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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA LAB. CIENCIA DE MATERIALES I ING. VÍCTOR ANDRADE Informe de Laboratorio 11

RECOCIDO

Méndez Katherine Molina Stelios Perugachi Miguel

Sangolquí, 04 Agosto, 2015

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ÍNDICE INTRODUCCIÓN.................................................................................................................................2 DESARROLLO DEL TRABAJO........................................................................................................2 1. TEMA.........................................................................................................................................2 2. OBJETIVO GENERAL............................................................................................................2 Objetivos Específicos..........................................................................................................................2 3. MARCO TEÓRICO..................................................................................................................2 3.1 Temple......................................................................................................................................2 3.4 Recocido...................................................................................................................................2 3.6 Revenido...................................................................................................................................2 3.9 Diagrama Hierro Carbono.........................................................................................................2 3.10 Aplicaciones de los tratamientos térmicos..............................................................................2 4. MATERIALES..........................................................................................................................2 Materiales...........................................................................................................................................2 5. PROCEDIMIENTO..................................................................................................................2 6. TABULACIÓN DE DATOS.........................................................................................................2 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..........................................................................2 8. REFERENCIAS BIBLIÓGRAFICAS........................................................................................2 APÉNDICES..........................................................................................................................................2

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INTRODUCCIÓN

La finalidad de la práctica de esta semana es el recocido. El recocido es un tratamiento térmico cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales. Se analizará una muestra de acero previamente trabajada en frio 30% y se la realizará el recocido sobre esta misma. Al finalizar la práctica se comparará entre una muestra sin deformar, una muestra deformada 30% en trabajo en frio, y una muestra tratada con recocido después de la deformación. Con la ayuda del diagrama Hierro Carbono se analizará la microestructura que se espera observar de las tres muestras de acero.

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DESARROLLO DEL TRABAJO 1. TEMA El Recocido 2. OBJETIVO GENERAL Conocer el procedimiento del recocido, los efectos del endurecimiento y conductividad causados por el trabajo en frío. Objetivos Específicos  

Experimentar el procedimiento para endurecer los aceros. Evaluar los resultados a través del análisis metalográfico y de dureza.

3. MARCO TEÓRICO 3.1 Temple En la ciencia de materiales, el templado o temple es un tratamiento térmico consistente en el rápido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones de fase, se produzcan al sólo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que la reacción es a la vez favorable termodinámicamente y posible cinéticamente. Por ejemplo, se puede reducir la cristalización y por lo tanto aumentar la tenacidad, tanto de aleaciones como de plásticos (producida a través de polimerización).

Fig. 1 Temple de cadenas

En metalurgia, es comúnmente utilizado para endurecer el acero mediante la introducción de martensita, en cuyo caso el acero debe ser enfriado rápidamente a través de su punto eutectoide, la temperatura a la que la austenita se vuelve inestable. En acero aleado con metales tales como

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níquel y manganeso, la temperatura eutectoide se vuelve mucho más baja, pero las barreras cinéticas a transformación de fase siguen siendo las mismas. Esto permite iniciar el temple a una temperatura inferior, haciendo el proceso mucho más fácil. Al acero de alta velocidad también se le añade wolframio, que sirve para elevar las barreras cinéticas y dar la ilusión de que el material se enfría más rápidamente de lo que en realidad lo hace. Tales aleaciones incluso al enfriarse lentamente en el aire tienen la mayoría de los efectos deseados de temple. El enfriamiento extremadamente rápido puede evitar la formación de toda la estructura cristalina, lo que resulta en metal amorfo o "vidrio metálico". El temple es un proceso mecánico por el cual las aleaciones de acero y el hierro fundido se fortalecen y endurecen. Estos metales constan de metales ferrosos y aleaciones. Esto se realiza calentando el material a una cierta temperatura, dependiendo del material, y luego enfriándolo rápidamente. Esto produce un material más duro por cualquiera de endurecimiento superficial o a través de endurecimiento que varía en la velocidad a la que se enfría el material. El material es entonces a menudo revenido para reducir la fragilidad que puede aumentar por el rápido enfriamiento del proceso de endurecimiento. Los temas que pueden ser templados incluyen engranajes, ejes y bloques de desgaste. 3.2 Efectos del temple Antes de endurecer el material, la microestructura del material es una estructura de grano de perlita que es uniforme y laminar. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita formada cuando el acero o hierro fundido se fabrican y se enfría a una velocidad lenta. Después de enfriamiento rápido endurecimiento, la microestructura de la forma material en martensita como una estructura fina, grano de aguja.

Figura 2. Diagrama TTT acero eutectoide Fuente: internet

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3.4 Recocido El recocido es un tratamiento térmico cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales.

Figura 3. Recocido Fuente: internet

Cualquier metal que haya sido tratado tiene como resultado una alteración de las propiedades físicas del mismo. El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente. Los objetivos del recocido son tanto eliminar las tensiones internas producidas por tratamientos anteriores (como el templado) como aumentar la plasticidad, la ductilidad y la tenacidad del material. Con el recocido de los aceros también se pretende ablandar las piezas para facilitar su mecanizado o para conseguir ciertas especificaciones mecánicas. A su vez, mediante el recocido, se disminuye el tamaño del grano y se puede producir una microestructura deseada controlando la velocidad a la que se enfría el metal. 3.5 Tipos de recocidos Recocido de eliminación de tensiones Por medio de la deformación en frío se presentan tensiones en el material. Dichas tensiones pueden provocar deformaciones en las piezas, pero pueden eliminarse mediante un recocido calentando el metal entre 550 y 650ºC y manteniendo la temperatura durante 30-120 minutos. Después se refrigera de forma lenta. Recocido de ablandamiento Los materiales templados o ricos en carbono (sobre 0,9%) son difíciles de trabajar mediante arranque de viruta (torneado, fresado, etc) o mediante deformación en frío. Para ablandar el

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material puede hacerse un recocido. Se calienta la pieza entre 650 y 750ºC tras lo cual se mantiene la temperatura durante 3-4 horas antes de disminuir lentamente su temperatura. Es habitual mantener una subida y bajada alternativa de la temperatura en torno a los 723ºC. Recocido normal Mediante el recocido normal se afina el grano de la estructura y se compensan las irregularidades de las piezas producidas por deformaciones, ya sea en caliente o en frío, tales como doblado, fundición, soldadura, etc. El procedimiento consiste en calentar a temperaturas entre 750 y 980ºC, conforme al contenido de carbono del material, tras lo que se mantiene la temperatura para después dejar enfriar lentamente al aire.

Figura 3. Diagrama TTT Acero hipoeutectoide Fuente: Internet

3.6 Revenido Es un tratamiento complementario del temple, que regularmente sigue a éste. A la unión de los dos tratamientos también se le llama "bonificado". El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero seguido del normalizado o templado, a una temperatura menor al punto crítico, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se deseen resultados elevados en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que puedan causar deformaciones.

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Figura 3. Revenido Fuente: Internet

3.7 Fines   

Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un punto de mínima fragilidad. Reducir las tensiones internas de transformación, que se originan en el temple. Cambiar las características mecánicas, en las piezas templadas generando los siguientes

 

efectos: Reducir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza. Elevar las características de ductilildad; alargamiento estricción y las de tenacidad; resilencia.

3.8 Fases del revenido El revenido se hace en tres fases: 1. Calentamiento a una temperatura inferior a la crítica. El calentamiento se suele hacer en hornos de sales. Para los aceros al carbono de construcción, la temperatura de revenido está comprendida entre 450°C a 600°C, mientras que para los aceros de herramienta la temperatura de revenido es de 200°C a 350°C. 2. Mantenimiento de la temperatura La duración del revenido a baja temperatura es mayor que a las temperaturas más elevadas, para dar tiempo a que sea homogénea la temperatura en toda la pieza. 3. Enfriamiento La velocidad de enfriamiento del revenido no tiene influencia alguna sobre el material tratado cuando las temperaturas alcanzadas no sobrepasan las que determinan la zona de fragilidad del material; en este caso se enfrían las piezas directamente en agua. Si el revenido se efectúa a temperaturas superiores a las de fragilidad, es convenientemente enfriarlas en baño de aceite caliente a unos 150°C y después al agua, o simplemente al aire libre.

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Figura 4 Diagrama TTT acero hipereutectoide Fuente: Internet

3.9 Diagrama Hierro Carbono En el diagrama de equilibrio o de fases hierro-carbono (Fe-C) se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.

Figura 5. Diagrama Hierro Carbono Fuente: internet

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3.10 Aplicaciones de los tratamientos térmicos Aceros para Cementación La dureza de los aceros y por lo tanto su resistencia al desgaste es de algún modo contraria a la tenacidad y ductilidad. Por eso cuando se trata de conseguir durezas elevadas en aceros de alto carbono, estos quedan frágiles. Y, en cambio sí se utilizan aceros de bajo carbono se obtienen piezas de buena tenacidad pero de poca dureza. La cementación consigue en teoría solucionar el problema de obtener gran dureza superficial y buena tenacidad en el núcleo. La cementación consiste en aumentar el porcentaje de carbono de la capa superficial de los aceros de bajo carbono, para conseguir en ella, una vez templada, la dureza de los aceros de alto carbono. Así quedan piezas de alta dureza superficial y buena tenacidad. Esta combinación de características es muy adecuada para piezas de maquinaria como engranajes, etc., que deben tener la superficie muy dura para resistencia al desgaste y soportar esfuerzos flectantes en la raíz de los dientes y, en cambio, el núcleo de los dientes muy tenaz para resistir bien los golpes que se producen en los engranajes. Los aceros preferidos para cementar son los que tienen un porcentaje de carbono hasta 0.25 % , con un contenido de manganeso entre 0.5 y 1.0 %, con porcentajes variables de cromo, níquel y molibdeno. La cementación se aplica en piezas que, como se dijo, requieran alta dureza en superficie y núcleo tenaz, para soportar adecuadamente esfuerzos flectantes que son máximos en la superficie de la pieza, tal como en piñones, ejes, etc. En piezas de desgaste superficial tales como bujes, levas, rodillos y otros. Aceros para Carbonitrurar

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La Carbonitruraciòn es un tratamiento con el que se consigue endurecer una capa superficial de los aceros por la absorción simultánea de carbono y nitrógeno. Esta operación es parecida a la que ocurre en la cementación, pero la temperatura de proceso es menor y los compuestos que se forman en la superficie del acero mejoran su templabilidad permitiendo con esto enfriamientos menos severos en el temple. Así se disminuyen los riesgos de agrietamiento y distorsión de las piezas. Por el efecto del mejoramiento de la templabilidad en los aceros, la carbonitruración permite el uso de aceros de menor calidad, los cuales a veces presentan el inconveniente de que después del temple que sigue a la cementación ordinaria, aparecen puntos blandos en la capa dura, problema que no suele presentarse en la carbonitruración. Los aceros recomendados para la carbonitruración son básicamente los mismos que los de cementación. También los aceros de medio carbono no aleados como el AISI 1030; AISI 1040; AISI 1045 y los medio carbono aleados con Cromo - Molibdeno o Cromo - Níquel - Molibdeno, tales como el AISI 4140 y AISI 4340, tienen excelente respuesta a la carbonitruración. Aceros para Templar El objetivo del temple es endurecer el acero. Se realiza enfriando rápidamente el acero desde una temperatura elevada, llamada de austenización. El enfriamiento depende del tipo de acero y del diseño de la pieza básicamente. Se enfría en agua, aceite, soluciones poliméricas, sales fundidas, lechos fluidizados o aire. La dureza que se consigue en el temple depende directamente de la aleación, siendo el carbono el elemento más importante, donde a mayor contenido de carbono mayor es la dureza. Así los aceros de temple son fundamentalmente los de medio y alto contenido de carbono, aleados o no aleados. Se consideran aceros de bajo carbono los de menos de 0.3 %; de medio carbono los que su porcentaje de carbono está entre 0.3 - 0.6 % y de alto carbono los de mayor a 0.6%. Los otros elementos aleantes ( Cromo, Vanadio, Tunsgteno, Niobio, Molibdeno, Boro, etc. ) ejercen una acción sinérgica con el carbono y mejoran la capacidad de endurecimiento del acero,

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además de cumplir sus propias funciones, tales como dar tenacidad, aumentar resistencia a la corrosión, mejorar la resistencia al desgaste, etc. Los aceros aleados se consideran de baja aleación cuando la suma de los elementos aleantes es inferior a 3.5 %, si esta es de 3.5 - 8.0 % se dice que son de media aleación y si el contenido de aleantes es mayor a 8% son de alta aleación. Aceros Para Nitrurar La nitruración es un proceso que se realiza para difundir una pequeña capa de nitruros de hierro en la superficie del acero, la cual es dura y rígida, que aumenta la resistencia al desgaste, mejora la resistencia a la flexión, disminuye el coeficiente de fricción, aumenta la resistencia a la fatiga. Se hace a temperaturas entre 520 °C y 580 °C, por lo que las deformaciones son mínimas en las piezas. Los aceros para nitrurar deben poder soportar la capa nitrurada, de modo que los esfuerzos superficiales a la que se somete no resquebrajen esa capa y la desprendan. Los esfuerzos de compresión atentan contra la capa nitrurada.

4. MATERIALES 

Yunque.

Ilustración 1 Yunque Fuente: propia

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Martillo.

Ilustración 2 Martillo Fuente: propia

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

Calibrador.

Ilustración 3 Calibrador Fuente: internet

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Horno Mufla

Ilustración 4 Horno mufla Fuente: propia

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Lijas

Ilustración 5 Lijas Fuente: propia

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Microscopio metalúrgico

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Ilustración 6 Microscopio metalográfico Fuente: propia

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Pulidora de disco

Ilustración 7 pulidora de disco Fuente: propia

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Pulidora manual

Ilustración 8 pulidora manual Fuente: propia

Materiales 

Muestra de acero 1018.

Ilustración 9 Acero SAE 1018 Fuente: propia

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5. PROCEDIMIENTO Antes del deformado: 1. Limpie completamente la muestra. 2. Prepare metalográficamente la muestra. 3. Determine las propiedades: - Conductividad eléctrica. - Dureza. 4. Obtenga las dimensiones geométricas. 5. Observe y mida el tamaño de grano.

Durante el deformado: 1. Deforme la muestra mediante golpes con martillo sobre el yunque. 2. Prepare metalográficamente la muestra - Determine su dureza. - Mida su conductividad eléctrica. 3. Observe y mida el tamaño de grano. Recocido: 1. Introduzca la muestra deformada en el horno. 2. Deje que la temperatura alcance los 600°C (Temperatura por encima de la de recristalización.) 3. Mantenga la temperatura de 600°C por el lapso de 15 a 20 minutos. 4. Deje enfriar la muestra en el horno hasta alcanzar la temperatura ambiente. 5. Compare los de tamaño de grano, dureza y conductividad eléctrica de las tres etapas de la práctica.

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6. TABULACIÓN DE DATOS El primer cálculo que debemos obtener es el espesor del acero sin deformar Espesor = 6.44 mm Tabla 1 Propiedades mecánicas del acero 1018 sin deformar Dureza Escala Rockwell B Micrografía 100 kg de 10 kg de carga precarga

93.5

Ilustración 10 Micrografía a 100x a 0% El segundo cálculo que debemos obtener es el espesor del acero deformado el 30% en trabajo en frío Espesor = 5.76 mm Tabla 2 Propiedades mecánicas del acero 1018 con 30% trabajo en frio Dureza Escala Rockwell B Micrografía 100 kg de 10 kg de carga precarga

97,8

Ilustración 11 Micrografía a 100x a 30% El ataque químico fue realizado con Nital 2% durante 4 segundos. Luego se procede a realizar el recocido, para este procedimiento debemos tener el horno a 600°C y mantenerlo a esta temperatura durante 1 hora para posteriormente dejar que el acero se enfrié con el horno, la siguiente grafica representa el procedimiento realizado

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Procedimos a realizar el trabajo metalográfico y dureza donde se obtuvieron las siguientes imágenes y resultados Tabla 3 Propiedades mecánicas del acero 1018 recocido Dureza Escala Rockwell B Micrografía 100 kg de 10 kg de carga precarga

92.3

Ilustración 12 Micrografía a 100x

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

En las fotografías podemos darnos cuenta que el recocido se realizó con total éxito debido a que se eliminaron los efectos residuales, esto se hace a una temperatura determinada, uno de los propósitos del recocido es proporcionar suavidad, además de refinar el grano y

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mejorar el maquinado. Al haber hecho la comparación entre el recocido y la dureza en las otras prácticas notamos



como las propiedades se restauran. Obtuvimos que este proceso, es el más abreviado y el que posee una efectividad completa sobre el material.

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

En el trabajo en caliente ya se produce la recristalización a diferencia del trabajo en frío,



que necesita de recocido Evidenciamos la claridad y nitidez del tamaño de grano, con bordes mejor definidos y una

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presencia grande de granos más grandes y mejor pronunciados. Recomendamos, realizar un ataque químico preciso para así no tener que repetir el

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proceso Se debe procurar que el tiempo que la muestra pase en el horno hasta el enfriado, no sea más ni menos. De esta manera logramos hacer totalmente más blando al material.

8. REFERENCIAS BIBLIÓGRAFICAS  

Recuperado el 22 de Febrero del 2015 de http://www.buenastareas.com Recuperado el 22 de Febrero del 2015 de http://simasa.com.mx/blog/tag.



Askeland, P. (2004.). “Ciencia e Ingeniería de los Materiales” 4ta edición. International Thomson. Recuperado el 22 de febrero del 2015



Aceros

industriales

Recuperado

el

22

de

febrero

del

2015

de:

http://www.acerosindustriales.com.co/sitio/images/stories/pdfs/ACEROS_DE_BAJO_CARB ONO-SAE_1005_A_1020.pdf 

FLINN, TROJAN. Materiales de Ingeniería y sus aplicaciones. Recuperado el 22 de febrero del 2015

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APÉNDICES Tabla 1 Propiedades mecánicas del acero 1018 sin deformar..................................................................2 Tabla 2 Propiedades mecánicas del acero 1018 con 30% trabajo en frio.................................................2 Tabla 3 Propiedades mecánicas del acero 1018 recocido........................................................................2 Ilustración 1 Diagrama TTT acero eutectoide.........................................................................................2 Ilustración 2 Diagrama TTT Acero hipoeutectoide..................................................................................2 Ilustración 3 Diagrama TTT acero hipereutectoide.................................................................................2 Ilustración 4 Diagrama Hierro Carbono..................................................................................................2 Ilustración 5 Yunque................................................................................................................................2 Ilustración 6 Martillo...............................................................................................................................2 Ilustración 7 Calibrador...........................................................................................................................2 Ilustración 8 Horno mufla......................................................................................................................2 Ilustración 9 Lijas....................................................................................................................................2 Ilustración 10 Microscopio metalográfico...............................................................................................2 Ilustración 11 pulidora de disco...............................................................................................................2 Ilustración 12 pulidora manual................................................................................................................2 Ilustración 14 Acero SAE 1018...............................................................................................................2 Ilustración 15 Micrografía a 100x a 0%..................................................................................................2 Ilustración 12 Micrografía a 100x a 30%................................................................................................2 Ilustración 9 Micrografía a 100x.............................................................................................................2

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