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≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪ • ≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫ “Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional ” UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica Departamento Académico de Ciencias para Ingeniería INFORME No.05 Tratamientos Térmicos Curso : Ciencia de los Materiales I (MC-117) Profesor : Ing. José Luis Sosa Integrantes: Apellidos Nombres Código Bautista Perez Marcio Eusebio 20170069F Choqque Moreno Aníbal 20161168E Chuquipoma Tejeda Jaimer 20170222I Ciclo Firma : 2018-II Lima-Perú 2018 ≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪≪ • ≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫≫ UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I Índice 1. Objetivos 2 2. Marco Teórico 3 3. Herramientas y Equipos 11 4. Procedimiento 12 5. Resultados 13 6. Conclusiones 15 7. Recomendaciones 16 8. Cuestionario 16 9. Bibliografía 21 10.Anexos 22 Tratamientos Térmicos 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I **** Introducción Con frecuencia, un problema de materiales se reduce a seleccionar el material que presenta la combinación adecuada de características para una aplicación específica. Por lo tanto, las personas que intervienen en la toma de decisiones deben tener buen conocimiento de las opciones disponibles. En las decisiones de la selección de materiales también puede influir la facilidad con la cual pueden formarse o fabricarse las aleaciones metálicas para producir componentes útiles. Las propiedades de las aleaciones se alteran por los procesos de fabricación; además, pueden inducirse alteraciones adicionales de las propiedades mediante el empleo de los tratamientos térmicos apropiados. Por ese motivo, el presente laboratorio aborda los detalles generales de algunos de estos tratamientos (recocido, normalizado) y, posteriormente se realizan las pruebas de dureza y las inspecciones microscópicas; de esta manera cuantificar y cualificar la variación de sus propiedades, sobre todo las mecánicas. 1. Objetivos Conocer los diferentes tratamientos térmicos que se pueden aplicar a un acero de medio carbono (fierro de construcción), la forma de ejecutarlos, las propiedades mecánicas y microestructuras que se obtienen al realizar cada uno de ellos. Conocer la variación de las propiedades de los materiales con los tratamientos térmicos. Conocer los procedimientos de los tratamientos térmicos. Observar la microestructura de los materiales después del ensayo. Tratamientos Térmicos 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I Identificar la importancia que tienen los elementos de protección personal para evitar accidentes. Interpretar los resultados obtenidos en la práctica, poder concluir y analizar la aplicación del material con sus nuevas propiedades obtenidas con un determinado tratamiento térmico. 2. Marco Teórico Historia Los griegos descubrieron hacia el 1000 AC una técnica para endurecer las armas de hierro mediante un tratamiento térmico. Todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.c se clasifican en la actualidad como hierro forjado. Para obtener estas aleaciones, se calentaba en un horno una masa de mineral de hierro y carbón vegetal. Mediante este tratamiento se reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro llena de escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta masa esponjosa se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para eliminar la escoria y darle una determinada forma. Después del siglo XIV se aumento el tamaño de los hornos empleados para fundir. En estos hornos, el mineral de hierro de la parte superior se convertía en hierro metálico y a continuación absorbía más carbono debido a los gases que lo atravesaban. Como resultado daba arrabio, un metal que funde a temperatura menor que el hierro y el acero. Posteriormente se refinaba el arrabio para obtener acero. En la producción moderna de acero se emplean altos hornos que son modelos perfeccionados de los que se usaban antiguamente. El arrabio se refina mediante chorros de aire. Este invento de debe a un británico llamado Henry Bessemer, que en 1855 desarrollo este inventó. Los primeros trabajos realizados para la fabricación de aceros inoxidables datan del Tratamientos Térmicos 3 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I siglo XIX. Entre los años 1904 y 1910 se realizaron en Francia estudios sobre las micro estructuras y tratamientos térmicos consiguiendo fabricar aceros inoxidables muy similares a los de hoy. En la Primera Guerra Mundial y en los años 20 los aceros se utilizaron para proteger los cilindros de los cañones y en la industria petrolera. Tratamiento Térmico del Acero El tratamiento térmico en el material es mo el de hierro–hierro–carbono. En este uno de los pasos fundamentales para que tipo de diagramas se especifican las tempueda alcanzar las propiedades mecáni- peraturas en las que suceden los cambios cas para las cuales está creado. Este tipo de fase (cambios de estructura cristalide procesos consisten en el calentamiento na), dependiendo de los materiales diluiy enfriamiento de un metal en su estado dos. Los principales tratamientos térmisólido para cambiar sus propiedades físi- cos son: cas. Con el tratamiento térmico adecuado Temple:Su finalidad es aumentar la se pueden reducir los esfuerzos internos, dureza y la resistencia del acero. Pa- el tamaño del grano, incrementar la tena- ra ello, se calienta el acero a una cidad o producir una superficie dura con temperatura ligeramente más eleva- un interior dúctil. La clave de los trata- da que la crítica superior Ac (900 − mientos térmicos consiste en las reaccio- 950C) y se enfría luego más o me- nes que se producen en el material, tanto nos rápidamente (según caracterís- en los aceros como en las aleaciones no fé- ticas de la pieza) en un medio como rreas, y ocurren durante el proceso de ca- agua, aceite,etc. lentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido. Revenido :Sólo se aplica a aceros Para conocer a que temperatura debe ele- previamente templados, para dismi- varse el metal para que se reciba un tra- nuir ligeramente los efectos del tem- tamiento térmico es recomendable contar ple, conservando parte de la dureza con los diagramas de cambio de fases co- y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y re- Tratamientos Térmicos 4 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I sistencia de los aceros templados, se carbono. Se suele emplear como tra- eliminan las tensiones creadas en el tamiento previo al temple y al reve- temple y se mejora la tenacidad, de- nido. jando al acero con la dureza o re- Hay otros métodos de tratamiento sistencia deseada. Se distingue del térmico para endurecer el acero. temple en cuanto a temperatura máa) Cementación:Las superficies de xima y velocidad de enfriamiento. las piezas de acero terminadas Recocido:Consiste básicamente en se endurecen al calentarlas con un calentamiento hasta temperatu- compuestos de carbono o nitró- ra de austenitización (800-925ºC) se- geno. guido de un enfriamiento lento. Con b) Carburización: La pieza se ca- este tratamiento se logra aumentar lienta manteniéndola rodeada la elasticidad, mientras que dismi- de carbón vegetal,coque o gases nuye la dureza. También facilita el de carbono. mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano c) Cianurización: Se introduce el y ablandar el material, eliminando metal en un baño de sales de la acritud que produce el trabajo en cianuro, logrando así que endu- frío y las tensiones internas. rezca. Normalizado:Tiene por objeto de- d) Nitrurización: Se usa para en- jar un material en estado normal, es durecer aceros de composición decir, ausencia de tensiones internas especial mediante su calenta- y con una distribución uniforme del miento en amoniaco gaseoso. Constituyentes de las Aleaciones Ferrosas 1. Cementita (F e3 C): Es el carburo de hierro, contiene 6,67 %C y 93,33 %F e, es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, alcanzando una dureza 700HB (68HRc ) y cristaliza en la red ortorrómbica. Microestructura del Tratamientos Térmicos 5 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I acero 1 %C, red blanca de dementita en las probetas atacadas con ácidos se observa de un blanco brillante y aparece como cementita primaria o proeutéctica en los aceros con más de 0,9 %C formando una red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la perlita como láminas paralelas separadas por otras láminas de ferrita, se presenta en forma de glóbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros de alto carbono se han sometido a un recocido de globulización, en los aceros hipoeutectoides que no han sido bien templados. 2. Perlita:Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 %f errita y 12 %cementita, contiene el kg 0,8 %C.Tiene una dureza de 250HB, resistencia a la tracción de 80 mm 2 y un alar- gamiento del 15 %; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 − 723o C.Microestructura del acero al carbono, cristales oscuros de perlita si el enfriamiento es rápido (100−200 oC s ), la estructura es poco definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura próxima a 723o C, la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, denominándose perlita globular. 3. Austenita:Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía de 0,8 al 2 %C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130o C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras, con una kg dureza de 300HB, una resistencia a la tracción de100 mm 2 y un alargamiento del 30 %,no es magnética. Tratamientos Térmicos 6 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I Microestructura de la austenita: La austenita no puede atascarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros templados. 4. Martensita:Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas. El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1 %C, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0,7 %C. Microestructura de la martensita. La martensita tiene una dureza de 50 a 68HRc , kg resistencia a la tracción de 170 a 250 mm 2 y un alargamiento del 0,5 al 2,5 %, muy frágil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag con ángulos de 60o . Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la crítica (727o C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfriándolo luego al aire o en cualquier medio. 5. Troostita:Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 600o C, o por revenido a 400o C. Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene kg una dureza de 400 a 500HB, una resistencia a la tracción de 140 a 175 mm 2 y un alargamiento del 5 al 10 %. Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita. Tratamientos Térmicos 7 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I 6. Sorbita:Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650o C, o por revenido a la temperatura de 600o C. Su dureza es de 250 kg a 400HB, su resistencia a la tracción es de 88 a 140 mm 2 , con un alargamiento del 10 al 20 %. Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo oscuro; de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino. 7. Bainita:Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a500o C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a 500 − 580o C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250 − 400o C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos. La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60HRc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita. 8. Ledeburita:La ledeburita no es un constituyente de los aceros,sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones hierro-carbono cuando el porcentaje de carburo de hierro aleado es superior al 25 %, o sea, con un contenido total mayor de 1, 76 %C. La ledeburita es una eutéctica1 , se emplea para designar una mezcla de componentes que pasan sin descomposición ni segregación del estado sólido al líquido. Se forma al enfriar la fundición líquida de 4, 3 %C desde 130o C, siendo estable hasta 723o C descomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita. 1 Del griego que significa fluidez perfecta Tratamientos Térmicos 8 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I La ledeburita contiene el 52 %cementita y el 48 %austenita de 1, 76 %C. El contenido total de carbono de la ledeburita es el 4, 3 %. 9. Steadita:Es un constituyente de naturaleza eutéctica, que aparece en las fundiciones de más de 0, 15 % de fósforo. Como la steadita se compone de un 10 %de fósforo aproximadamente, y casi todo el fósforo de la fundición se concentra en este constituyente, se puede calcular el porcentaje de stedita que contiene la fundición por su contenido en fósforo. Así, por ejemplo, una fundición que contenga 0, 15 % de fósforo, tendrá el 15 % de stedita. La steadita es muy dura y frágil. Funde a 960o . En las fundiciones grises está compuesta de un eutéctico de ferrita y fosfuro de hierro, y en las fundiciones blancas y atruchadas, por un eutéctico de ferrita, fosfuro de hierro y cementita. 10. Grafito:El grafito es una de las variedades alotrópicas en que se encuentra el carbono libre en la naturaleza, siendo la otra el diamante. Es blando, untuoso, de color gris oscuro y de peso específico 2,25. Se presenta en forma de láminas en las fundiciones grises; en forma de nódulos, en las fundiciones maleables, y en forma esferoidal, en algunas fundiciones especiales. El grafito baja la dureza, resistencia mecánica, elasticidad y plasticidad de las fundiciones que lo contienen, pero, en cambio, mejora la resistencia al desgaste y a la corrosión y sirve de lubricante en el roce. Hornos Utilizados Horno eléctrico:Es el más usado para los hornos de tratamiento térmicos que aprovecha el calor generado según la ley de Joule. La disposición de la resistencia da nombre a los hornos, que son de tipo mufla o caja, la resistencia está instalada a lo largo de las paredes interiores y por lo tanto en contacto con las paredes del horno. El material de la resistencia suele ser nicrom (Níquel 70 %, Cromo 30 %), que alcanza temperaturas de 1100o C y de aleación de carburo de silicio que alcanza temperaturas de 1300o C. Para lograr temperaturas superiores se Tratamientos Térmicos 9 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I utilizan resistencias de molibdeno (1800o C), de tungsteno (2500o C) y de grafito (2700o C). Para temperaturas aun mayores se utilizan los hornos de inducción (3000o C). Horno a gas:El calentamiento por gas tiene como ventaja la economía y como inconveniente la dificultad del control de la temperatura.La temperatura alcanzada por el horno suele llegar a 1100o C y el control de la atmósfera es muy difícil por ello se emplea poco este proceso de calentamiento para tratamientos térmicos. Otros tipos son: Hornos según su atmósfera. En vacío. Hornos de atmósfera del tipo de generador exotérmico o endotérmico. Tratamientos Térmicos 10 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I 3. Herramientas y Equipos Elemento Descripción Microoscopio Nikon-ECLIPSE MA100. Con cámara digital, que incluye software para análisis de imágenes . Probetas Probetas de acero corrugado comercial, grado 60. Horno eléctrico Es pequeño con una capacidad para las 6 probetas, almacena una temperatura de 2200o C Durómetro Rockwel digita De la marca Mitutoyo ATK-F1000. Tipo gemelo (Rockwell / Rockwell superficial).Equipado con freno automático de la manija. De fabricación japonesa. Agua, aceite. Material necesario para los ensayos micrográficos Insumos Tratamientos Térmicos Notación 11 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I 4. Procedimiento 1. Preparar las probetas a las dimensiones requeridas, eliminar rebabas y lijar la cara de las probetas que se ensayaran en el durómetro. 2. Determinar la temperatura que exige el tratamiento térmico de acuerdo al material escogido, para realizar con éxito la prueba y verificar que el horno eléctrico esté a la temperatura exigida por la prueba.(840o C 3. Para el temple (velocidad de enfriamiento muy alta) se utiliza como medios de enfriamiento el agua y el aceite. La probeta se introduce en el agua o el aceite a temperatura ambiente, mientras se agita vigorosamente. 4. Para el normalizado (velocidad de enfriamiento moderada) se deja enfriar la probeta al medio ambiente (aire quieto). 5. Extraer las probetas una por una, enfriándolas en el medio correspondiente. 6. Para el recocido (velocidad de enfriamiento muy baja) se deja enfriar la probeta dentro del horno, mientras este desciende su temperatura muy lentamente. 7. Para el revenido (que se aplica posterior al temple) la probeta templada en agua es calentada en el horno a 350 ºC y después de un tiempo de permanencia, se enfría en aire quieto. 8. Una vez frías las probetas, limpiar una cara de la probeta y medir la dureza en el durómetro y anotar en la tabla correspondiente. 9. Realizar la limpieza correspondiente. Tratamientos Térmicos 12 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I 5. Resultados Se muestran las estructuras micrográficas después del tratamiento, en ello resaltan los constituyentes que se formaron. Normalizado[200x].Se aprecia granos de perlita, de forma irregular y relativamente grandes; además una fase proeutectoide. Recocido[500x].Se observa la pelita gruesa y una fase proeutectoide. Revenido a)20min,b)40min, c)60min[200x].evolución de la martensita revenida.Formado por una fase cementita y ferrita α. Tratamientos Térmicos 13 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I a) b) c) Templado en agua(a), templado en aceite(b)[200x].Formación de una estructura predominantemente martensítica. El medio de temple más eficiente es el agua, seguida del aceite y del aire. a) Tratamientos Térmicos b) 14 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I Dureza de las probetas: HRC HRB Templado en agua 52.6 — Templado en aceite 22.7 — Normalizado — 96.9 Recocido — 87.05 Revenido, templado en agua (350o C; 20min) 44.05 — Revenido, templado en agua (350o C; 40min) 43.3 — Revenido, templado en agua (350o C; 60min) 41.03 — 6. Conclusiones Los tratamientos térmicos son esenciales, pues nos permite modificar la estructura cristalina del metal sin variar su composición química, de este modo se obtiene un material con mayor resistencia. Durante el ensayo se apreció la pluralidad de métodos destinados a los tratamientos térmicos(normalizado,recocido,templado y revenido). Por consiguiente, se tiene un panorama general acerca de estas prácticas para luego ser utilizadas en la industria según sea conveniente. En la selección de materiales, el costo es una consideración importante de diseño.Tal vez esto eliminaría aceros relativamente caros, como los inoxidables. Por ello,debe comenzarse examinando los aceros al carbono y los aceros de baja aleación, así como qué tratamientos están disponibles para alterar las características de éstas. Tratamientos Térmicos 15 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I Las propiedas mecánicas de los aceros además de su composición química dependen de su estructura cristalina. La probeta templata en agua resultó con mayor dureza respecto a las demás. 7. Recomendaciones Optimizar el tiempo para lograr los objetivos dispuestos en las normas. Considerar los factores térmicos ambientales (aire acondicionado, ventilación del lugar), dependiendo de los factores que pueden influir en la eficiencia del horno. Utilizar elementos de protección (pinzas,guantes,etc.) para evitar accidentes en la manipulacion de las probetas durante el horneo. Preparar la sección recta de las probetas (lijado,ataque químico) para obtener resultados óptimos durante la observación con el microscopio. 8. Cuestionario 1. ¿Qué factores influyen en la templabilidad de los aceros? La composición química del acero a templar, especialmente la concentración de carbono. También es muy importante la presencia de aleantes ya que amplían la franja temporal de enfriamiento en la que se puede obtener martensita. La temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento de acuerdo con las características de la pieza. La velocidad de enfriamiento y los líquidos donde se enfría la pieza para evitar tensiones internas y agrietamiento. Tratamientos Térmicos 16 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I • Las tensiones internas son producidas por las variaciones exageradas que se le hace sufrir al acero, primero elevándola a una temperatura muy alta y luego enfriándola. Estas tensiones y grietas son consecuencia del cambio de volumen que se produce en el interior del acero debido a que el núcleo enfría a menor velocidad. A las piezas templadas hay que darles un tratamiento posterior llamado revenido para eliminar las tensiones internas. Tamaño y geometría de la pieza. 2. ¿Cómo influye el porcentaje de carbono en las temperaturas de inicio y fin de la transformación de la martensita, en el diagrama TTT? La temperatura en la cual se inicia la transformación de austenita a martensita bajo enfriamiento se conoce como temperatura de inicio de martensítico, Ms , y la temperatura a la cual finaliza dicha transformación se llama temperatura de acabado martensítico, Mf . La temperatura Ms para aleaciones F e − C disminuye a medida que el porcentaje en peso de carbono aumenta en esas aleaciones, como se muestra en la siguiente figura. 3. ¿Cómo influyen los elementos de aleación en los desplazamientos de las regiones de transformación de los aceros en el diagrama TTT? Tratamientos Térmicos 17 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I Los elementos de aleación antes de producirse las transformaciones están homogéneamente distribuidos en la austenita, pero cuando ésta se transforma en ferrita, perlita o bainita, éstos deben redistribuirse y desplazarse por difusión, al ser átomos grandes su difusión es lenta y frenan el avance de la transformación. Existen varios elementos de aleación que influyen en el diagrama TTT; tales son los casos del níquel y el manganeso que retardan la formación de la perlita y las transformaciones intermedias con bastante uniformidad a todas las temperaturas. Los elementos de aleación producen en general un fuerte desplazamiento de las curvas hacia la derecha tanto mayor sea el % de elementos de aleación, con excepción del Co, que las desplaza hacia la izquierda. En algunos aceros muy aleados las curvas pueden estar partidas en 2 secciones separadas por una zona de gran estabilidad de la austenita, entre 400 − 600o C, entre las cuales no se produce transformación de la austenita en más de 100 horas. 4. ¿Cuál es la diferencia entre el diagrama TTT o diagrama de transformación a temperatura constante y el diagrama de transformación de enfriamiento continuo para los aceros? Curvas TTT Enfriamiento isotérmico. Registran como se transforma la austenita en un enfriamiento isotérmico y muestra los constituyentes y sus propiedades mecánicas (dureza y resistencia a la tracción) obtenidos a diferentes tiempos de transformación. Curvas TEC. Enfriamiento continuo. Registran la transformación de la austenita cuando el enfriamiento hasta temperatura ambiente se realiza de forma continua. 5. ¿Qué etapas se producen durante el revenido, qué estructura se forma al realizar un revenido por encima de 400o C? A esta temperatura el acero presenta la transformación del carburo épsilon (F e2 C Tratamientos Térmicos 18 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I tetragonal) se transforma en cementita y la austenita residual se transforma en bainita. 6. Se sabe que la región central de una probeta cilíndrica de acero al carbono con 0,35 %C, de 12mm de diametro tiene 80 % de martensita, Calcular la dureza HRc de esta región central. Según el diagrama: HRc = 45 7. Calcular el tiempo de calentamiento para el temple de una pieza cilíndrica anular de 3,5in de longitud con diámetro externo de 3,5in y diámetro interno de 2,0in, se sabe que la temperatura de calentamiento será 850o C. Tratamientos Térmicos 19 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I 3) 2 2 (D −d )L olumen(mm ⇒ tcal = k 2(D2 −d tcal = k Varea 2 +2L(D+d)) Donde: total(mm2 kacero = 5 min mm D : diametro ext. = 88,9mm d : diametro int. = 50,8mm L : longitud = 88,9mm tcal = k min 473176,473mm3 (88,92 − 50,82 )88,9 = (5 ) 2(88,92 − 50,82 + 2 ∗ 88,9(88,9 + 50,8)) mm 2 ∗ 30161,23mm2 ∴ tcal ∼ = 39,22min 8. Describir la transformación martensítica. Mostrar gráficos. Martensita es el nombre que recibe la fase cristalina BCT , en aleaciones ferrosas. Dicha fase se genera a partir de una transformación de fases sin difusión (infiltración de partículas ajenas al material procesado), a una velocidad que es muy cercana a la velocidad del sonido en el material. La naturaleza de la transformación a martensita puede entenderse mejor usando la curva tiempo - temperatura - transformación (curva TTT) para acero eutectoide ilustrada en la figura. La curva muestra cómo la velocidad de enfriamiento afecta la transformación de austenita en varias fases posibles. Tratamientos Térmicos 20 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I 9. Bibliografía Referencias [1] ASKELAND,Donald ; Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Editorial Reverté S.A. 1998. [2] APRAIS BARREIRO,José; Tratamiento Térmico de los Aceros.Madrid.1949. [3] CALLISTER,William D; Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales.México: Editorial Limusa Wiley,2009. [4] SHACKELFORD,James F.; Introducción a la Ciencia de los Materiales para Ingenieros. Pearsons Educacion S.A. 2005. [5] GULIAEV,A.P; Metalografía (Volúmen I).Moscú MIR. [6] LASHERAS ESTEBAN,José María - SÁNCHEZ MARÍN, José María;Tecnología de los Materiales Industriales [7] LAJTIN,Yuri; Metalografia y Tratamiento Térmico de los Metales.Moscú MIR. Tratamientos Térmicos 21 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ciencia de los Materiales I 10. Anexos *Probetas y horno eléctrico durante el ensayo. *Microscopio, para observar la microestructura después del tratamiento térmico . Tratamientos Térmicos 22