trabajo tratamientos termicos
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TRATAMIENTOS TERMICOS
ACEROS (1045-4140-4340)
INTEGRANTES:
JOSE JAIMES PARADA
COD: 91032663821
LUIS FRANCISCO
HERNANDES
COD: 91121803807
______________________________
OBJETIVO GENERAL:
Determinar las características de una
muestra de acero después de
realizársele un tratamiento térmico
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Interactuar con los materiales
en cada uno de los procesos
Poner en práctica, las
explicaciones de clase
Aprender a manejar los
instrumentos, para la
realización de los procesos
Explorar cada una de los
procedimientos en el momento
de realizar un tratamiento
térmico
Efectuar un análisis para
determinar la dureza de una
pieza después de realizársele
el tratamiento térmico.
Conocer las limitaciones y
ventajas de un proceso de
tratamientos térmicos
Conocer la composición de
cada uno de los materiales a
los cuales se le aplicara el
tratamiento térmico
Explorar nuevas maneras de
realizar un tratamiento térmico
I. MARCO TEORICO
1 TRATAMIENTOS TERMICOS
Se conoce como tratamiento térmico
el proceso al que se someten los
metales u otros tipos de materiales
sólidos como polímeros con el fin de
mejorar sus propiedades mecánicas,
especialmente la dureza, la
resistencia y la elasticidad. Los
materiales a los que se aplica el
tratamiento térmico son,
básicamente, el acero y la fundición,
formados por hierro y carbono.
También se aplican tratamientos
térmicos diversos a los sólidos
cerámicos.
2 ACEROS
El acero es una aleación de hierro y
carbono, donde el carbono no supera
el 2,1% en peso[1] de la composición
de la aleación, alcanzando
normalmente porcentajes entre el
0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores
que el 2,0% de carbono dan lugar a
las fundiciones, aleaciones que al ser
quebradizas y no poderse forjar —a
diferencia de los aceros—, se
moldean.
La Ingeniería Metalúrgica trata al
acero a una familia muy numerosa de
aleaciones metálicas, teniendo como
base la aleación hierro-carbono. El
hierro es un metal, relativamente duro
y tenaz, con diámetro atómico dA =
2,48 Å (1 angstrom Å = 10–10 m), con
temperatura de fusión de 1.535 °C y
punto de ebullición 2.740 °C. Mientras
el carbono es un no metal, con
diámetro mucho más pequeño (dA =
1,54 Å), blando y frágil en la mayoría
de sus formas alotrópicas (excepto en
la forma de diamante en que su
estructura cristalográfica lo hace el
más duro de los materiales
conocidos). Es la diferencia en
diámetros atómicos lo que va a
permitir al elemento de átomo más
pequeño difundir a través de la celda
del otro elemento de mayor diámetro.
El acero es el más popular de las
aleaciones, es la combinación entre
un metal (el hierro) y un no metal (el
carbono), que conserva las
características metálicas del primero,
pero con propiedades notablemente
mejoradas gracias a la adición del
segundo y de otros elementos
metálicos y no metálicos. De tal forma
no se debe confundir el hierro con el
acero, dado que el hierro es un metal
en estado puro al que se le mejoran
sus propiedades físico-químicas con
la adición de carbono y demás
elementos.
2.1 FORMACIÓN DEL ACERO.
DIAGRAMA HIERRO-CARBONO
(FE-C)
En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los
aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.
Microconstituyentes
El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la ambiente:
Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la
buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono.
Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC) y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.
Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe la denominación de hierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.
A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.
Si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.
Transformación de la austenita
Zona de los aceros (hasta 2% de carbono) del diagrama de equilibrio metaestable hierro-carbono. Dado que en los aceros el carbono se encuentra formando carburo de hierro se han incluido en abscisas las escalas de los porcentajes en peso de carbono y de carburo de hierro (en azul).
El diagrama de fases Fe-C muestra dos composiciones singulares:
Un eutéctico (composición para la cual el punto de fusión es mínimo) que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de la aleación cuando el contenido en carbono supera el 2% (región del diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de la aleación marcando la frontera entre los aceros con menos del 2% de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de carbono superiores (no forjables y fabricadas por moldeo). De
este modo se observa que por encima de la temperatura crítica A3
[23] los aceros están constituidos sólo por austenita, una solución sólida de carbono en hierro γ y su microestructura en condiciones de enfriamiento lento dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta.
Un eutectoide en la zona de los aceros, equivalente al eutéctico pero en estado sólido, donde la temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene un 0,77 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita.
La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero:
Aceros hipoeutectoides (< 0,77% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos (cristales) de austenita y al alcanzar la temperatura crítica A1 la austenita restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una matriz de ferrita.
Aceros hipereutectoides (>0,77% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura
crítica se precipita el carburo de hierro resultando a temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz de cementita.
II. MATERIALES E IMPLEMENTOS
2 Aceros 1045 : diámetro 1” y 20 mm de altura
2 Aceros 4140 : diámetro 1” y 20 mm de altura
2 Aceros 4340 : Diametro 3” y 10 mm de altura
Lija
Soplete
Agua
Aceite
Oxigeno – Gas
Pinzas
Protección
ACEROS
ACERO 4340-LIJA
ACERO 1045
Tipo Acero de medio contenido de carbón. Formas y acabados Barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera, laminadas o forjadas en caliente, estiradas en frío y peladas o maquinadas. Placa laminada caliente. Anillos forjados. Características El más popular de los aceros al carbón templables es sin duda el 1045. En todo tipo de aplicaciones en donde se requiera soportar esfuerzos por encima de los 600 MPa. (61 kgf/mm2), o en el caso de diámetros mayores, en donde se necesite una superficie con dureza media, 30 a 40 Rc, y un centro tenaz. Aunque su maquinabilidad no es muy buena, se mejora con el estirado en frío, además con este acabado se vuelve ideal para flechas, tornillos, etc. de alta resistencia. Aplicaciones Por sus características de temple, se tiene una amplia gama de aplicaciones automotrices y de maquinaria en general, en la elaboración de piezas como ejes y semiejes, cigüeñales, etc. de resistencia media.
ACERO 4140
Tipo. Acero de baja aleación al cromo-molibdeno. Formas y acabados Barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera laminadas o forjadas en caliente, peladas o maquinadas. Barra hueca. Placa laminada caliente. Discos.
Características El 4140 es uno de los aceros de baja aleación mas populares por el espectro amplio de propiedades útiles en piezas que se someten a esfuerzo, con relación a su bajo costo. Al templarlo se logra muy buena dureza con una gran penetración de la misma, teniendo además un comportamiento muy homogéneo. Tiene también una buena resistencia al desgaste. Aplicaciones Se emplea en cigüeñales, engranes, ejes, mesas rotatorias, válvulas y ruedas dentadas. También es utilizado en piezas forjadas, como herramienta, llaves de mano y destornilladores, espárragos, árboles de levas, flechas de mecanismos hidráulicos, etc..
ACERO 4340
Tipo Acero de baja aleación níquel-cromo-molibdeno. Formas y acabados Barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera laminadas o forjadas en caliente, peladas o maquinadas. Placa laminada caliente. Características Se caracteriza por su alta templabilidad y resistencia a la fatiga. Es capaz de ofrecer buenas propiedades en piezas de grandes secciones. No presenta fragilidad de revenido. No se aconseja soldarlo; únicamente con soldadura especial. Aplicaciones Se utiliza en la fabricación de tornillería de alta resistencia, levas de mando, discos para frenos y ejes para camiones, entre otros.
III PROCESO
El tratamiento térmico se realizo
mediante el siguiente proceso
1. Pulir las Piezas
Se realiza un pulido de las piezas con
el fin de prepararlas para el
tratamiento térmico, este pulido se
efectúa con lija # 220 – 360 – 400
2. Montaje Pre- tratamientos
térmicos
LIJANDO LA MUESTRA (ACERO1045-4140)
LIJANDO LA MUESTRA (ACERO 4340)
LADRILLOS PARA HACER EL HORNO
IMPROVISAD O
Se adecua el espacio donde se van a
realizar los tratamientos térmicos, en
este caso se colocan unos ladrillos
que tienden a generar un contenedor
que sirva para alojar las piezas
mientras estas están siendo
calentadas.
3. Se procede a instalar el soplete
En este paso, se le adapta un
quemador a un soplete convencional,
la fusión de oxigeno y gas generara
una llama consistente para que
pueda calentar la pieza
4. Se aplica la llama
En este paso, se le aplica calor
constante a las piezas a través del
fuego que genera la llama, hasta que
la pieza se torne de color rojizo
(temperatura promedio 600 a 800 ºC)
Seguimos calentando la pieza, el
tiempo aproximado es de 5 minutos
hasta conseguir la temperatura
deseada
HORNO IMPROVISADO
APLICACIÓN DE LA LLAMA A LAS
MUESTRAS
BOBONAS DE OXIGENO Y GAS
APLICACIÓN DE LA LLAMA A LAS
MUESTRAS
APLICACIÓN DE LA LLAMA
A LAS MUESTRAS
5 T.T. del Acero 4340
Retiramos la muestra de acero 4140
del improvisado contenedor con una
pinza y se sumerge en agua. En el
momento de sumergirla se agita con
la misma pinza y se deja reposar
Después de dejarla reposar por unos
segundos la sacamos del agua
6 T.T. del Acero 1045
Al igual que el anterior paso,
retiramos la muestra de acero 1045 y
la sumergimos en aceite con una
pinza , después agitamos y dejamos
reposar
Durante este proceso observamos
que empezó a salir demasiado humo
posteriormente de haber sumergido la
pieza en el aceite
Después de reposar por unos
segundos sacamos la pieza con la
pinza
CONTENEDOR DE AGUA DONDE
SUMERGUIMOS EL ACERO 4340
AGITANDO LA MUESTRA EN EL ACEITE
CONTENEDOR DE ACEITE DONDE
SUMERGUIMOS EL ACERO 1045
SACANDO LA MUESTRA DEL ACEITE
PINZA Y MUESTRA CON ACEITE
7 T.T. del Acero 4140
Dejamos de aplicarle fuego al acero
4140 y dejamos enfriar a temperatura
ambiente
Transcurridos los primeros 2 minutos
la pieza empieza a cambiar de color
Transcurridos 15 minutos la pieza
queda en temperatura ambiente
8 Muestras al final del T.T
9. Toma de Dureza
Teniendo previamente pulidas las
muestras, se procede a configurar el
durómetro (Wilson Rockewell series
2000)
ACERO4140 RECIENDO RETIRADA LA
LLAMA
ACERO4140 DESPUES DE 2 MINUTOS DE
HABER RETIRADO LA LLAMA
ACERO4140 EN
TEMPERATURA NORMAL
MUESTRAS DESPUES DE APLICARLES T.T.
DUROMETRO
Montamos las muestras en el
durómetro y le hacemos el ensayo de
Rockwell
Realizando el proceso se deben de
apuntar los resultados que va el
monitor
Después de realizar el ensayo se
procede a hacer los respectivos
análisis y comparaciones
10 Resultados de toma de dureza
Puntos de medición en las muestras
1 = centro
2 = intermedio
3 = superficie
MONITOR DEL DUROMETRO
TOMANDO LAS DUREZAS
MONITOR DEL DUROMETRO
NIVEL DE H.R.A Acero 4340
tratamiento térmico con agua
ACERO
4340 sin T.T.
4340 Con T.T.
1 68,1 69,1
2 60 73,5
3 58 74,3
Media: 63.00 Rango: 10.1
Max: 68.1 Min: 58.0
Desviación estándar: 4.517
NIVEL DE H.R.A Acero 1045
tratamiento térmico con aceite
ACERO
1045 sin T.T.
1045 Con T.T.
1 60 52,1
2 73,1 64,3
3 60 51,7
Media: 64.92 Rango: 13.1
Max: 73.1 Min: 60.0
Desviación estándar: 4.517
NIVEL DE H.R.A Acero 4140
tratamiento térmico a temperatura
ambiente
ACERO
4140 sin T.T.
4140 Con T.T.
1 54,2 63,8
2 69,9 63,8
3 52,8 69,9
Media: 62.42 Rango: 17.1
Max: 69.9 Min: 52.8
Desviación estándar: 4.517
Comparación de puntos de
medición según tratamiento
térmico
A continuación se muestra la tabla de
comparación de la dureza de los
aceros antes del T.T.
Acero
Puntos de
Medición 4340 1045 4140
1 68,1 60 54,2
2 60 73,1 69,9
3 58 60 52,8
Y a continuación la tabla de
comparación de dureza después del
T.T.
Acero
Puntos de
Medición
4340 1045 4140
Agua Aceite Ambiente
1 69,1 52,1 63,8
2 73,5 64,3 63,8
3 74,3 51,7 69,9
Después de realizar el análisis de
dureza, nos damos cuenta que el
temple en agua es el que nos va a
generar mayor dureza y se va
incrementando del centro hacia a
fuera
Mientras que el tratamiento térmico
que se realizo con aceite , ocasiona
una reducción de la dureza. Y por
ultimo el tratamiento térmico que se
dejo enfriar a temperatura ambiente,
su dureza aumenta en su punto
central y en su superficie mientras
que en el punto intermedio se reduce
CONCLUCIONES
Al aplicarle tratamientos
térmicos a un piza esta sufre
cambios en su dureza, ya sea
aumentando o disminuyendo,
esto depende de el medio que
se emplee para enfriar (agua,
aceite, ambiente)
Aplicamos los temas
aprendidos en el salón de
clases, como lo son
tratamientos térmicos, esanyo
de dureza, etc.
Exploramos el tema de que se
puede hacer un tratamiento
térmico de manera artesanal,
con buenos resultados
El metal sometido a el T.T. de
secado en agua es el que
cuenta con mas dureza
El aceite redujo la dureza del
material en la mayoría de los
casas
BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Tratamient
o_t%C3%A9rmico
http://es.wikipedia.org/wiki/Acero