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• Ivonne Román Acuña

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LABORATORIO DE TRATAMIENTO S TÉRMICO S Profesor: Waldo Balarezo Fernández Grupo: 01 Integrantes: - Claudia Soledad Hidalgo Tafur - Gabriela Villena - Francesca Maestri Fernández-Concha - Alberto David Rivera Antón

IN61 – Ciencia y tecnología de materiales

- Sebastián Willis - Mario Luis Ríos Villasante

Tabla de contenido

Introducción ...................................................................................................... ........................ 2 Objetivos............................................................................................................ ......................... 3 Objetivo general .................................................................................................................. 3 Objetivos específicos .......................................................................................................... 3 Descripción del equipo y material utilizado .................................................................... 3 Procedimiento ................................................................................................... ..................... 12 Resultados del ensayo.......................................................................................................... 16 Observaciones.................................................................................................... .................... 18 Conclusiones ..................................................................................................... ...................... 19 Cuestionario ...................................................................................................... ...................... 19 Bibliografía ........................................................................................................ ....................... 31

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Introducci ón

El

cambio o modificación de las

propiedades de

un

material con

calentamiento o enfriamiento controlado se denomina tratamiento térmico y es un término genérico que incluye los procesos de reblandecimiento, endurecimiento y tratamiento de superficies. El endurecimiento abarca procesos como el templado de martensita y el templado de austenita. Entre los

procesos

para

tratamiento

de

superficie

se

cuentan

nitruración, cianuración, carburación y endurecimiento por inducción a la flama. Estos procesos tienen como finalidad aumentar la resistencia y dureza, mejorar la ductilidad, cambiar el tamaño de granos y composición química, mejorar la facilidad de trabajo, liberar esfuerzos, endurecer herramientas y modificar las propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales. Por la razón, la utilización de los tratamientos térmicos permite lograr las más diversas características del acero y sus diversas aleaciones, así como de otros muchos metales. En consecuencia dichos tratamientos tienen una importancia primordial en las distintas fases de fabricación de la industria moderna.

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Objetivos Objetivo general Conocer el procedimiento y la importancia de la realización los tratamientos térmicos de templado, normalizado y recocido.

de

Objetivos específicos A partir del objetivo general parten los siguientes subobjetivos: o

Conocer la temperatura y el tiempo requerido para el austenizado de los diferentes tratamientos térmicos.

o

Identificar el medio de enfriamiento para cada tratamiento térmico.

o

Relacionar los tratamientos térmicos mecánicas que se desean conseguir.

o

Reconocer la microestructura térmico realizado.

o

Identificar la utilidad e importancia de los tratamientos térmicos en la industria acerera.

resultante

con

las

propiedades

de

cada

tratamiento

Descripción del equipo y material utilizado Los equipos, máquinas y materiales utilizados en el laboratorio de tratamientos térmicos fueron los siguientes: MÁQUINAS Y EQUIPOS:

 o

Horno de mufla: Una mufla es un tipo de horno que puede alcanzar temperaturas muy altas para cumplir con los diferentes procesos que requieren este tipo de característica dentro de los laboratorios. Las muflas han sido diseñadas para una gran variedad de aplicaciones dentro de un laboratorio y pueden realizar trabajos como: procesos de control, tratamientos térmicos y secado de precipitados. Existen dos tipos de muflas; aquellas que funcionan con combustible y aquellas que lo hacen con electricidad. En el caso del laboratorio se empleó una mufla eléctrica. Las muflas eléctricas son aquellas que cuentan con hornos generalmente pequeños con resistencias calefactoras ocultas. Estas son ampliamente utilizadas en laboratorios, talleres pequeños o consultorios dentales.

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Las muflas se componen por ciertos elementos necesarios para su correcto funcionamiento, entre ellos: - Gabinete externo: Está compuesto por la puerta, la manija y el panel de control del horno de mufla. - Contrapuerta: Recubierta de material refractario que permite una eficiente concentración y distribución de calor gracias a su cierre fuerte. - Gabinete interno: Recinto interior compuesto por placas de refractario ligero de alta calidad, de gran contenido en alúmina y exentas de amianto y óxido de hierro. - Controladores de temperatura: El tablero se divide en dos partes, (arriba/abajo). En el de abajo se puede observar cómo será programada la temperatura con la ayuda del panel de control. En el de arriba va mostrando la temperatura que del equipo.

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- Panel de control: Cuenta con un control digital programable y un rango de temperatura hasta 1,100ºC. En esta parte del equipo se hallan los controles que permiten programar la temperatura que se requiera. -

Botones de encendido y apagado.

- Ventilador-turbina eléctrico: Permite la circulación y uniformidad de la temperatura en toda la cámara de tratamiento. -

Suministro monofásico de energía a 220 Volts.

Es importante mencionar que dentro de la mufla solo pueden usarse materiales de laboratorio refractarios debido a la alta temperatura que se alcanza dentro de ellas. Está diseñada para una gran variedad de aplicaciones, como por ejemplo: tratamientos térmicos en pruebas de laboratorio, proceso de envejecimiento térmico, ensayos de fundición, ensayos de templado, procesos de disgregación, procesos, descomposición de elementos químicos, entre otras aplicaciones que tiene. o

Microscopio Metalográfco Thomas Cunty SN0083: Este equipo se emplea para realizar inspecciones a muchos aumentos de superficies pulidas y atacadas, con la finalidad de observar su microestructura y poder predecir las características mecánicas del material que se puede emplear para el diseño de elementos de máquinas. Las partes más importantes del microscopio metalográfico son las siguientes: - Bastidor: Sobre del instrumento.

la

cual

van

montadas

las

demás

partes

- Sistema de iluminación: Por medio del cual se obtiene la suficiente claridad sobre la probeta que se requiere observar; este sistema utiliza focos de 12 voltios. Debe utilizarse un rectificador de corriente para preservar la vida útil de los focos. - Prismas de ampliación: Se encuentran en el interior del microscopio, estos son los causantes para obtener una ampliación adecuada sobre el campo de observación. - Ocular (binocular): Son lentes que poseen aumentos determinados. Intercambiables de acuerdo al número de aumentos que se requieren, por encima de estos se coloca el ojo para la observación microscópica.

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- Porta-objetivos: Consta de un sistema revolver, sobre el cual van colocados los diferentes objetos, con distintos aumentos cada uno de 1X, 4X, 10X, 25X, 40X, 100X. Estos objetos al igual que los oculares pueden ser cambiados de acuerdo a la necesidad de ampliación. El número total de aumentos se da de acuerdo al aumento del ocular y del objeto. - Tornillo macrométrico: Es utilizado para subir o bajar el soporte porta probetas de esta forma obtener una imagen bastante clara aunque no nítida. Utiliza un dispositivo de engranaje y cremallera para su accionamiento. - Tornillo micrométrico: El objetivo de esta parte es definir plenamente la imagen, es decir, se debe utilizar luego de haber accionado el tornillo macrométrico para conseguir una imagen completamente nítida. - Soporte porta-probetas: Tiene la función de soportar o fijar a la probeta que va a ser observada.

o

Durómetro Rockwell (Rockwell Hardness Tester R): Las pruebas de Rockwell dependen de la medición de la profundidad diferencial de una deformación permanente, producida por la aplicación y la eliminación de cargas diferenciales.

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En general, se considera que las pruebas de Rockwell no son destructivas, ya que las cargas ligeras y los pequeños penetradores producen impresiones diminutas; sin embargo, a causa de la pequeñez de las impresiones, deben tomarse varias lecturas para obtener un resultado representativo. Además, cuanto menores sean las impresiones tanto mayor debe ser el cuidado que se tenga al preparar la superficie.

o

Pulidora manual de dos discos MetaServ 250: Se utiliza para el pulido mecánico de las probetas, luego de que han sido desbastadas correctamente y consta de las siguientes partes: - Bastidor: Hecho de una plancha de acero, sobre el cual van montadas las demás partes. - Panel de ajuste: Aquí se ubican todas las modificaciones que se pueden realizar según la muestra o tipo de pulido que se desea alcanzar, se ajustan la velocidad (selector) y el tiempo (digital), además que cuenta con un botón de pausa (STOP) y un botón rojo de apagado de emergencia. - Discos: Hechos de acero inoxidable, bronce o aleación de aluminio, entre 20 y 30 cm de diámetro. Las velocidades de giro de los discos disco varían entre 50 y 1200 r.p.m. reguladas mediante un selector. El pulido sobre este disco se realiza en sentido radial, o contrario al sentido de giro del disco.

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- Paños: Sobre el disco se coloca un paño de mesa de billar, los paños de lana de distintas finuras y las lonas de diferentes pesos.

o

Pantalla de televisor: Este equipo es usado esencialmente para transmitir la imagen de la muestra del microscopio metalográfico a una escala donde se pueda observar claramente la estructura de las muestras que se tratan en el laboratorio. Está conectada al microscopio metalográfco, de esta manera, se puede tener una visión bastante amplia de las probetas que se están utilizando. MATERIALES:

 o

Acero 1020 (1 probeta): El Acero 1020 responde bien al trabajo en frío y al tratamiento térmico de cementación. Por su alta tenacidad y baja resistencia mecánica es adecuado para elementos de maquinaria. Tiene una densidad de 7.87 g/cm3 y está compuesto por: 0.18 - 0.23 % C, 0.30 - 0.60 % Mn, 0.04 % P máx. y 0.05 % S máx. Se utiliza mucho en la condición de cementado donde la resistencia al desgaste y el tener un núcleo tenaz es importante. Se puede utilizar completamente endurecido mientras se trate de secciones muy delgadas o para ejes de secciones grandes y que no estén muy esforzados. Otros usos incluyen engranes ligeramente esforzados con endurecimiento superficial, pines endurecidos superficialmente, piñones, cadenas, tornillos, componentes de maquinaria y levas. En cuanto a los tratamientos térmicos se puede cementar para aumentarle la resistencia al desgaste y su dureza mientras que el núcleo se mantiene tenaz. Se puede recocer a 870ºC y su dureza Página | 8

puede alcanzar los 111 HB, mientras que con normalizado alcanza los 131 HB.

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o

Acero 1045 (4 probetas): Este tipo de acero es utilizado cuando la resistencia y dureza son necesarias en condición de suministro. Este acero puede ser forjado con martillo. Además, responde al tratamiento térmico y al endurecimiento por llama o inducción, pero no es recomendado para cementación o cianurado. Tiene una densidad de 7.87 g/cm3 y está constituido químicamente por: 0.43 - 0.50 % C, 0.60 0.90 % Mn, 0.04 % P máx. y 0.05 % S máx. Cuando se hacen prácticas de soldadura adecuadas, este acero presenta soldabilidad, dureza y tenacidad óptimas para la fabricación de componentes de maquinaria. Los usos principales para este acero son piñones, cuñas, ejes, tornillos, partes de maquinaria, herramientas agrícolas y remaches.

o

Medios de enfriamiento: Los medios de enfriamiento para los tratamientos térmicos realizados en el laboratorio fueron: horno, aire, aceite y agua.

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o

Papel abrasivo: Comúnmente conocidas como lijas, fueron utilizadas para el desbaste de las probetas. Los números usados fueron: 320, 400, 600, 800, 1000 y 2000.

o

Alúmina (Al2O3) de 0.3 micras de tamaño de grano: La alúmina (óxido de aluminio) es, probablemente, el abrasivo más satisfactorio y universal desde el punto de vista metalográfico, se vende generalmente en forma de pastas o suspensiones acuosas y existe en tres formas cristalográficas distintas: alfa, beta y gamma. De ellas, la alfa y la gamma son las más empleadas como abrasivos.

Algunos tipos de polvo seco de alúmina, aunque se adquieren como legivados, es preciso volver a legivarlos para obtener la debida la debida finura y uniformidad de las partículas. . El tiempo de levigación necesario para obtener una suspensión muy fina es de unos 10 min; este tiempo puede incrementarse a 15 o 20 min si se desea una suspensión de partículas excepcionalmente finas, tales como las requeridas para el pulido de metales blandos como el Página | 12

aluminio, plomo, estaño, entre otros.

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o

Nital (Ácido nítrico y Alcohol etílico) al 4 %: El ataque químico de la cara que se observará tiene por objetivo poner en evidencia, mediante un ataque selectivo, las características estructurales de la muestra, las distintas fases así como los planos cristalográficos diferentemente orientados poseen diferencias en la susceptibilidad al ataque. Los reactivos de ataque por lo general son ácidos orgánicos disueltos en agua, alcohol, glicerina, etc. El grado de ataque de una probeta es función de la composición, temperatura y tiempo de ataque. El nital (solución acuosa o alcohólica de ácido nítrico al 2% o hasta el 5%) es uno de los reactivos más comúnmente usado en aleaciones ferrosas y aceros, en nuestro caso se utilizara un nital 4%. Un tiempo de ataque demasiado corto (sub-ataque), no permitirá que el reactivo actúe lo sufciente y por lo tanto no se obtendrá un buen contraste entre las fases, o los bordes de grano aun no habrán aparecido. Por otro lado, un sobre-ataque proporcionará una cara obscura con bordes de grano demasiado anchos, resultando dificultoso una distinción clara de las proporciones de cada una de las fases. En el caso que se produjese un sobre ataque será necesario pulir la probeta en el abrasivo más fino y también en el paño antes de atacar nuevamente durante un tiempo menor.

o

Materiales de Limpieza y seguridad: Se usaron los siguientes implementos para mantener limpio el área de trabajo y garantizar la seguridad de los integrantes: -

Agua

-

Alcohol

-

Vasos precipitados

-

Waype

-

Papel para secado

-

Casco, guantes y lentes de seguridad

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Procedimiento Para el siguiente laboratorio, se tomaron cinco probetas de acero (1020 y 1045) las cuales serán tratadas térmicamente. Dos de ellas serán sometidas a un proceso de temple, una a un proceso de normalizado y las otras dos, una de acero 1020 y otra de 1045, serán recocidas.

Figura 1: Probetas que serán sometidas al tratamiento térmico

Tres de las probetas son cuidadosamente llevadas al horno de mufla con la ayuda de unas pinzas y se dejan calentar a una temperatura de 800°C aproximadamente durante un periodo de entre 45 y 60 minutos. Cabe resaltar que el tiempo que permanecerán las probetas en el horno es directamente proporcional al espesor de estas.

Figuras 2 y 3: Preciso instante en el que las probetas son introducidas al

Luego que de que se han calentado las probetas, son retiradas del horno y enfriadas. Es en este punto, el enfriamiento, en donde se diferenciaran las probetas, ya que serán sometidas a distintos tipos de reducción de Página | 15

temperatura. Una será enfriada en agua, otra será enfriada en aceite y por

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ultimo una será normalizada, a temperatura ambiente.

que

quiere

decir

que

será

enfriada

Figura 4: Enfriamiento de una probeta

Figura 5 y 6: Enfriamiento de la probeta con aceite. Notar el ennegrecimiento característico de la probeta en este método

Figura 7: Enfriamiento de una probeta al aire

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Una vez que se han enfriado las probetas, se les hace un desbaste con la ayuda del esmeril para poder alizar lo máximo posible su superficie. Es necesario ser cuidadoso en esta etapa, ya que lo último que se quiere es infligir un surco profundo en la probeta.

Figura 8: Esmerilado de una de las probetas

Luego del desbaste, se procederá a realizarle el ensayo de dureza a las cinco probetas con la ayuda del durómetro Rockwell, para determinar cuál de las cinco es la que presenta mayor dureza y medirla precisamente. Cabe mencionar que para poder discernir que probeta fue enfriada con que método, se realizó un ensayo previo conocido como la prueba de la lima, que no es otra cosa limar las probetas para sentir la dureza de cada probeta. Las más blandas son comúnmente las que fueron recocidas.

Figura 9: Medición de la dureza de las probetas ensayadas

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Las cinco probetas son lijadas con papel de lija de 200, 400, 800, 1000 y 2000 consecutivamente para después pasar a la pulidora, en donde se pulirán durante 6 o 7 minutos aproximadamente. Luego del pulido, se limpian las probetas con alcohol para retirar cualquier impureza de la superficie.

Figura 10: Pulido de las probetas

Por último, las probetas son sometidas al ataque químico para poder penetrar y revelar su estructura interior y ser observada con la ayuda del microscopio.

Figura 11: Ataque químico realizado a las probetas

Figura 12: Imagen de martensita proveniente de la probeta enfriada con agua

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Resultados del ensayo Los resultados del ensayo de dureza Rockwell realizada a las probetas, dieron el siguiente resultado con 980N:  Probeta de acero1020 recocida: -

82 Rockwell B

 Probeta de acero 1045 recocida: -

94 Rockwell B

Luego, con el indentador de diamante empleando 1471 N, se obtuvieron los siguientes resultados:  Probeta de acero 1045 normalizada: -

18 Rockwell C

 Probeta de acero 1045 templada en aceite: -

31 Rockwell C

 Probeta de acero 1045 templada en agua: -

64 Rockwell C

Asimismo, los resultados obtenidos en el microscopio fueron los siguientes:  Probeta de acero1020 recocida:

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 Probeta de acero 1045 recocida:

 Probeta de acero 1045 normalizada:

 Probeta de acero 1045 templada en aceite:

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 Probeta de acero 1045 templada en agua:

Observaciones 

Mediante el tratamiento térmico se puede modificar las propiedades de una aleación.



Los tratamientos térmicos deben tener en cuenta ciertas indicaciones establecidas. Como se ve en el siguiente manual para tratamientos térmicos en aceros 1045.

Página | 22



Las etapas del tratamiento mantenimiento y enfriamiento.

 Las variables de la temperatura. 

los

tratamientos

térmico

térmicos

son:

son

calentamiento,

el

tiempo y

Tras el templado se observaron ciertas grietas en las probetas, las cuales son causadas por su fragilidad y la rapidez de la velocidad de enfriamiento.

Conclusiones  La dureza de los aceros que se sometieron al templado depende de la velocidad del enfriado. A mayor velocidad se obtiene una mayor dureza y en consecuencia a mayor lentitud de enfriado, menor dureza.  El templado rápido en agua transforma la austenita en martensita.  El recocido tiene el objetivo de disminuir la dureza del acero.  Un acero con bajo nivel de carbono no puede ser templado. 

El normalizado es usualmente empleado como tratamiento previo para el proceso de templado.

 El revenido tiene como finalidad mejorar la tenacidad de los aceros templados a cambio de una pequeña reducción en la dureza.

Cuestionario 1. Explique el proceso de formación de la martensita durante el enfriamiento rápido. La martensita es una fase metaestable de estructura tetragonal, que se obtiene por el enfriamiento brusco de una solución sólida intersticial (entre las células) y que se forma mediante un movimiento de cizalladura en la red. La martensita se produce sin difusión debido a que la reacción ocurre rápidamente y a tan baja temperatura que no hay tiempo para que la difusión actúe. La transformación no requiere superar mediante activación térmica una barrera de energía, por lo tanto, se llama transformación atérmica. No hay cambios de composición en el paso de austenita a martensita, lo cual evita la migración de los átomos de carbono. Página | 23

Tiempo, segundos Explique brevemente porqué la dureza de la martensita revenida disminuye con el tiempo de revenido (a temperatura constante) y con el incremento de temperatura (con tiempo constante de revenido).

Dureza Brinell

Una característica necesaria para incrementar el tamaño y disminuir el número de partículas dispersas en el revenido, es mantener la temperatura constante por un intervalo prolongado, después de templar. Al incrementar la temperatura para un tiempo dado, la dureza de un acero al carbono se reduce de una manera definitiva, como se observa en el siguiente gráfico que relaciona la dureza y la temperatura de revenido en un acero de 0,62% de carbono.

Dureza Rockwell C

2.

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Temperatura de revenido

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Dureza Rockwell

Dureza Brinell

Asimismo, el tiempo de revenido influye en la dureza del acero, tal y como se muestra en la siguiente gráfica, la cual revela el rápido ablandamiento en un acero templado de 0.82% de carbono, durante los primeros minutos a 650º C; se observa que la acción ablandadora ocurre en los primeros segundos y luego la dureza se reduce lentamente con el incremento del tiempo de revenido.

Tiempo en minutos 3. Mencione el efecto del carbono y algunos elementos en la templabilidad de los aceros. La templabilidad de un acero es como la propiedad que determina la profundidad y distribución de la dureza inducida por enfriamiento desde la condición austenítica. La templabilidad de un acero depende principalmente de la composición del mismo y aumenta mayormente con la adición de elementos de aleación. Un acero aleado de alta templabilidad es el cual se endurece, no solo en la superficie sino también en su interior. Por lo tanto, la templabilidad es una medida de la profundidad a la cual una aleación específica puede endurecerse. Los diagramas isotérmicos y los diagramas de enfriamiento continuo dan información importante sobre este comportamiento. Estos muestran que un acero puede ser enfriado más lentamente para obtener martensita cuando tiene elementos de aleación en su composición. La acción que ejercen los elementos de aleación sobre la templabilidad, es quizás una de las influencias más importantes y que más merece ser destacada. El temple de los aceros al carbono resulta difícil muchas veces al tener que someter al material a enfriamientos muy rápidos en agua lo que conlleva problemas de elevadas deformaciones en las piezas que impiden su utilización posterior, así como la poca penetración del temple aún en el caso de conseguir la transformación martensítica en la superficie de la pieza.

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4.

¿Qué recomendaría para que las probetas calentadas en el horno de mufla no se oxiden?

de

acero

Debido a que el horno de mufla permite la entrada de aire y, por lo tanto, también de oxígeno, las probetas en su interior tienden a oxidarse. Por consiguiente, para evitar que los aceros se alteren de esta forma es necesario crear un vacío en el interior de la mufla, lo cual puede ser realizado mediante válvulas que regulen la presión interior del horno. Asimismo, la contrapuerta del horno debe cerrarse de forma hermética para evitar la salida o entrada de aire. 5.

Desarrolle, y represente en esquemas, las diferencias metalográfcas entre las probetas de recocido, normalizado y templado obtenidas en el laboratorio. Recocido: Este proceso consiste en el calentamiento del acero a la temperatura adecuada durante un tiempo y luego enfriar muy lentamente en el interior del horno o en algún material aislaste de calor. El propósito general del recocido es refinar el grano, proporcionar suavidad, mejorar las propiedades eléctricas y magnéticas y, en algunos casos, mejorar el maquinado. Las microestructuras obtenidas en el laboratorio del proceso de recocido son las siguientes:

Ferrita

Perlita

Normalizado: El tratamiento térmico de normalización del acero se lleva a cabo al calentar aproximadamente a 20ºC por encima de la línea de temperatura crítica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente. El propósito de la normalización es producir un

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acero más duro y más fuerte que con el recocido total, de manera que para algunas aplicaciones éste sea el tratamiento térmico final. La microestructura obtenidas en el laboratorio del proceso de normalizado es la siguiente:

Ferrit a

Perlita

Templado: La técnica de templado consiste en calentar los el acero hasta que se alcance la temperatura crítica austenita + ferrita austenita al igual que en el recocido y normalizado, seguido de un enfriamiento lo suficientemente rápido con el fin de endurecer la muestra considerablemente. Las microestructuras obtenidas en el laboratorio del proceso de templado son las siguientes:

La estructura de la martensita tiene la apariencia de láminas o de agujas. La fase blanca es austenita que no se transforma durante el temple rápido. La martensita también puede coexistir con otros constituyentes, como la perlita.

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6. Comente 2 formas de calentamiento usadas en la industria (distintas a las utilizadas en el laboratorio) para realizar los tratamientos térmicos. Existen una gran variedad de formas, en la industria, de realizar el calentamiento de materiales que se quieran someter a tratamientos térmicos, entre ellas tenemos: 

Calentamiento por inducción: La inducción es un método de calentamiento sin contacto ni llama, que puede poner la rojo vivo en cuestión de segundos una sección determinada de cualquier barra metálica, con bastante precisión. El calentamiento industrial por inducción se emplea para múltiples aplicaciones como tratamientos térmicos, principalmente templados, revenidos y normalizados por inducción, generación de plasma, procesos de unión, forja y fundición. El calor de inducción se basa en una bobina hecha con un tubo de cobre. El agua fluye a través de las bobinas que trabajan junto a los elementos de calefacción de cobre y ayudan a enfriar el horno según sea necesario. El tamaño y forma de la bobina puede ser determinada según la aplicación específica para la que se utilice el horno.



Calentamiento en hornos de sales: Este tipo de calentamiento se realiza en los hornos de sales, los cuales pueden ser calentados por electricidad (electrodos sumergidos o resistencias) o por gas. Pueden contener las sales fundidas en crisoles de acero o de tabique refractario. Estos hornos son muy versátiles ya que se pueden utilizar para diversos rangos de temperaturas, desde 140°C hasta 1230°C además, se pueden procesar piezas de distintos tamaños en base a su capacidad.

7. Considerando lo que realizaron en el laboratorio, responda: a. ¿Por qué calentamos el acero SAE 1045 a 850ºC para realizar el templado? Sustente su respuesta. Para calentar una pieza de acero SAE 1045 para su posterior templado se debe: i. Precalentarse uniformemente hasta unos 650 - 700°C. ii. Se debe austenizar entre 800 y 850°C si se va a templar en aceite o entre 790 - 820°C si se va a enfriar en agua. El tiempo de permanencia es de unos 10 minutos por cada 25 mm de sección. Por ende, la temperatura de calentamiento para este tipo específico de acero se debe a que se desea conseguir una completa y homogénea estructura austenítica. b. Cómo encuentra esta temperatura de 850ºC, explique.

Temperatura (ºC)

Temperatura (ºC)

Como bien se sabe, el acero SAE 1045 presenta en su composición un 0,45% de carbono y, como se muestra en el siguiente diagrama, la temperatura en que este metal pasa a la fase austenítica es de aproximadamente 775ºC.

Carbono, porcentaje en peso De este modo, la temperatura para austenizar este acero para un proceso de temple es:

(

)

En donde, la tolerancia suele ser de 50ºC e incluso más. Es por esto que se determina que la temperatura de austenizado para el acero SAE 1045 es de 850ºC. c. ¿Por qué el horno de sales es una mejor opción que el horno de mufla utilizado en el laboratorio?, comente las razones. El horno de sales puede ser calentado por electricidad o por gas. Pueden contener las sales fundidas en crisoles de acero o de tabique refractario. Asimismo, este tipo de hornos poseen una termocupla en su interior que permite evaluar la temperatura del material con mayor exactitud.

Estos hornos son muy versátiles ya que se pueden utilizar para diversos rangos de temperaturas, desde 140°C hasta 1230°C además, se pueden procesar piezas de distintos tamaños. Tienen un alto rango de aplicación, se pueden realizar todos los tipos de tratamientos térmicos, tales como recocido, normalizado, relevado de esfuerzos, cementado, revenido, nitrurado, pavonado, temple y austempering. EI calentamiento es muy homogéneo debido a que se pueden realizar varias etapas de calentamiento escalonados, sin embargo, en componentes con perforaciones y cavidades profundas la sal es difícil de remover. En este tipo de hornos se pueden procesar todos los aceros. d. ¿Cómo varía la dureza del acero en el templado si varía la densidad del aceite en donde se realiza este tratamiento? Explique. La densidad del aceite, como medio de enfriamiento en un proceso de temple, influye de cierta manera a la dureza del acero tratado. Esto se debe a que un aumento en la densidad suele ir acompañado de una elevación del punto de ebullición y disminuye el tiempo de la fase vapor, pero suaviza las condiciones de la fase de convección. Si la densidad es excesiva, disminuirá la turbulencia que contribuye a la extracción de

calor en la fase de ebullición y empeorarán las condiciones de temple. Y, por lo tanto, el acero tendrá una menor dureza. 8. Indique los defectos y anomalías que pueden producirse en los tratamientos térmicos, y explique sus posibles causas, indique cómo estos defectos afectan el desempeño de la pieza en servicio. Considere en su análisis el recocido, templado, revenido. Proceso

Defectos

Causas

Baja dureza

Baja velocidad de enfriamiento y temperatura de sostenimiento inadecuada.

Puntos blandos

Enfriamiento inadecuado, contaminación del acero con escorias y el contacto entre piezas.

Grietas

Tensiones causadas por calentamientos o enfriamientos inadecuados

Templado

Revenido

Fragilidad y granular gruesa.

Alta temperatura de sostenimiento.

Poca reducción de la fragilidad.

Temperatura, revenido y muestra.

Altas tensiones internas

tiempo del tamaño de la

Velocidad de enfriamiento tamaño de muestra.

y

9. Responda: a. ¿Cómo se realiza el austempering y para qué se aplica? Dé ejemplos. El austempering es un tratamiento térmico que se aplica a los aceros, el cual tiene como finalidad la obtención de piezas con una estructura bainítica, que sean duras pero no extremadamente frágiles. Suele aplicarse a aceros con alto contenido de carbono. El procedimiento para llevar a cabo este tratamiento es: i.

Calentar el acero por encima de la temperatura critica, mediante el cual se consiga un austenizado homogéneo.

ii.

Enfriar rápido en un baño de sales o plomo fundido hasta una temperatura comprendida entre la temperatura martensítica y 450ºC. Mientras más rápido sea el proceso de enfriamiento, se evitará la formación de perlita.

iii.

Mantener a esa temperatura hasta que toda la austenita se transforme en bainita.

iv.

Enfriar la probeta hasta la temperatura ambiente. Austenita (estable) Ts Ti

Bainita Ms

Austenita

Mf

En el diagrama de transformación anterior resume el procedimiento para llevar a cabo un austempering. b. ¿Cómo se realiza el martempering y para que se aplica? Dé ejemplos. El martempering es un temple “escalonado” y se utiliza para producir martensita sin el desarrollo de las altas tensiones que suelen acompañar a su formación. Se lleva a cabo de la siguiente manera: i.

Calentar el acero hasta que entre en el campo austenítico.

ii. Enfriar rápidamente en un líquido a temperaturas de entre 200 y 400°C. iii.

Mantener a esa temperatura cierto tiempo para que se iguale la temperatura en toda la masa.

iv.

Retirar el acero del medio de enfriamiento y dejar que se enfrié en el aire para que la transformación de la austenita sea homogénea en toda la masa.

De esta manera, el proceso de martempering evita desiguales y peligrosas distorsiones y dilataciones que ocurren en los temples ordinarios de piezas de gran tamaño. c. ¿Cómo se realiza el patentado y para qué se utiliza? Dé ejemplos. El patentado o patenting es un tratamiento isotérmico llevado a cabo en aceros para mejorar su ductilidad. Este tratamiento transforma la estructura del acero en una estructura perlítica fina y homogénea, conocida como sorbita. El proceso de patentado consta de: i.

Calentar el alambre hasta una temperatura próxima a los 1000

ºC. ii. iii.

Enfriar bruscamente en un baño de plomo a 550ºC.

Mantener el acero a esa temperatura durante unos segundos para propiciar una transformación isotérmica y se pueda obtener la sorbita.

iv. Dejar que se enfrié a temperatura ambiente. d. ¿Cuáles son las causas de la excesiva fragilidad de un acero templado? La excesiva fragilidad de un acero templado se da porque su microestructura está compuesta por un 100% de martensita y, como bien se sabe, los aceros con estructura martensítica son los más duros y mecánicamente resistentes de la industria. Sin embargo, son los más frágiles y menos dúctiles.

Asimismo, el proceso de templado produce un aumento de la fragilidad debido a las tensiones internas que se generan al producirse la transformación martensítica 10. Describa un proceso utilizado para eliminar la austenita retenida en las estructuras de aceros aleados. El tratamiento idóneo para poder eliminar la austenita retenida en

la estructura de los aceros aleados consiste en llevar a este material a la fase

austenítica mediante un calentamiento. Luego, se debe realizar un temple y dos tratamientos de revenido sucesivos. De esto modo, se conseguirá elevar la dureza final del producto y eliminar completamente la austenita retenida.

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