TRATAMIENTO TRMICO DE REVENIDO

2.0 CONTENIDO

SUBTITULOS

PGINA

1.0HOJA DE IDENTIFICACIN Y AUTORIZACIN 1

2.0CONTENIDO2

3.0CONSIDERACIONES TEORICAS3

4.05.0OBJETIVOEQUIPO UTILIZADO 7 8

6.0CONDICIONES DEL ENSAYO9

7.0MATERIALES9

8.0DIMENSIONES DE LA PROBETA9

9.0DESARROLLO DE LA PRCTICA9

10.0RESULTADOS12

11.012.0OBSERVACIONES CONCLUSIONES16

17

13.0

BIBLIOGRAFA

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3.0 CONSIDERACIONES TERICASLa martensita templada en su condicin de mayor dureza significa que un acero templado con estructura martenstica es muy frgil.A los aceros templados con estructuras martensticas no se les puede dar forma fcilmente debido a su resistencia y fragilidad. A fin de conferirle cierta ductilidad, el acero templado se calienta a cierta temperatura para reblandecerlo un poco y reducir su fragilidad. El procedimiento de calentar el acero templado ( con estructura martenstica ) para impartirle cierta ductilidad se llama revenido. El proceso de revenido implica la descomposicin de la en las fases estables de ferrita y de carburo de hierro, Fe3C : + Fe3CEn la condicin martenstica sin tratamiento trmico ulterior, el acero es demasiado frgil para la mayora de las aplicaciones. La formacin de martensita origina grandes tensiones residuales en el acero; por tanto, el endurecimiento casi siempre sigue de un tratamiento de revenido, el cual consiste en calentar el acero a alguna temperatura menor que la inferior crtica. El propsito del revenido es liberar los esfuerzos residuales y mejorar la ductilidad y tenacidad del acero. Este aumento en ductilidad generalmente se obtiene a costa de la dureza o de la resistencia.En general, sobre el amplio intervalo de temperaturas de revenido, la dureza disminuye y la tenacidad aumenta conforme se incrementa la temperatura de revenido. Esto es cierto si la reduccin de rea en una prueba tensil mide la tenacidad; sin embargo, esto no es enteramente cierto si la barra muescada, como Izod o Charpy, se utilizan como una medida de la tenacidad. La mayora de los aceros realmente muestran una disminucin en la tenacidad de la barra muescada cuando se revienen entre 400 F y 800 F, an cuando la pieza pierde al mismo tiempo dureza y resistencia.La variacin de dureza y tenacidad de la barra muescada con la temperatura de revenido mostrada en la figura 1 es tpica de aceros al carbono y aceros de baja aleacin.A temperaturas bajas, entre 100 y 200 C, se puede formar un carburo de transicin llamado carburo , Fe2C, especialmente en las martensitas de alto contenido de carbono. Cuando esto ocurre, la martensita revenida se endurece ligeramente; esto representa el mismo principio del endurecimiento por precipitacin, en el que se forman partculas de transicin fuera de equilibrio. Una vez que se forma el Fe3C estable, la dureza disminuye de manera constante al aumentar la temperatura.

Figura 1.- La grfica muestra como la tenacidad disminuye al igual que la dureza en un intervalo de 400 F a 700 F, aunque despus la tenacidad tiene un incremento significativo.El intervalo de revenido de 400 a 800 F es una lnea divisora entre las aplicaciones que requieren alta dureza y aquellas que requieren alta tenacidad. Si la principal propiedad deseada es la dureza o la resistencia al desgaste, la pieza se reviene por debajo de 400 F; si el principal requisito es la tenacidad, la pieza se reviene por arriba de 800 F.La martensita, como se defini en la prctica anterior, es una solucin slida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tretragonal centrada en el cuerpo. Esta es una condicin metaestable y, como se aplica energa al revenir, el carbono se precipitar como carburo y el hierro se har b.c.c. Habr difusin y unin del carburo conforme aumente la temperatura de revenido; lo cual har que la dureza del acero templado disminuya (figura 2) con la temperatura de revenido.

Figura 2.- Las curvas muestran como al aumentar la temperatura de revenido, el acero templado disminuye su dureza incrementndose la tenacidad.

4.0 OBJETIVOEl alumno someter un acero templado a un proceso de revenido a una temperatura de 400 C, la preparar metalograficamente y obtendr su dureza.5.0 EQUIPO UTILIZADO

Horno de Resistencias para Tratamientos Trmicos Carbolite Furnaces

Mesa de desbaste (Handimet 2) Buehler Pulidora de disco giratorio ( Ecomet 3) Buehler

Secadora de muestras (Torramet) Buehler Microscopio metalogrfico Olimpus.

6.0 CONDICIONES DEL ENSAYOEl tratamiento trmico de revenido deber llevarse a cabo a temperatura de 400C.

7.0 MATERIALES Probeta de acero 1020. Guantes de ltex. Alcohol. Algodn. Cinta adhesiva. Lijas.

8.0 DIMENSIONES DE LA PROBETA

11 mm.

24 mm.

9.0 DESARROLLO DE LA PRCTICAAntes de comenzar el tratamiento trmico de revenido, nos colocamos el equipo de seguridad. Se toma la pieza con las pinzas, una persona abre el horno mientras otra se encarga de meter rpidamente la pieza. Una vez dentro del horno ste se cierra. Este proceso debe hacerse de manera muy rpida, ya que de tener mucho tiempo el horno abierto frente a nosotros puede causar daos en nuestros ojos por la onda de calor que emite. Al terminar de ingresar las piezas, el horno aumentar gradualmente su temperatura hasta llegar a la temperatura programada a la cul se realiz el tratamiento, que fue de 550 a 600C.Ntese que es por debajo de la temperatura crtica del acero que son 727C.

a) Se prepara para el revenido y se toma la pieza. c) Se abre el horno y se mete la pieza. b) Se posiciona para meter la pieza y se prepara la apertura del horno.

Esta temperatura se encuentra unos grados por debajo de la temperatura crtica superior, a esta temperatura prevalece la estructura sin llegar a la austenita, se pretende transformar la austenita que no se transformo en el temple .Ya que se encuentra en el horno, Una vez alcanzada la temperatura de revenido deje la muestra un tiempo hasta que se alcance la homogenizacin de la muestra (1 hora).Despus del tiempo establecido, nuevamente nos preparamos para, ahora, sacar la pieza del horno, como se trata de un revenido La velocidad de enfriamiento del revenido no tiene influencia alguna sobre el material tratado cuando las temperaturas alcanzadas no sobrepasan las que determinan la zona de fragilidad del material; en este caso se enfran las piezas directamente en agua. Si el revenido se efecta a temperaturas superiores a las de fragilidad, es convenientemente enfriarlas en bao de aceite caliente a unos 150C y despus al agua, o simplemente al aire libre.Se abre el horno y la pieza se toma con las pinzas para despus dejarla enfriar al aire libre (25c aprox.).

a) Se toma la pieza del hornob) Se deja enfrar al aire libre.

Una vez que se realiz el tratamiento trmico de revenido, se realiza una prueba metalogrfica para observar y comparar la microestructura del material despus del tratamiento.

Proceso de desbaste y pulido.

Proceso de desbaste y pulido.

Antes de comenzar con la prueba metalogrfica y precisamente despus del revenido, se realiz la prueba de dureza Rockwell C, Obteniendo un valor promedio de 4 HRC.

10.0 RESULTADOS

Microestructura del acero1020 antes del tratamiento trmico de revenidoMicroestructura del acero 1020 despus del tratamiento trmico de revenido

Fases presentes:Widmansttten

Fases presentes:Perlita y Ferrita

(Dureza HRC: 31.5 )(Dureza HRC: 4 ).

11.0 OBSERVACIONESLa martensita obtenida en el temple tiene elevada dureza, pero lamentablemente, las tensiones alrededor de los tomos de C atrapados en la red cristalina del Fe, producen fragilidad en las piezas templadas. Esto no slo puede anticipar la fractura en servicio, sino que las partes pueden fisurarse espontneamente, simplemente estando almacenadas. Es necesario reducir la fragilidad; para ello se las somete a un calentamiento inmediatamente posterior al temple, denominado revenido. Como consecuencia se observar una disminucin en la dureza final de las piezas, que se debe corresponder con las especificaciones indicadas en el plano. El proceso de revenido involucra principalmente la precipitacin y coalescencia de varios carburos de Fe y otros elementos aleantes. A la temperatura de calentamiento, el Fe disuelve 50 veces ms C que a temperatura ambiente. Durante el temple se alcanza en pocos segundos un tremendo potencial de sobresaturacin de C en el Fe. Las formas estables (o al menos metaestables) del C son los cristales de carburos, pero justo despus del temple se encuentra en una disposicin al azar proveniente de la solucin slida de austenita. La falta de difusin fuerza a esta condicin. Sometido a temperatura, el C difunde adecuadamente para explicar el fenmeno de revenido como un crecimiento de partculas; con suficiente temperatura se forman partculas fcilmente reconocibles. El uso del microscopio electrnico ha permitido la observacin de partculas de carburos aun despus de revenidos a temperatura muy baja (lo que no es observable con microscopio ptico). Una caracterstica necesaria para incrementar el tamao y disminuir el nmero de partculas dispersas, es mantener la temperatura constante por un intervalo prolongado, despus de templar. Al incrementar la temperatura para un tiempo dado, la dureza de un acero al C se reduce de una manera definitiva, como se observa en el grfico dureza vs. temperatura de revenido, para 1 hora, en un acero templado de 0,62 % C.Efecto del tiempo en el revenido La Figura revela el rpido ablandamiento en un acero de 0.82 % C templado, durante los primeros minutos a 650 C; se observa que la accin ablandadora ocurre en los primeros segundos y luego la dureza se reduce lentamente con el incremento del tiempo de revenido, de 1/2 a 2 horas.Efecto del revenido en la dureza de un acero de 0,62 % C templado, realizado durante 1 hora a varias temperaturas.Austenita retenida En aceros de alto % de C, especialmente aquellos que contienen Ni o cantidades de Mn mayores de lo normal, la transformacin de la martensita no es completa dado el bajo valor de Mf; en su lugar puede quedar algo de austenita inestable retenida, que se eliminara por tratamiento sub-cero. Generalmente esta presencia de austenita retenida reduce la dureza de temple, en algunos casos imperceptiblemente, pero en otros, si se encuentra en elevados porcentajes, puede reducir en 10 puntos la dureza Rockwell . Ablandamiento durante el revenido En aceros de bajo y medio % de C, cantidades moderadas de elementos aleantes pueden incrementar ligeramente el valor de dureza mxima para un temple efectivo. Cuando se incrementa el % de C la diferencia es menor porque aumenta el contenido de austenita retenida. A menos que la proporcin de austenita sea alta, un revenido a 200 C reduce la dureza en todos los aceros aleados ordinarios, pero la presencia de cualquier elemento de aleacin retarda, al menos ligeramente, la prdida de dureza o resistencia. Etapas del revenido Con la ayuda del microscopio electrnico y de los rayos X, se ha podido estudiar con mayor detalle las transformaciones que se producen con la temperatura de revenido, y que dan lugar a diversas etapas que pueden solaparse entre s:

1 etapa: El calentamiento a temperaturas muy bajas 150-200 C produce un ligero oscurecimiento de la martensita debido a la disminucin del parmetro c de la red tetragonal, en una tendencia a pasar a cbica, por la movilidad del tomo de C dentro del mismo cristal, a una posicin de menor tensin. Se suele mencionar como la transformacin de martensita (tetragonal) a (cbica). 2 etapa: Comienza a partir de los 200 C aproximadamente; el microscopio electrnico ha mostrado que ocurre la precipitacin del carburo Epsilon, el cual tiene una estructura hexagonal compacta y una frmula aproximada a CFe2,4, que al precipitar deja una matriz de martensita de bajo % de C (alrededor de 0,25%). En aceros de alto % de C, una adecuada dispersin y suficiente cantidad de carburos precipitados, puede producir un endurecimiento por sobre el efecto de ablandamiento en la martensita.3 etapa: Tiene lugar en aquellos aceros, especialmente aleados, en los que queda austenita retenida despus del temple, y cuando se supera el punto Ms en el revenido; entonces aquella comienza a transformar en bainita. Si la cantidad de austenita es elevada, se manifiesta una resistencia al ablandamiento, ya que la bainita es ms dura4 etapa: A medida que se incrementa la temperatura cerca de los 280 C, comienza a disolverse el carburo para comenzar a formarse el Fe3C, que contina creciendo a medida que se eleva la temperatura. 5 etapa:Retardo de ablandamiento y dureza secundaria a temperaturas mayores a 450 C. Los aceros con elementos aleantes producen una resistencia al ablandamiento como consecuencia de su influencia en la difusin del carbonoPrdida de tenacidad en revenidos intermedios A medida que se eleva la temperatura de revenido de un acero templado, se incrementa la plasticidad y tenacidad. Pero esto no siempre es cierto; para aceros al C y algunos de baja aleacin, se observa que cerca de 280-310 C la tenacidad es menor que la del acero revenido a 150 C. En la Fig. X.28 se muestran curvas tpicas del impacto en funcin de la temperatura de revenido. En la Fig. X.29 se revela en el grfico superior las caractersticas de impacto, y en el inferior el cambio de longitud con relacin a la temperatura de revenido. Una contraccin anmala corresponde a la menor tenacidad. Para el mismo rango de revenido se ha encontrado un efecto adverso en la capacidad del acero a fluir en el esfuerzo de corte durante el ensayo de torsin (se observa una reduccin del ngulo de giro), Fig. X.30. Cohen ha notado que la primer Fe3C que se forma durante el revenido en ese rango, es esencialmente bidimensional y sugiri que esta morfologa puede ser la responsable de los efectos observados a 300 C. Los aceros obtenidos por fusin al vaco, no presentan esa prdida de tenacidad; por lo que posiblemente, algunas impurezas como antimonio, arsnico, estao o fsforo, son las responsables de causar la fragilidad.

Prdida de tenacidad a altas temperaturas de revenido (Fragilidad Krupp) Otra forma de disminucin de tenacidad se manifiesta particularmente en los aceros de alta templabilidad a base de Cr y Ni, cuando el enfriamiento es lento a temperaturas entre 470 y 530 C. Por ejemplo, si se reviene a 550 C o ms y se enfra al aire, se produce una severa prdida de la tenacidad que no se observa si el material es enfriado en agua despus del perodo de revenido. Cuando ste se realiza a 470-530C, la fragilidad se presenta siempre, independientemente de la velocidad de enfriamiento. Este efecto se disminuye reviniendo durante menos tiempo. La naturaleza de este envejecimiento por precipitacin no es clara, aunque algunos trabajos revelan que impurezas como el arsnico y el fsforo son las responsables del efecto. La adicin de 0,20-0,50 % Mo, es efectiva para reducir esta dificultad hasta hoy no bien explicada.

12.0 CONCLUSIONES

CUESTIONARIO1.- Cul es el propsito del tratamiento trmico de revenido?El propsito de revenir un dispositivo templado es optimizar la tenacidad y reducir la fragilidad de las piezas Gracias a este revenido se consigue reducir la fragilidad y ajustar la pieza a diferentes requisitos mecnicos dependiendo del tiempo de mantenimiento a temperatura.2.- Qu pasara si a un acero templado no se le da el tratamiento trmico de revenido?Si un material templado no tiene las condiciones de revenido conserva su dureza y fragilidad, en realidad el objetivo del revenido va depender del objetivo que tenga nuestra pieza , pues si es grado herramienta es decir necesitaremos tenacidad 3.- Qu pasa en la estructura del acero templado cuando se somete a la temperatura de revenido?El enfriamiento rpido (temple) del acero desde la temperatura de temple hace la estructura cbica original ms rgida. Este estado impuesto conlleva una distorsin tetragonal de la matriz produciendo una celda unitaria centrada en el cuerpo tpica. El nombre de este elemento constitutivo microestructural es martensita. Este proceso supone un importante refuerzo de la matriz debido a la gran movilidad reducida de las dislocaciones dentro del material. Esto explica la alta dureza y la gran resistencia de la fase martenstica y tambin su baja tenacidad y su mala ductilidad.

Con el revenido se puede obtener un amplio rango de estructuras y propiedades, desde las correspondientes a una martensita hasta otro lmite correspondiente a gruesos carburos esferoidizados en una matriz ferrtica. Las condiciones de revenido estarn dadas por el balance entre resistencia mecnica y tenacidad que se requieran para una aplicacin determinada.4.- Si quiere obtener la mxima tenacidad en el material templado, qu temperatura de revenido usara? Explique.

El revenido por encima de 425C (800F) es el otro rango de temperaturas importante donde la tenacidad aumenta significativamente aunque a expensas de una disminucin en la resistencia mecnica y la dureza. Por esta razn, el revenido por encima de 425C se efecta cuando los requerimientos son principalmente de alta tenacidad y en menor grado de resistencia mecnica y dureza. Por lo tanto nuestra temperatura para mxima tenacidad se encontrara entre 400-425c5.- Si solo quiere relevar un poco los esfuerzos producidos en el acero debido al temple, Qu rango de temperaturas de revenido usara? Explique.La figura muestra la tenacidad al impacto en funcin de la temperatura de revenido para aceros endurecidos de 0.4% y 0.5% C. Se observan dos rangos de temperaturas de revenido que producen una mejora significativa en la tenacidad en comparacin con el estado templado. El revenido en el rango 150-200C (300-400F) produce un ligero incremento de la tenacidad

El revenido es un proceso trmico que nos permite mejorar las condiciones obtenidas en el temple, es decir nos permite jugar con la proporcin tenacidad-fragilidad y obtener un equilibrio entre ellas dependiendo de las propiedades requeridas. La martensita obtenida en el temple tiene elevada dureza, pero lamentablemente, las tensiones alrededor de los tomos de C atrapados en la red cristalina del Fe, producen fragilidad en las piezas templadas. Es necesario reducir la fragilidad. Como consecuencia se observar una disminucin en la dureza, es decir se sacrifica dureza por tenacidadpero el revenido ayuda no perder tanta durea. A la temperatura de calentamiento,(400-550c) el Fe disuelve 50 veces ms C que a temperatura ambiente. Durante el temple se alcanza en pocos segundos un tremendo potencial de sobresaturacin de C en el Fe. Las formas estables del C son los cristales de carburos, pero justo despus del temple se encuentra en una disposicin al azar proveniente de la solucin slida de austenita. Con el revenido la austenita retenida despus del temple, comienza a transformar en bainita. Si la cantidad de austenita es elevada, se manifiesta una resistencia al ablandamiento, ya que la bainita es ms dura- al final obtenemos condiciones requeridas segn nuestras exigencias; a continuacin una tabla que muestra el comportamiento de un metal con 0.62%carbono.

El Revenido es el tratamiento trmico efectuado sobre un producto ya templado con el fin de obtener modificaciones que le confiera las caractersticas de empleo deseadas. El objetivo del revenido es mejorar la tenacidad de los aceros templados, a costa de disminuir la dureza, la resistencia mecnica y su lmite elstico. En el revenido se consigue tambin eliminar, o por lo menos disminuir, las tensiones internas del material producidas a consecuencia del temple. Calentando por encima de 650C, se obtiene estructura de grano grueso, al bajar la temperatura de revenido, se van obteniendo estructuras cada vez ms finas y ms duras, en trminos generales la temperatura de revenido vara entre 200 y 650C.Para nuestra pieza se le realizo un revenido a 550C y se dejo enfriar a temperatura ambiente (Normalizado ),por lo que obtuvimos grano grueso, como nuestra pieza fue templada en aceite no se alcanz la fase de martensita, sino la fase Widmansttten por lo que con revenido se obtuvieron perlita y ferrita gruesa con una dureza muy baja de solo 4 HRC. En comparacin con compaeros que templaron en agua ,obteniendo ellos martensita, en su revenido efectivamente su dureza bajo hasta un punto de 30 -35 HRC dando asi las propiedades mejoradas al material sacrificando dureza, con esto comprobamos que en los caeros bajos al carbono, como la nariz de la cruta TTT esta muy cerca se tiene que templar con una velocidad de enfriamiento muy elevada para su posterior revenido, se obtenga un material totalmente adecuado, y no una dureza demasiado baja como la nuestra 4 HRC.

La martensita no es una fase de equilibrio. sta es la razn por la cual no aparece en el diagrama de fases Fe-Fe3C. Cuando una martensita en un acero se calienta por debajo de la temperatura eutectoide, se precipitan las fases y Fe3C termodinmicamente estables, esto es el revenido. ste proceso se realiza justo despus de un temple, para que las tensiones debidas al enfriamiento brusco se eliminen mediante este tratamiento. Otra finalidad de ste tratamiento es la mejora de la ductilidad y propiedades al impacto reduciendo resistencia y dureza. Nuestra pieza fue calentada a una temperatura de 550C, por debajo de la temperatura crtica inferior, la eleccin de la temperatura depende del uso y solicitacin a la que est expuesta la herramienta, sta debe elegirse de tal forma que se alcance la dureza de trabajo deseada despus de un tiempo de revenido suficiente. A bajas temperaturas de revenido, el acero sigue siendo resistente, frgil y en ocasiones incluso ms duro. A temperaturas ms elevadas como la nuestra el acero se hace ms blando y dctil. En esta grfica se muestra el cambio de dureza ante diferentes temperaturas de revenido.

Despus de calentar la pieza, se retir del horno y se dej enfriar al aire libre. La velocidad de enfriamiento es de importancia, si bien las propiedades de traccin no se ven afectadas, las resistencia al impacto puede disminuir si el acero se enfra lentamente a travs del rango de temperatura de 375C a 575C, la elongacin tambin puede verse afectada, este fenmeno se llama fragilidad de revenido. La finalidad de los tratamientos trmicos es mejorar las propiedades de los materiales, o bien, modificar estas propiedades para obtener un material ms ad-hoc a la aplicacin que queramos darle. Con el revenido se complementa el temple, con el fin de hacer un acero menos duro, y por lo tanto menos frgil, y aumentar propiedades importantes como lo son la tenacidad y la ductilidad.

13.0 BIBLIOGRAFIA

Askeland, D., (1998) Ciencia e Ingeniera de los Materiales. International Thomson Ed., 3ra ed., Mxico.Avner, S. H.,(1974) Introduccin a la metalurgia fsica, McGraw-Hill, Mxico.Apraiz, Jose B.(2000) Tratamientos Trmicos de los Aceros. Dossat 2000,10 Edicin. Espaa.

Webgrafa: http://www.ingenieriamecanica.cujae.edu.cu/index.php/revistaim/article/viewFile/395/735http://web.fi.uba.ar/~jmoya/Tabla%20Reactivos%20de%20Ataque%20para%20Metalografia.pdfhttp://www.astm.org/search/fullsite-search.html?query=steel+1020

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