Informe De Tratamientos Termicos 133r6y

“AÑO DE LA CONSOLIDACION DEL MAR DE GRAU”

INGENIERIA INDUSTRIAL

“ENSAYO DE TRATAMIENTOS TERMICOS” CURSO: CIENCIAS E INGENIERIA DE MATERIALES AREQUIPA – PERU

1

2016 INDICE 1. 2. 3. 4.

Introducción Objetivos 2.1. Objetivo General 2.2. Objetivos Específicos Recursos Usados Marco Teórico 4.1. Etapas del Tratamiento Térmico 4.2. Tipos de Tratamientos Térmicos 4.3. Diagrama 4.4. Diagrama TTT (Temperatura

–

Tiempo

–

Transformación) 5. Procedimiento 6. Toma de Datos 7. Análisis de Resultados 8. Interpretación de Resultados 9. Conclusiones 10. Recomendaciones 11. Anexos 11.1. Ejercicios y Cuestionario 11.2. Flujogramas 12. Bibliografía

1.Introducción El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido a temperaturas y condiciones determinadas para cambiar sus propiedades mecánicas. Nunca alteran las propiedades químicas. Con el tratamiento

térmico

adecuado

se

pueden

reducir

los

esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. Para conocer a que temperatura debe elevarse el

2

metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - carbono. En este tipo de diagrama se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los tratamientos térmicos

han

adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. El tiempo y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos de antemano de acuerdo con la composición del acero, la forma y el tamaño de las piezas y las características que se desean obtener.

2.

Objetivos 2.1. Objetivo General  Permitir

aumentar

significativamente

las

propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero.

3

2.2. Objetivos Específicos  Lograr el tratamiento térmico no solo las piezas semiacabadas como son los bloques, lingotes, planchas, etc., sino también las piezas terminadas y herramientas con el objetivo de proporcionarles las propiedades definitivas exigidas, de disminuir su dureza, mejorar la maquinabilidad y preparar su estructura para el tratamiento térmico definitivo posterior.  Poder diferenciar tres de los diferentes tipos de Tratamiento

Térmico

(Temple,

Revenido

y

Recocido).  Conocer el procedimiento que se sigue para realizar el Temple como tratamiento térmico, y estar en capacidad de realizarlo.  Conocer el procedimiento mediante el cual se desarrolla el tratamiento térmico de revenido, y estar en capacidad de realizarlo.

3.

Recursos Usados

 Materiales. o Acero SAE 1045. o Acero SAE 1020. 4

 Herramientas. o Lima Fina.  Equipos. o Durómetro Rockwell o Horno eléctrico  Equipo de protección personal. o Mandil protector. o Guantes carnaza o Lentes protectores. o Zapatos de seguridad. o Careta o Pinzas  Otros.

4.

Marco Teórico 4.1. Etapas del Tratamiento Térmico Calentamiento hasta la temperatura fijada: La elevación de temperatura debe ser uniforme en la pieza.

5

 Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa

transformación

estructural

de

partida.

del

constituyente

Puede

considerarse

suficiente una permanencia de unos 2 minutos por milímetro de espesor.  Enfriamiento: Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento que se realice.

4.2. Tipos de Tratamientos Térmicos 4.2.1. Temple El Temple es un tratamiento térmico que tiene por objetivo

aumentar

la

dureza

y

resistencia

mecánica del material, transformando toda la masa

en

Austenita

con

el

calentamiento

y

después, por medio de un enfriamiento brusco (con aceites, agua o salmuera), se convierte en Martensita, que es el constituyente duro típico de los aceros templados. En el temple, es muy importante la fase de enfriamiento y la velocidad alta del mismo, además, la temperatura para el calentamiento óptimo debe ser siempre superior a la crítica para poder obtener de esta forma la Martensita.

Existen

varios

tipos

de

Temple,

clasificados en función del resultado que se quiera obtener y en función de la propiedad que presentan

casi

todos

los

aceros,

llamada

Templabilidad (capacidad a la penetración del temple),

6

que

a

su

vez

depende,

fundamentalmente, del diámetro o espesor de la pieza y de la calidad del acero.

4.2.2. Recocido Es un tratamiento térmico que normalmente consiste en calentar un material metálico a temperatura elevada durante largo tiempo, con objeto de bajar la densidad de dislocaciones y, de esta manera, impartir ductilidad. El Recocido se realiza principalmente para:  Alterar

la

obtener

estructura las

del

material

propiedades

para

mecánicas

deseadas, ablandando el metal y mejorando su maquinabilidad.  Recristalizar los metales trabajados en frío.  Para aliviar los esfuerzos residuales. Las operaciones

de

Recocido

se

ejecutan

algunas veces con el único propósito de aliviar los esfuerzos residuales en la pieza de trabajo causadas por los procesos de formado

previo.

Este

tratamiento

es

conocido como Recocido para Alivio de Esfuerzos,

el

cual

ayuda

a

reducir

la

distorsión y las variaciones dimensiónales que pueden resultar de otra manera en las partes que fueron sometidas a esfuerzos.

7

4.2.3. Revenido El Revenido es un tratamiento complementario del Temple, que generalmente prosigue a éste. Después del Temple, los aceros suelen quedar demasiados duros y frágiles para los usos a los cuales están destinados. Por ejemplo, se han utilizado estos tratamientos térmicos para la fabricación del acero de Damasco (Siglo X a.C.) y de las espadas de los samuráis japoneses (Siglo XII d.C.). Es posible obtener una dispersión excepcionalmente fina de Fe3C (conocida como martensita revenida) si primero se templa la austerita para producir martensita, y después se realiza el revenido. Durante el revenido, se forma una mezcla íntima de ferrita y cementita a partir de la martensita. El tratamiento de revenido controla las propiedades físicas del acero.

4.3. Diagramas

8

Es muy importante aclarar que con la realización del proceso de Revenido no se eliminan los efectos del Temple, solo se modifican, ya que se consigue disminuir la dureza y tensiones internas para lograr de ésta manera aumentar la tenacidad.

4.4. Diagrama

TTT

(Tiempo

–

Temperatura

–

Transformación) Este tipo de diagrama muestra cómo la velocidad de enfriamiento afecta la transformación de Austenita en varias fases posibles, las cuales pueden ser: (1) Formas alternativas de Ferrita y Cementita, (2) Martensita. El tiempo se presenta logarítmicamente a lo largo del eje horizontal y la temperatura en el eje vertical. Esta curva se interpreta partiendo del tiempo t0 (pocos segundos transcurridos) en la región Austenita y continúa hacia abajo y a la derecha a lo largo de la trayectoria que muestra cómo se enfría el metal en función del tiempo

9

(Ver Figura No. 2). Los tiempos de transformación dependen de la aleación del material. La Figura No. 2 presenta un ejemplo del diagrama TTT para un acero:

10

Fig. N°3 Tipos de Enfriamiento

5.

Procedimiento  Temple: 1) Se coloca las piezas en el horno a 900 °C durante 45 minutos.

11

2) Retirar las piezas una por una.

3) Coloca y mover en un balde con aceite.

4) Esperar a que enfrié y secarlas.

12

5) Se procede a lijar las probetas para medir la dureza.

6) Se procede a medir la dureza con el ensayo de dureza Rockwell. 7) Seleccione el indentador apropiado e insértelo en la base de la varilla pulsadora. 8) Seleccione el contrapeso (60, 100, 150 Kg.) de acuerdo a la escala correspondiente. 9) Coloque la probeta sobre la plataforma del durómetro 10)

Espere a que el durómetro aplique las

cargas y realice la medición aproximadamente 10 a 15 segundos.

13

11)

Realizar 2 veces el ensayo con cada uno de

los materiales asignados, para obtener un valor más exacto de la dureza de cada uno.

 Revenido 1) Se coloca las piezas en el horno a 500 °C durante 45 minutos. 2) Retirar las piezas una por una y se coloca al aire libre.

3) Esperar a que enfrié.

4) Se procede a lijar las probetas para medir la dureza.

14

5) Se procede a medir la dureza con el ensayo de dureza Rockwell. 6) Seleccione el indentador apropiado e insértelo en la base de la varilla pulsadora. 7) Seleccione el contrapeso (60, 100, 150 Kg.) de acuerdo a la escala correspondiente. 8) Coloque la probeta sobre la plataforma del durómetro 9) Espere a que el durómetro aplique las cargas y realice la medición aproximadamente 10 a 15 segundos.

15

10)

Realizar 2 veces el ensayo con cada uno de

los materiales asignados, para obtener un valor más exacto de la dureza de cada uno.

6.

Toma de Datos En el medición de dureza Rockwell los datos extraídos del procedimiento del temple y revenido de cada material fueron los siguientes:  En los materiales duros con dureza HRB y HRC con indentador de esfera y de diamante se obtuvo:  En la probeta de Acero 1020 con escala HRB se obtuvo mediciones en el procedimiento del temple de 78 y 80; y en el procedimiento del revenido de 77 y 79. La fuerza para la carga convertida en el Acero 1020 fue de: 100 x 9.8 = 988N  En la probeta de Acero 1045 con escala HRC se obtuvo mediciones en el procedimiento del temple de 40 y 42; y en el procedimiento del revenido de 37 y 39. La fuerza para la carga convertida en el Acero 1045 fue de: 150x 9.8 = 1471N

7.

16

Análisis de Resultados

Grup

Medi

o

o

1

2

3

Agua

Agua

Aceit e

Sin

Templado

Revenido

tratamiento Dureza HR

Dureza

Dureza HR 100

Material

Escal

Acero

a B

60.13

HR 100

1020 Acero

C

26.5

55.4

43

1045 Acero

B

71.8

99

98

1020 Acero

C

25.5

60

43

1045 Acero

B

54.2

79

78

1020 Acero

C

28.2

41

38

1045 Tabla N°1.Tabla de comparación de durezas en el procedimiento del Temple y Revenido.

8.

Interpretación de Resultados  Temple  Para la Probeta de Acero SAE 1045:

∑ mediciones 2

40+42 =41 2

 Para la Probeta de Acero SAE 1020:

17

∑ mediciones 2

78+ 80 =79 2

 Revenido  Para la probeta de Acero SAE 1045:

∑ mediciones 2 37 +39 =38 2

 Para la probeta de Acero SAE 1020:

∑ mediciones 2 77+ 79 =78 2

9.

Conclusiones  Se concluye que al aplicar el tratamiento térmico del temple en nuestras probetas de aceros 1020 y 1045, su

18

dureza aumenta al medirla en el durómetro (escala Rockwell).  La dureza de las probetas enfriadas en agua es mucho mayor a las probetas enfriadas en aceite.  Al aplicar el tratamiento térmico del revenido, se le aplica una temperatura menor a la del temple, y dependiendo del tiempo que permanezcan las probetas en el horno, sus durezas tenderán a disminuir.

10. Recomendaciones  Para realizar el tratamiento térmico del temple, se recomienda programar en el horno 900°C para lograr el color rojo cereza en la probeta.  Al comparar los valores de dureza en escala Rockwell de las probetas, diferenciar la variación de las mismas entre las probetas que fueron sometidas al enfriamiento en agua, de las de aceite; puesto que si bien varían, en el agua será mayor.  Para realizar el tratamiento térmico del revenido, se recomienda aplicar una temperatura de 500°C en el horno, las probetas se tornarán de un color púrpura oscuro por lo general.  Tomar el tiempo que pasan las probetas en el horno, ya que determina bastante la variación del valor de la dureza (a más tiempo, se puede notar con más claridad el aumento o disminución del valor de su dureza.)

11. Anexos 11.1.

Ejercicios y Cuestionario a. ¿Qué

se

entiende

perlita y martensita?

19

por

ferrita,

austenita,

 FERRITA Es una de las estructuras cristalinas del hierro. Cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y tiene propiedades magnéticas. Se

emplea

en

la

fabricación

de

imanes

permanentes aleados con cobalto y bario, en núcleos de inductancias y transformadores con níquel, zinc o manganeso.  AUSTENITA También conocida como acero gamma (γ) es una forma de ordenamiento específica de los átomos de hierro y carbono. Esta es la forma estable del hierro puro a temperaturas que oscilan entre los 900 °C a 1400 °C. Está formado por una disolución sólida del carbono en

hierro,

lo

que

supone

un

porcentaje

máximo de C del 2,11%.  PERLITA Microestructura formada por capas o láminas alternas de las dos fases (α y cementita) durante el enfriamiento lento de un acero a temperatura eutectoide. Se le da este nombre porque tiene la apariencia de una perla al observarse

microscópicamente

a

pocos

aumentos.  MARTENSITA Nombre que recibe la fase cristalina BCT, en aleaciones ferrosas. Dicha fase se genera a

20

partir de una transformación de fases sin difusión (infiltración de partículas ajenas al material procesado), a una velocidad que es muy cercana a la velocidad del sonido en el material. b. Listar los procedimientos de tratamiento térmico de los aceros. Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con

las

constantes

innovaciones

se

van

requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:    

Temple Revenido Recocido Normalizado

c. ¿Por qué se someten las piezas a un tratamiento de eliminación de tensiones? La eliminación de tensión se lleva a cabo en productos metálicos, con el fin de minimizar las tensiones residuales presentes en la estructura, reduciendo

así

el

riesgo

de

cambios

dimensionales durante los procesos adicionales de fabricación o el uso final del componente. d. ¿Qué importancia tiene la velocidad de enfriamiento en un tratamiento térmico?

21

Si se trata de un enfriamiento y siempre relativamente rápido como exige el temple por ejemplo, la influencia del espesor tiene mayores consecuencias, puesto que las velocidades que se obtienen en el interior de la pieza son a veces muy inferiores a las de la periferia. Y el resultado es que en piezas muy gruesas la velocidad de enfriamiento,

a

partir

de

un

diámetro

determinado, es inferior a la crítica y el núcleo de las piezas queda sin templar. e. ¿De

qué

forma

puede

conseguirse

el

endurecimiento superficial? Los

procesos

de

endurecimiento

superficial

tienen como objetivo principal el obtener una superficie

dura

y

resistente

al

desgaste,

manteniendo al mismo tiempo un núcleo suave y tenaz. En muchas aplicaciones, la resistencia alcanzada en el núcleo no es importante o crítica y únicamente se busca generar una superficie con suficiente resistencia al desgaste. En otras aplicaciones,

además

de

la

alta

dureza

superficial también es importante generar en el núcleo alta resistencia y tenacidad. f. ¿Cuál es la diferencia entre endurecimiento superficial y temple a fondo?  ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL

22

Procedimiento

que

permite,

mediante

tratamientos de varios tipos, dar a una pieza

metálica

especial.

una

Esta

indispensable

dureza

superficial

característica

para

garantizar

es cierta

resistencia al desgaste de las superficies sometidas a deslizamiento.  TEMPLE A FONDO 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. g. ¿Qué tipo de aceros son adecuados para la nitruración? No todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que

en

ocasiones

el

procedimiento

puede

resultar contraproducente, tales como los aceros al carbón, en los que el nitrógeno penetra demasiado rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse.

23

 Acero para nitruración al Cr-Mo-V de alta resistencia (0,32% C,

3,25%

Cr,

0,40%

Mo

y

0,22%V.)  Acero

para

nitruración

al

Cr-Mo-V

de

resistencia media (0,25% C, 3,25%Cr, 0,40% Mo y 0,25% V.)  Acero para nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza (0,40% C, 1,50% Cr, 0,20% Mo y 1% Al.)

11.2.

Flujogramas

TEMPLE

24

REVENIDO

25

12. Bibliografía  TELECURSO

2000.

“MECANICA”

ENSAYOS

DE

MATERIALES. Fundación Roberto Marinho.  FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES. William F. Smith. 2º edición. 1996.  "Introducción a la Ciencia e Ingeniería de

los

Materiales" (I, II) W.D. CALLISTER, Jr., Editorial Reverté, S.A., (2003).  “Ciencia e Ingeniería

de

los

Materiales”

D.

R.

ASKELAND, Editorial Paraninfo- Thomson Learning, (2001).

26

 "Ciencia e Ingeniería de los Materiales." W. F. SMITH, Editorial: McGraw-Hill, (2007).

27