LABORATORIO No 2

TEMPLE Y RECOCIDO – MEDIOS DE ENFRIAMIENTO

MELISSA PLAZAS MORALES

GUIMEL TOVAR

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

FACULTAD INGENIERIA MECANICA – VI SEM.

NEIVA – HUILA

2014

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION 1

OBJETIVOS 2

MATERIALES REQUERIDOS 3

EQUIPOS REQUERIDOS 3

ELEMENTOS DE SEGURIDAD 3

PROCEDIMIENTO 4

HALLAZGOS 6

REGISTRO FOTOGRAFICO 12

PREGUNTAS 15

CONCLUSIONES 21

INTRODUCCION

Este Laboratorio se baso en los diferentes tratamientos térmicos, teniendo en cuenta los medios de temple, para esto debimos tener en cuenta conceptos bases y aplicar lo aprendido en la practica

Como sabemos el término tratamiento térmico efectuado en los aceros y fundiciones describe un proceso en el cual una pieza se somete intencionalmente a una secuencia específica de tiempo –temperatura, confiriéndole a la pieza propiedades requeridas o necesitadas para procesos de transformación posteriores o para su aplicación final.

La composición del acero, sobre todo su contenido en carbono, determina las características finales y la capacidad de temple del acero. El acero también se puede usar con elementos aleantes pero no todos favorecen el temple. Elementos como el vanadio o el molibdeno en el 4140 conceden características al acero que hacen aumentar su templabilidad, su presencia hace inhibir la descomposición de la austenita en perlita y con ello se consigue transformar la austenita en Martensita a bajas velocidades de enfriamiento

La solución solida de hierro y carbono (transformación total de la ferrita en austenita) al enfriarse repentinamente, la estructura cristalina se transforma de forma rápida y el carbono queda incluido dentro de la red deformándola y endureciéndola, se transforma en Martensita siendo esta muy dura, frágil, esto nos lleva a que cuanto mayor sea el contenido de carbono mayor dureza adquiere

Los aceros con alta templabilidad tienen baja soldabilidad. Estos aceros son aquellos que contienen un porcentaje de carbono mayor al 0,45%. La temperatura y velocidad de los procesos de calentamiento en el temple determinarán su dureza y resistencia. En la velocidad influyen factores que dependen de la pieza (la temperatura de temple, el tamaño del grano de la austenita y la masa, forma y dimensiones de la pieza) y factores que dependen del medio de enfriamiento (volumen, temperatura, viscosidad, temperatura de ebullición, conductividad, calor específico, estado de reposo o movimiento, densidad, calor de vaporización, etc.)

OBJETIVOS

Conocer y entender la importancia de los procesos y el medio en el cual se realiza el tratamiento térmico de temple.

Aprender a seleccionar el medio de temple adecuado dependiendo de las características requeridas de la pieza

Analizar y determinar los cambios de dureza, de los aceros 1045 y 4140, cuando este es someto o calentado a cierta temperatura y luego enfriado en diferentes medios.

Observar los efectos que tiene la aplicación de los medio de enfriamiento en las propiedades finales de acero.

Describir y analizar los diferentes factores que influyen al realizar un temple, en diferentes medios de enfriamiento.

Observar la influencia de los medios de enfriamiento en la obtención de la micro estructura final obtenida al realizar un temple.

GUIA LABORATORIO No 2

TEMPLE Y RECOCIDO – MEDIOS DE ENFRIAMIENTO

MATERIALES REQUERIDOS

Dimensiones de probetas: Cilíndricas Diámetro 1 pulg, longitud 1pulg, acabado fino de las caras.

- 4 Probetas de Acero AISI/SAE 1040 o 1045- 4 Probetas de Acero AISI/SAE 4140 o 4340- Hielo. 10 kilos (2 bolsas) (para 5 galones de agua)- Sal natural. 2 kilos (para 5 galones de agua)

EQUIPOS REQUERIDOS

- Horno- Pinza para sujeción de probetas- Durómetro- Microscopio electrónico- Tanques de temple capacidad mayor a 5 galones: Agua, Aceite y Salmuera (2 kilos de sal por cada 20 litros de agua).- Termómetro.

ELEMENTOS DE SEGURIDAD

- Guantes de carnaza largo tipo soldador- Peto de Carnaza- Bata de laboratorio- Zapatos de cuero cerrados- Careta tipo esmeril de cara completa- Camisa manga larga de algodón- Jean largo.

Estándares para consulta:

- ASTM E407 - 07 Standard Practice for Microetching Metals and Alloys

- ASTM E3-01 Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens

PROCEDIMIENTO

Para cada probeta:

1. Colocar la probeta en el horno llevando este hasta la Temperatura de autenticación según la gráfica del diagrama Fe-FeC + 50°C para el porcentaje de carbono que contenga la aleación.

2. Al alcanzar el horno la temperatura, esperar un tiempo de sostenimiento según la fórmula:t (horas) = ½ + D/120 (Diámetro en mm)Nota: Este tiempo garantiza la formación completa de la Austenita.

3. Con todos los elementos de protección, abra la puerta del horno y rápidamente tome la probeta con la pinza y sumérjala en el medio de enfriamiento. Cada probeta del mismo material en un medio diferente. Agua fría, Agua ambiente, aceite y salmuera.

3

4. Realice la toma de dureza en la superficie.

5. Corte la probeta por la mitad (en un taller metalmecánico)

4

6. Mida la dureza cada 1/8 de pulgada desde la superficie hacia el centro.

HALLAZGOS

Para cada Aleación y cada medio de enfriamiento se debe registrar la temperatura de austenizado, tiempo de sostenimiento en el horno, temperatura de cada medio de enfriamiento y reportar los siguientes hallazgos:

1. Para el Acero AISI / SAE 1045 y la dureza obtenida en la superficie. Dibuje la curva de enfriamiento para cada medio de temple sobre la siguiente gráfica.Tome registro fotográfico donde se muestre el valor de dureza obtenido

MEDIO T DE AUSTENIZA

CIÓN

DUREZA

(RC)

TIEMPO DE SOSTENIMIEN

TO

TEMPERATURA DEL MEDIO

DE ENFRIAMIEN

TOSALMUERA

865°C

58,5 42,5 MIN 28°CAGUA 45,6 42,7 MIN 27°C

AGUA CON HIELO

41,2 42,7 MIN 4°C

ACEITE 24,1 42,7 MIN 32°C

ACEITETIEMPO

(SEGUNDOS)

TEMPERATURA (°C)

15 52030 43245 9160 58

5

SALTIEMPO

(SEGUNDOS)

TEMPERATURA (°C)

15 16330 9560 38

6

HIELOTIEMPO

(SEGUNDOS)

TEMPERATURA (°C)

5 140,810 11015 60

AGUATIEMPO

(SEGUNDOS)

TEMPERATURA (°C)

15 15030 9260 39

2. Para el Acero AISI / SAE 1045 dibuje sobre las siguientes gráficas los valores de dureza para el temple de agua y aceite. Además, dibuje la gráfica para Agua fría y salmuera.Tome registro fotográfico donde se muestre el valor de dureza obtenido

1045

MEDIO DE ENFRIAMIENT

O

TEMPERATURADE

AUSTENIZACIÓN

DISTANCIA Mm

DUREZA RC

Agua 865°C

3 45,66 34,59 32,912 3115 30,918 31,321 3524 45,1

1045

MEDIO DE ENFRIAMIENT

O

TEMPERATURADE

AUSTENIZACIÓN

DISTANCIA Mm

DUREZA RC

Hielo 865°C

3 41,26 35,59 34,312 32,915 32,118 34,921 3624 40,8

MEDIO DE ENFRIAMIENT

O

TEMPERATURADE

AUSTENIZACIÓN

DISTANCIA Mm

DUREZA RC

3 23,76 22,5

7

1045Aceite 865°C

9 21,912 21,715 2118 21,621 22,524 23,7

1045

MEDIO DE ENFRIAMIENT

O

TEMPERATURADE

AUSTENIZACIÓN

DISTANCIA Mm

DUREZA RC

Salmuera 865°C

3 58,26 49,29 48,612 47,915 47,118 48,521 5024 58,1

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3. Tome la dureza en el centro de las muestras de Acero AISI / SAE 4140. Dibuje sobre las gráficas de dureza de barra de prueba estándar y compruebe si el medio de temple utilizado corresponde con los mostrados en la tabla 8.5. Tome registro fotográfico donde se muestre el valor de dureza obtenido.

4.

MEDIO DE ENFRIAMIENTO

TEMPERATURADE

AUSTENIZACIÓN

DUREZA RC

Salmuera 54.8

9

4140 865°C

53.552.648.3

Agua 47.644,542,341,1

Agua con Hielo 44.141.439.537.8

Aceite 39.338.737.836.4

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REGISTRO FOTOGRAFICO

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PREGUNTAS

1) Diga que estructuras y fases espera encontrar en las diferentes muestras de Acero AISI / SAE 1045. Dibuje las fases.

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Microestructura antes del Temple Acero AISI-SAE 1045

Micro estructura compuesta de ferrita y perlita, posee baja resistencia mecánica y baja dureza.

Micro estructura en aceite

Micro estructura formada por Martensita y bainita (ferrita + perlita). La martensita se presenta

Micro estructura en agua

El medio de temple es más severo y la velocidad de enfriamiento mayor, por lo que se obtiene una estructura completamente Martensítica, Esta

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en forma de agujas en los bordes de la pieza y el centro de la piza ferrita + perlita. Tiene muy buena dureza en la parte exterior de la pieza y con baja resiliencia en el interior de la pieza.

estructura confiere una mayor dureza al acero

Micro estructura Agua Hielo y Sal

Su micro estructura es 100% Martensita ya que es enfriado con un medio muy severo, sus propiedades mecánicas son muy altas.

2) ¿Cómo influye el porcentaje de carbono en la dureza de las diferentes aleaciones?

Se sabe que un acero se escoge de acuerdo con su composición química, sin embargo esta no es rígida debido a que dependiendo de los márgenes de variación permitidos en el contenido de carbono y de los elementos de aleación del acero que son amplios, esta variación de composición química da origen a distintas velocidades críticas de temple.

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El porcentaje de carbono influye debido a que si aumentamos su contenido eleva su resistencia a la tracción y su dureza, además incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. Cuanto mas cantidad de carbono tiene el acero más templable es.

Al aumentar las velocidades de enfriamiento el peligro de la aparición de deformaciones y grietas es mayor, por esto la adición de elementos aleantes aumentan la templabilidad y dependiendo de esto podemos clasificar los aceros por su contenido en carbono y asi saber su cantidad de dureza:

tenemos el Acero extrasuave en el contenido de carbono varia entre el 0.1 y el 0.2 % , tiene una resistencia mecánica de 38-48 kg/mm2 y una dureza de 110-135HB y prácticamente no adquiere temple.

Acero suave: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 % , tiene una resistencia mecánica de 48-55 kg/mm2 y una dureza de 135-160HB. Se puede soldar con una técnica adecuada. Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.

Tenemos el Acero semi suave, en El que su contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 % . Tiene una resistencia mecánica de 55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 80 kg/mm2 y una dureza de 215-245HB. Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.

Acero semiduro: El carbono esta presente entre 0.4 y 0.5 %. Tiene una resistencia mecánica de 62-70kg/mm2 y una dureza de 280HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 90 kg/mm2, aunque hay que tener en cuenta las deformaciones.

Acero duro: en el que la presencia de carbono varía entre 0.5 y 0.6 %. Tiene una resistencia mecánica de 70-75kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Templa bien en agua y en aceite, alcanzando una resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300HB.

3) ¿Qué medio de temple mostró una mayor dureza?4)

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Tenemos dos aceros el 1045 y el 4140, el acero 1045 en el medio de temple donde se observó un mejor resultado fue la salmuera, con una dureza de 58,5RC que durante su temple la temperatura se distribuye uniformemente en la pieza con lo que tanto la parte exterior como la interior pasan por el intervalo Martensítico casi al mismo tiempo. De este modo las tensiones internas se reducen y el acero 4140 el medio de temple donde se observó un mejor resultado fue en el aceite, con una dureza 24,1RC.

5) ¿Cómo influye el espesor del material en la penetración de la dureza?

Como la única parte de la pieza que se pone en contacto con el medio de temple es la superficie exterior, la relación entre el área de esta superficie y la masa de la pieza constituye un factor importante en la determinación de la velocidad de enfriamiento. Esta relación es función de la forma de la pieza, adquiriendo el valor mínimo en las piezas de forma esférica. En las pletinas de poco espesor y en los alambres influye la penetración de la dureza debido a que en esta será una relación de valores elevados, por lo que estos materiales se enfrían rápidamente al tener poco espesor.

Podemos concluir que si el diámetro aumenta, la relación entre el área de la superficie y la masa disminuye, y por consiguiente lo mismo sucede con la velocidad de enfriamiento, en otras palabras en un determinado medio se enfría con más lentitud una pieza grande que una pequeña, y esto nos lleva a que como sabemos la templabilidad viene dada por la profundidad de penetración del temple, y si observamos la dureza de las piezas templadas disminuye conforme aumenta el tamaño, asi como que, en cada probeta, la dureza en el centro es menor que en la superficie, porque la conducción térmica varia al alejarse de la superficie. La velocidad real de enfriamiento de las superficies de las probetas ha sido superior a la velocidad crítica de temple, por lo que la estructura obtenida es totalmente Martensitica y presenta la dureza máxima.

Cuanto más espesor tenga la pieza más hay que aumentar el ciclo de duración del proceso de calentamiento y de enfriamiento.

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6) ¿Existe alguna influencia en la mayor penetración de la dureza y que el acero contenga aleantes? O solo depende del espesor de la pieza?

Si tiene influencia en las dos, debido a que al contener el acero aleantes da origen a distintas velocidades criticas de temple, lo que hace que se beneficie aumentando la profundidad a la cual el acero puede ser endurecido generando la mayor resistencia y dureza, Mayor resistencia a los impactos, Aumento de la resistencia al desgaste, a la corrosión, Mejoramiento de maquinabilidad, Dureza al rojo lo que ayuda en altas temperaturas, teniendo en cuenta que a mayor espesor menor dureza habrá en el centro de la pieza pero debemos que tener en cuenta que en un acero de composición química y de tamaño de grano Austenitico determinados, cualquiera que sea la forma y tamaño de la pieza y las condiciones de temple, siempre que la velocidad de enfriamiento sea la misma, se alcanzara la misma dureza.

7) ¿Fue el comportamiento de la dureza en las muestras el esperado? Explique.

Si fue el esperado pero tuvimos márgenes de errores debido a que como bien se sabe las condiciones en las que se realizó el laboratorio no fue el mejor, al variar su temperatura al sacarlas del horno, entre otras. De acuerdo al comportamiento de la dureza, Los principales resultados que se obtuvieron del tratamiento térmico de temple que produce Martensita son las altas durezas, altas resistencias mecánicas, alta resistencia a la fatiga y al desgaste.

El factor que determino mejor dureza experimentado fue por el temple en salmuera por su rapidez de enfriamiento distribuyendo una película de vapor inestable, la superficie templada (agua con sal) produce una gran ebullición haciendo que el calor se disperse muy rápidamente como calor latente de evaporización, mientras que en el temple en aceite cuando en el exterior se completa la formación de Martensita, en el interior se ha iniciado ya dicha transformación.

Para la obtención de los mejores resultados conviene utilizar el medio de enfriamiento menos enérgico que sea capaz de comunicar al acero una velocidad de enfriamiento superior a la crítica. De este modo se consigue una estructura totalmente Martensítica, la máxima dureza

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compatible con su composición y se evitan en lo posible las grietas y deformaciones.

CONCLUSIONES

Podemos concluir:

Existen diversos medios en los cuales se puede realizar el temple de una pieza, unos que presentan mayor velocidad de enfriamiento que otros, osea que algunos extraen el calor mas rápido que otros, obteniéndose la transformación de la Austenita a Martensita que proporciona cambios en las propiedades del material

De acuerdo a los datos obtenidos presentamos márgenes de errores pero se dieron los resultados esperados, teniendo que la salmuera presenta una mayor severidad de temple comparado con el agua, observándose una dureza mayor.

Del medio adecuado de temple depende factores como la composición química de la pieza, debido a que para aplicar cierto medio de enfriamiento los elementos presentes en la aleación son importantes.

Los aceros pueden existir en más de un tipo de estructura reticular dependiendo de la temperatura. esto demuestra la existencia de diversa composición químicas dentro de un grado específico variando la rapidez crítica del acero.

Lo mas interesante de esta actividad es la experiencia de la necesidad que los aceros de todo tipo o cualidades son

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importantes para realizar nuestro labor cotidiano, por ellos los estudiamos dándole el mejor uso y trabajo.

Los aceros son utilizados en todo tipo de necesidad; dándole el uso adecuado y utilizando sus cualidades al máximo por ello, recomendamos que se haga un estudio al ser requerido en su labor, ya sean exponiéndolo a temperaturas diversas para su uso adecuado, o analizar su composición química para obtener un montaje exitoso.

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