2 Laboratorio Meta II Templado (1)

7/25/2019 2 Laboratorio Meta II Templado (1)

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1METALRGIA FSICA II ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENERIA METALRGICA

Mg. Ismael Purizaga Fer!"ez

II L AB O R AT O RI O DE M E T ALUR GIC A F ISIC A II

I. TITULO: TEMPLE DE LOS ACEROS AISI 4340 Y EJE DE TRASMISION

II. OBJETIVOS:

Obtener estructuras martensticas en el acero (transformar la Austerita en Marten

Conocer correctamente los mecanismos y medios de temple de acuerdo

al tipo de acero.

Observar la influencia de la temperatura de temple sobre la micro estructura y

caractersticas mecnicas de los aceros.

III. FUNDAMENTO TERICO

EL TEMPLE DE LOS ACEROS

Es un tratamiento trmico que consiste en calentar el acero a una temperatura de

austeniaci!n adecuada (encima del punto superior Ac") y lue#o enfriarlo

rpidamente en un medio liquido (a#ua$ aceite) o #aseoso (aire forado)$ como

resultado del temple se desarrolla estructuras martensticas aceptables y

propiedades mecnicas que deban cumplir especificaciones mnimas lue#o del

revenido.

El enfriamiento rpido(o temple) %asta temperaturas ambiente del acero

austeniado ori#ina Martensita$ que resulta como una micro estructura de no

equilibrio de la transformaci!n sin difusi!n de la austenita. &a transformaci!n

martensticas tiene lu#ar a velocidades de temple muy rpido que dificultan la

difusi!n del carbono (velocidades mayores que la velocidad crtica 'EM).

En la transformaci!n martensticas #ran nmero de tomos se mueven de modo

cooperativo lo que representa pequeos desplaamientos de un tomo respecto a


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sus vecinos. Esta transformaci!n$ propicia que la austenita (*CC) cambia a

Martensita (+CC).

En el temple es importante caracteriar la temperatura de inicio de la

transformaci!n martensticas (Ms). Conse#uir ,- de Martensita ('er *i#..,) e/i#e

alcanar por enfriamiento una temperatura Ms (martensite startin#) que depende$

casi e/clusivamente$ de la composici!n qumica del acero$ no depende$ por

e0emplo$ de la velocidad de enfriamiento critica ('EM)$ siempre que la velocidad

'E1'EM. 2ara impedir la formaci!n de perlita o de bainita.

Esta temperatura Ms resulta tanto ms ba0a cuando l -C y elementos de

aleaci!n ten#a la austenita en soluci!n s!lida$ todos los elementos disminuyen$

aunque distintas medida la temperatura Ms(a e/cepci!n del Co y Al) .Conocer la

temperatura Ms de cada acero tiene inters industrial3 proporciona una orientaci!n

sobre su susceptibilidad a deformarse y a#rietarse por temple (mas a#rietable

cuando menor es Ms).

2robablemente la f!rmula ms precisa es la de 4teven (corre#ida por 5rvin#)6

Ms(7C) 8 9:, ; i9$ B., a B."9 -4i$ -Cr".9$ B." a B.=-Mn y

-Mo,.B y tamao de #rano A4+M =.

En muc%os aceros la transformaci!n martensticas no es completa$ siempre a

temperatura ambiente %ay austenita retenida o austenita residual o no

transformada en Martensita. 4e calcula as6

'a 8 ,BB.e/p D;B.B,, (Ms; +)

Donde:

Ms: temperatura de inicio de transformaci!n de la Martensita

T: temperatura final de enfriamiento (+Ms)


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Fig. 2. Transformacin bajo enfriamiento continuo (acero eutectoide). Las

temperaturas de transformacin y tiempos estn desplazadas con respecto a las

curvas de transformacin isotrmica para el mismo acero VE! velocidad de

enfriamiento m"nima para producir #$$%#$ de martensita. VE& m'ima velocidad

de enfriamiento para #$$ perlita.

E! "#"$%& '"! %"()!" "* !+s ),&)i"'+'"s ("$-*i$+s '"! +$",& )"'"

,"s(i,s" +s/:

Fisminuye el alar#amiento$ de la estricci!n y la

resiliencia.

Aumenta la car#a de rotura por tracci!n$ el lmite elstico yla durea.


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El efecto del temple en sus propiedades fsicas:

a) Aumenta la densidad y la resistividad del acero.

b) Fisminuye la intensidad ma#ntica del acero.

c) &a sonoridad del acero disminuye lue#o del templado

MECANISMOS DE TEMPLE:

Muc%as variables intervienen en el mecanismo deltemple6

a) Condiciones internas de la piea que afectan la

transmisi!n de calor %acia la superficie( masa ydimensi!n de la piea)

b) &a superficie y otras condiciones e/ternas queafectan la remoci!n de calor

c) 2otencial de remoci!n de fluido de temple atemperatura y condiciones normales

d) +emperatura de austeniacion o de temple

e) +iempo de sostenimiento a la temperatura deausteniacion

f) Modo de enfriamiento o bao de temple

#) Composici!n qumica del acero


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Fig. 2.2 icrofotoraf"a de un acero con microestructura martens"ticas. Los

ranos en forma de auja es la artensita y las reiones blancas es austenita

retenida! *ue no se +a transformado durante el temple rpido nital,. #$$$-

FACTORES DE TEMPLE

+ C&()&si$i1* Es%+'& Es%,$%,+! '"! A$",&:

El - de carbono y elementos aleantes actan sobre la velocidad

de enfriamiento

El - de carbono aumenta entonces las curvas se desplaan %acia la

derec%a (mayor duraci!n de enfrentamiento).

C+!"*%+(i"*%&:

2rimera fase del tratamiento trmico

&a diferencia de temperatura que se ori#inan en secciones

variables de la piea$ es el mayor problema.


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&a conductividad trmica del acero es pequea a temperatura ba0a

#enerando tensiones trmicas.

Fig. 2.2 uestra las diferente formas como puede calentarse una pieza

de acero

La pieza se introduce a un

+orno calentado +asta la temperatura

de tratamiento

e deja *ue la pieza alcance

esta Temperatura


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El +orno se calienta +asta una

T/ por encima de la de tratamiento

La pieza! se deja calentar +astauna temperatura de austenizacin

(despus de cierto tiempo el +orno se

rad0a a dic+a temperatura).

La pieza se introduce en el

+orno frio

e calienta en el +orno a la

velocidad re*uer"a.

&re calentar un +orno a una

temperatura menor a la del

tratamiento.

e espera *ue la pieza alcance

una temperatura uniforme

e calienta! lueo! +asta la

temperatura de austenizacin.

E! %i"()& '" $+!"*%+(i"*%& '")"*'":

o Material

o *orma

o Fimensi!n de la pieao Capacidad de calentamiento del %orno.

El tiempo de calentamiento es proporcional de dimetro.

% 5&,+s 6 2789 D 273;;;;;;;.aqu F en mm.


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$ T"()",+%,+ '" As%"*io vara la

temperatura.

En #eneral6

La temperatura de austenizacin para los aceros +ipoeutectoides1

Feben de ser Ac"G 9B 4e debe de austeniar completamente porque si no$ al

enfriarse queda ferrita en la estructura.

Los aceros +ipereutectoides1

o 4e templan desde Ac,"G 9B (>o se %ace desde Acm $

porque en este caso no se debe austeniar completamente)

o &a cementita es ms dura que la Martensita por encima de

quedara completamente martenstico$ por lo que al templar sus

propiedades sern menor es.

o 4e pierde ener#a y tiempo y aumenta peli#ro de #rietas

' Ti"()& '" s&s%"*i(i"*%&:

4e supone que toda la piea debe estar a temperatura del

%orno. (Autentico)

4e empiea a contar el verdadero tiempo de sostenimiento

necesario para preparar la estructura adecuada.

El tiempo depende6

Fel #rado de disoluci!n$


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Fe los carbonos que se desee$

&a cantidad de carburo es diferente para los distintos aceros

El tiempo de permanencia depende del acero6

,. 2ara aceros ordinarios al carbono y aceros de ba0a aleaci!n$

contiene carburos (*acialmente soluble) y requiere unos minutos

se#n la f!rmula emprica6

%(i* 6 20 D72 ((. 6 2ara espesores menores de 9 mm.

%5&,+s 6 2 D720 ((. 6 2ara espesores mayores de 9 mm.

. 2ara aceros de media aleaci!n se recomienda un tiempo de 9minutos(no importa la dimensi!n)

". &os aceros para traba0os en caliente (contienen carburos que no se

desec%an %asta ,BBB ) el #rano crece rpidamente por lo que

debe limitar el tiempo.


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'elocidad de enfriamiento debe ser i#ual o superior a la

crtica de temple ('EM)

'elocidades crticas de temple varan para los aceros al carbono de

BB . &a velocidad de enfriamiento para obtener una estructura

matenstica depende de la templabilidad del acero$ del

porcenta0e y espesor de la piea.

Mayor porcenta0e de Martensita (en el estado templado) me0ores

propiedades de fati#a y de impacto se obtendrn despus

del revenido

E#ALUACION DEL PODER DE ENFRIAMIENTO

Los lquidos extraen el calor se las piezas metlicas los fluidos evalan su potencia

como enfriadores mediante varios mtodos. Los mtodos trmicos que (miden habilidad del medio para extraer calor) los

Los mtodos metalr!icos que (mide su habilidad para endurecer el acero).

M@%&'&s T@,(i$&s:

Estn las curvas de enfriamientos (se

construyen enfriando desde una temperatura

elevada)

&as curvas tpicas en la superficie y en el

centro de la piea describen los cuatro

estados de transferencia de calor$ desde un

s!lido caliente a un lquido frio.

HEtapa 21 Illamada estado inicial

de contacto con el liquidoJ dura

B., se#undos. (Efecto de la

inmersi!n es la informaci!n de

las burbu0as de vapor)$ +ambin

llamada IEtapa de enfriamiento

por capa de vaporJ se forma

una capa de vapor que rodea

piea aqu el enfriamiento es

lento por que la envoltura de

#as acta como aislante y el

enfriamiento ocurre

principalmente por radiaci!n a


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travs de la pelcula.

Etapa 31 KLEtapa de enfriamiento

por transporte de vapor LL

velocidad

ms alta de

transferencia de calor la

temperatura %a reba0ado y la

capa de vapor se rompe nuevo

liquido entra en contacto con la

piea se presenta ebullici!n el

calor se renueva como calor de

evaporaci!n no %ay peli#ro de

#rieta por que

el

acero es

todava austentico.

Etapa 41 KLEtapa de

enfriamiento por el liquido LL. &a

'elocidad de enfriamiento ms

lenta que en la anterior$ termina

cuando la temperatura es i#ual

o menor a la ebullicion

elenfriamiento ocurre por

conducci!n y convenci!n en el

lquido$ se puede formar #rieta.

M@%&'&s M"%+!,gi$&s:

El criterio para seleccionar un medio

templante es un poder de endurecedor.

&os mtodos metalr#icos son

una modificaci!n para

determinar la templabilidad se

mide enfriando un acero

estndar en diferentes fluidos.

# M"'i&s T"()!":


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Ag+: En todos los temples en los cuales laspieas no se distorsionan

e/cesivamente y no se fisuran se usa

solo en el temple de pieas simtricas

y sencillas de aceros de ba0a

templabilidad como aceros al carbono

y de ba0a aleaci!n.

S+!(",+: 4e aplica a soluciones acuosas de

sales como cloruro sodio o cloruro de

calcio con aditivos especiales e

in%ibidores de la corrosi!n velocidad

de enfriamiento en ms alta que la del

a#ua y requiere menor control.

A$"i%"s:

4e tilia para aceros alta

mente aleados

n Aceite de temple rpido tiene

aditivos que alteran sus

caractersticas de enfriamiento.

n Aceite de temple rpido$ tiene

menor viscosidad y contiene aditivos

velocidad de enfriamiento ms rpido.


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g C+!$!& '"! V&!("* '"! M"'i& '" T"()!":

&a piea de acero al ser calentado desde la temperatura inicial$ +i(temperatura

ambiente) %asta temperatura de austeniacion +f $ tendr una ener#a calorfica6

8 MCp(+fN +i )(,)

Fonde6

M6 Masa de acero

Cp6 Calor especifico del acero

Esta ener#a calorfica es cedido al lquido (medio de temple) de densidad I J P calor

especifico Cm. 4i el incremento de temperatura es Q+. Entonces el lquido %abr absorbido u

ener#a calorfica ( absorbido) as6

absorbido8 mliquido Cm Q+ ..()

Como 6

mliq8 'liq Rliq..(")

Seemplaando (") y () se tiene6


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absorbido8 'liquido RliqCm Q+ ..(


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transmisi!n para transferir la fuera desde un diferencial central$ un tubo de transmisi!n o un transe

las ruedas.

En los ve%culos con motor delantero y propulsi!n trasera$ %ace falta un e0e de transmisi!n ms lar#

para trasladar la fuera a lo lar#o del ve%culo. Vay dos sistemas principales6 El tubo de empu0e$ co

una 0unta universal$ y el accionamiento Votc%Wiss$ con dos o ms 0untas. Este sistema fue conocido

como el sistema 2an%ard despus de que la compaa de autom!viles$ 2an%ard et &evassor lo

patentara.

&os primeros autom!viles usaban a menudo mecanismos de transmisi!n de cadena o de correa an

que un rbol de transmisi!n. Al#unos usaban #eneradores elctricos y motores para transmitir la fue

a las ruedas.

El trmino Idrives%aftJ en in#ls americano se refiere a cualquier e0e que transmite el par motor a la

ruedas. En in#ls britnico$ sin embar#o$ Idrives%aftJ se referira al e0e transversal$ especialmente e

delantero$ que transmite la potencia a las ruedas. Al que conecta la ca0a de cambios con el puente

trasero$ se le llamara Ipropeller s%aftJ. *inalmente$ el trmino I%alfs%aftJ se refiere a un palier osemirbol de transmisi!n.


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IV. EUIPO Y MATERIALES:

MATERIALES:

B, 2robeta del Acero A545


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V. PROCEDIMIENTO:

2reparaci!n de las probetas del acero A545


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4e de0a enfriar por un tiempo prudencial retirar las probetas de los

recipientes donde se reali! el temple de los aceros A545


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"* +$"i%"

ACERO TRATAMIENTO DUREAROCELL C DUREA BRINELL

AISI 4340 +emple en aceite 9


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VII. CUESTIONARIO:

,. 4uperponer las curvas de enfriamiento sobre el dia#rama +++ para cada

acero. Comente los resultados microestructurales te!ricos con los prcticos.

F5A \ SAMA4 FE E>* S 5A M 5E > + O CO> + 5> O6 ( + EC)

A$",& AISI 20 E*#,i+(i"*%& $&*%i*& "* +$"i%"

4e puede apreciar que la fases estable en el acero A545


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A$",& AISI 440 %&(+'& )+,+ "! "" '" %,+*s(isi1*:

.

4e puede apreciar que las fase estable para el e0e de transmisi!n

templado en aceite se#n el dia#rama del acero A545


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. Fefina qu es rapide crtica de enfriamiento ('EM)

&a Curva de enfriamiento =$ que es tan#ente a la nari o rodilla es la rapide

critica de enfriamiento apro/imada (SEC ! 'EM) para este acero (Eutectoide).

Cualquier rapide de enfriamiento menor que la indicada cortara a la curva arriba

de la nari y formara al#n producto de transformaci!n ms blando$ en tanto que

cualquier rapide de enfriamiento mayor a la ilustrada formara solo Martensita.

Con bases en sus rapideces crticas de enfriamiento se pueden comparar

diferentes aceros.


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". ]Cules son los factores que influyen en la rapide crtica de enfriamiento^

&os factores que influyen en la rapide crtica de enfriamiento son6

Composici!n tanto el porcenta0e de carbono como la presencia de los distintos aleantes

influyen en la rapide crtica. 2or otro lado se puede considerar tambin a la estructura del

acero as como la temperatura de austeniaci!n que se emplea se#n el tipo de acero.


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$. V&!("* '" +$"i%" *"$"s+,i& )+,+ "! "" '" %,+*s(isi1*

Vaceite=

MCp(TfTi)

aceiteCaceiteT

Vaceite=17.6460(90025)0.921674,726

Vaceite=766.30 cm3

9. Calcular el - de austenita residual si es que lo %ay.

P+,+ "! AISI 4340:

'a8 ,BB.e/p D;B.B,,(M4N +)

'a8 9.=, -

P+,+ "! "" '" %,+*s(isi1*:

'a8 ,BB.e/p D;B.B,,(M4N +)

'a8 .=" -


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F&%&(i$,&g,+#/+:

E" '" T,+*s(isi1*:

a)

b)

F&%&(i$,&g,+#/+ + :Microestructura perteneciente a un e0e de transmisi!n. +ratamientotrmico6 +emple en aceite. Furea6 9". VSC. Ataque qumico6 >ital "- por B se#. 4e

puede observar como fase estable a la martensita tipo cinta caracterstico de un acero A545


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A$",& AISI 4340

a)

b)

F&%&(i$,&g,+#/+ + :+ratamiento trmico6 +emple en aceite. Furea6 9ital "- por B se#. 4e observa como fases estable a la martensita y no %ay

presencia de austenita retenida. Aumentos6 a) 9BB/ b) ,BBB/

VIII. DISCUSION DE RESULTADOS

,. En la recta de enfriamiento del templado en aceite para el acero A545


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.2ara el caso del acero del e0e de transmisi!n utiliamos el dia#rama del acero A545


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. 4e constat! que a mayor velocidad de enfriamiento$ se obtendr un mayor

porcenta0e de martensita con un mnimo de austenita retenida.

".4e conocieron los mecanismos y medios de temple adecuado para los aceros A545

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