TRATAMIENTOS TERMICOS 1. ¿Qué factores influyen en la templabilidad de los aceros? 2. ¿Cómo influye el porcentaje de carbono en las temperaturas de inicio y fin de la transformación de la martensita, en el diagrama TTT? 3. ¿Cómo influyen los elementos de aleación en los desplazamientos de las regiones de transformación de los aceros en el diagrama TTT? 4. ¿Cuál es la diferencia entre el diagrama TTT o diagrama de transformación a temperatura constante y el diagrama de transformación de enfriamiento continuo para los aceros? 5. ¿Qué etapas se producen durante el revenido, qué estructura se forma al realizar un revenido por encima de 400 ºC? 6. Mostrar los diagramas TTT para un acero eutectoide, un acero hipoeutectoide y un acero hipereutectoide, indicar cuales son las diferencias más importantes entre ellas. 7. Sabiendo que la temperatura de temple es T = Ac3 + 50 ºC, Calcular la temperatura para un acero SAE 1035 8. Se sabe que la región central de una probeta cilíndrica de acero al carbono con 0.35 %C, de 12 mm de diámetro tiene 80 % de martensita, Calcular la dureza HRc de esta región central. 9. Calcular el tiempo de calentamiento para el temple de una pieza cilíndrica anular de 3.5 pulgadas de longitud con diámetro externo de 3.5 pulgadas y diámetro interno de 2.0 pulgadas. 10. Describir la transformación martensítica. Mostrar gráficos.

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1) ¿Qué factores influyen en la templabilidad de los aceros? - La composición química del acero El contenido de carbono Un incremento del contenido de C en un acero aumenta fuertemente su dureza y su templabilidad. Sin embargo, un alto % de C no siempre es deseable. Una alternativa para aumentar la dureza de un acero de bajo C es añadir elementos de aleación - Del tamaño del grano austenítico El tamaño de grano de la austenita Grano muy fino tiene mucha ·rea de límite de grano que facilita la nucleación de ferrita y perlita, disminuyendo la templabilidad del acero. Grano grande no es deseable porque reduce la ductilidad final del acero y aumenta la tendencia al agrietamiento en el temple, así pues, no es buena práctica hacer crecer el grano austenítico - De la estructura del acero antes del temple 2) ¿Cómo influye el porcentaje de carbono en las temperaturas de inicio y fin de la transformación de la martensita, en el diagrama TTT?

La temperatura en la cual se inicia la transformación de austenita a martensita, bajo enfriamiento, se conoce como temperatura de inicio de martensítico, Ms, y la temperatura a la cual finaliza dicha transformación se llama temperatura de acabado martensítico, Mf. La temperatura Ms para aleaciones Fe-C disminuye a medida que el porcentaje en peso de carbono aumenta en esas aleaciones, como se muestra en la siguiente figura.

Porcentaje de carbono en peso

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3) ¿Cómo influyen los elementos de aleación en los desplazamientos de las regiones de transformación de los aceros en el diagrama TTT? Los diversos elementos de contenidos en una aleación hacen que la temperatura del diagrama de fases 𝐹𝑒 − 𝐹𝑒3 𝐶 aumente o disminuya. Tanto el manganeso como el níquel hacen que la temperatura disminuya y actúan como elementos estabilizadores de austenita que agrandan la región austenítica del diagrama de fase 𝐹𝑒 − 𝐹𝑒3 𝐶. En algunos aceros con suficientes cantidades de níquel o manganeso, la estructura austenítica puede obtenerse a temperatura ambiente. Los elementos formadores de carburo, como el tungsteno, Molibdeno y el titanio elevan la temperatura eutectoide del diagrama de fases 𝐹𝑒 − 𝐹𝑒3 𝐶 a valores más altos y reducen el campo de la fase austenítica.

4) ¿Cuál es la diferencia entre el diagrama TTT o diagrama de transformación a temperatura constante y el diagrama de transformación de enfriamiento continuo para los aceros? En las operaciones industriales a base de tratamiento calórico, la mayoría de las veces el acero no transforma isotérmicamente a una temperatura superior a la temperatura inicial de martensita, sino que se enfría continuamente desde la temperatura ambiente. En un acero al carbono simple bajo enfriamiento continuo, la transformación de austenita a perlita se produce en todo un rango de temperatura y no a una sola temperatura isotérmica. Página 10

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5) ¿Qué etapas se producen durante el revenido, qué estructura se forma al realizar un revenido por encima de 400 ºC? Cuando los aceros se revienen en el rango de 200 a 300°C, la formación del precipitado se asemeja a unas varillas. A temperaturas de revenido más altas, de 400 a 700°C, los carburos en forma de varillas se colapsan para crear partículas esféricas.

6) Mostrar los diagramas TTT para un acero eutectoide, un acero hipoeutectoide y un acero hipereutectoide, indicar cuales son las diferencias más importantes entre ellas.

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Diagrama para Acero Hipoeutectoide-Hipereutectoide (Superposición)

En el diagrama de acero hipoeutectoide aparece una línea más de transformación en la parte superior izquierda que corresponde a la línea de precipitación de la ferrita AC3 En el diagrama de acero hipereutectoide se observa una línea más de transformación a la izquierda en la parte superior, que es la iniciación de la transformación de austenita en cementita. Entre las temperaturas ACm y AC123 sólo se transforman austenita en cementita.

7) Sabiendo que la temperatura de temple es T = Ac3 + 50 ºC, Calcular la temperatura para un acero SAE 1035

8) Se sabe que la región central de una probeta cilíndrica de acero al carbono con 0.35 %C, de 12 mm de diámetro tiene 80 % de martensita, Calcular la dureza HRc de esta región central.

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9) Calcular el tiempo de calentamiento para el temple de una pieza cilíndrica anular de 3.5 pulgadas de longitud con diámetro externo de 3.5 pulgadas y diámetro interno de 2.0 pulgadas.

10) Describir la transformación martensítica. Mostrar gráficos. 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 auténtico 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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CONCLUSIONES 1) En la experiencia se han podido apreciar los métodos de templado, recocido y revenido en las probetas de acero y se ha visto como influyen en las propiedades mecánicas de dichas probetas. 2) En la experiencia se han podido observar las diferentes formas de variar las propiedades mecánicas de un acero hipoeutectoide al ser sometido a los diferentes tratamientos térmicos. 3) Los tratamientos térmicos son esenciales en la ciencia de los materiales porque nos permiten variar la estructura cristalina del metal a tratar, obteniendo de este modo obtenemos un material con una mayor resistencia que la matriz original mediante el normalizado, recocido, templado y revenido. 4) Los diferentes tratamientos térmicos empleados para el acero SAE1035 son: Normalizado: nos permite pasar todo el metal al estado austenítico. Recocido: nos permite ablandar el material para poder tratarlo mejor. Temple: nos permite transformar todo la masa del acero es austenita seguido de un enfriamiento lo suficientemente rápido para transformar la austenita en martensita

RECOMENDACIONES 

Se recomienda realizar el ensayo de tratamientos térmicos con guantes y pinzas de protección para retirar las probetas del horno.



Se recomienda realizar el ensayo en un ambiente aislado para evitar el olor de las probetas al templarse

BIBLIOGRAFÍA:  Fundamentos de ciencias de los materiales – William Smith  Donald R. Askeland, Ciencia e ingeniaría de los materiales.

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