Templabilidad De Los Aceros 195e5y

UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE MECÁNICA SECCIÓN DE MATERIALES Y MANUFACTURA LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA II

Informe de la Práctica Nº 5 TEMPLABILIDAD DE LOS ACEROS

Revisado por:

Realizado por:

Prof. Glorys López

Farias Oscarina. 19.457.309

Sección: 22

Tapia, Randy.

19.611.223

Campos, Wilmarys. 18.550.234

Puerto la Cruz, Enero de 2011

RESUMEN

En la práctica se estudió la templabilidad de 4 probetas de dimensiones normalizadas, fabricadas en aceros de composición química distintas, esta propiedad denominada templabilidad se efectúa mediante el ensayo Jominy. Cabe destacar que en la experiencia ya las probetas se le había realizado el ensayo, por lo tanto se inicio con un pulido mecánico posteriormente se realizó un ataque químico, se midió la distancia y dureza que adquiere el acero a partir del extremo templado y finalmente se efectuó el estudio de microscopía óptica; se aprecio que a medida que se fue alejando del extremo templado el % de martensita decreció, fomentando así la formación de otros micro constituyentes. Se determino que la templabilidad de una probeta es la facilidad con la que se transforma acero en martensita, es por ello que este término no es una medida de la dureza del acero.

INDICE Pág. Resumen....................................................................................................................II I. INTRODUCCIÓN.................................................................................................4 II. OBJETIVOS.........................................................................................................5 2.1. General………………………………………………………………………5 2.2. Específicos…………………………………………………………………. 5 III. MARCO TEÓRICO............................................................................................6 IV. EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS………………………………...8 3.1. Equipos………………………………………………………………………8 3.2. Materiales……………………………………………………………………8 3.3. Sustancias……………………………………………………………………9 V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..............................................................10 VI. RESULTADOS...................................................................................................11 VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS....................................................................... VIII. CONCLUSIONES........................................................................................... IX. REFERENCIAS.................................................................................................. X. APÉNDICE…………………………………………………………………….. 10.1. Apéndice B: Anexos………………………………………………………. 10.2. Apéndice C: Asignación……………………………………………………

I. INTRODUCCIÓN

La templabilidad está determinada por la profundidad y distribución de la dureza en el interior de las piezas templadas, un procedimiento estándar que es ampliamente utilizado para determinar esta propiedad es el ensayo Jominy. Esta propiedad es estudiada para describir la habilidad de una aleación para ser endurecida por la formación de martensita como resultado de un tratamiento térmico; los aceros de bajo carbono tienen baja templabilidad, solo muy altas velocidades de enfriamiento permiten que toda la austenita se transforme en martensita. Los aceros aleados tienen alta templabilidad, dicha propiedad no se refiere a la dureza del acero son 2 características distintas que se confunden con frecuencia y conviene diferenciarlas con claridad. La dimensión de la pieza que va a ser templada tiene un efecto directo sobre la templabilidad del material. La templabilidad es el factor más importante para la selección de los aceros que se van a usar en piezas tratadas térmicamente.

Esta práctica tiene como objetivo

analizar la templabilidad de 4 probetas a estudio, estableciendo diferencias entre las mismas.

II. OBJETIVOS

2.1. Objetivo General:  Establecer diferencias en cuanto a templabilidad entre 4 probetas sometidas a ensayos Jominy. 2.2. Objetivos específicos:  Realizar ensayo Jominy a 4 probetas de dimensiones normalizadas fabricadas en aceros de composiciones distintas.  Generar curvas de templabilidad para los materiales sometidos a ensayo Jominy.  Comparar la templabilidad de los materiales en estudio a partir de las curvas generadas y de las micro estructuras que se generan a lo largo de las probetas Jominy.  Analizar la aplicabilidad de los materiales a estudio para un servicio donde se especifica un cierto índice de templabilidad.

III. MARCO TEÓRICO

La templabilidad de un acero es una propiedad que determina la profundidad y distribución de la dureza alcanzada al producirse un enfriamiento desde la zona austentinica. La templabilidad del hierro aumenta si se añaden aleantes, con los que a mas carbono mas templabilidad, sin embargo también aumenta el volumen, con lo que el enfriamiento de la pieza no es homogéneo, y enfría antes en el exterior que en el núcleo, el cual no se podrá dilatar al enfriarse por la compresión ejercida por la pieza ya enfriada, creándose unas tensiones de compresión en el interior y de tracción en la superficie que pueden llegar a romperla, con lo que hay que bajar el contenido en carbono, pero a su vez la templabilidad baja, con lo que se crea una contradicción. La templabilidad depende de la composición química del acero; todos los aceros aleados tienen una relación específica entre las propiedades mecánicas y la velocidad de enfriamiento. Templabilidad no es dureza, que significa resistencia a la penetración, aunque se utilizan medidas de dureza para determinar la extensión de la transformación martensítica en el interior de una probeta. La adición de elementos aleantes o el engrosamiento del grano austenitico incrementa la templabilidad de un acero. Cualquier acero que tiene una velocidad crítica de enfriamiento baja se endurecerá más profundamente que uno que tiene una velocidad de enfriamiento alta de templado. La dimensión de la pieza que va ser templada tiene un efecto directo sobre la templabilidad del material. Se considera que el temple de un acero es aceptable cuando la microestructura esta formada por lo menos con un 50% de martensita, pero para conseguir las mejores características mecánicas en el producto final el porcentaje de martensita debe de estar entre el 50 y el 90 %. Si se realiza un temple mal, nos podemos encontrar con

defectos en la pieza como una dureza insuficiente para nuestros propósitos, que se hayan formados puntos blandos, piezas con mucha fragilidad, descarburación, grietas etc. La dureza escasa y la formación de puntos blandos se explican por la falta de calentamiento, por no haber alcanzado la temperatura necesaria, o por no haber permanecido el suficiente tiempo en ella, la fragilidad excesiva es por un temple a temperaturas altas, etc. por lo cual hay que extremar los cuidados a la hora de iniciar un proceso de temple, y realizarlo correctamente, ya que son muchos los factores que pueden dañar las piezas, y que no sean validas para nuestros propósitos. Se sabe que una pieza de acero enfriada en un medio cualquiera tendrá una velocidad de enfriamiento que depende de varios factores y una vez que estos son determinados, se debe buscar alguna manera de comparar y predecir lo que irá a suceder cuando se realice tal enfriamiento. Para esto es necesario que primeramente se entienda lo que es la templabilidad. Existen muchos ensayos para determinar la templabilidad, pero el más utilizado es el ensayo Jominy, cuyos resultados se expresan como una curva de dureza frente a la distancia desde el extremo templado, la cual se le conoce como curvas de templabilidad. Del estudio de estas curvas se puede observar que la máxima dureza que se consigue en el temple del acero es función del contenido en carbono. El ensayo Jominy es un procedimiento estándar para determinar la templabilidad. Se trata de emplear una probeta estandarizada del

acero estudiado. La probeta

utilizada para el ensayo es cilíndrica, de un diámetro de 25 mm, y una longitud de 100 mm. Primero se calienta a la temperatura de austenización, enfriándola posteriormente mediante un chorro de agua con una velocidad de flujo y a una temperatura especificada, el cual sólo enfría su cara inferior. Una vez terminado el enfriamiento se rectifican dos generatrices opuestas de la probeta una profundidad mínima de 0,4 mm a lo largo de toda su longitud,

determinándose después su dureza Rockwell c. Las medidas de dureza se realizan cada 1,6 mm, durante la primera pulgada (25,4 mm). Posteriormente se determina la dureza cada 5 mm. Los resultados obtenidos se registran en un gráfico estándar, donde se relacionan la dureza obtenida, con la distancia al extremo templado

IV. EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS 4.1. EQUIPOS  Disco Giratorio de Pulido  Marca: Buehler Tipo: RPA Ap: 0.25  0.17 Rpm: 1725/1140  Microscopio Metalográfico  Durómetro Rockwell. Marca Wilson. Modelo 3JR  Secador eléctrico 110V  Horno 4900 Furrace Barnstead Thermolyne Ap: 1ºC 4.2. MATERIALES  Brisol  Papel Absorbente  Algodón  4 Probetas de Acero  Capsula o contenedor

 Escuadra (25 cm) Apr ( ± 0.1mm)

4.3. SUSTANCIAS  Agua  Polvos de Alúmina de 1 µ y 0.3µ  Alcohol Absoluto  Nital al 2%

V. PROCEDIMIENTO O METODOLOGÍA

 Se repulió las probetas.  Una vez lista las probetas para el ataque, se procedió a escoger el reactivo el cual fue nital al 2%.  El nital se colocó en una capsula.  Se sujetó las probetas y luego fue puesta en o el área transversal pulida con el reactivo.  Se colocó en o con un papel absorbente.  Se sumergió las muestras en agua y alcohol para cortar el efecto del ataque.  Las probetas se seco con el secador eléctrico.  Se marcaron puntos cada vez más alejados del extremo templado con un instrumento de medición  Se determinó la dureza Rockwell C de cada uno de los puntos de las probetas estudiadas.  Se realizó en el microscopio metalográfico el estudio de los micro constituyentes presentes en cada uno de los puntos, cada vez más distantes del extremo templado en las probetas.  Se estimó los porcentajes de fases presentes en cada uno de los puntos dispuestos anteriormente.

 Se elaboró la tabla y graficas con los resultados obtenidos.

VI. RESULTADOS

Probeta 1 Ø

ØJ

RC

-4

3

50

-8 12 20 40 60 80 90

6

48

Ferrita

Perlita

Bainita Superior

Probeta 2

Bainita Inferior

M

Austenita Retenida

ØJ

90

10

3 6

10 47 16 42

15

80

5

30 42

RC Ferrita

Bainita Superior

Pro

Bainita Inferior

ØJ

RC

Ferrita

Perlita

48

3

13

30

50

46

6

5

10 45

10

2

16

1

80

20

30

-4

45

50

-6

85

15

70

-7 85 10

90

10

90

10

Perlita

16 43

5

M

85

30 42

50 36

15

5

70 55

70 34

5

30

10

85 31

20

70

10

10

Austenita Retenida

50 36

45

70 32

15

40

45

85 31

20

70

10

10

VII. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS En la tabla 6.1 se establecen las fases obtenidas después de un ensayo Jominy. En la probeta

nº

1

se

puede

apreciar

que

la

martensita

iba

disminuyendo

considerablemente a medida que se alejaba del extremo templado, esto se debe a la velocidad de enfriamiento desde la temperatura de austenización, por lo tanto, la velocidad de enfriamiento a medida que se aleja del extremo templado es mas lenta y por consiguiente va formando

otros micro constituyentes y la martensita va

disminuyendo su valor hasta desaparecer. Esta probeta presento mayor dureza a una distancia Jominy de 3mm, debido a que en dicho punto se encontraba un contenido muy alto de martensita, esta acero es de muy buena templabilidad, se pudo percibir como la dureza penetro. En la probeta nº 2 , se pudo notar que es el acero de mejor templabilidad en comparación con las otras probetas, tiene más contenido de carbono y elementos aleantes. En la probeta nº 3, no se observo ningún contenido de martensita en ningún punto, la nariz estuvo muy pegada al eje, solo se noto la presencia de ferrita, perlita y Bainita superior. Las dureza son bajas debido a que no hay martensita y fueron disminuyendo a medida que se alejaban de la zona templada. La probeta presento variaciones de dureza. En la probeta nº 4 al igual que la 3 no se observo presencia de martensita solo ferrita y perlita, la ferrita estuvo sometida a sobre calentamiento, cabe destacar que con la velocidad de enfriamiento mas lenta se forma mas ferrita. Farias, Oscarina

En la Tabla 6.1 se muestran las micro estructuras de aceros templados con anterioridad por ensayo Jominy. La probeta Nº 1 muestra un alto contenido de martensita desde el punto de extremo templado, punto donde su dureza es máxima; la misma va disminuyendo a medida que se acerca al punto opuesto del extremo templado. La velocidad de enfriamiento es más lenta a medida que se va alejando del punto de extremo templado y en consecuencia la martensita va desapareciendo continuamente mientras otros micro-constituyentes se van formando. Como se puede observar en la tabla, esta fue la probeta que presentó mayor dureza entre las 4 al inicio del estudio metalografico, es decir tenia una alta cantidad de martensita y se puede considerar que posee una buena templabilidad. Para la probeta Nº 2 el comportamiento de la templabilidad es muy similar al de la probeta anterior, sin embargo la presencia de martensita continua en la probeta 2, lo cual la deja con una mejor templabilidad, además de poseer más cantidad de carbono y elementos aleantes. En la probeta Nº 3 y 4 se observa una progresiva disminución de la dureza a medida que se aleja del punto de templado, no obstante no hay rastro de martensita bajo el microscopio, solo perlita, ferrita y bainita superior en algunos casos. Debido a que no hay martensita la dureza presentada desde el inicio hasta el fin de la probeta es muy pequeña, sin embargo existe dureza por la presencia de la perlita que es la fase más dura presente en las muestras. A medida que se aleja del punto de templado la velocidad de enfriamiento es menor y la perlita disminuye paulatinamente. Al final el resultado obtenido es una estructura casi ferrifica con muy baja dureza. Tapia, Randy

En la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos durante la práctica. A las cuatro probetas seleccionadas que habían sido previamente templadas por ensayo Jominy se les realizaron ensayos de dureza y se observo su microestructura, para de esa forma estimar las fases por evaluación visual. En la probeta Nº 1 y Nº 2 la dureza disminuye en forma progresiva desde el extremo el cual fue incidido por el chorro hasta el extremo opuesto, así mismo relacionados con los microconstituyentes presentes, en este caso, martensita. El cambio de dureza va disminuyendo de acuerdo a varias mezclas presentes como ferrita, bainita superior, bainita inferior, austenita revenida

y martensita;

disminuyendo considerablemente la cantidad de martensita y la rapidez de enfriamiento. En la probeta Nº 3 y Nº 4, también se nota que la dureza disminuye progresivamente desde el extremo templado hasta el extremo opuesto. Esto se debe a que la velocidad de enfriamiento en el extremo templado es mucho mayor que la velocidad en el otro extremo debido al medio de temple al que fue expuesto. Estos resultados son los esperados por las fases conseguidas (Perlita y Ferrita) en los puntos de las probetas que fueron analizados microscópicamente. El contenido de perlita disminuye a medida que se va analizando cada punto a partir del extremo templado hacia el extremo así como el porcentaje de ferrita va en aumento, y como es sabido, la perlita es la fase más dura presente en la muestra, y mientras más alto sea su contenido mayor será la dureza del acero. Cabe destacar que en las probetas no se observó martensita a pesar del temple al que fue sometida como era de esperarse ya que esta es la fase característica después de aplicar este tratamiento, la ausencia de ella en la probeta pudo ser por el porcentaje de carbono de la pieza que era muy bajo. Wilmarys Campos

VIII. CONCLUSIONES



La templabilidad es una propiedad.



La dureza que se obtiene depende del contenido de carbono.



La templabilidad depende de las características de transformación del material es decir del diagrama de enfriamiento continuo y por ende de la composición y el tamaño de grano.



Los elementos de aleación aumentan la templabilidad, retardando la transformación en las regiones de perlita y de bainita, permitiendo así la formación de martensita a rapideces de enfriamiento menores



Es importante la especificación de la templabilidad en un acero ya que el comprador tendrá las propiedades mecánicas deseadas.



La velocidad de enfriamiento es menor a medida que aumenta la distancia desde el extremo templado hasta el punto en estudio.



Al aumentar la distancia, la velocidad de enfriamiento es más lenta y el carbono dispone de más tiempo para su difusión y formación de perlita.



Las curvas de templabilidad resumen en un grafico el comportamiento de una pieza respecto al temple.

14

IX. REFERENCIAS 9.1. Fuente Impresa:

 Avner, Si. “Introducción a la metalurgia física.” Editorial McGraw Hill.1988.  Apraiz, J. “Tratamientos térmicos de los aceros”. Editorial Dossat. Año 1978.  Valencia, A. “Metalurgia Física”. Editorial Universidad de Antioquia, Medellín. Año 1987.

X. APÉNDICES 10.1. Apéndice B: Anexos

Figura 10.1.1.Probeta de Ensayo de Jominy

10.2. Apéndice C: Asignación

10.2.1 )Defina diámetro critico ideal y severidad del medio refrigerante. Diametro critico ideal (Di): es el diámetro expresado en pulgadas del mayor redondo de ese acero, en el cual se consigue una estructura microscópica con 50% de martensita, después de ser enfriadolas desde la temperatura de temple en un medio de enfriamiento teórico, cuya capacidad de absorción de calor fuese infinita. Severidad del medio Refrigerante: es aquella que regula la velocidad de enfriamiento de la superficie que a su vez rige el enfriamiento del cuerpo, el cual según siempre es mas lenta. Para un valor alto de H el enfriamiento de la superficie será rápido y para H=α este enfriamiento será instantáneo, es decir que la superficie del acero adquirirá la temperatura del medio en forma instantánea. Esta severidad no se consigue con ningún medio de enfriamiento; solo constituye un valor ideal lograble con un medio ideal. 10.2.2) Determine el DI del siguiente acero A: 0.4%C Y 0.6% MN (ASTM8).

DI= 1.2(SI) *3.13(MN) DI=3.756

10.2.3) En la grafica se muestra el comportamiento de la templabilidad de varios aceros. A) Establezca los valores de dureza que se obtienen en cada uno de ellos a una distancia Jominy de 14/16 desde el extremo templado de la probeta.

Aceros 5140 5540 4140 4540 4340

Dureza(RC) 26 28 37 45 44

B) Si la rapidez de enfriamiento de un punto de una barra de acero AISI 4340 produce una dureza de 45RC, indique si este valor de dureza se mantiene para el mismo punto cuando la barra se fabrica de AISI 4140. R: El valor de la dureza se mantiene igual en el mismo punto para ambos aceros debido a que poseen el mismo % de carbono y cabe destacar que la dureza depende solo del contenido de carbono. C) ¿Cuál de los dos aceros presenta mayor templabilidad? R: El acero AISI 4340 (CR-NI-MO) presenta mayor templabilidad que el acero 4140 (CR-MO) ; debido a la presencia de mas elementos aleantes lo cual influye mucho en la templabilidad de los aceros.

D) ¿Cuál seria la velocidad de enfriamiento para el punto anterior? R: Si estos

aceros tienen igual tamaño y forma se enfrían prácticamente con igual

velocidad en sus puntos homólogos y en el mismo medio.

10.2.4) Mediante diagramas de TTT establezaca diferencias

entre los aceros

estudiados en la práctica.

PROBETA 1

PROBETA 2 1.Excelente

PROBETA 3

1.Buena

templabilidad tiene 1. Baja templabilidad.

1.

templabilidad

mas contenido de

templabilidad ,ferrita

carbono

sometida

y

elementos aleantes que

los

otros

PROBETA 4 Baja a

sobrecalentamiento.

3

aceros. 2.La presencia de 2. La martensita fue 2.los

2.los

martensita en dicho disminuyendo

microconstituyentes

acero

fue medida

que

a microconstituyentes se Que

disminuyendo hasta alejaba del extremo desaparecer medida

que

formaron

se desapareció.

que

aparecieron

en

fueron ferrita,perlita este acero fue ferrita y

a templado pero no y bainita superior

alejaba de la zona templada.

se

perlita.

3. Nariz alejada del

3. Nariz alejada del

eje.

eje.

4.Transformacion

4.transformacion

4.Transformacion con 4.Transformacion con

sin difusin

sin difusión.

difusión.

5.La

dureza

3.Nariz pegada al eje.

eje.

no 5. La dureza no 5.

variaciones

varia en cantidades varia en cantidades dureza tan distante

3.Nariz muy pegada al

difusión. de 5.variaciones

de

dureza

tan distante

10.2.5) ¿Es igual la velocidad de enfriamiento para las 4 probetas a una DJ:40 mm? Justifique su respuesta.

R: La velocidad de enfriamiento en un mismo punto es la misma para las 4 probetas; debido a que esta no depende de la composición química de los aceros; si no del medio de enfriamiento, la sección de la pieza y si tienen el mismo diámetro depende de la distancia a la superficie , pero en este caso están a la misma distancia.