Laboratorio 5 - CMI, CIENCIA DE LOS MATERIALES I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica

ALUMNOS: Burga Zegarra Sheling (20121177C) Castillo Carranza Alonso (20122579H) PROFESOR: José Luis Sosa

FECHA DE ENTREGA: 07 de diciembre de 2013

1. OBJETIVOS

En el siguiente informe veremos los cambios que sufren las propiedades mecánicas de las probetas de acero, al recibir un tratamiento térmico, que consiste en una serie de pasos de calentamiento y enfriamiento con el fin de solo modificar su estructura interna y no su composición química, analizaremos estos cambios obtenidos para así usarlos de manera correcta en el momento de modificar las propiedades mecánicas delos materiales según las necesidades. En general veremos los tratamiento térmicos más usados en la industria con el fin de mejorar la propiedades mecánicas de los metales, tener en cuenta que también se puede usar en materiales como la cerámica, polímeros y otros, pero en el siguiente informe nos basaremos en modificar la propiedades de las aleaciones de hierro (acero SAE 1045 y acero SAE 1010). Un pequeño ejemplo pero de gran aplicación seria si queremos moldear una barra de acero muy resistente para lograrlo podemos darle un tratamiento térmico para así modificar una de sus propiedades mecánicas que en este caso sería disminuir su dureza para así poder moldearlo; luego de realizar las modificaciones; mediante otro tratamiento térmico, podremos aumentar su dureza y así obtendremos el acero de acuerdo a nuestras necesidades. Como vemos este ejemplo es de mucha utilidad ya que todas las máquinas que vemos tienen piezas que están hechas de acero de diferentes formas y es gracias a los tratamientos térmicos que podemos lograrlo. Por eso, tenemos la seguridad que el tema desarrollado en el informe le será de gran utilidad.

2. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

 Lijas de 180-360-600-800-1000-1200

 Pulidora

 Probetas (Acero SAE 1010 - Acero SAE 1045)

 Microscopio

 Horno Thermolyne

 Materiales de protección

Casco protector

Guantes

 Medios de enfriamiento: Aceite(izquierda) y agua(derecha)

 Nital, alcohol y agua

3. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO

1. Seleccionar las probetas a trabajar, en este caso el acero SAE1010 y el acero SAE1045, dos de ellas para templar en agua y aceite y 4 probetas para el normalizado, recocido y revenido.

Selección de las probetas, destinándolas para cada tratamiento a realizarse.

2. Introducir todas las probetas al horno, y encenderlo para que comiencen a calentarse hasta una temperatura de 850°C aprox. 3. Habiendo ya introducido las probetas, esperar entre aproximadamente de 30 a 45 min, para que el horno pueda llegar a la temperatura establecida.

Momento de escoger las probetas para poder introducirlas en el horno.

Fijación de la temperatura a trabajar en el ensayo: 850°C

4. Una vez pasado ya el tiempo establecido, fijarse que el horno este a temperatura escogida, sino es así esperar un tiempo más. Una vez que la temperatura ya se haya establecido, colocarse el material de protección y preparar las herramientas que servirán para retirar las probetas.

5. Preparados y puestos los materiales de protección, se abre el horno y se procede a retirar las probetas del temple, normalizado, revenidos; para que sigan el procedimiento que les corresponde, y no las del recocido, puestos que estos se enfriarán lentamente dentro del horno.

Retirando las probetas, luego de haber esperado el tiempo

Introduciendo las probetas a los medios de enfriamiento (aceite y agua), para obtener el temple.

Retirando la probeta de la rejilla, que fue colocada en el aceite, para que se pueda retirar luego de la inmersión.

6. Una vez ya listas las probetas, se procede al tratamiento metalográfico común, visto en el ensayo anterior, siguiendo los mismos procedimientos.

Lijado al agua de las probetas, luego del tratamiento, de la lija más gruesa a la más fina.

Pulido de la probeta, luego del lijado; con alúmina y agua.

Ataque de la superficie trabajada, con el NITAL, para terminar de limpiar impurezas.

Foto microscópica, luego del ensayo, para poder determinar nuevas características de las probetas tratadas.

4. RECOMENDACIONES

 Se observa en las fotografías que en algunas hay formación de nuevas estructuras en los granos.  Se observa que los materiales al momento de lijar en algunos era más rápido y otros se demoraba, esto se debe a que su dureza había disminuido o aumentado, obviamente después de haber realizado los tratamientos respectivos.  De la gráfica del acero SAE 1045 se observa que el cumple con el modelo teórico de los tratamientos, y que para endurecer el material con el temple es mejor utilizar el medio de enfriamiento del agua, análogamente el acero SAE1010  Debido a que al aceite era un fluido sin transparencia, se utilizó una rejilla al momento de echar la probeta sobre este, para no perder la probeta.  Para no lastimarse al retirarlas luego del calentamiento, es recomendable utilizar los materiales de protección para no dañarse, es importante recalcar que fue el ingeniero, quien retiró las probetas, por lo que en las fotografías sale sin guantes.  Se recomienda escoger una sola escala para hacer las comparaciones de los tratamientos, de esto modo se facilita el análisis.  Si se trabaja el recocido, se recomienda dejar que el enfriamiento dentro del horno sea hasta temperatura ambiente, para obtener mejores resultados, sin embargo se puede retirar cuando se encuentre a los 500°C.

5. CONCLUSIONES

 Al analizar las fotos de las muestras podemos notar como los granos varían, ya sea en el tamaño o en la forma. Los cuales nos hacen deducir que las propiedades mecánicas de los materiales ha sido modificada, lo cual corroboramos con los resultados de las mediciones.  Se concluye que los tratamientos realizados fueron los correctos, debido a que analizando las probetas tratadas con las probetas testigo estos varían en su dureza; en algunos casos mayores o menores, y en las gráficas se muestra la comprobación del análisis.

 Al convertir de una escala a otro, en las durezas; había valores que estaban fuera del rango de valores establecido, pero se utilizaron solamente con fines de comparación.

 Si no hubiésemos sabido la teoría y no daban las gráficas, además nos pedían un tratamiento para aumentar la dureza respondíamos que el temple, para disminuir la dureza, sería el revenido, y para que vuelva a su estado normal se debe de realizar el normalizado.

6. CUESTIONARIO

1. ¿Qué factores influyen en la templabilidad de los aceros?

    

Estado austenítico del acero luego del calentamiento. Composición química del acero. Tamaño de grano. Tamaño de las piezas. Medio de enfriamiento.

2. ¿Cómo influye el porcentaje de carbono en las temperaturas de inicio y fin de la transformación de la martensita, en el diagrama TTT? Mostrar un diagrama Las temperaturas Mf (Temperatura de fin) y Ms (Temperatura de inicio) disminuyen a medida que el porcentaje de carbono aumenta en la aleación. En el diagrama mostrado a continuación se puede observar dicha aseveración.

3. ¿Cómo influyen los elementos de aleación en los desplazamientos de las regiones de transformación en el diagrama TTT, para los aceros al carbono? Mostrar diagramas

Los diversos elementos de contenidos en una aleación hacen que la temperatura del diagrama de fases Fe-Fe3C 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 austenitica del diagrama de fase Fe-

Fe3

C.

En algunos aceros con suficientes cantidades de níquel o manganeso, la estructura austenitica puede obtenerse a temperatura ambiente. Los elementos formadores de carburo, como el molibdeno, tungsteno y el titanio elevan la temperatura eutectoide del diagrama de fase Fereducen el campo de la fase austenitica.

Fe3

C a valores más altos y

4. ¿Cuál es la diferencia entre el diagrama TTT o diagrama de transformación a temperatura constante y el diagrama de transformación de enfriamiento continuo o a velocidad constante para los aceros? En el diagrama de enfriamiento continuo, las líneas de inicio y final de la transformación están desplazadas a tiempo más prolongado y a temperaturas un poco más bajas que en relación al del diagrama isotérmico. Se presenta la superposición de ambas gráficas.

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.

DIAGRAMA T-T-T PARA ACEROS EUTECTOIDES

DIAGRAMA T-T-T PARA ACEROS HIPOEUTECTOIDES

DIAGRAMA T-T-T PARA ACEROS HIPEREUTECTOIDES

Se resaltan muchas diferencias observando los diagramas por ejemplo las curvas S del acero hipoeutectoide han sido desplazadas hacia la izquierda, por lo cual no es posible templar a estos aceros a partir de la región austenitica para producir una estructura totalmente Martensitica. Otra diferencia importante es que se ha añadido otra línea de transformación para la parte superior del diagrama

T-T-T

del acero eutectoide que indica el inicio de la formación de ferrita proeutectoide.

7. BIBLIOGRAFÍA

 Donald Askeland, “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Editorial Thomson Editores, 3era edición, 1998.  William Callister, “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Editorial Reverté S.A.