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• Anthony Sanchez

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA

LABORATORIO Nº1 I. TÍTULO:

“RECOCIDO Y NORMALIZADO DEL ACERO AISI 4140 Y 1045”

II. OBJETIVOS:  Obtener la microestructura próxima a la del equilibrio (ferrito-perlíticas, que son más blandas que las bainíticas o martensíticas) para que el acero tenga una dureza apropiada útil.  Ablandar el acero para poderlo mecanizar o para conformarlo en frio.  Con el normalizado obtener estructuras ferrito-perlitas “normal del acero”, es decir un tamaño de grano ferritico igual o inferior al valor ASTM 7 y perlita laminar fina. . III. MATERIALES Y EQUIPOS Materiales:  3 Muestras de acero AISI 4140 (

).

 3 Muestras de acero AISI 1045(

).

 Lijas N° 100 - 220 - 320 - 400 - 600 – 800 – 1000 – 1500  Paño de pulido (pana).  Algodón.  Alcohol  Reactivos de ataque: Nital 3% Equipos:  Caja de difusión 120mm*120mm(1/16” espesor)  Durómetro INDENTEC.  Microscopio metalográfico.  Cámara fotográfica (digital y analógica).  Horno eléctrico tipo mufla 5Kw (0-1200ºC) METALURGIA FISICA II

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IV.

PROCEDIMIENTO: 1º Obtenemos 3 muestras de aceros AISI 4140 y AISI 1045(de 1.5cm de altura por 2cm de diámetro)

2º Luego procedemos al seccionamiento de estos aceros para el respectivo análisis metalográfico.

3º A las 3 aleaciones se le realizan los mecanismos de desbaste con papel abrasivo (lijas) y pulido (pana), hasta obtener una superficie adecuada.

4º Finalmente procedemos al ataque de las aleaciones con el reactivo adecuado que ha sido previamente preparado (Nital 2%).

8° Finalmente se lleva al microscopio para así observar su microestructura y tomar las fotos. V. RESULTADOS

Tabla N°1:

Cuadro de dureza – Acero 4140 Suministro

33 HRC

Recocido

8.5 HRC

Normalizado

26 HRC

Cuadro de dureza – Acero 1045

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Suministro

11 HRC

Recocido

180.97HB

Normalizado

8.4 HRC

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FOTOMICROGRAFÍAS

(a)

(b)

(c)

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(

(d)

(e)

Fotomicrografia N°1: Acero AISI 4140, Ataque químico: Nital 3% , Tiempo de ataque: 20 seg. (a) SUMINISTRO, se observa que en esta fotomicrografía existe Martensita revenida en el cual las zonas oscuras representan la perlita y las zonas blancas representan la ferrita. Dureza: 33HRC. Aumento 500X. (b y c) RECOCIDO. Se observa que existe más ferrita (zonas claras) que perlita (zonas oscuras). Dureza 8.5 HRC. (b)Aumento 200X, (c) Aumento 500X. (d y e) NORMALIZADO. Se observa poca ferrita (zonas claras) y mayor cantidad de perlita (zonas oscuras) así como Martensita en forma de agujas. Dureza: 26 HRC. (d) Aumento 200 X, (e) Aumento 500X. METALURGIA FISICA II

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(a)

(b)

(c)

Fotomicrografia N°2: Acero AISI 1045, Ataque químico: Nital 3%, Tiempo de ataque: 10 seg. (a) SUMINISTRO: se observa en mayor proporción la ferrita (zonas claras) que la perlita (zonas oscuras). Dureza: 11 HRC. Aumento 200X. (b) RECOCIDO: se sigue observando más ferrita que perlita. Dureza: 180.97 HBW. Aumento 200X. (c) NORMALIZADO: se sigue observando más ferrita que perlita. Dureza 8.4 HRC. Aumento 500X. METALURGIA FISICA II

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VI.

CONCLUSIONES



De esta experiencia podemos concluir en base a los resultados, que los datos recolectados experimentalmente en el laboratorio van de acuerdo a lo que la teoría formula en cuanto a las propiedades de dureza. El material se hace más blando después de un tratamiento térmico de recocido.



También podemos decir que esta disminución de dureza también es afectada por el tiempo de horneado, a medida que el tiempo de horneado aumenta, la diferencias de la disminución de dureza también aumenta.



Mediante el recocido se puede refinar el grano, proporcionar suavidad y aliviar tensiones.



Se obtuvo una microestructura cercana a la de equilibrio, obteniéndose como consecuencia una dureza conveniente y a la vez útil.



A través de la observación al microscopio pudimos notar que no es tan fácil obtener martensita en la totalidad de la estructura sino que aparecen litigios de ferrita.



La velocidad de enfriamiento debe ser mayor que la velocidad crítica para que ocurra transformación.



A mayor % de elementos aleantes, los tiempos de transformación serán mayores VII.

RECOMENDACIONES

 Proteger la probeta dentro del horno con gases inertes.  Tener un buen control de tiempo de permanencia de la probeta dentro del horno.  No elevar mucho la temperatura, debido a que esta disminuye las propiedades del acero tratado.

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LABORATORIO Nº2 I.

TÍTULO: “TEMPLE DE LOS ACEROS AISI 4140 Y AISI 1045”

II.

OBJETIVOS:  Obtener estructuras martensíticas en los aceros AISI 4140 Y AISI 1045 (transformar la austenita en martensita).  Conocer correctamente los mecanismos y medios de temple de acuerdo al tipo de acero.  Observar la influencia de la temperatura de temple sobre la estructura y características mecánicas de los aceros.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS Materiales:  5 Muestras de acero AISI 4140 (

).

 5 Muestras de acero AISI 1045(

).

 Lijas N° 100 - 220 - 320 - 400 - 600 – 800 – 1000 – 1500  Paño de pulido (pana).  Algodón.  Alcohol  Reactivos de ataque: Nital 3% Equipos:  Caja de difusión 120mm*120mm(1/16” espesor)  Durómetro INDENTEC.  Microscopio metalográfico.  Cámara fotográfica (digital y analógica).  Horno eléctrico tipo mufla 5Kw (0-1200ºC)

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IV.

PROCEDIMIENTO: 1º Obtenemos 5 muestras de aceros AISI 4140 y AISI 1045(de 1.5cm de altura por 2cm de diámetro). 2º Las muestras seccionadas del acero AISI 4140 y AISI 1045 son Colocadas en el horno y elevadas hasta la temperatura de Austenización 900ºC por un tiempo de permanencia 1 hora para que homogenicen. 3º Transcurrida l hora se procedió a abrir la puerta del horno, se retiró la tapa de la caja donde se encontraban las probetas de amos tipos de acero (AISI 4140 y AISI 1045) e inmediatamente se enfriaron las probetas en aceite durante 2 segundos. 4º Limpiamos y desbastamos las probetas para luego realizar la medición de durezas y comparar los resultados. 5º Luego las preparamos las probetas para el análisis microestructural para lo cual se agregó resina a un recipiente y peróxido (5 gotas) formando una mezcla, se procedió a encapsular. Seca la resina, se procedió al desbaste grueso y fino de las probetas respectivamente hasta obtener una superficie adecuada. 6° Finalmente previamente atacadas con el reactivo Nital se lleva al microscopio para así observar su microestructura y tomar las fotos.

V. RESULTADOS:  DUREZA DE LAS MUESTRAS TRATAMIENTO TÉRMICO

ACERO

TEMPLE EN ACEITE

AISI 4140

56.7 HRC

590 HB

TEMPLE EN AGUA

AISI 1045

59.1 HRC

637 HB

TEMPLE EN HIELO

AISI 1045

59.2 HRC

637.7 HB

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DUREZA

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FOTOMICROGRAFÍAS

Fig. (a)

Fig. (b) Fotomicrografía Nº1: Acero AISI 4140 templado en aceite. Su microestructura muestra Martensita más fina tipo de cinta. Dureza: 56.7HRC - 590HB. Ataque químico: Nital 3%. Fig. (a) 200X, Fig. (b) 500X.

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Fig. (a)

Fig. (b) Fotomicrografía Nº2: Acero AISI 1045 templado en agua. Su microestructura muestra Martensita fina tipo de cinta. Dureza: 59.1HRC - 637HB. Ataque químico: Nital 3%. Fig. (a) 200X, Fig. (b) 500X. METALURGIA FISICA II

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Fig. (a)

Fig. (b)

Fotomicrografía Nº3: Acero AISI 1045 templado en hielo. Su microestructura muestra Martensita tipo de cintas debido al bajo contenido de carbono. Dureza: 59.2HRC – 637.7HB. Ataque químico: Nital 3%. Fig. (a) 200X, Fig. (b) 500X. METALURGIA FISICA II

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VI.

ANEXOS 1. Superponer las curvas de enfriamiento sobre el diagrama TTT para cada acero comente los resultados microestructurales teóricos con los prácticos.

ACERO AISI 1045

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO (TEC)

Curva de temple al cabo de 5 seg.

Para este acero tuvimos dos probetas, para las cuales les realizamos un tratamiento de temple en agua y otra en hielo y comprobamos que lo resultados teóricos son iguales que lo experimental, obtuvimos que toda la austenita se convierte 100% en martensita dado que el acero presenta bajo porcentaje de carbono (0.45%C).

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ACERO AISI 4140

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO (TEC)

Curva de temple al cabo de 5 seg.

Según los resultados microestructurales teóricos estudiados nos dice que al realizarle un tratamiento de temple en aceite se debe obtener 100% martensita, realizamos este tratamiento experimentalmente y obtuvimos el mismo resultado teórico, esto se debe ya que el acero utilizado tiene 0.4 %C menor que 0.6 %C además de tener bajo porcentaje de elementos aleantes.

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2. Calcule el volumen de su medio de temple.

Calcular el volumen en su medio de temple para acero 1045 templado en agua:

( ⁄

(

)

⁄ ) (

)

⁄

Calcular el volumen en su medio de temple para acero 1045 templado en hielo:

( ⁄

(

)

⁄

) (

)

⁄

Calcular el volumen en su medio de temple para acero 4140 templado en aceite:

( (

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⁄

) (

⁄

) ⁄

)

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VII.

CONCLUSIONES

 Al medir la dureza de los aceros AISI 4140(56.7HRC) y AISI 1045(59.1HRC) de temple en aceite y en agua respectivamente se confirma de que efectivamente aumentaron su dureza debido a la formación de martensita en su estructura y que estos no dependen de los elementos aleantes si no del contenido de carbono.  Se concluye que al realizar el ensayo de dureza en el acero AISI 1045 presenta mayor dureza en temple en hielo (59.2HRC) que en temple en agua (59.1HRC) esto ocurre ya que la velocidad de enfriamiento crítica (VEM) del temple en hielo es más rápido.  Mientras mayor sea velocidad de enfriamiento comparada con el VEM se comprobó que se obtiene 100 % Martensita.  Al observar la microestructura del acero AISI 4140 presenta martensita más fina (en forma de cintas) que el acero AISI 1045, esto es debido a que contiene elementos aleantes.  El medio de enfriamiento para aceros aleados es el aceite, mientras que para aceros al carbono es el agua.  Los elementos aleantes generan que las curvas TTT se desplacen hacia la derecha.

VIII. RECOMENDACIONES  Al momento de encapsular las probetas se debe hacer de tal manera que la cara donde se ha hecho el corte sea la que se observe en el microscopio para poder visualizar mejor la microestructura de dicho material.  Tener un buen control de tiempo de permanencia de la probeta dentro del horno.  Antes de cada tratamiento térmico consultar con su diagrama TTT específico para cada acero, para de esta manera saber por ejemplo la velocidad de enfriamiento.  De acuerdo al tipo de acero, seleccionar el medio de temple en función a la velocidad de enfriamiento y a la estructura que se requiere obtener.  No elevar mucho la temperatura, debido a que esta disminuye las propiedades del acero tratado.  Asegurarse que la austenización sea homogénea, al igual que el temple para obtener

estructuras homogéneas. METALURGIA FISICA II

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LABORATORIO Nº3 I.

TÍTULO:

“REVENIDO DE LOS ACEROS AISI 4140 Y AISI 1045”

II.

OBJETIVOS:  Trasformar la martensita (dura y frágil) a estructuras más blandas y tenaces (se forma martensita revenida).  Observar la influencia de la temperatura de revenido sobre la estructura y características mecánicas de los aceros.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS: Materiales:  4 Muestras de acero AISI 4140 (

) previamente

templadas.  4 Muestras de acero AISI 1045(

) previamente

templadas.  Lijas N° 100 - 220 - 320 - 400 - 600 – 800 – 1000 – 1500  Paño de pulido (pana).  Algodón.  Alcohol  Reactivos de ataque: Nital 3% Equipos: 

Caja de difusión 120mm*120mm(1/16” espesor)



Durómetro INDENTEC.



Microscopio metalográfico.



Cámara fotográfica (digital y analógica).



Horno eléctrico tipo mufla 5Kw (0-1200ºC)

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IV.

PROCEDIMIENTO: 1º Preparamos

8 muestras de aceros AISI 4140 y AISI 1045 previamente

templadas que están limpias. 2º Las muestras seccionadas del acero AISI 4140 y AISI 1045 son Colocadas en el horno y elevadas hasta la temperaturas de 200 – 300 – 400 y 500ºC por un tiempo de permanencia 1hora. 3º Seguidamente se sacan del horno y se enfrían al aire a temperatura ambiente. 4º Limpiamos y desbastamos las probetas para luego realizar la medición de durezas y comparar los resultados. 5º Luego las preparamos las probetas para el análisis microestructural para lo cual se agregó resina a un recipiente y peróxido (5 gotas) formando una mezcla, se procedió a encapsular. Seca la resina, se procedió al desbaste grueso y fino de las probetas respectivamente hasta obtener una superficie adecuada. 6° Finalmente previamente atacadas con el reactivo Nital se lleva al microscopio para así observar su microestructura y tomar las fotos.

V. RESULTADOS

 DUREZA DE LAS MUESTRAS

TEMPERATURA ºC

200 300 400 500

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ACERO AISI 1045 AISI 4140 AISI 1045 AISI 4140 AISI 1045 AISI 4140 AISI 1045 AISI 4140

DUREZA 50.5 HRC 492 HB 57.4 HRC 602.7 HB 45 HRC 421 HB 53.2 HRC 530 HB 41.8 HRC 388 HB 46.4 HRC 436.7 HB 32.6 HRC 307.3 HB 36.7 HRC 321.5 HB

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 FOTOMICROGRAFÍAS

Fig. (a)

Fig. (b) Fotomicrografía Nº1: Fig. (a)Acero AISI 1045 revenido a 200ºC. Su microestructura muestra Martensita revenida (oscura) y Martensita sin revenir (clara). Dureza: 56.5HRC 492HB, 500X. Fig. (b) Acero AISI 4140 revenido a 200ºC. Su microestructura muestra Martensita tipo de cinta, Martensita revenida (presenta muy poca cantidad) y Martensita sin revenir. Dureza: 57.4HRC – 602.7HB, 500X. Ataque químico: Nital 3%.

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Fig. (a)

Fig. (b) Fotomicrografía Nº2: Aceros AISI 1045 y AISI 4140 revenidos a 300ºC. Su microestructura muestra Martensita revenida (oscura) y Martensita sin revenir (clara). Fig. (a) AISI 1045, Dureza: 45HRC - 421HB, 500X. Fig. (b) AISI 4140, Dureza: 53.2HRC - 530HB, 500X. Ataque químico: Nital 3%.

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Fig. (a)

Fig. (b) Fotomicrografía Nº3: Aceros AISI 1045 y AISI 4140 revenidos a 400ºC. Su microestructura muestra Martensita revenida en mayor cantidad (oscura) y Martensita sin revenir (clara). Fig. (a) AISI 1045, Dureza: 41.8HRC - 388HB, 500X. Fig. (b) AISI 4140, Dureza: 46.4HRC – 436.7HB, 500X. Ataque químico: Nital 3%.

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Fig. (a)

Fig. (b) Fotomicrografía Nº4: Aceros AISI 1045 y AISI 4140 revenidos a 500ºC. Su microestructura muestra Martensita revenida más homogénea tipo sorbita (oscura) y Martensita sin revenir (clara). Fig. (a) AISI 1045, Dureza: 32.6HRC – 307.3HB, 500X. Fig. (b) AISI 4140, Dureza: 36.7HRC – 321.5HB, 500X. Ataque químico: Nital 3%.

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VI.

CONCLUSIONES:

 Se concluye que al aumentar la temperatura de revenido la dureza de los aceros disminuye.  Se comprueba que al medir la dureza de los aceros AISI 4140 y AISI 1045 después del tratamiento de revenido se observa que a disminuyen su dureza cuando se aumenta la temperatura.  Al observar la microestructura de los aceros revenidos a 200ºC, el acero AISI 4140 presenta martensita revenida muy poca cantidad (oscura) que el acero AISI 1045.  Al observar la microestructura de los aceros revenidos a 500ºC, presentan martensita revenida más homogénea tipo sorbita.

VII.

RECOMENDACIONES:

 Al momento de encapsular las probetas se debe hacer de tal manera que la cara donde se ha hecho el corte sea la que se observe en el microscopio para poder visualizar mejor la microestructura de dicho material.  Tener un buen control de tiempo de permanencia de la probeta dentro del horno.  Antes de cada tratamiento térmico consultar con su diagrama TTT específico para cada acero, para de esta manera saber por ejemplo la velocidad de enfriamiento.  No elevar mucho la temperatura, debido a que esta disminuye las propiedades del acero tratado.  Asegurarse que la austenización sea homogénea.

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VIII. ANEXOS

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO DEL ACERO AISI 1045

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DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO DEL ACERO AISI 4140

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LABORATORIO Nº4 I.

TÍTULO: “BAINITIZADO O AUSTEMPERING DE LOS ACEROS AISI 4140 Y AISI 1045”

II.

OBJETIVOS:  Tranformar la austenita en bainita.  Evaluar el efecto de la temperatura de bainitizado en la formación del tipo de Bainita (superior e inferior).  Tener un aumento de la ductilidad y de la resilencia al impacto con valores de dureza altos (entre 40 - 60 Re).

III.

MATERIALES Y EQUIPOS Materiales:  2 Muestras de acero AISI 4140 (

).

 2 Muestras de acero AISI 1045(

).

 Lijas N° 100 - 220 - 320 - 400 - 600 – 800 – 1000 – 1500  Paño de pulido (pana).  Algodón.  Alcohol  Reactivos de ataque: Nital 3% Equipos:      

Caja de difusión 120mm*120mm(1/16” espesor) Durómetro INDENTEC. Microscopio metalográfico. Cámara fotográfica (digital y analógica). Horno eléctrico tipo mufla 5Kw (0-1200ºC) Sales para bainitizado

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IV.

PROCEDIMIENTO:

1. Las barras de acero AISI 4140 y AISI 1045 se maquina 02 probetas de cada barra de la siguiente medida: (

).

2. Las muestras seccionadas del acero AISI 4140 y AISI 1045 se miden sus durezas. 3. Calentar las probetas en un horno eléctrico hasta la temperatura de austenizacion manteniéndola a esta temperatura austenitica por 1 hora 4. Retirar del horno eléctrico las probetas (lo mas rápido posible) 5. Agregar las probetas en un crisol con baño de sales fundidas que se encuentran a temperatura de bainitizado (entre Bs y Ms) 6. Mantenerlo a esta temperatura un tiempo de 2 horas y media para que se de transformación completa (Diagrama TTT) 7. Sacar las probetas del baño de sales y enfriar en agua hasta temperatura ambiente (con fin de ver si la transformación a sido completa o incompleta). 8. Realizar a las muestras sus respectivos análisis microestructurales y medir dureza .

V. RESULTADOS

 DUREZA DE LA MUESTRA

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VI.

CONCLUSIONES:

 Experimentalmente logramos trasformar parte de la austenita en martensita.  Al observar la microestructura del acero AISI 1045 a la temperatura de bainitizado de 300ºC se forma Martensita, ferrita (blanco poligonales) y perlita (en forma de manchas negras), también su dureza aumentó debido a la presencia de Martensita.  Al observar la microestructura del acero AISI 4140 a la temperatura de bainitizado de 300ºC se forma Martensita, también su dureza aumentó debido a la presencia de Martensita.

VII. RECOMENDACIONES:   Al momento de encapsular las probetas se debe hacer de tal manera que la cara donde se ha hecho el corte sea la que se observe en el microscopio para poder visualizar mejor la microestructura de dicho material.  Sacar las probetas del horno lo más rápido posible para que ingrese al baño de sales.  Antes de cada tratamiento térmico consultar con su diagrama TTT específico para cada acero, para de esta manera saber el tiempo y la temperatura que se debe realizar para obtener la estructura deseada.  No elevar mucho la temperatura de austenización, debido a que esta disminuye las propiedades del acero tratado.

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LABORATORIO Nº 05 I.

TÍTULO: “TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LAS FUNDICIONES GRIS”

II.

OBJETIVOS:  Observar la influencia de la temperatura y el tiempo de permanencia en los tratamientos térmicos de las fundiciones gris, sobre las estructuras y características mecánicas.

 Aplicar correctamente el tratamiento térmico a las fundiciones gris.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS •

5 probetas de fundición gris

•

Alcohol.

•

Sierra, esmeril.

•

Durómetro.

•

Tubo de plástico

•

Materiales para encapsulado, desbaste y pulido.

•

Cámara fotográfica

•

Microscopio

•

Paño de Pana (con alumina)

•

Reactivos de ataque (Nital al 3%)

•

Agua destilada

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IV.

PROCEDIMIENTO: •

De una barra de fundición gris se sacó 5 probetas, de las cuales uno es para el suministro y las 4 restantes es para realizar el templado, y a 3 de ellas se le realizará el revenido a diferentes temperaturas.

.

•

Calentar las 4 probetas en un horno eléctrico hasta la temperatura de austenización manteniéndose a esta temperatura de 900°C por una hora.

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•

Retirar del horno eléctrico las 4 probetas y realizamos un templado en aceite.

•

De las 4 probetas templadas, 3 de estas se hace el revenido a 200°C, 500°C y 700°C, por espacio de 1 hora

•

Se realiza el revenir a 200°C durante una hora, luego se deja enfriar al aire (25°C). La de 500°C y la de 700°C se realiza el mismo procedimiento que la de 200°C.

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•

Se mide la dureza de las 5 probetas.

•

Después de ello se procede al encapsulamiento de las probetas, al desbaste y pulido con alúmina.

•

Enseguida se procede al ataque químico de las probetas y visualización de su microestructura de cada una.

V.

RESULTADOS : A. DUREZA DE LAS MUESTRAS

TRATAMIENTO TERMICO SUMINISTRO

FUNDICION

DUREZA

F.GRIS

14.4 HRC

------

F.GRIS

48.1 HRC

456 HB

REVENIDO(200ºC)

F.GRIS

44.6 HRC

416 HB

REVENIDO(500ºC)

F.GRIS

26.8 HRC ------

263 HB

REVENIDO(600ºC)

F.GRIS

TEMPLE

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145.7 HB

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B. FOTOMICROGRAFÍAS

Fig. (a)

Fig. (b)

Fig. (c)

Fotomicrografía N°1: Fundición gris perlítica en estado de suministro, se observa el grafito en forma de hojuelas tipo A (grafito laminar) y tipo B (rosetas de grafito), Dureza 14.4 HRC. Reactivo de ataque químico: Nital 3%. Fig. (a) 50X (sin ataque químico)

Fig. (b) 200X (sin ataque químico)

Fig. (c) 500X (con ataque

químico).

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Fi g. (a)

Fig. (b)

Fotomicrografía N°2: Observamos el grafito, también diferenciamos una estructura acicular en forma de agujas llamada Martensita adicionalmente identificamos una fase blanca que está formada por austenita retenida. Dureza 48.1 HRC. Ataque químico: Nital 3%. Fig. (a) 200X METALURGIA FISICA II

Fig. (b) 500X Pág. 37

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Fig. (a)

Fig. (b) Fotomicrografía N°3: La microestructura presenta al grafito en forma de hojuelas, también observamos que la Martensita acicular (en forma de agujas) ocupa menor proporción con respecto a la Martensita revenida que se empieza a producir. Dureza 44.6 HRC. Ataque químico: Nital 3%. Fig. (a) 500X, Fig. (b) 200X. METALURGIA FISICA II

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Fi g. (a)

Fig. (b) Fotomicrografía N°4: Notamos que el grafito se sigue presentando en forma de hojuelas tipo A y tipo B, presenta zonas con ferrita producto de la descomposición de la martensita en ferrita y cementita. Dureza 26.8 HRC . Ataque químico: Nital 3%. Fig. (a) 500X Fig. (b) 500X.

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Fi g. (a) Fotomicrografía N°5: La estructura presenta al grafito en forma de hojuelas rodeado de ferrita, cementita globalizada. Dureza 145.7 HB. Reactivo de ataque químico: Nital 3%. Aumento Fig. (a) 500X.

VI.

CONCLUSIONES:  Se logró corroborar la permanencia del grafito en las fundiciones grises, ya que este siempre apareció en la matriz perlítica después de realizar los tratamientos térmicos de temple y revenido a las probetas.

 Determinamos que el tratamiento térmico más adecuado para la fundición gris es el temple, obteniendo así un material con buena dureza y aliviado de tensiones residuales.  Microestructuralmente logramos identificar a la martensita revenida, conocida también como sorbita, la cual se presentó claramente en la probeta templada y revenida a 500°C, dándole propiedades de ductilidad pero a la vez disminuyéndole la dureza.  Se reconoció microestructuralmente la fundición gris, sin necesidad de atacar químicamente, diferenciando las hojuelas de grafito tipo A y tipo B en la matriz perlítica.

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LABORATORIO Nº6 I.

TÍTULO: “EVALUACIÓN DE LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO AISI 4140 MEDIANTE EL ENSAYO JOMINY (MÉTODO DE PRUEBA POR EXTREMO TEMPLADO)”

II.

OBJETIVOS:  Determinar la templabilidad o capacidad de temple del acero AISI 4140 a diversas velocidades de enfriamiento mediante la obtención de la profundidad y distribución de la dureza en el interior de la pieza.  Evaluar las curvas de templabilidad o curvas Jominy del acero AISI 4140.  Determinar el diámetro critico (Dc) y el diámetro critico ideal (Di).

III.

MATERIALES Y EQUIPOS

 Equipos para el ensayo Jominy.  Probeta Jominy de un acero.  Horno eléctrico tipo mufla 5Kw (0-1200ºC).  Durómetro.  Elementos para el desbaste, pulido y ataque.  Microscopio metalográfico.

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IV.

PROCEDIMIENTO: 1. Hacer una probeta de acero 4140 con las medidas para el ensayo Jominy. 25mm

30mm

2. La probeta Jominy se coloca en un recipiente hermético para evitar la descarburación o escamaduras, luego esto es introducido en un horno para ser llevada a una temperatura de austenización de 900°C.

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3. previamente se ajuste la columna de agua libre del dispositivo Jominy a una altura de 2,5”.Luego se extrae la probeta del horno y se coloca en el dispositivo Jominy.

4. Luego se abre la llave del agua para que se enfrié desde la parte baja de la probeta y se deja correr el agua durante 10 minutos.

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5. Luego de 10 minutos se saca la probeta Jominy AISI 4140 del dispositivo y se deja enfriar.

6. Se rebaja la probeta dos superficies planas paralelas de 0.4 mm de profundidad para luego medir la dureza en la superficie; estas medidas de dureza se realizaron cada 1/16”, luego con estos datos se hará la gráfica de la curva de templabilidad.

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V. RESULTADOS

 DUREZA DE LA MUESTRA

Distancia al extremo templado (1/16”) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

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Dureza HRC 56 55.9 55.1 55.3 54.3 53.9 53.4 52.6 52.5 50.8 49.2 48.1 45.8 44.5 43 41.4 40.4 39.2 38.5 37.7

Distancia al extremo Dureza HRC templado (1/16”) 21 36.9 22 36.4 23 36.3 24 36 25 35.3 26 35.2 27 34.6 28 34.4 29 34.1 30 33.9 31 33.8 32 33.3 33 33.2 34 33 35 32.7 36 32.6 37 32.5 38 32.4 39 32.2 40 32.1

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Analizamos nuestros resultados y comparamos nuestro acero AISI 4140 con los datos obtenidos, con los valores estándares del acero AISI 4140. 60

Dureza HRC

50

40 30 20 10 0

0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Distancia al extremo templado 1/16"

Comparando la templabilidad del acero obtenido y la de un acero estándar, en la probeta, encontramos una dureza de 56 HRC, que en comparación a la dureza de un acero AISI 4140 estándar, su dureza es 57 HRC; podemos de esta manera referirnos que nuestro acero es AISI 4140.

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VI. CONCLUSIONES:  Mediante el ensayo Jominy evaluamos la templabilidad de un acero AISI 4140, a diferentes velocidades de enfriamiento a diferentes profundidades, y su distribución de la dureza en el interior de una pieza. La máxima dureza conseguida por el temple en el ensayo es debido al contenido de carbono y es la que se obtiene precisamente en el extremo de la probeta enfriado por el agua. La dureza obtenida en el otro extremo corresponde aproximadamente al estado normalizado.  El ensayo Jominy es el método más ampliamente utilizado para determinar la templabilidad de cualquier acero. La presencia de los elementos aleantes en los aceros, permite obtener después del temple durezas elevadas empleando bajas velocidades de enfriamiento.  Evaluamos la curva de templabilidad o curva Jominy del acero AISI 4140. Con ello obtenemos que la dureza disminuye mientras más lejos es la profundidad del extremo templado.  Determinamos el diámetro crítico y el diámetro critico ideal para el centro de la barra de acero donde encontramos 50% martensita y 50% perlita. VII. RECOMENDACIONES:  Se debe tomar en cuenta en el ensayo Jominy que al momento de sacar la probeta del horno hay que tener bien instalado el equipo, caso contrario la probeta se enfriará rápidamente al aire y no se podrán obtener las durezas esperadas y el gráfico tendría una leve variación.  El tiempo necesario según la norma para la colocación de la probeta austenizada al equipo para el ensayo Jominy debe ser de aproximadamente de 10 segundos para obtener los resultados esperados  El diámetro del orificio en el cual encaja la probeta calentada a la temperatura de austenización debe ser un poco más grande ya que la alta temperatura dilata la probeta.

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LABORATORIO Nº7 I.

TÍTULO:

“PROCESO DE CARBURIZACION DE UN ACERO ASTM A514”

II.

OBJETIVOS:  Aplicar y realizar correctamente el proceso de carburización (usando carburante sólido) en aceros de bajo carbono, para la obtención de piezas cementadas de óptima calidad.  Calcular el espesor de capa cementante en función de la temperatura y el tiempo en permanencia.  Aplicar el tratamiento térmico (temple y revenido) correctamente a las piezas carburizadas.

III.

MATERIALES, EQUIPOS Y HERRAMIENTAS: Materiales:              

Acero ASTM A514, 3 probetas ( medio difusor: carbón de madera 3-5 mm. Caja de difusión. Arcilla refractaria. Lijas: 100, 180, 220, 320, 400, 600, 1000. Resina hepoxica. Peróxido de cobalto. Alcohol. Algodón. Agua destilada. Pana. Franela. Abrasivo Alumina de 5 µm y 3µm. Elemento de ataque Nital 3%.

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).

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b) Equipos:    

Horno eléctrico tipo mufla. Durómetro INDENTEC. Microscopio metalográfico. Cámara fotográfica (digital y analógica).

c) Herramientas:  Vernier.  Sierras.

IV.

PROCEDIMIENTO:  Se prepara el carbón para luego mezclar con el BACO 3 en las proporciones establecidas 20% de BACO3 Y 80% carbón de madera, para así preparar el medio difusor.

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 Obteniendo las probetas se empaquetan, rociando una pequeña capa de carbón y

separadas para que las probetas no se peguen a la caja luego se llena la caja con el 80% carbón de madera y el 20% de BaCO3 Carbonato de Bario en combinación.

 La caja de Cementación fueron selladas para evitar descarburización, luego introducir al horno y calentarlo hasta una temperatura de permanecia de AC 3 (900950ºC).

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 Una vez alcanzada la temperatura de cementación retirar las cajas a diferentes tiempos: 3 y 5 horas.

 Realizar el tratamiento térmico de temple y revenido respectivo para las muestras carburadas.

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 Posteriormente se midió las durezas de la probeta suministro y la probeta cementada, luego se procedió a su respectivo desbaste y pulido.

 Finalmente las probetas 2 se atacaron con nital al 2%, para luego observar su microestructura en el microscopio y tomar sus respectivas microfotografías.

V. RESULTADOS  Los espesores de la corona donde ocurrió la difusión de carbono tomados en la práctica con respecto a la difusión de 3 horas disminuyo y el la probeta difundida 5 horas aumento en relación a los espesores teóricos, expresados en la siguiente tabla. Tabla N° 2: Espesor de capa difundida teórica a 920° C, para un acero ASTM A514. Calculada con la segunda ley de Fick: Probetas Suministro Difusión con carbono (3 horas) Difusión con carbono (5 horas)

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√

0.00 0.075

0.0967

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concentracion de carbono(%)

 Al construir las curvas de penetración, con los datos obtenidos, nos damos cuenta que cuando el acero se difunde más tiempo el porcentaje de concentración aumenta con respecto al espesor de la capa.

Curvas de penetración

1.4 1.2 1 0.8

0.6 0.4 0.2

0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

Espesor de capa(cm) difusión de carbono t=3h difusión de carbono t=5h

Curva de penetración del carbono hacia el interior del acero ASTM A514, difundida a 920°C para un tiempo de 3 y 5 horas respectivamente

FOTOMICROGRAFÍA

Fotomicrografía Nº1: Acero ASTM A514 templado y revenido. Su microestructura muestra bainita revenida. Dureza: 27.1 HRC. Ataque químico: Nital 3%. A 200X.

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VI. CONCLUSIONES: 

La difusión del carbono en hierro ocurre por el mecanismo intersticial (el carbono se coloca en las posiciones octaédricas intersticiales de la estructura) ya que a la temperatura de 900°C el Fe pasa de estructura BCC a FCC, siendo en este último mayor el radio intersticial por lo tanto hay mayor difusión de C.



Se comprueba que la 2° Ley de Fick gobierna el proceso de difusión del carbono ya que la diferencia de la capa cementada calculada con la experimental, es mínima.



En el estado estacionario el perfil de concentración de las sustancias que se difunden es independientemente del tiempo y el flujo o velocidad es proporcional al valor negativo del gradiente de concentración de acuerdo con la 1° Ley de Fick (Va de una concentración mayor a una concentración menor).



En el proceso de carburización del acero, el flujo de difusión y el gradiente de concentración varían con el tiempo generando la acumulación o agotamiento de las sustancias que se difunden.



El primer temple se realizó por encima de AC3 para afinar el grano, el segundo temple se realizó por encima de AC1 para darle dureza al acero y el revenido a 200°C para aliviar las tensiones y no se produzcas fisuras o grietas en el acero

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VII. RECOMENDACIONES: 

Un buen desbaste y pulido mecánico de las probetas presentarán una mejor microestructura para analizar y comprarlas de acuerdo al tiempo de difusión del carbono en el acero.



Las cajas de las probetas donde se van a cementar siempre deben estar selladas con arcilla refractaria, para evitar el ingreso de oxígeno al interior de la caja y así evitar la descarburización del acero.



Para determinar el espesor de la capa cementada se recomienda sobre atacar la probeta con nital, con esto será más visible el espesor de la capa cementada y permitirá un dimensionamiento aproximado de la misma.



La temperatura del horno debe estar entre 900°C y 950°C para obtener poder realizar el bien el proceso de carbonización y tener mejores propiedades mecánicas

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VIII. ANEXOS  Cálculo del coeficiente de difusión: T=920+273=1193°k Q=34000 cal/mol R=1.987

El coeficiente de difusión será:

 Cálculo del espesor de capa difundida teóricamente  para tres horas: t=3horas(

)

10800 s

√ √

 para cinco horas: t=5horas(

)

18000 s

√ √

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 Curvas de penetración El cálculo de los puntos para trazar la curva de penetración se realizara a través de la siguiente formula (solución de la segunda ley de Fick): (

√

)

Dónde: : Concentración en la superficie : Concentración al inicio del proceso, en el tiempo t=0 : Concentración a una profundidad x de la superficie, en un tiempo t. t: tiempo ; expresado en segundos. D: coeficiente de difusión. *

√

+ , es una variable que se expresa como fer (y); representa la función de

error de Gauss.  Calculo de un punto de la curva para un tiempo de difusión de carbono a t=3horas Sabiendo que: : 1.2% ;

: 0.18%C ; X’: 0.01cm ; t: 10800 s ; D:

(

√

)

Como fer (0.1333) no se encuentra en la tabla se procede a interpolar utilizando los datos de la tabla de fer(z) que se muestra más adelante.

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Z 0.10 0.1333 0.15

Fer(Z) 0.1125 ? 0.1680

fer(z)=0.1495

De forma análoga se calcula las demás concentraciones para otras profundidades de capa y para un tiempo de difusión de carbono de 5 horas De los cálculos obtenemos la siguiente tabla: X(cm)

% de carbono difundido (teórico) t= 3horas

t= 5horas

0

1.2

1.2

0.01

1.038

1.073

0.02

0.877

1.038

0.03

0.729

0.827

0.04

0.596

0.714

0.05

0.478

0.611

0.06

0.384

0.519

0.07

0.306

0.437

0.075

0.276

0.400

0.080

------------

0.367

0.090

------------

0.307

0.0967

------------

0.276

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