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• javier

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RECOCIDO CON AUSTENIZACION COMPLETA ACERO 4140

INTRODUCCION El acero 4140 es un tipo de acero para maquinaria al Cromo-Molibdeno, presenta buena resistencia a la tensión, torsión y a la flexión, para piezas y partes de maquinaria de uso general. Debe ser recocido antes de un temple posterior, el recocido es un tratamiento térmico propio de los productos semielaborados y acabados, está diseñado para reducir al mínimo las tensiones internas creadas durante los procesos de fabricación. El recocido sirve también para aumentar el grado de cristalinidad de los materiales y así mejorar sus propiedades mecánicas. Esto reduce la tendencia a la deformación de las piezas después de mecanizarlas, y mejora la estabilidad dimensional. El proceso del recocido se puede realizar de muchas maneras diferentes pero sea cual sea el método utilizado, el objetivo es el mismo. Los materiales son calentados lentamente hasta una temperatura propia de cada uno. Una vez llegado a esa temperatura, se mantiene durante horas, dependiendo del espesor, para asegurarse que el material se calienta al cien por cien. Después, las piezas son enfriadas lentamente y de forma homogénea hasta llegar a temperatura ambiente. El objetivo de este proceso es reducir las tensiones internas de las piezas y aumentar el grado de cristalinidad de los materiales.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Determinar la influencia de un tratamiento térmico de recocido con austenizacion completa en las propiedades de un acero, por medio del ablandamiento y regeneración de su microestructura.

OBJETIVOS ESPECIFICOS  

Determinar cambios en las propiedades mecánicas del acero sometido a recocido con austenizacion completa por medio de su dureza. Analizar los cambios microestructurales del acero al ser sometido a tratamiento térmico de recocido con austenizacion completa y determinar el grado de afectación de este en las propiedades del material.

MARCO TEORICO

Acero 4140

RECOCIDO Mediante el recocido un acero es llevado al estado austenítico homogéneo mediante un calentamiento adecuado, provocándose luego la descomposición de la austenita mediante un enfriamiento muy lento (que se asemeje a un enfriamiento en condiciones de equilibrio), puede ser realizado dentro de un horno o de arena previamente calentada, con la finalidad de dar lugar a la transformación de la estructura de manera gradual y completa y que se obtengan los constituyentes más estables. Aplicando el tratamiento de recocido se consigue una estructura con el máximo de ferrita y perlita gruesa, compatible con la consiguiente composición del acero. El recocido realiza con el fin de:  

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Regenerar la estructura cristalográfica afinando el grano. Eliminar las tensiones internas producidas mediante los tratamientos termomecánicos o mecánicos en frío de forja, estampado, laminado, distintos maquinados, etc. Eliminar los efectos del trabajo en frío. Ablandar los aceros ya que de esta manera se obtiene la mayor proporción de ferrita posible, constituyente sumamente blando, y posibilitar así un material apto para realizar tratamientos mecánicos en frío. Ello es posible por haber logrado, en el enfriamiento, estructuras ferritoperlíticas que son más

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blandas que las bainíticas o las martensíticas. El recocido proporciona a los aceros valores de dureza sumamente bajos. Mejorar las propiedades de las piezas tratadas en virtud de una mejor distribución en toda la masa de los distintos componentes químicos o estructurales.

RECOCIDO DE REGENERACIÓN O DE AUSTENIZACIÓN COMPLETA Para efectuar un recocido de austenizacion completa, se calienta el acero hasta una temperatura T superior a su A3c, (T > A3c) y se mantiene a esa temperatura hasta lograr la estructura austenítica en todos los puntos de la masa del acero. Desde esa temperatura el enfriamiento debe ser suficientemente lento, con el fin de lograr los constituyentes de equilibrio del diagrama Fe-Fe3C. El enfriamiento debe ser más lento que en el normalizado. Conviene enfriar rápidamente entre A3r y Ae, con el fin de disminuir el tiempo total del tratamiento. Ese rápido enfriamiento conlleva que se obtienen granos de ferrita proeutectoide finos y, por tanto, no se obtiene el máximo ablandamiento. Después, desde una temperatura ligeramente superior a Ae, debe enfriarse muy lentamente para obtener perlita laminar gruesa. Una vez lograda totalmente la estructura ferrito-perlítica la velocidad de enfriamiento ya es indiferente, suele hacerse al aire.

RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS Figura 1. Determinación del tamaño de grano en una micrografía del acero trabajado (4140) sin recocido a 100X, de la sección transversal según norma ASTM E-112.

FUENTE: Autores Según la superposición de la plantilla la determinación del tamaño de grano da un valor de 7

Figura 2. Determinación del tamaño de grano en una micrografía del acero tratado (4140) con austenizacion completa (recocido), a 100X, de la sección transversal según norma ASTM E-112.

FUENTE: Autores Según la superposición de la plantilla la determinación del tamaño de grano da un valor de 7.

Figura 3. Determinación de fases del acero sin tratamiento, en una micrografía a 500X de la sección longitudinal.

FERRITA (Fase Blanca)

PERLITA (Fase oscura)

Figura 4. Determinación de fases del acero con austentización completa (recocido), en una micrografía a 500X de la sección longitudinal.

PERLITA FERRITA (Fase oscura) (Fase Blanca) Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en el análisis metalográfico, se observa el reordenamiento estructural de los micro-constituyentes del acero después del tratamiento, donde en este se aliviaron las tensiones internas del metal.

A continuación, se presentan las micrografías del acero 4140 antes y después del tratamiento térmico realizado (recocido de austenizacion completa), que se llevó a cabo en 3 etapas; calentamiento de 0°C a 850°C, con sostenimiento de temperatura una hora a 850°C y posteriormente un enfriamiento lento en el horno hasta que se alcance temperatura ambiente. Tabla 1.

ACERO 4140 SIN TRATAMIENTO

ACERO 4140 CON TRATAMIENTO

Micrografía a 100X sección Longitudinal

Micrografía a 100X sección Longitudinal

Micrografía a 100X sección transversal Ferrita en menor proporción Perlita en mayor proporción

Micrografía a 100X sección transversal Ferrita en mayor proporción Perlita en menor proporción

Teniendo en cuenta la composición química del acero 4140, con un contenido de C= (0,38-0,43) %, se dice que él % de ferrita será del orden del (52-54) % y el

contenido de perlita será de un (48-46) %. Para este caso en particular, las variaciones pre y post tratamiento no son abismales, se encuentran en una distribución cercana, ya que el fin del recocido como se ha dicho en veces anteriores es de aliviar las tensiones del metal, regenerar, ablandar o globulizar el material. Tabla 2. DUREZAS

CARA

LONGITUDINAL PROMEDIO TRANSVERSAL PROMEDIO

SIN TRATAMENTO (HRC) 26,5 28 27,5 27,3 26,5 25 27 26,16

CON TRATAMIENTO (HRC) 8,5 9 8,5 8,6 8 8 7,5 7,8

Se observa una menor dureza en las caras post tratamiento, debido a que el tratamiento térmico realizado (recocido de austenizacion completa), tiene el fin de lograr un calentamiento uniforme de la pieza, (llevarla hasta la austenizacion). Al someter la pieza a un enfriado lento (sin alterar los parámetros iniciales), se obtiene granos de ferrita proeutectoide finos y, por lo tanto, no se logra el máximo ablandamiento. El enfriamiento lento que se realizó en el horno, hasta llegar a la temperatura ambiente CUESTIONARIO 1. EN UN ACERO AISI 4140 ¿Qué constituyentes se observan? En aceros con 0,40 % < C > 0,80 % Aparece ferrita en forma de redes rodeando a los granos de perlita En la micrografía se observan claramente dos fases presentes, una matriz ferrifica de color claro con sus límites de grano, y una fase de perlita de color oscuro Ferrita: Es una solución sólida de pequeñísimas cantidades de C en Feα. La máxima solubilidad, a los 723º C, es de 0,025% de C. Debido a que este valor es despreciable, se considera a la ferrita como Feα casi puro. También puede disolver bajas cantidades de Si, P y otras impurezas (en aceros al carbono), y Ni, Mn, Cr, Al, N, etc. (en aceros aleados). Perlita

Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm 2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces la denominación de perlita globular.

2. ¿COMO SE CLASIFICAN LOS RECOCIDOS EN LOS ACEROS? RECOCIDO Mediante el recocido un acero es llevado al estado austenítico homogéneo mediante un calentamiento adecuado, provocándose luego la descomposición de la austenita mediante un enfriamiento muy lento (que se asemeje a un enfriamiento en condiciones de equilibrio), que puede ser realizado dentro del horno o de arena previamente calentada, con la finalidad de dar lugar a la transformación de la estructura de manera gradual y completa y que se obtengan los constituyentes más estables. Aplicando el tratamiento de recocido se consigue una estructura con el máximo de ferrita y perlita gruesa, compatible con la consiguiente composición del acero. El RECOCIDO se utiliza con los siguientes fines: (a).- Para regenerar la estructura cristalográfica afinando el grano. (b).- Eliminar las tensiones internas producidas mediante los tratamientos termo mecánicos o mecánicos en frío de forja, estampado, laminado, distintos maquinados, etc. Eliminar los efectos del trabajo en frío (Acritud) (c).- Para "ABLANDAR" los aceros ya que de esta manera se los proporciona con la mayor proporción de ferrita posible, constituyente este sumamente blando, y posibilitar así o facilitar material apto para realizar tratamientos mecánicos en frío (Recocido de ablandamiento o industrial). Ello es posible por haber logrado, en el enfriamiento, estructuras ferritoperlíticas que son más blandas que las bainíticas o las martensíticas. El recocido proporciona a los aceros valores de dureza sumamente bajos. (d).- Para mejorar las propiedades de las piezas tratadas en virtud de una mejor distribución en toda la masa de los distintos componentes químicos o estructurales. (Recocido de homogeneización).

TIPOS DE RECOCIDO Recocido De Regeneración Completa Con el nombre de recocidos se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es ablandar el metal. Dicha acción puede implicar la regeneración de su microestructura o simplemente, la eliminación de tensiones internas. Consisten en calentamientos a temperaturas adecuadas, seguidos generalmente de enfriamientos lentos. En este caso la temperatura se eleva para lograr la re cristalización de la microestructura, lo que genera la formación de nuevos granos que reemplazan estructuras previas de granos grandes o deformados. La dureza se minimiza. En el caso de los aceros, se ingresa en el estado austenítico, por encima de la temperatura crítica superior A3 y se enfría muy lentamente. Objetivos Principales Ablandar el acero. Regenerar su estructura. Otorgar elevada plasticidad. Mejorar la maquinabilidad. Recocido Subcritico Con temperaturas moderadas se logra relajar tensiones resultantes de procesos previos como soldadura, fundición, deformación plástica, etc. En caso de aceros, se calienta por debajo de la temperatura crítica A1. Objetivos Principales Estabilidad dimensional a lo largo del tiempo. Prevención de procesos de corrosión. Mejora de la ductilidad. Recocido de Globulización Se aplican particularmente a aceros que demandan la mínima dureza y la máxima plasticidad.

Se emplean temperaturas cercanas a la crítica inferior A1 y se caracterizan por tiempos largos de permanencia para lograr la esferoidización o globulización del carburo de hierro (Cementita) en la matriz ferrítica. 3. ¿PARA QUE O CON QUE FIN SE DAN LOS RECOCIDOS DE AUSTENIZACION COMPLETA EN LOS ACEROS? Recocidos de austenización completa o de regeneración: en este caso el calentamiento se hace a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior y luego el material se enfría muy lentamente. Sirve para ablandar el acero y regenerar su estructura. 4. ¿ENTRE QUE INTERVALOS DE TEMPERATURAS SE PRECENTAN EL MAYOR CRECIMIENTO DE LOS GRANOS DE LA AUSTENITA EN LOS ACEROS? 5. ¿Cuándo SE QUEMA UN ACERO, Y COMO SE REGENERA? Un acero se quema cuando se eleva su temperatura prolongadamente de 20 a 50 grados del punto AC3; el sobrecalentamiento que pueda originarse, se eliminará posteriormente durante el trabajo de laminación en caliente. La temperatura deberá ser tanto mayor cuanto menor sea el tenor de C que posea el acero. 6. ¿CÓMO INFLUYE EL TIEMPO DE PERMANENCIA EN LA MÁXIMA TEMPERATURA CUANDO ES MUY PROLONDADO? Temperaturas de recocido .- La temperatura que se debe alcanzar en el tratamiento de recocido, el tiempo de estabilización (homogeneización) y el período de enfriamiento varían según el tipo de recocido que se desee hacer (finalidad que se desee alcanzar), naturaleza del material y tamaño de las piezas. Para lograr simplemente la disminución de tensiones bastará un calentamiento a una temperatura aproximada a Ac1 (650-700° C). En este caso el calentamiento debe ser tanto más prolongado cuanto menor sea la temperatura de recocido, mientras que si deseamos restaurar totalmente el cristal proporcionando una estructura totalmente uniforme, deberá calentárselo durante algunas horas a una temperatura superior al Ac3. 7. ¿PARA QUE SE APLICA EL RECOCIDO EN ACEROS CON MENOS DEL 0.6% DE CARBONO? 

Recocido contra acritud. Consiste en un calentamiento a una temperatura de 600 a 700 C, seguido de un enfriamiento al aire o dentro del horno si se quiere evitar la oxidación del acero. En general se aplica este tratamiento para el recocido del fleje, alambre, etc., que se obtiene partiendo de aceros hipoeutectoides, o sea de menos de 0.89 % de carbono

y, por tanto, formados por ferrita y perlita. Lo más es que el acero sea de menos de 0.30 % de carbono y por tanto la mayor parte de la masa está formada por granos de ferrita, que quedan estirados después del trefilado o laminado

CONCLUSIONES 

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El recocido con austenizacion completa se realiza a una temperatura en la cual se debe presentar solo constituyentes de austenita, además el enfriamiento se debe hacer lentamente, tan lento que es necesario realizarlo en el horno. Depende del contenido de carbono del acero para llegar a esta zona. Es claro que el tratamiento no genera nuevos constituyentes, lo que hace es cambiar de proporciones, es decir, antes del tratamiento se encontró mayor proporción de perlita y después esta resulto siendo la de menor proporción, aumentando la ferrita su proporción generado ablandamiento pues esta es la más blanda según el diagrama fe-c Lo esencial de lo trabajado es el alivio de tensión que recibió el material, para así evitar algunas complicaciones internas de la microestructura y general un ablandamiento en el acero para poder tener una mejor trabajo en frio Por el tratamiento térmico realizado se observaron las diferencias que ocurren en los constituyentes antes y después del recocido de autenticación completa

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Se demostró el ablandamiento del material al realizarse el recocido.

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Por medio del diagrama hierro-carbono se establecieron las temperaturas adecuadas para los tratamientos en función de su porcentaje de carbono.

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Se comprendió la importancia del recocido por austenización completa debido a que este regenera la estructura del material, teniendo un grano más ordenado gracias a la nucleación y la re cristalización generada por el recocido

BIBLIOGRAFIA 

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http://www.ensinger.es/es/semielaborados/informacion-general-sobre-losproductos-semielaborados/mecanizado-de-piezassemielaboradas/recocido. Consultado 12/03/2017 http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema1.TratamientosAceros.pdf. Consultado 12/03/2017 https://es.slideshare.net/raecabrera/capitulo-2-tratamientos-trmicos9246981. Consultado 13/03/2017 Tratamientos térmicos de los aceros, Jose Apraiz Barreiro. Avner 2ed_ Introducción a la metalurgia física