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• Jaime Alfonso Gonzáles Vivas

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TRATAMIENTO TERMICO Y TERMOQUIMICO SEMANA 6 TEMPLABILIDAD

Jaime González Vivas

TEMPLABILIDAD Puede suceder que la velocidad de enfriamiento en el centro de la pieza sea superior a la crítica. En ese caso se logrará en toda la sección la estructura de temple perfecto (martensíta). En caso contrario sólo se logrará martensíta hasta la distancia de la superficie donde se sobrepase la velocidad crítica. Dicho más correctamente se tiene martensíta más perlita cuya finura disminuye con la velocidad de enfriamiento (puede haber también algo de bainita).

VELOCIDAD CRÍTICA DE TEMPLE Y VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO. Velocidad crítica de temple (Vct) : Es la velocidad mínima con que hay que enfriar cada punto de una pieza de acero desde su temperatura crítica para lograr una estructura martensíta. Para una misma pieza la velocidad crítica de temple es la misma en todos los puntos, pues depende de la composición química, y del tamaño de grano. Es una característica del acero. Vct = f (Cq, g) Velocidad de enfriamiento (Ve) : Es la velocidad con que se enfría cada punto de una pieza de acero desde su temperatura crítica cuando se la sumerge en un medio de severidad H.

La velocidad de enfriamiento en un punto en cambio depende del medio de enfriamiento H y de la sección de la pieza (D) y para el mismo diámetro, depende de la distancia a la superficie o al centro(r1 = distancia del punto al centro del redondo). Luego Vei = f (H,D.ri) La Vei no depende del acero, pues según ya vimos, todas las piezas de igual forma y tamaño y de distintos aceros de construcción se enfrían prácticamente con igual velocidad en sus puntos homólogos y en mismo medio.

CONCEPTO DE TEMPLABLIDAD. A partir de una velocidad igual a la velocidad crítica de temple y con velocidades de enfriamiento decrecientes se obtienen correspondientemente estructuras con durezas también decrecientes. Quiere decir que el gradiente de velocidades se traduce en un gradiente de durezas del mismo sentido; a menor velocidad de enfriamiento, menor dureza. Esta distribución de durezas en la sección de una pieza templada es lo que llamamos templabilidad. Definimos pues templabilidad de un acero como la propiedad que determina la profundidad y distribución de la dureza inducida en el temple.

Más gráficamente podemos decir que la templabilidad es la “penetración” de la dureza cuando se templa un acero. Puesto que con la dureza después del temple sabemos si hemos logrado la estructura correcta, es indudable que la templabilidad es el factor más importante para la selección de los aceros que se van a usar en piezas tratadas térmicamente. Dados dos aceros de distinta composición en barras de igual diámetro y enfriadas en el mismo medio (H) decimos que tiene mayor templabilidad aquél en el cual la dureza penetra más profundamente (o “cae” menos hacia el centro) Fig. 22. Luego:

HRi = f (Vei , Vct)

Con todas estas consideraciones estamos en condiciones de evaluar de qué parámetros depende la templabilidad y cómo influyen cualitativamente. Si templabilidad  distribución de durezas (HRi). HRi = f (Vei , Vct) Pero: HRi = f (H, D, ri, Cq, g) Mejorar la templabilidad significa evitar la caída de durezas hacia el centro (ri  0) y ello a su vez consiste en mantener HRi lo más alto posible cada ri. Vemos que ello se logra, a igualdad de las otras condiciones. Aumentando la severidad de temple Disminuyendo el diámetro (From.16´) Aumentando el % de C y elementos aleantes del acero. Aumentando el tamaño de grano.

CURVAS U Veamos ahora cómo podemos “medir” o expresar la templabilidad de un acero. Siendo la templabilidad una distribución de durezas en la sección de la pieza tomamos por ejemplo un redondo templado; cortamos un disco de aproximadamente 1cm de espesor y luego tomamos sobre ambas caras durezas a lo largo de los diámetros perpendiculares y a intervalos regulares (p.ej. cada 2mm). Promediamos los valores correspondientes a los puntos homólogos (=ri) y los graficamos en un sistema de ejes donde en las abscisas representamos los ri y en ordenadas las HRi. Obtenemos la curva de distribución de durezas (Fig.23). Por la forma que tienen las curvas así trazadas, reciben el nombre de curvas U.

DIAMETRO CRÍTICO El problema es expresar la templabilidad mediante un número con el cual luego pudiéramos calcular. Este número además se tendría que determinar teórica y experimental. El problema se resolvió gracias a los trabajos de M.A. Grossman, M. Asimow, J. L Lamont, W. E. Jominy, A. L Boegehold, y otros. Consideramos un redondo de diámetro D de un acero Ac de composición química definida (Cq) y con un tamaño de grano dado (g): lo templamos en un medio de severidad H. Determinamos su curva U. Supongamos que estamos en el caso de la figura (25a) vemos que existe una parte del núcleo que no ha templado correctamente.

Nuestro problema es lograr en el centro exacto del redondo la dureza correspondiente al 50% de martensíta para el acero en estudio. Como ese punto es el menor Ve, en el resto de la sección tendremos progresivamente más del 50% de martensíta. Para aumentar la templabilidad (disminuir la caída de dureza) según vimos podemos disminuir el diámetro. Repetimos la experiencia con diámetros sucesivamente menores hasta encontrar uno en cuyo centro comenzamos a obtener la dureza requerida (Fig.25b). Ese será el redondo de mayor diámetro que, para ese acero y en ese medio, templará completamente su sección de acuerdo con los requerimientos técnicos que nos hemos impuesto. Remitiéndonos a la fórmula y aplicando las condiciones propuestas tenemos:

Hri = Hr50M

ri = 0(centro)

(Cq, g) = Ac  HR50M = f(Ac, D,H)

Definido el problema de esa manera, sabemos que HR50M es una constante para el acero en cuestión que podemos incluir en el parámetro Ac, quedándonos f (Ac, D, H) = cte. O sea: D50M = f (Ac ; H)

O sea que el diámetro, bajo las condiciones establecidas resulta una función exclusiva del acero y la severidad de temple y además es una medida de la templabilidad pues es el diámetro límite (máx) que permite lograr en la sección una distribución de durezas que en el centro de la misma sea igual a la que corresponde a un 50% de martensíta.

Ese diámetro así definido, se llama diámetro crítico real (Dr) pues se ha determinado en un medio de enfriamiento real. Diámetro crítico real es el diámetro de mayor redondo en el que después del temple en un medio de severidad determinado se consigue en su centro una estructura con 50% de martensíta. Dr = f (Ac ; H) Diámetro crítico ideal es el diámetro de mayor redondo en cuyo centro se consigue el 50% de martensíta templando en un medio ideal de severidad infinita [H =  (infinita capacidad de absorción de calor)]. DI = f (Ac)H = 

O sea es una constante del acero que sólo depende de la composición química y del tamaño de grano. Para cada acero tenemos pues un DI y varios Dr que depende de H. Se comprende además que siempre DI > Dr Grossmann y sus colaboradores construyeron los gráficos de las Figs. 4,5 que relacionan DI, Dr y H. La diferencia de ambos gráficos sólo radica en la escala. Uno llega hasta valores de DI =15” y otro a DI =3”. Dr y DI se expresan en medidas de longitud; puede ser en pulgadas como en los trabajos originales o más propiamente como se hace actualmente e mm, usando el SMD. En DI resulta así una medida de la templabilidad del acero. Cuando expresamos que la “templabilidad” de un acero es 40mm estamos diciendo que el DI de ese es 40mm.

Problema 22.- Un acero tiene un Di = 1,5" (38 mm). Se desea conocer cuál es el mayor diámetro de ese acero que puedo templar en aceite y en agua moderadamente agitados (Hac = 0,40 y Hagua = 1,2) para lograr un mínimo de 50% de martensita en el centro. Problema 23.- Tengo un redondo de 27 mm de diámetro. La templabilidad (Di) del acero con que está construido es de 1,5" (38 mm). ¿Cuál es la severidad mínima H del medio en que debo templarlo para lograr el temple perfecto? Problema 24.- Se desea conocer la dureza y con qué velocidad se enfría el punto medio del radio de un redondo de 35 mm de diámetro cuando se lo sumerge en aceite con agitación acentuada de un acero SAE 4140H. Usamos el gráfico de Fjg. 39.

GRACIAS