CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES S.A. DE C.V.

DUREZA

POR:

MARÍN ALONSO RAMÓN JESÚS PÉREZ GARCÍA RAFAEL ANTONIO

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Saltillo, Coahuila. 14/12/2015

PRÁCTICA

1

ÍNDICE INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 2

1.1 Objetivo .................................................................................................. 2

1.2 Antecedentes del material ...................................................................... 2

1.3 Aplicaciones ........................................................................................... 6

TRATAMIENTO TÉRMICO .......................................................................... 7

2.1 Descripción del tratamiento .................................................................... 7

2.2 Procedimiento ....................................................................................... 10

RESULTADOS ........................................................................................... 16

3.1 Discusión de resultados ....................................................................... 18

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 19

2

INTRODUCCIÓN

1.1 Objetivo

Endurecer un material D2 hasta 58 RC desde una dureza inicial de 22 RC,

esto con el fin de encontrar un material que pueda ser utilizado en una

soldadura por friccion donde el material actualmente utilizado es más

costoso que el material D2

1.2 Antecedentes del material

El acero D2 es un acero de alto carbono de grado herramientas y alto

cromo, es una subcategoría de aceros para herramientas de trabajo en frío

que es designado por el símbolo de la letra D. Ellos se caracterizan por el

alto contenido de carbono, 1,40 a 2,60%, y nominalmente 12% de cromo.

Los aceros que contienen molibdeno son endurecidos por aire, y por lo

tanto ofrecen un alto grado de estabilidad en el tratamiento térmico.

Aunque estos aceros pueden ser inactivós en aceite, el movimiento es

ligeramente mayor cuando el aceite se apaga.

3

La serie D exhibe alta resistencia al desgaste, lo que aumenta con mayor

contenido en carbono y vanadio. El alto contenido de carbono, en aceros

para herramientas de alto cromo son esencialmente modificados durante el

tratamiento térmico. Por ejemplo, una pieza de AISI D2 de 25 mm (l-in.) De

largo se expandiría alrededor de 0,02 mm (0,0008 in.) en el

endurecimiento, pero en el revenido a 205 grados centigrados (400 ° F),

tiende un cambio de 0,005 mm (0,0002 pulg.) de su longitud original.

Los Aceros tipo D AISI pueden soldarse satisfactoriamente utilizando el

hidrógeno atómico, oxi-acetileno, gas tungsteno-arco, y procesos blindado

de metal de arco. El Precalentamiento y post calentamiento generalmente

son obligatorios al soldar material endurecido, el precalentamiento o la

temperatura post calentamiento no debe superar la temperatura de

revenido el porcentaje de maquinabilidad de estos aceros es de 40 a 60%.

(Harvey, 1982)

1.2.1 Clasificación. Tabla 1.1 Composición Química respecto a los diferentes tipos de aceros D.

4

Tabla 1.2 Propiedades Físicas de los Aceros D2 de alto Carbono y Cromo.

Tabla 1.3 Efecto de la temperatura en la dureza en los aceros D.

a) Enfriamiento en aceite desde 1010 ºC manteniendo una hora, b) Enfriamiento en aceite desde

970 ºC manteniendo dos horas, c) Enfriamiento desde 995 ºC manteniendo tres horas.

5

Figura 1.1 Efectos de la temperatura de revenido contra la energía de impacto de torsión.

Tipo de ensayo D2 espécimen composición 1.60% carbono,13 % de

cromo.075% de molibdeno,0.27% de vanadio enfriamiento en aire a 980

grados centígrados comparado con un acero tipo D3 2.10% de carbono

,12.5% de cromo,y 0.50% de níquel el enfriamiento es en aceite a 970

grados centígrados y la magnitud absoluta de energía de impacto non

debería ser comparada porque las condiciones en fueron probadas en

diferentes condiciones.

6

Figura 1.2 Comparación de la ductibilidad en un ensayo estático de torsión de materiales D, a una dureza máxima.

Aceros Tipos D3, D2 de alto carbono y alto cromo para aceros grado

herramienta: Probetas D3 en aceite templado desde 970 ºC (1775 ºF).

Probetas D2 fueron enfriadas en aire desde 1010 ºC (1850 ºF). Las

muestras de ensayo de ambos tipos se templaron a las siguientes

temperaturas: 175 ºC (350 ºF), 290 ºC (550 ºF), 400 ºC, (750 ºF).

1.3 Aplicaciones

Las aplicaciones de los aceros de alto contenido de carbono y alto cromo

incluyen husillos, placas, rollos fríos, cortadores de corte longitudinal,

supresión matriz, troqueles de formación, acuñando matrices, bujes, grifos,

broches, boquillas con chorro de arena, moldes de ladrillos, y anillo

(Harvey, 1982)

7

TRATAMIENTO TÉRMICO

2.1 Descripción del tratamiento

Con el fin de alcanzar la dureza deseada para el material D2 se propuso un

tratamiento de temple, para lograr esto se planteo llevar el material a una

temperatura superior a la de austenización ocupando una temperatura de

1010 ºC. Por cada pulgada de espesor el material deberia permanecer una

hora, la probeta del material tenia una dimension cercana a una pulgada de

espesor por lo tanto se propuso que la pieza estuviera una hora en la

mufla. Posteriormente la pieza deberia ser enfriada por medio de aceite en

turbulencia durante quince segundos, posteriormente deberia ser retirada

la pieza del aceite y dejarse enfriar a temperatura ambiente.

2.1.1 Materiales

• Probeta de acero grado herramienta D2

• Aceite SAE 15W-40

• Alcohol

• Pasta de diamante de 3 micras

8

• Pasta de diamante de 1 micra

• Pasta de diamante de 0.25 micras

• Lijas de 120, 240, 400 y 600.

• Agua

• Paño DP-Floc de 200mm

• Picral al 4% (4% ácido pícrico y 96% de alcohol en solución)

Figura 2. 1 Probeta de acero grado

herramienta D2.

Figura 2. 2 Aceite 15W-40.

Figura 2. 3 Alcohol.

Figura 2.4 Picral al 4%.

2.1.2 Equipo

• Equipo de corte “Struers Discotom-10”

• Mufla “Felisa”

• Pulidor Metalográfico “DEM-P2020 DSY”

9

• Pulidor Metalográfico “DEM-P1020 DSY”

• Microscopio Óptico Nikon Eclipse MA200

• Microscopio Óptico Nikon Infinity1 SMZ 745T

• Durómetro “Hardness Rockwell Instron”

Figura 2. 5 Equipo de corte.

Figura 2. 6 Mufla.

Figura 2. 7 Pulidor metalográfico.

Figura 2. 8 Pulidor metalográfico.

10

Figura 2. 9 Pulidor metalografico.

Figura 2. 10 Microscopio Óptico “Micro”.

Figura 2. 11 Microscopio Óptico “Macro”.

Figura 2. 12 Durómetro Rockwell.

2.2 Procedimiento

En la Figura 2.13 se muestra la secuencia utilizada en el procedimiento

realizado en la práctica de laboratorio

11

Figura 2.13 Secuencia de experimentación

A continuación se detallan cada una de las acciones realizadas en cada

etapa:

1. Asignación del Material. Se asignó el material grado herramienta D2 para el cual se planteaba

obtener una dureza de 58 RWC y suponiendo una dureza inicial de 22

RWC.

Figura 2.14 Probeta acero grado herramienta D2

12

2. Planteamiento del tratamiento térmico a utilizar. Basándonos en la graficas de la Figura 1.2 se planteo realizar un temple en

aceite desde una temperatura de austenización de 1010 ºC después de

mantener la pieza en la mufla durante una hora de acuerdo a sus

dimensiones. El enfriamiento debería ser durante 15 segundos hasta

alcanzar una temperatura de 290 ºC retirar la pieza del aceite, esto con el

fin de evitar agrietamientos y posteriormente se debería enfriar al aire hasta

alcanzar la temperatura ambiente.

3. Medición de dureza inicial Una vez planteado el procedimiento de temple se procedió a medir la

dureza inicial con la que contaba el material, el cual fue de 22.6 HRC.

Figura 2. 15 Medición de dureza con equipo.

Figura 2. 16 Dureza obtenida mediante durómetro.

4. Calentamiento de la mufla a 1010 ºC Se realizo la programación de la mufla para alcanzar una temperatura de

1010 ºC

13

5. Ingreso de material en mufla Con ayuda de pinzas se ingresó la pieza en la mufla contando ya con una

temperatura de 1010 ºC. La pieza permaneció durante una hora en la mufla

para lograr la homogenización de la fase austenita en la pieza.

Figura 2. 17 Ingreso de material en mufla.

6. Enfriamiento de la pieza en aceite Mediante inmersión en aceite con agitación se busco reducir las posibles

grietas que podrían presentarse con un temple brusco como puede ser el

agua.

Figura 2.18 Recipiente con aceite para

enfriamiento

Figura 2.19 Inmersión de la pieza en aceite con agitación

14

7. Enfriamiento a temperatura ambiente Una vez alcanzada la temperatura de 290 ºC en el aceite, se dejo enfriar la

pieza al aire hasta alcanzar la temperatura ambiente.

8. Desbaste fino y grueso del material Para obtener un perfil de dureza confiable y además poder observar con el

microscopio óptico la microestructura que se obtuvo mediante el temple. Se

realizo un proceso de pulido grueso fino y acabado espejo de la pieza.

Figura 2. 20 Pieza despues del temple.

Figura 2. 21 Desbaste fino de la pieza

Figura 2. 22 Acabado espejo de la pieza.

15

9. Obtención de dureza final Se procedió a utilizar el Durómetro Rockwell para encontrar las durezas

obtenidas en el tratamiento térmico donde se encontró la dureza mas baja

de 57.6 RC y la dureza mas alta de 59.7 RC.

Figura 2.23 Test #74 Dureza más baja.

Figura 2. 24 Test #77 Dureza más alta.

Tabla 2. 1 Durezas obtenidas en la pieza templada

Número de indentación (Consecutivo de equipo)

DRC

73 57.7

74 57.6

75 57.8

76 58.8

77 59.7

Promedio 58.32

16

RESULTADOS Mediante el ataque con Picral al 4% y con ayuda del Microscopio óptico

pudimos identificar la microestructura que se presento en la pieza, se

observo que la pieza presenta carburos de Cr asi como tambien una matriz

martensítica.

Figura 3. 1 Indentación en pieza templada 5X

Figura 3. 2 Se observa una matriz martensítica 10X

17

Figura 3. 3 Se observa una matriz martensítica y unas manchas blancas

pertenecientes a los carburos de Cr 20X

Figura 3. 4 Se logra distinguir con mayor precisión los carburos de Cr 50

Figura 3. 5 Matriz martensítica con carburos de Cr. 100X

18

3.1 Discusión de resultados

Debemos mencionar que el tratamiento que se utilizó fue adecuado para

encontrar la dureza requerida de 58 RC, entre los puntos a favor debemos

mencionar que se utilizó una temperatura de calentamiento razonable la

cual fue de 1010 ºC en comparación de otras experimentaciones donde se

utilizó más temperatura y por lo tanto más energia, tambien debemos

mencionar que la pieza no presentó grietas, esto debido a que el medio de

enfriamiento no fue tan brusco al utilizar aceite.

Entre lo que podemos recomendar es que la pieza permanezca en aceite

con agitación hasta llegar a la temperatura ambiente y no ser retirada antes

ya que en la presente experimentación la pieza fue retirada del aceite a

una temperatura de 290 ºC. Con esto buscariamos la homogenización de

la pieza y una dureza mayor a la obtenida.

19

BIBLIOGRAFÍA 1. Harvey, P. v. (1982). Enginnering properties of steel. America society

for metals , 450-459.

2. Askeland, Donal R., “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”,

Thomson Editores. México, 1998.

3. Anderson, J.C. y otros, “Ciencia de los Materiales”, Limusa Editores,

México, 1998.

4. Flim, R.A, y otro, “Materiales de Ingeniería y sus Aplicaciones”, Mc

Graw - Hill, México, 1979.

5. Budinsky, K. y otro, “Engineering Materials”, Prentice – Hall, U.S.A.,

1999.