UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA

Manual de Ejercicios de laboratorio

Fundamentos de Tratamientos Térmicos Enseñanza Práctica

Nombre del Alumno:No. De Grupo:Semestre lectivo:

Nombre del Profesor: I.Q.M. Clara Saraid Flores Rosas.

Diagrama de fases Fe-Fe3CPráctica No.1

Objetivos:El alumno debe:

1. Conocer y manejar la clasificación AISI SAE de los aceros estructurales, de herramienta e inoxidables

2. Conocer y manejar las fases, estructura cristalina de éstas, solubilidades de carbono en hierro, reacciones sólido-sólido, microconstituyentes y temperaturas críticas del diagrama de fases Fe- Fe3C y la relación de estas con los aceros.

3. Calcular la cantidad de fases y microconstituyentes a diferentes porcentajes de carbono y temperaturas.

4. Conocer, observar e identificar las distintas microestructuras que se presentan en los aceros al equilibrio y fuera de éste.

Tiempo de realización: 2 sesiones (1 hora de presentación y 5 horas de laboratorio, 6 horas totales)

Equipo, material y reactivos Set de acero Buehler: 1018, 1045, 1045. Set de aceros (hecho en el DIM): fuera del equilibrio y al equilibrio. Durómetro Rockwell HRa, HRb y HRc (laboratorio 110). Microscopios metalúrgicos. Bitácora. Calculadora.

Procedimiento experimental1. Explicación de la clasificación indicando el porqué y la metodología de cada clasificación2. A través del diagrama de fases Fe-Fe3C, calcular y determinar:

a) Fases presentes.b) Estructura cristalina de cada fase.c) Solubilidad de carbono en hierro para cada fase a temperaturas críticas.d) Reacciones liquido-sólido y solido- solido.e) Microconstituyentes.f) Temperaturas críticas (A1, A2, A3 y Acm).g) Las transformaciones de fase que se efectúan durante el calentamiento desde temperatura

ambiente hasta arriba de Ac3 y Accm y posteriormente durante el enfriamiento hasta temperatura ambiente para, al menos tres contenidos de carbono.

h) Cantidades relativas de fases.

3. A través del microscopio óptico observar la microestructura de los dos sets de aceros anotando las características microscópicas de cada fase o microconstituyente, determinando si es microestructura al equilibrio o fuera de él.

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4. Dibujar las microestructuras observadas.5. Efectuar la dureza metalúrgica para cada muestra.

Manejo de resultadosSesión 1

1. Llenara el esquema del diagrama de fases Fe-Fe3C, con fases, microconstituyentes, temperaturas críticas, concentraciones críticas.

2. Empleando la regla de la palanca, calculara para los aceros 1018, 1045 y 1095 a temperatura ambiente:

% de fases. % de microconstituyentes.

3. Se le pedirá al alumno investigar y reportar la dureza característica de cada fase y/o microconstituyente.

Sesión 24. Observara e identificara al microscopio los 2 sets de aceros.5. Dibujará y describirá las microestructuras observadas.6. Medirá la dureza Rockwell.7. Relacionara a través de una gráfica la dureza medida con su microestructura observada.

Análisis de resultados.Conclusiones.

2

3

Bibliografía utilizada. Apraiz Barreiro, José, Tratamientos térmicos de los aceros, Editorial: S.L. CIE

INVERSIONES EDITORIALES DOSSAT-2000 ASM Metals Handbook,

Volumen 4D, Heat treating of Irons and SteelsVolume 9, Metallography and Microstructures

Wanke, Klaus, Temple del acero: Manual para el tratamiento térmico de las aleaciones de acero, Editorial Aguilar, 1972, Madrid, España

Tratamiento Térmico de los metales YU.M.Lajtin.

DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE AUSTENIZACIÓN.

Práctica 2

Objetivos:

1. Calculará la temperatura crítica Ac3 con el uso de la ecuación de Andrews para aceros hipoeutectoides.

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2. Determinará la temperatura de austenización óptima para un acero 4140 en función de la dureza, energía absorbida y análisis de la fractura.

Tiempo de realización de la práctica: 6 horas (dos sesiones)

Equipo, material y reactivos:

DurómetroMáquina para ensayo de impacto.MuflaGuantes para alta temperaturaCaretaPinzas para muflaCubeta con agua.Probetas charpy de acero 4140Nital 3.

Procedimiento experimental

a) Utilizando la ecuación de Andrews calcular Ac3 para un acero 4140, de acuerdo a su composición química.

b) A la temperatura Ac3 sumarle 0°C, 70°C y 250°C.c) A la temperatura Ac3 restarle 70°C y 100°C.d) Calentar las probetas charpy a las temperaturas determinadas en los puntos b y

c, con un tiempo de permanencia de ½ hora a partir de haber alcanzado cada temperatura.

e) Transcurrido el tiempo de permanencia de cada probeta, enfriarlas rápidamente en agua, agitando vigorosamente.

f) Preparar metalográfícamente cada probetag) Efectuar el análisis al microscopioh) Medir dureza en HRc en cada probetai) Efectuar el ensayo de impacto a cada probetaj) Analizar el tipo de fractura.

Manejo de resultados

Tabular los resultados de acuerdo a la siguiente tabla:Temperatura de trabajo

Microestructura

Dureza HRc Energía absorbida

Tipo de fractura

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Análisis de Resultados

Determinar la temperatura de austenización en base a los resultados

En base a los resultados obtenidos, indique como se determina la temperatura de austenización para aceros hipereutectoides.

Conclusiones

BIBLIOGRAFÍA

George Krauss, Principles of Heat Treatment of Steel, American Society for Metals, U.S.A., (1980)Karl-Erick Thelning, Steel and its Heat Treatment, Bofors Handbook, Butterworths, U.K., (1978).

Recocido y Normalizado

Práctica 3

Objetivos:

Definirá las etapas y características de un tratamiento térmico Conocerá los efectos de un tratamiento térmico sobre la microestructura y las

propiedades mecánicas Conocerá y manejara los parámetros que se involucran en los tratamientos

térmicos de Recocido y Normalizado. Identificará las microestructuras correspondientes a cada tratamiento térmico Conocerá las características microscópicas de los microconstituyentes

resultantes de cada tratamiento térmico Medirá la dureza obtenida a través de estos tratamientos térmicos en los

materiales proporcionados Describirá la diferencia en cuanto a tamaño de grano y dureza resultantes en

los dos tratamientos térmicos Relacionará los microconstituyentes y su cantidad relativa con su dureza

Tiempo de realización de la Práctica: 6 horas (2 sesiones)

Equipo, material y reactivos:

Microscopio metalúrgico Durometro Rockwell Rodajas de acero 1018 Rodajas de acero 8620

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Procedimiento Experimental

1. Una vez calculada la temperatura de austenización para los dos aceros y determinado el tiempo de permanencia, efectuar:a) Tratamiento térmico de Normalizado para los dos aceros.b) Tratamiento térmico de Recocido para los dos aceros.

2. Medir la dureza metalúrgica de cada acero y cada tratamiento térmico3. Preparar metalográficamente a cada acero4. Observar la microestructura e identificar los microconstituyentes presentes en

cada acero5. Medir el tamaño de grano 6. Tomar imágenes de cada acero

Manejo de resultados

Tabla1 Condiciones de tratamiento térmico

Acero Temperatura de

austenización

Tiempo de Permanenci

a

Medio de Enfriamiento

Tipo de tratamiento térmico

Tabla 2. Resultados de los tratamientos térmicos

Acero Trat Term

Dureza Microestructura % Ferrrita %Perlita Tamaño de grano

1018101886208620

Efectuar una gráfica de porcentajes de microconstituyentes vs dureza

Análisis de Resultados

Conclusiones

BIBLIOGRAFÍA

George Krauss, Principles of Heat Treatment of Steel, American Society for Metals, U.S.A., (1980)Karl-Erick Thelning, Steel and its Heat Treatment, Bofors Handbook, Butterworths, U.K., (1978).ASM, Metals Handbook 9

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Diagrama CCT

Práctica 4Objetivos:

Manejara los diagramas CCT. Diseñará tratamientos térmicos continuos e isotérmicos con la ayuda de los

diagramas CCT y TTT. Identificará los parámetros que se involucran en los tratamientos térmicos. Calculará las rapideces de enfriamiento a partir de curvas Temperatura vs

Tiempo. Relacionará los diagramas CCT con los microconstituyentes obtenidos.

Tiempo de realización de la Práctica: 6 horas (2 sesiones)

Equipo, material y reactivos:

Adquisidor de datos y computadora Personal. Horno y termopar tipo K de 1/16 de pulgada con conector mini. Estructura para tratamientos térmicos Probetas de acero O1 de 1 plg por ½ plg de diámetro Baño de sales Reactivos de ataque metalográfico

Procedimiento Experimental

Enfriamiento Continuo1. Utilizar las curvas Tiempo vs Temperatura de los medios: agua, aceite y aire

para calcular la rapidez de enfriamiento a la temperatura que se indica en el diagrama CCT.

2. Seleccionar dos medios de enfriamiento, predecir los microconstituyentes con la ayuda del diagrama CCT.

3. Ensamblar la probeta en la estructura de prueba, conectar termopar y adquisidor de datos.

4. Calentar la probeta hasta temperatura de austenización5. Efectuar el enfriamiento en el medio seleccionado con agitación y sin agitación

cuando así se indique.6. Por medio del adquisidor de datos registrar el enfriamiento. 7. Realizar las metalografías.

Enfriamiento isotérmico1. Utilizar el diagrama TTT para seleccionar la temperatura del baño de sales y

determinar el tiempo de inmersión.2. Ensamblar la probeta en la estructura de prueba, conectar termopar y

adquisidor de datos.3. Llevar la probeta hasta temperatura de austenización4. Medir la temperatura del baño de sales

8

5. Introducir la probeta en el baño anterior6. Registrar el enfriamiento de la probeta a través del adquisidor.7. Mantener la probeta sumergida en el baño de sales por el tiempo calculado8. Efectuar metalografía y medir dureza.

Manejo de resultados

Tabla1 Condiciones para el enfriamiento continúo

Probeta

Temperatura de

austenización

Tiempo de permanenci

a

Medio de Enfriamiento

Rapidez de enfriamiento (a la temperatura de

referencia)12Probeta

Tiempo total del

enfriamiento (desde T

hasta temperatura del medio)

Dureza Micro-constituyente

s(Teóricos)

Micro-constituyentes(Observados)

12

Tabla2 Condiciones para el enfriamiento isotérmico

Probeta

Temperatura del baño de sales (Teórica)

Temperatura del baño de sales (Experimental)

Tiempo de inmersión (Calculado)

Tiempo de inmersión

(Experimental)

12Probeta

Micro-constituyente

s(Teóricos)

Micro-constituyentes(Observados)

Dureza

12

Análisis de Resultados

Conclusiones

BIBLIOGRAFÍA

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George Krauss, Principles of Heat Treatment of Steel, American Society for Metals, U.S.A., (1980)Karl-Erick Thelning, Steel and its Heat Treatment, Bofors Handbook, Butterworths, U.K., (1978).

SeveridadPráctica 5

Objetivos: Determinar que medio de enfriamiento es más severo al enfriar un

acero O1 al evaluar la dureza resultante Relacionar la microestructura de cada medio de enfriamiento

Tiempo de realización de la Práctica: 3 horas (1 sesión)Equipo, material y reactivos:

Microscopio metalúrgico

Horno

Durometro Rockwell

Probetas de acero O1 de 1 plg por ½ plg de diámetro

Procedimiento Experimental1. Una vez calculada la temperatura de austenización para el acero y

determinado el tiempo de permanencia, efectuar:

2. Austenización del acero.

3. Enfriar en:

a. Agua sin agitaciónb. Agua con agitaciónc. Aceite sin agitaciónd. Aceite con agitacióne. Aire quieto

4. Registrar las curvas de enfriamiento de cada medio de enfriamiento.5. Graficar curvas, obtener primera e identificar el efecto Leidenfrost.6. Preparar metalográficamente a cada acero7. Medir la dureza metalúrgica de cada acero

8. Observar la microestructura e identificar los microconstituyentes presentes en cada acero

9. Tomar imágenes de cada acero

Manejo de resultados

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Acero Medio de Enfriamiento

Dureza HRC H (severidad reportada en

literatura)

Análisis de Resultados

Conclusiones

BIBLIOGRAFÍAGeorge Krauss, Principles of Heat Treatment of Steel, American Society for Metals, U.S.A., (1980)Karl-Erick Thelning, Steel and its Heat Treatment, Bofors Handbook, Butterworths, U.K., (1978).

TemplabilidadEnsayo Jominy

Práctica 6(exposición)

Objetivos:Determinar la curva de templabilidad de un acero (4140, 1045) mediante el ensayo Jominy.Identificar si la templabilidad del acero (4140, 1045) es alta, regular o baja.

Tiempo de realización de la Práctica: 6 horas (2 sesiónes)Equipo, material y reactivos:DurómetroDispositivo para el ensayo Jominy.HornoProbeta norma para ensayo JominyReactivos de ataqueProcedimiento Experimental1.- Determinar la temperatura de austenización y el tiempo de permanencia del acero2.- Austenizar la probeta3.- Poner en operación el dispositivo Jominy4.- Retirar de la mufla la probeta y colocarla en el chorro de agua del dispositivo Jominy , mantener el enfriamiento 15 minutos5.- Enfriar totalmente la probeta6.- Realizar metalografía en uno de los extremos maquinados7.- Medir perfil de dureza en el otro extremo maquinado de la probeta

Manejo de resultados1.- Trazar perfil de dureza experimental y la curva teórica deacuerdo al libro de Apraiz (pag. 218) en una misma gráfica.

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2.- Comparar curva de templabilidad obtenida con otras curvasAnálisis de ResultadosConclusionesBIBLIOGRAFÍAGeorge Krauss, Principles of Heat Treatment of Steel, American Society for Metals, U.S.A., (1980)Apraiz Barreiro J. Tratamientos Térmicos de los Aceros. Dossat, Eapaña

Temple y revenidoPráctica 7

Objetivos:1.- Determinar el efecto del revenido sobre el temple2.- Identificar las variables que afectan el temple3.- Determinar si los métodos para calcular la temperatura de revenido son confiables.Tiempo de realización de la Práctica: 6 horas (2 sesiones)Equipo, material y reactivos:

Microscopio metalúrgico Horno Durometro Rockwell Probetas de acero 1045 y 4140

Procedimiento Experimental1. Una vez calculada la temperatura de austenización para el acero y

determinado el tiempo de permanencia, efectuar:

c) Austenización del acero

d) Enfriar en agua el acero

e) Revenir inmediatamente a las temperaturas seleccionadas con un tiempo de permanencia de 1 hora

f) Retirar el acero del horno, enfriar al aire

g) Preparar metalográficamente a cada acero

h) Medir la dureza metalúrgica de cada acero

i) Observar la microestructura e identificar los microconstituyentes presentes en cada acero

j) Tomar imágenes de cada acero

Manejo de resultados Acero Temperatura

de austenización

Temperatura de

revenido

Tiempo de permanencia del

Dureza HRC Imagen

12

revenido

Análisis de Resultados

Conclusiones

BIBLIOGRAFÍAGeorge Krauss, Principles of Heat Treatment of Steel, American Society for Metals, U.S.A., (1980)Karl-Erick Thelning, Steel and its Heat Treatment, Bofors Handbook, Butterworths, U.K., (1978).

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