ANÁLISIS DE LAS DIFERENCIAS ENTRE LA TENSIÓN DE UN...
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ANÁLISIS DE LAS DIFERENCIAS ENTRE LA TENSIÓN DE UN ACERO ASTM 572 HABITUAL Y SOMETIDO A LOS TRATAMIETOS TÉRMICOS DE CRIOGENIA TEMPLE Y REVENIDO A ALTAS TEMPERATURAS AUTOR: JEFFERSON LEANDRO HERRERA BERNAL Trabajo de grado para obtener el título de INGENIERO MECÁNICO DIRECTOR: ING. CARLOS ARTURO BOHÓRQUEZ ÁVILA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA PROYECTO CURRICULAR DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C. 2019
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ANÁLISIS DE LAS DIFERENCIAS ENTRE LA TENSIÓN DE UN ACERO ASTM 572
HABITUAL Y SOMETIDO A LOS TRATAMIETOS TÉRMICOS DE CRIOGENIA
TEMPLE Y REVENIDO A ALTAS TEMPERATURAS
AUTOR:
JEFFERSON LEANDRO HERRERA BERNAL
Trabajo de grado para obtener el título de
INGENIERO MECÁNICO
DIRECTOR:
ING. CARLOS ARTURO BOHÓRQUEZ ÁVILA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
PROYECTO CURRICULAR DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C.
2019
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CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................. 5
2. JUSTIFICACIÓN .................................................................................. 6
3. MARCO DE REFERENCIA ................................................................. 7
3.1. Antecedentes ................................................................................................ 7
3.2. Acero ASTM A-572 ..................................................................................... 13
3.3. TRANSFORMACIÓN DE FASE .................................................................. 15
3.4. TRATAMIENTOS TERMICOS ..................................................................... 16
3.4.1. Etapas de tratamiento térmico ........................................................... 16
3.4.2. Tipos de tratamientos.......................................................................... 17
3.4.2.1. Temple............................................................................................ 17
3.4.2.2. Revenido ........................................................................................ 17
3.4.2.3. criogenia.......................................................................................... 18
3.5. CONSTITUYENTES DE LOS ACEROS ...................................................... 19
3.5.1. FERRITA ............................................................................................... 19
3.5.2. MARTENSITA ....................................................................................... 19
3.5.3. PERLITA ............................................................................................... 20
3.6. ANALISIS METALOGRAFICO .................................................................... 21
3.7. MANGANESO EN LOS ACEROS ............................................................... 22
3.8. ACEROS DUAL PHASE .............................................................................. 24
3.9. PRUEBA DE MICRODUREZA .................................................................... 25
3.9.1. Procedimiento de la prueba ................................................................... 27
3.10. PRUEBA DE MICRODUREZA ................................................................. 28
3.11. MICROSCOPIA ELECTRONICA DE BARRIDO (MEB) ........................... 30
4. OBJETIVOS ....................................................................................... 32
4.1. General ........................................................................................................ 32
4.2. Específicos ................................................................................................. 32
5. MARCO NORMATIVO ....................................................................... 33
6. SELECCIÓN MATERIAL................................................................... 34
3
7. METODOLOGIA ................................................................................ 35
8. PREPARACIÓN DE PROBETAS ..................................................... 36
8.1. Compra del material ..................................................................................... 36
8.2. Fabricación de probetas ............................................................................... 36
9. INGENIERÍA DE PROYECTO ........................................................... 38
9.1. Calculo de temperaturas intercríticas ........................................................... 38
9.1.1. Temperatura intercrítica AC1 ................................................................. 39
9.1.2. Temperatura intercrítica AC3 ................................................................. 39
9.1.3. Temperatura de temple ......................................................................... 39
9.1.4. Temperatura de revenido(Ms) ............................................................... 40
9.1.5. Temperatura de criogenia ...................................................................... 40
9.1.6. Secuencia de tiempos de revenido ........................................................ 40
9.2. Prueba de Tensión ....................................................................................... 42
9.3. Análisis de tensión ....................................................................................... 46
9.4. Metalografía ................................................................................................. 47
9.5. Porcentajes de fases .................................................................................. 53
9.6. MEB ............................................................................................................. 56
9.7. Microdureza..................................................... ¡Error! Marcador no definido.
9.8. Análisis Final y discusión ............................................................................. 63
10. CONCLUSIONES .............................................................................. 70
BIBLIOGRAFIA ....................................................................................... 71
4
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1: Microdureza vs Tiempo de sostenimiento. ........................................... 10
Ilustración 2:Microestructura acero a-572 gr 50.. ...................................................... 11
Ilustración 3: Influencia del manganeso en las propiedades mecánicas de los aceros..
.................................................................................................................................. 12
Ilustración 4: Muestra esquemática de la ferrita y Martensita. ................................... 24
Ilustración 5: Esquema del indentador para ensayos de microdureza. ..................... 29
Ilustración 6: paso a paso de la metodología de investigación del proyecto ............. 35
Ilustración 7: Platina Base de 4” en A572.................................................................. 36
Ilustración 8: Probeta de ensayo. .............................................................................. 36
Ilustración 9. Esquema para los tratamientos térmicos de revenidos realizados ...... 41
Ilustración 10: Prueba de tensión probetas tipo A. .................................................... 42
Ilustración 11: Prueba de tensión probetas tipo B. .................................................... 42
Ilustración 12:Prueba de tensión probetas tipo C. ..................................................... 43
Ilustración 13: Prueba de tensión probetas tipo D. .................................................... 43
Ilustración 14:Prueba de tensión probetas tipo E. ..................................................... 44
Ilustración 15: Prueba de tensión probetas tipo F. .................................................... 44
Ilustración 16:Prueba de tensión conjunta................................................................. 45
Ilustración 17:porcentaje de variación ....................................................................... 46
Ilustración 18: microdurezas ...................................................................................... 62
5
1. INTRODUCCIÓN
Para diferentes aplicaciones en el campo de la ingeniera, el conocimiento de nuevos
materiales, de nuevos métodos alternativos de fabricación usados para aumentar las
propiedades mecánicas de algún material o distintas maneras de realizar tratamientos
térmicos, son cada vez más pedidos, debido a su utilidad y posibilidades de adaptación
a mayores entornos donde un material común fallaría o tendría bastantes limitaciones.
Para lograr esto, el presente trabajo tiene como intención mostrar la variación de las
propiedades mecánicas del material ASTM 572 bajo la influencia de temple, criogenia
y revenido a bajas temperaturas. Además de proponer las posibles distintas
aplicaciones.
Con lo anterior se quiere hacer las diferentes pruebas y ensayo, y con estas se
pretende mostrar las mejoras resultantes al material en cuestión.
Es allí donde el papel de este trabajo cobra importancia, debido a que en el mismo se
muestran los objetivos junto con la justificación que ayudan a entender y contextualizar
el porqué del anteproyecto. Además, se desarrolla con gran detalle un marco teórico
y un estado del arte. Por último, pero no menos importante se presentan una
metodología, cronograma y presupuesto que dejan ver la trascendencia del trabajo a
desarrollarse.
6
2. JUSTIFICACIÓN
Se prentende incitar, con el presente trabajo de grado, la necesidad de buscar
determinandas propiedades en los aceros, especialmente del acero A572, accediendo
a favorecer el perfeccionamiento de la técnica de criogenización profunda como
tratamiento térmico, ya que es una tecnología que actualmente esta en constante
desarrollo, ofreciendo asi variedad de posibilidades para lograr un desarrollo constante
e innovación para los metales. Esto ha demostrado una mejora en las propiedades
mecánicas para los metales, esta es la razón por la cual se esta convertiendo en un
tratamiento térmico de alta demanda para la industria. Adicionalmente, el mercado
esta cruzando fronteras, expandiendo el uso de esta tecnologia en todo el mundo
como método para preservar muestras orgánicas, por ende la fabricación de estos
equipos va en ascenso y así mismo, la necesidad de mejorar sus prestaciones en
cuanto a propiedades mecánicas se refiere esta en aumento, adaptar y mejorar estos
equipos hace que así mismo funcione muy bien en condiciones adversas.
7
3. MARCO DE REFERENCIA
3.1. Antecedentes
El artículo “Comportamiento mecánico y microestructura de aceros doble fase”
realizado en el 2001 realizado por el señor Carlos Javier Lizcano, hizo una
caracterización de las propiedades mecánicas de dos nuevas familias de aceros
aleados al silicio y al manganeso, así como el desarrollo de un modelo predictivo de
las propiedades mecánicas en función de la microestructura del acero.
Dos familias de 5 aceros al Si-Mn fueron producidas, una de 0 a 2% de Si y otra de 0
a 2 % de Mn. La fusión del acero se llevó a cabo en un horno de inducción de 1.2 Ton
y la laminación de los lingotes a barras redondas de 20 mm de diámetro en un tren de
laminación compuesto de un molino de desbaste trío y un molino cross country.
Maquinó las probetas redondas según el estándar ASTM E-8 de 12.7 mm de diámetro
para ensayos de tensión y fueron sometidas a tratamiento térmico de templado
intercrítico en agua; en cuatro niveles de temperatura, distribuidos en forma
proporcional entre Ac1 y Ac3. Para el análisis metalográfico lo llevó a cabo con ataques
de Nital para medir el tamaño de grano ferrítico y con Le Pera para medir las fases
presentes. Por otro lado, el análisis de endurecimiento por deformación de las curvas
σ-ε mostró que el análisis de Crussard-Jaoul modificado se ajusta a las diferentes
etapas de endurecimiento de estos aceros. Es posible explicar las variables
mecánicas, como σ y ε, a través de la aplicación de la ley de las mezclas de fases
metalográficas.
Contrario a lo esperado la resistencia mecánica de los aceros al silicio no es función
de la fase blanca ni del contenido de Si, este resultado debe ser revisado, sobre todo
8
el análisis cuantitativo metalográfico. Sin embargo, en los aceros al manganeso sí se
muestra una influencia de la fase blanca y del contenido de Mn sobre σk1 y σu.1
El artículo “Propiedades mecánicas y caracterización microestructural de
diferentes aceros dual-phase” realizado en el año 2008 por los autores Hernán
Lorusso Et al, Estudiaron las transformaciones de fase y las propiedades mecánicas
de aceros DP, obtenidos a partir de chapa fina de diferentes materiales: acero al C-
Mn, acero microaleado al Ti-Nb y acero microaleado al Nb.
Estudiaron tres aceros en chapa fina de 1 mm de espesor, dos de ellos microaleados
y uno convencional al C-Mn. Determinaron la composición química de los tres
materiales base que emplearon y analizaron las transformaciones de fase mediante
dilatometría (DA), para cada caso, determinándose las temperaturas críticas superior
e inferior.
Realizaron barridos de tratamientos térmicos en el rango de temperaturas AC1-AC3
para obtener diferentes grados de aceros DP, en función de la fracción de martensita
transformada, para cada material base. Luego hicieron la caracterización
microestructural mediante microscopía óptica (LM) y electrónica de barrido (SEM),
realizando la cuantificación microestructural.
Determinaron finalmente la microdureza Vickers (HV) y obtuvieron las propiedades en
tracción, para cada caso. A partir de los resultados obtenidos discutieron el efecto del
material base en la evolución microestructural y en las propiedades mecánicas de los
aceros DP obtenidos, analizando los mecanismos involucrados en cada caso.2
El artículo “Influencia en el tratamiento térmico de temple desde temperaturas
Inter críticas en las propiedades de tensión, impacto, tenacidad de fractura y
coeficiente de endurecimiento del acero (DP) SAE 1045” realizado en el año 2013,
1 C. LIZCANO; (2001); “COMPORTAMIENTO MECÁNICO Y MICROESTRUCTURAL DE ACEROS DOBLE FASE”.
Universidad Autónoma de nuevo León 2 H. LORUSSO; A. BURGUEÑO; H. SUOBOBA; (2008); “PROPIEDADES MECÁNICAS Y CARACTERIZACIÓN
MICROESTRUCTURAL DE DIFERENTES ACEROS DUAL-PHASE”. Facultad de Ingeniera. Universidad de Buenos Aires
9
por los señores Edwin Libardo Vásquez y Diego Alexander Barrera estudiaron la
influencia de los tratamientos térmicos de doble fase (DP) en un acero AISI/SAE 1045
observando la influencia en sus propiedades mecánicas tales como su resistencia a la
tracción, límite de elasticidad, ductilidad y dureza. Las condiciones de trabajo
planteadas fueron cinco temperaturas diferentes (730°C, 745°C, 760°C, 775°C y
790°C), las cuales estuvieron comprendidas en la zona limitada por las líneas de
temperatura Ac1 (725°C) - Ac3 (800°C) del diagrama hierro carbono y la exposición
de las probetas al tratamiento térmico de temple, comparando sus propiedades con el
material sin tratamiento, con ensayos de tensión, impacto y tenacidad a la fractura.
Determinaron que para poder producir un acero de doble fase (DP) en donde las
propiedades mecánicas cambian (mejora su comportamiento en condiciones de
trabajo) es importante controlar con precisión las variables de temperatura y tiempo
las cuales intervienen en la fase de calentamiento y enfriamiento de la aplicación del
tratamiento térmico del temple en agua, debido a que pequeñas variaciones en estas
variables pueden modificar notablemente los resultados en el acero AISI/SAE 1045 y
por ejemplo dar lugar a distorsiones en la matriz inducidas por el enfriamiento; en
donde se quiere que haya únicamente presente microestructuras de ferrita y
martensita y con la menor presencia de otros constituyentes o de contaminantes3
El artículo “Análisis ultrasónico y microestructural del acero ASTM A-572 grado
50, tratado térmicamente por temple a temperaturas 900°c, 950°c y 1000°c”
realizado en el año 2014 por el autor Juan Carlos Díaz, donde realizaron un análisis
ultrasónico y microestructural en el acero estructural A-572 GR 50, después de realizar
un tratamiento térmico de temple a temperatura superior de la temperatura critica Ac3
ha distintos intervalos de tiempo. Los parámetros seleccionados fueron de tres
temperaturas distintas (900 °C, 950°C y 1000 °C), a tiempos de 1, 2 y 3 horas, que,
3E. VASQUEZ; D. BARRERA; (2013); “INFLUENCIA EN EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE TEMPLE DESDE
TEMPERATURAS INTERCRÍTICAS EN LAS PROPIEDADES DE TENSIÓN, IMPACTO, TENACIDAD DE
10
por medio de análisis metalográfico, ensayos de ultrasonido y ensayos de microdureza
determinaron la microestructura del material.
Donde concluyeron que la tendencia de la dureza en los distintos tratamientos
ejecutados al material es decreciente al aumento de la temperatura como el tiempo de
sostenimiento, debido al incremento del tamaño de grano y al aumento de austenita
retenida obtenida en la microestructura del material como se muestra en la figura 1.4
Ilustración 1: Microdureza vs Tiempo de sostenimiento.4
El artículo “Caracterización metalográfica y evaluación de las propiedades
mecánicas de tracción e impacto del acero ASTM A 572 GR 50” realizado en el
año 2006 por las investigadoras María Villareal y Claudia Carreño, hicieron una
investigación con el objetivo de determinar la influencia de la variación de la
composición química del acero estructural ASTM A 572 GR 50, sobre las propiedades
mecánicas del mismo, en dónde se realizó la caracterización metalográfica del
material y se sometieron a ensayos destructivos. Para el estudio los autores emplearon
probetas de 3 coladas distintas distribuidas por la empresa ACASA y una importada,
donde cada muestra tenía diferentes porcentajes de carbono y de manganeso como
se muestra en la Tabla 1.
4 FRACTURA Y COEFICIENTE DE ENDURECIMIENTO DEL ACERO (DP) SAE 1045”. Facultad de Ingeniera. Universidad Libre de Colombia.
11
TABLA 1. Composición química de diferentes coladas del acero A-572
GR505
Al realizar el análisis metalográfico de los aceros en estudio, observaron que, para
todos los casos, el material presentaba una microestructura compuesta por colonias
de perlita y ferrita como se muestra en la figura 2.
Ilustración 2:Microestructura acero a-572 gr 50. Aumento a 500 x, ataque Nital al
2%.1) Perlita, 2) Ferrita y 3) Partículas de precipitado.6
Al terminar los ensayos destructivos concluyeron que la probeta con mayor porcentaje
de manganeso y bajo carbono presenta menor temperatura de transición dúctil - frágil,
lo que ratifica que dichos elementos producen las variaciones más significativas en
dicha temperatura.7
5 DIAZ, Juan. ANÁLISIS ULTRASÓNICO Y MICROESTRUCTURAL DEL ACERO ASTM A572 GRADO 50,
TRATADO TÉRMICAMENTE POR TEMPLE A TEMPERATURAS 900 °C, 950 °C Y 1000°C. Colombia, 2014.
Universidad libre de Colombia
6 CARREÑO, Claudia. VILLARREAL, maría. CARACTERIZACIÓN METALOGRÁFICA Y EVALUACIÓN DE
LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE TRACCIÓN E IMPACTO DEL ACERO ASTM A 572 GR 50.
7HIGUERA, óscar. TRISTANCHO, José. FLOREZ, Luis. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LOS ACERO
AUSTENÍTICOS AL MANGANESO (ACEROS HADFIELD)
12
En el artículo “Fundamentos teóricos de los aceros al manganeso (Aceros
Hadfield)” realizado en el 2007, realizado por los señores Oscar Higuera, José
Tristancho y Luis Flórez, analizaron el efecto de algunos elementos sobre las
propiedades mecánicas de los aceros, dentro de lo cual caracterizo tres categorías
para las cuales las estableció según como se disuelven en la ferrita, los que entran en
la ferrita y que forman carburos estables y finalmente los que sólo forman carburos.
Dentro de lo que nos interesa, elementos como el carbono y el manganeso, arrojaron
como resultados interesantes para tener en cuenta, como por ejemplo que el
manganeso afecta en una proporción pequeña la resistencia a la fluencia de los aceros
austeníticos, esto respaldado en pruebas de tensión, resistencia ultima y cálculo de la
ductilidad. Por otro lado, comprobaron que el manganeso disminuye las velocidades
críticas de enfriamiento durante el temple; con más de un 3%Mn, el enfriamiento al
aire produce estructuras bainitica y, si el contenido es mayor estructuras Martensítica;
de ahí que su efecto sobre la templabilidad sea mayor que el de otros aleantes
comunes8
Ilustración 3: Influencia del manganeso en las propiedades mecánicas de los aceros. Tomado
de: ASM Handbook Volumen 1. Properties and Selection: Irons, Steels and High performance
alloys.ASM International 1990.
INFLUENCIA DEL TIEMPO DE REVENIDO EN LA RESISTENCIA AL DESGASTE
ABRASIVO DE UN ACERO AISI 1020 TEMPLADO DESDE TEMPERATURAS
INTERCRITICAS SEGUIDO DE UN TRATAMIENTO CROGENICO Por Camilo
8 MANUAL AHMSA. ''Manual de diseño para la construcción con acero''.
13
Guerrero, Fernando Salazar. Se buscó determinar la influencia de los tratamientos de
temple-criogenia y revenido en la resistencia al desgaste de una probeta de acero
1020, se trataron las probetas por grupos a 740ºC y 780ºC, expuestas por 1 hora y
enfriadas con aceite y con agua. Se sometieron a tratamiento criogénico durante 24
horas y luego se revinieron a 360ºC durante 15,30, 45 y 60 minutos respectivamente.
Se determinó que la dureza de las probetas que se templaron con aceite eran menos
duras que las templadas en agua, sin embargo, se observa un ligero aumento en la
dureza al realizar el tratamiento criogénico. Además, se encuentra que hay un
aumento mínimo de la resistencia al desgaste en las probetas templadas en agua,
pero no se consideró significativo con respecto al grupo de probeta en estado de
entrega.
ACERO A-572: Designación ASTM A572 GR50:
es un acero al vanadio-niobio de alta resistencia que posee mayor resistencia que el
acero al carbón, Dúctil, duro y resistente a la fatiga, posee buenas prestaciones
estructurales a un bajo costo. Se produce en grados 42, 50, 60 y 65. El grado
representa el limite elástico en ksi. El más común de ellos es el grado 50. Los grados
más bajos se utilizan para estructuras atornilladas, remachadas o soldadas, y el grado
más alto se utiliza para la construcción de puentes y otras estructuras más complejas.
Su uso está más expandido en la construcción de puentes, ya que tiene una
resistencia desde 50000 psi Hasta 65000 psi en el límite de fluencia y tiene una
resistencia a la tracción de 60000 psi hasta 80000 psi dependiendo del grado. El acero
a572 posee la siguiente composición química dependiendo del grado.9
3.2. Acero ASTM A-572
El acero es una aleación hierro carbono, donde el porcentaje de carbono varía entre
0,03% y el 2,14%. La variación de este porcentaje provee de ciertas características y
propiedades al material, de tal forma que existe gran variedad de aplicaciones a la
9 http://hdl.handle.net/11349/6892
14
cuales se puede someter. Este es el caso de los aceros utilizados en la construcción
de estructuras o también conocidos como aceros estructurales, estos materiales
tienen una composición de hierro del 98% y contenido de carbono inferior al 1%, que
combinados con otros elementos proporcionan una alta resistencia mecánica.10
El acero estructural ASTM A-572 estandarizada por la norma ASTM (AMERICAN
SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS), define este acero con alta resistencia y
baja adición de microaleantes niobio- vanadio, lo que lo hace más seguro en su
comportamiento mecánico, en comparación con los aceros al carbono comúnmente
utilizados. El mayor impacto que tiene este tipo de acero en la industria es la reducción
de costo de fabricación.
Según la norma establecida para este tipo de acero se abarca una especificación para
trabajar en 5 grados diferentes, los cuales son 42, 50, 55, 60 y 65. Los cuales los tres
primeros (42, 50, 55) son empleados para construcciones remachadas, atornilladas o
soldadas; los últimos dos (60, 65) son empleados para la construcción de puentes
remachadas o soldadas.9
La composición química para el acero A-572 para los 5 grados maneja los siguientes
rangos o porcentajes establecidos por la norma como se muestra en la Tabla 2.
10 NORMA ASTM A 572/ 572 M-1.
15
TABLA 2. Composición química para los diferentes grados del acero A-572
establecidos por la norma ASTM.8
Las propiedades mecánicas según la norma para el acero A-572 para los 5 grados
se muestran en la tabla 3.
TABLA 3. Propiedades mecánicas del acero A-572 según sus
grados.9
3.3. TRANSFORMACIÓN DE FASE
“En los tratamientos de los metales se producen una gran variedad de
transformaciones de fase, que representa alguna alteración de la microestructura.
Estas transformaciones se dividen en tres categorías.
en un grupo se reúnen las trasformaciones que son simples difusiones: no cambia
ni el número ni la composición de las fases presentes. Son ejemplos de ellas la
solidificación de un metal puro.
El otro tipo de transformaciones depende de la difusión hay alteración en las
composiciones de fases, y a veces en el número de fases. La reacción eutectoide
16
El tercer tipo de transformación es sin difusión y se forma una fase metaestable. La
transformación martensitica.” (CALLISTER, Jr., 1995,p.304)
“La mayoría de los metales sólidos presentan dos o más fases que complican la
estructura pero, que a su vez, le dan muchas propiedades útiles e interesantes. El
hierro, el acero y el hierro fundido son ejemplos típicos de sólidos polifásicos o
alotrópicos. Las transformaciones de fase son cambios en la naturaleza de la fase o
en el número de fases, como el resultado de la variación de condiciones de
enfriamiento, todas estas modificaciones tienen su origen en la estructura inicial de
acero, de su composición y de la temperatura desde la cual se realiza el tratamiento
3.4. TRATAMIENTOS TERMICOS
Es el conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento a que son sometidos
los aceros, con el objetivo de alterar sus propiedades o conceder características
determinadas. Los fines generales de los tratamientos son el aumento o disminución
de la dureza, mejorar la resistencia al desgaste, aumento de la resistencia mecánica,
etc.11
3.4.1. Etapas de tratamiento térmico
Para tratar térmicamente un material se debe proceder a hacer los siguientes pasos
que permitirán que el procedimiento se haga de manera correcta.
Precalentamiento: Esta fase del proceso lo que hará es calentar el material
trabajado previamente mientras se logra llegar a la temperatura deseada, esto
dependerá directamente del horno o mufla en el que se está trabajando.
Permanencia de la temperatura deseada: Ya con la temperatura indicada en
el equipo, se debe establecer el tiempo al cual se va a someter el material a
dicha temperatura. Se debe tener en cuenta un tiempo de alrededor de 2 minutos
por milímetro de espesor como permanencia mínima.
11 A. Forero Mora, METALURGIA PRÁCTICA, 4ta Edición, Bogotá: Universidad Nacional de Colombia (Sede
Bogotá), 2010.
17
Enfriamiento: Como su nombre lo indica es la fase en la cual posterior a cumplir
el tiempo de permanencia de la temperatura de TT (tratamiento térmico), se
enfría el material trabajado, y este dependerá del tipo de tratamiento al cual se
está sometiendo. En algunos casos se manejan enfriamientos en agua, aceite,
agua-sal, o simplemente aire.12
3.4.2. Tipos de tratamientos
Los tratamientos térmicos que se manejan normalmente en los materiales a nivel
industrial son el temple, revenido, recocido y normalizado. A continuación, se darán
ciertas características de los TT (tratamiento térmico), trabajados en este proyecto.
3.4.2.1. Temple
El temple es un tratamiento térmico que permite aumentar la dureza y resistencia
mecánica de los aceros. El temple como todos los tratamientos térmicos, es un
proceso de calentamiento y enfriamiento, realizando este último con una velocidad
mínima denominada crítica de temple. El fin que se pretende generalmente en este
ciclo es transformar toda la masa de acero con el calentamiento en austenita y
después, por medio de un enfriamiento suficientemente rápido ya sea con agua o
aceite, convertir la austenita en martensita
3.4.2.2. Revenido
Es un tratamiento complementario del temple, que generalmente sigue a éste. Al
conjunto de los dos tratamientos también se le denomina "bonificado". El tratamiento
de revenido consiste en calentar al acero después de normalizado o templado, a una
temperatura inferior al punto crítico, seguido de un enfriamiento controlado que puede
12 TRATAMIENTOS TÉRMICOS PROTOCOLO – Escuela colombiana de ingeniería.
18
ser rápido cuando se pretenden resultados altos en tenacidad, o lento, para reducir al
máximo las tensiones térmicas que pueden generar deformaciones.
Los factores que influyen en el revenido son los siguientes: la temperatura de revenido
sobre las características mecánicas, el tiempo de revenido (a partir de un cierto tiempo
límite la variación es tan lenta que se hace antieconómica su prolongación, siendo
preferible un ligero aumento de temperatura de revenido), la velocidad de enfriamiento
(es prudente que el enfriamiento no se haga rápido) y las dimensiones de la pieza (la
duración de un revenido es función fundamental del tamaño de la pieza por cada
25mm de espesor o diámetro).
Es muy importante aclarar que con la realización del proceso de Revenido no se
eliminan los efectos del Temple, solo se modifican, ya que se consigue disminuir la
dureza y tensiones internas para lograr de esta manera aumentar la tenacidad.13
3.4.2.3. criogenia
Las fuentes bibliográficas consultadas debaten la importancia y la verdadera mejora
de las propiedades mecánicas de un acero sometido a un tratamiento criogénico. El
ciclo consiste en bajar lentamente (-2.5 ˚C/min) la temperatura del acero desde
temperatura ambiente a la temperatura del nitrógeno líquido. Se sumerge el material
en el nitrógeno líquido cuando alcanza aproximadamente los -196 ˚C (77 K), se
expone, generalmente, por un tiempo de 24 horas Al cumplir el tiempo se retira del
baño y se deja calentar a temperatura ambiente. (ASM INTERNATIONAL, 1991).
Existen dos fuertes teorías a las que se le atribuye los efectos del tratamiento
criogénico. La primera de ellas expone que al someter el acero a este ciclo la austenita
retenida en el temple se transforma en ferrita, muchos autores recomiendan utilizar
este tratamiento seguido del temple y antes del revenido. La segunda teoría atribuye
13 TRATAMIENTOS TERMICOS. TRIPOD.
19
los efectos de la criogenia a la precipitación de carburos submicroscopicos, estos
también permitirían la reducción de tensiones internas en la martensita.
3.5. CONSTITUYENTES DE LOS ACEROS
Existen distintos tipos de transformaciones en los aceros que están conformados en
su gran mayoría por constituyentes que básicamente se encargan de darle a estos
sus características finales, para su posterior aplicación. Dichos constituyentes pueden
variar según sus formas, tamaños y composición, lo que los hace diferenciarse,
cuando se logra observar la microestructura del material trabajado. Dentro de los
constituyentes encontramos los siguientes: Ferrita (Hierro puro), Austenita,
Martensita, Perlita, Bainita, Cementita, entre otros.
3.5.1. FERRITA
La ferrita es el constituyente más blando y dúctil de los aceros. Se considera como
hierro puro y cristaliza en una estructura BCC (red cubica centrada en el cuerpo). Las
propiedades que presentan estas constituyentes son: resistencia a la ruptura de 28
kg/mm2, llegando a una elongación del 35 al 40%, con una dureza de 95 Vickers.14
3.5.2. MARTENSITA
La martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro alfa. Se
obtiene por enfriamiento muy rápido de los aceros, una vez elevada su temperatura lo
suficiente para conseguir su constitución austenítica. La martensita se presenta en
forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal en lugar de cristalizar en la red cúbica
centrada, que es la del hierro alfa, debido a la deformación que produce en su red
cristalina la inserción de los átomos de carbono.
La dureza de la martensita puede atribuirse precisamente a la tensión que produce en
sus cristales esta deformación de la misma manera que los metales deformados en
14 CEROS: ALEACIONES HIERRO-CARBONO. Universidad Autónoma de Madrid.
20
frío deben a los granos deformados y en tensión el aumento de dureza que
experimentan. Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros.
La proporción de carbono de la martensita no es constante, sino que varía hasta un
máximo de 0,89%, aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el
contenido de carbono. Su dureza varía de 50 a 68 Rockwell-C; su resistencia
mecánica, de 175 a 250 kg/mm2, y su alargamiento de 2,5 a 0,5%15
3.5.3. PERLITA
La perlita aparece en granos denominados "colonias"; dentro de cada colonia las
capas están orientadas esencialmente en la misma dirección y esta dirección varía de
una colonia a otra. Las capas delgadas claras son de ferrita, y la cementita aparece
como capas delgadas más oscuras. La mayoría de las capas de cementita son tan
delgadas que los límites de fases adyacentes no se distinguen.
La perlita puede aparecer de 2 formas distintas:
Forma laminar: Son láminas alternadas de las 2 fases que forman el
constituyente bifásico. El espacio interlaminar puede ser variable, dependiendo
de las condiciones de obtención de ese acero. Cuanto más fina sea la estructura,
menor espacio interlaminar y presentará mayor dureza. Esto hace que las
propiedades mecánicas puedan variar sus valores, es decir, las propiedades
antes citadas son valores promedio.
Forma Globular: Sobre una matriz ferrítica aparecen unos glóbulos de
cementita, para obtener este tipo de estructura, que es menos dura y resistente.
Esta estructura se busca para ablandar un acero que va a ser mecanizado.
La perlita se ataca con el Nital, que ataca a una de las dos fases porque hay diferencia
de potencial electroquímico entre ambas fases, lo que provoca un ataque selectivo a
15 ALBA DOPICO, 2006. MATERIALES: Martensita.
21
una de las fases que suele ser la ferrita de forma que la cementita aparece oscurecida.
En la estructura globular sólo es atacada la ferrita que está junto al borde de los
glóbulos de cementita.16
3.6. ANALISIS METALOGRAFICO
El análisis metalográfico tiene como objetivo estudiar las características
microestructurales que presentan los metales y sus aleaciones. Con esto es factible
establecer el tamaño y el tipo de estructura del grano o constituyente que presenta la
muestra. Para así asociarla a las propiedades físico, químicas y mecánicas del
material.Para realizar el estudio con resultados confiable es necesario elaborar una
adecuada preparación de las muestras, las cuales deben tener una superficie
totalmente plana y especular, seguido de un ataque químico.
Para la preparación de las probetas para el análisis metalográfico se dividen en los
siguientes pasos.
Toma de muestras: Para este paso es necesario tener una muestra
representativa del material a analizar, estas muestras deben obtenerse en un
estado que no alteren las condiciones microestructurales, es por esto por lo que
se emplean sierras metalográficas, lo cual utilizan un disco abrasivo para cortar,
mientras se refrigera para evitar el sobrecalentamiento del material.
Desbaste grosero: Es el método para quitar las imperfecciones causadas por el
corte como rebabas, para ello se emplea lijas con un grano grueso, y obtener
una superficie plana sin llegar a producir rayones muy profundos.
Desbaste intermedio y final: Es el método para quitar las rayas efectuadas en el
proceso de desbaste grosero, para esto se utilizan mesas de lijado, con lijas de
grano fino y muy fino, con rangos que van desde 240 a 2000.
16 CARRERA BUELTA, Jaime. MATERILES: perlita.
22
Pulido: Es el método para eliminar las rayas causadas por el desbaste intermedio
y final, para esto se emplea equipos (pulidoras metalográficas) equipados con
un paño, al cual se le agregan abrasivos (alúmina, pasta diamantada) para así
conseguir una superficie pulida.
Ataque químico: Es el método por el cual se revela la microestructura de los
constituyentes, el tamaño de grano y las fases presentes en la muestra. El
mecanismo de ataque procede a pigmentar la superficie de las diferentes fases
presentes en el material, los reactivos empleado en los ataque son comúnmente
ácidos disueltos en alcohol. El reactivo empleado para las aleaciones ferrosas
es el Nital del 3% al 5% (ácido nítrico disuelto en alcohol).5
3.7. MANGANESO EN LOS ACEROS
El manganeso (Mn) es uno de los elementos químicos que naturalmente encontramos
en prácticamente todas las aleaciones existentes de aceros, lo que lo hace de vital
importancia y para tener en cuenta cuando queremos conocer la conformación
microestructural de los aceros que se trabajen. La austenita es uno de los principales
microconstituyentes conformados en el acero ante la presencia del manganeso; por
otro lado, los efectos en los aceros austeníticos, es que generalmente vuelven al acero
difícil de mecanizar y también que tienen una baja resistencia a la fluencia por lo que
limita en gran parte su participación en la industria, por ejemplo, cuando se hacen
necesarias piezas de fabricación que tengan una deformación alta. En cambio, cuando
se trabajan aceros en procesos en donde se necesitan deformaciones superficiales
como en el martillado, taladrado, laminado en frio, este tipo de aceros endurecen su
superficie e internamente se convierten en una estructura con alta tenacidad y le da la
posibilidad igualmente de ser un material para trabajar con soldadura.17
17 BALDEON, Donny. ACEROS AL MANGANESO.
23
Uno de los principales aportes del manganeso en los aceros es su capacidad de
desoxidante y protección en contra de elementos como el azufre y oxígeno, además
de que ayuda a mejorar la templabilidad del material, y por otro lado que cuando se
busca conformar una aleación con este, se puede decir que su precio es asequible
para la industria.
Elemento básico en todos los aceros comerciales. Actúa como un desoxidante y
también neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando la laminación, moldeo y
otras operaciones de trabajo en caliente. Aumenta también la penetración de temple
y contribuye a su resistencia y dureza18
Este aleante nos proporciona el equilibrio necesario ante los inconvenientes del
azufre y del oxígeno, presentes en los proceso de fabricación.
Con el oxígeno: El manganeso es un desoxidante que evita que se desprendan gases,
en la solidificación del acero y se originen poros y rechupes en la fabricación del acero.
Con el azufre: El manganeso en los aceros nos permite laminar y forjar, porque el
azufre que suele encontrarse en los aceros, forma sulfuros de hierro, que tiene muy
bajo punto de fusión (981º aprox.), y en que temperaturas de trabajo en caliente se
funde y fragilizan.19
El manganeso en los aceros aumenta su resistencia, templabilidad, siendo interesante
destacar que es un elemento de aleación relativamente barato. Forma carburos.
Este metal está presente en todos los aceros comerciales al carbono en el intervalo
de 0.03 a 1.00%. La función del Mn contraria al S ya se denotó anteriormente. Cuando
existe una cantidad de Mn mayor que la requerida para formar MnS, el exceso se
combina con carbono para formar el compuesto (Mn3C) que se asocia con el carburo
18 CAP S.A. Info -Acero: Efecto de los elementos de aleación.
19 BILTRA. BILBANIA DE TRATAMIENTOS. Influencia de los aleantes en los aceros.
24
de hierro (Fe3C) en cementita. El manganeso también promueve la solidez de las
piezas fundidas al acero a través de su acción de desoxidación en acero líquido. 20
3.8. ACEROS DUAL PHASE
Los aceros duales phase (DP), son aceros que se caracterizan por tener una
microestructura compuesta por ferrita y martensita, estos aceros está determinados
por tener un valor alto de esfuerzo máximo a tracción y un bajo limite elástico.
El término dual phase (doble fase), hace referencia a la representación de dos fases
en la microestructura de los aceros, como se ilustra en la figura 4, donde se muestra
un esquema de la ferrita-martensita, también se encuentran pequeñas zonas de
bainita y austenita.
Ilustración 4: Muestra esquemática de la ferrita y Martensita.21
20 Universidad autónoma de Madrid. Efectos de pequeñas cantidades de otros elementos en los aceros.
21 INFLUENCIA DEL TIEMPO DE REVENIDO EN LA RESISTENCIA AL DESGASTE ABRASIVO DE UN ACERO AISI 1020 TEMPLADO DESDE TEMPERATURAS INTERCRÍTICAS SEGUIDO DE UN TRATAMIENTO CRIOGÉNICO
25
3.9. PRUEBA DE MICRODUREZA
Los ensayos de dureza básicamente son un método que mide la resistencia de un
material a la deformación plástica o a la penetración de un indentador (punta que
ejerce presión sobre la probeta). Los métodos comúnmente utilizados para realizar
esta prueba son los ensayos de dureza Rockwell y Brinell.22
Los resultados de esta prueba se miden en escala Rockwell A, B, C, D y F, así como
BNH que indican una escala de dureza del material. El ensayo mide la profundidad
permanente h de la huella causada por el indentador. La dureza Rockwell viene
determinada por la siguiente expresión:
HR= N – (h/S). (1)
Para el caso N es una constante que puede variar entre valores de 100 o 130 en
función de la escala que se esté utilizando, y S otra constante posiblemente variando
u oscilando entre 0,001 o 0,002 y que también está asociada a la escala trabajada.
Básicamente lo que se procede en este ensayo es a determinar previamente en qué
escala de Dureza Rockwell se encuentra el material a trabajar, por ejemplo, para los
aceros nitrurados la escala de medición óptima de trabajo es la A. Una vez
determinada la escala, lo que se pasa a realizar es el ensayo. Como cada escala tiene
un máximo o mínimo es posible que tengamos que movernos a otro si superamos o
no llegamos a los valores establecidos.23
22 SIMET USACH. Ensayo de dureza.
23 PATOLOGÍA, REHABILITACIÓN, CONSTRUCCIÓN. Medición de la dureza en materiales
26
TABLA 4. Escalas de dureza Rockwell para aplicaciones comunes. Fuente:
Rockwell Hardness Measurement of Metallic Materials.24
24 LOW, Samuel. Practice guide “Rockwell Hardness Measurement of Metallic Materials
27
TABLA 5. Rangos para escala Rockwell según la norma ISO.
Fuente: Rockwell Hardness Measurement of Metallic Materials.24
3.9.1. Procedimiento de la prueba
Numerosos aspectos de la prueba de dureza Rockwell pueden influir en el resultado
de la medición de estos, incluyen la función y calibración de los componentes
individuales de la máquina de dureza, las variaciones en el penetrador, el ciclo de
pruebas que se utiliza, el entorno de prueba, la condición del material de prueba y el
operador. Al considerar todas estas influencias, mucha de la fiabilidad de la prueba
puede ser atribuida a la práctica común de realizar verificaciones periódicas de la
máquina de prueba, a menudo varias veces durante un día, lo que finalmente
garantizará que haya mayor confiabilidad en los resultados obtenidos.
Cuando hay un alto nivel de precisión generalmente es necesario poner mayor
atención al proceso de medición que está especificado para la prueba a realizar. Como
con cualquier método de medición, es beneficioso identificar las fuentes de error en
una medición de dureza Rockwell, esto con el objeto de reducir los errores y así
mejorar la precisión en los resultados.
A través de la comprensión de cómo las distintas pruebas influencian y pueden afectar
el resultado de Dureza Rockwell, se hace evidente que puede obtener una
considerable diferencia en los resultados de dureza para la misma muestra
28
simplemente por uno o más de los parámetros de prueba. La diferencia en resultados
puede ser significativa, incluso permaneciendo dentro de las tolerancias individuales
de los parámetros especificados por estándares de prueba. También es probable que
muchas máquinas que miden la dureza Rockwell, se ajusten para compensar un error
con otro error. Las normas ASTM e ISO especifican lo procedimientos generales a
utilizar al realizar una prueba de dureza Rockwell. Además, la instrucción manual
suministrada con la mayoría de las máquinas de ensayo normalmente proporciona
información detallada y complementaria sobre procedimientos operacionales
específicos de la máquina25
3.10. PRUEBA DE MICRODUREZA
El ensayo de microdureza es un método bastante similar a la prueba Vickers y se
puede decir que esta se reserva para láminas que son muy delgadas menores a 2 mm
de espesor, pero también se puede usar en vidrios.
En este tipo de ensayos la penetración es del orden de los micrones, por lo que pueden
ensayarse chapas y láminas extremadamente delgadas, o superficies tratadas en las
que el espesor del tratamiento es muy delgado como es el caso de las superficies
carburadas o nitruradas, así como también los recubrimientos por electrodeposición.
En esta prueba o ensayo también conocido como dureza Knoop es un penetrador de
diamante muy pequeño y con una geometría en forma de pirámide el que procede a
forzarse en la superficie que queremos trabajar; las cargas que se buscan aplicar son
mucho menores a comparación de la anterior nombrada dureza Rockwell, y están
limitadas entre 1 y 1000 gramos de fuerza.
El resultado de ejercer esta carga, luego podrá ser observado al microscopio y en ese
caso proceder a tomar la medida correspondiente. Cabe resaltar que como en todas
las pruebas bajo la normatividad es necesario que la probeta o muestra sobre la cual
25 WILLIAM D. CALLISTER, Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, Volumen 1, editorial reverté
29
se quiere trabajar esté preparada de manera adecuada para no afectar los resultados
de la medición y asegurar mayor exactitud.
Este tipo de prueba básicamente es utilizada para medir dureza en pequeñas regiones
específicas de la superficie que queramos considerar dentro de una investigación;
normalmente este ensayo se lleva a cabo en materiales de alta fragilidad como por
ejemplo en el caso de los cerámicos.
Ilustración 5: Esquema del indentador para ensayos de microdureza. Fuente: Propiedades físico-mecánicas de los materiales.26
Por esto, considerando que la diagonal mayor d2 prácticamente no es afectada por la
recuperación, el cálculo de la superficie se realiza en función de esta. De esta manera
el área S de la base de la impresión no recuperada está dada por la siguiente
ecuación:
𝑆 =𝑑1∗𝑑2
2 (2)
Donde d1 y d2 son las diagonales del romboide. El valor de dureza Knoop en función
de d resulta:
𝐻𝐾 = 14229𝑃
𝐷22(3)
26 FRADE, Rubén. Propiedades físico-mecánicas de los materiales.
30
La longitud de la diagonal d2 puede variar de 5 a 1000μ, esto se deberá a que la carga
y la dureza del material, no son obviamente iguales en todos los materiales y por ende
se aplica la fórmula establecida.27
3.11. MICROSCOPIA ELECTRONICA DE BARRIDO (MEB)
La microscopía electrónica de barrido es un tipo de ensayo que comúnmente se utiliza
en la caracterización de materiales, normalmente este funciona con un haz de
electrones de alta energía con el objetivo de generar una variedad de señales en la
sección transversal de la probeta del material que se está trabajando, y esto
llevándose a cabo como producto de la interacción entre los electrones y el material.
Las diferentes interacciones permiten el análisis de distintas propiedades de los
materiales en escalas nanométricas y la adquisición de imágenes de alta calidad28 El
microscopio electrónico de barrido trabaja con normalidad con la muestra
generalmente recubierta con una capa superficial de carbón o una capa delgada de
un metal como el oro, esto con el objeto de añadirle propiedades conductoras a la
probeta del material que se está trabajando. Después de ello es barrida con los
electrones acelerados que viajan a través del cañón. Un detector mide la cantidad de
electrones enviados que arroja la intensidad de la zona de la probeta que queremos
identificar, a tal punto que es capaz de evidenciar figuras en 3D, proyectadas en la
pantalla del computador. Su resolución está entre 4 y 30 nm, esto claramente
dependerá del tipo y calidad de microscopio con el que se esté trabajando.
El funcionamiento del microscopio de manera más específica y técnica se presenta a
continuación como lo identifica Equipos y Laboratorios de Colombia:
“… Es necesario acelerar los electrones en un campo eléctrico, para aprovechar de
esta manera su comportamiento ondulatorio, lo cual se lleva a cabo en la columna del
microscopio, donde se aceleran por una diferencia de potencial de 1,000 a 30,000
27 Ensayos de dureza y microdureza.
28 GMAS SOLUCIONES CIENTIFICA. Microscopia Electrónica de Barrido (SEM).
31
voltios. Los electrones acelerados por un voltaje pequeño son utilizados para muestras
muy sensibles, como podrían ser las muestras biológicas sin preparación adicional, o
muestras muy aislantes. Los altos voltajes se utilizan para muestras metálicas, ya que
éstas en general no sufren daños como las biológicas, y de esta manera se aprovecha
la menor longitud de onda para tener una mejor resolución. Los electrones acelerados
salen del cañón, y son enfocados por las lentes condensadora y objetiva, cuya función
es reducir la imagen del filamento, de manera que incida en la muestra un haz de
electrones lo más pequeño posible (para así tener una mejor resolución). Con las
bobinas deflectoras se barre este fino haz de electrones sobre la muestra, punto por
punto y línea por línea. Cuando el haz incide sobre la muestra, se producen muchas
interacciones entre los electrones de este haz, y los átomos de la muestra; puede
haber, por ejemplo, electrones rebotados como las bolas de billar. Por otra parte, la
energía que pierden los electrones al "Chocar" contra la muestra puede hacer que
otros electrones salgan despedidos (electrones secundarios), y producir rayos X,
electrones Auger, etc. El más común de éstos es el que detecta electrones
secundarios, y es con el que se hacen la mayoría de las imágenes de microscopios
de barrido”.29
29 EQUIPOS Y LABORATORIOS DE COLOMBIA. Que es y cómo funciona el microscopio electrónico de
barrido.
32
4. OBJETIVOS
4.1. General
Establecer la influencia de un tratamiento criogénico en la resistencia a la tensión
de un acero con porcentajes mayores al 1% Mn.
4.2. Específicos
Establecer la secuencia de tiempo y temperatura para realizar los
tratamientos térmicos al acero basado en su composición química
Realizar los tratamientos térmicos y las pruebas de tension, metalográficas
y microdureza del material
Determinar la influencia del tiempo de permanencia a temperaturas
criogénicas en la resistencia a la tensión y diferentes tiempos de revenido
33
5. MARCO NORMATIVO
Los diferentes entes normativos que se seguirán durante el planteamiento y
desarrollo del presente son los siguientes:
ASTM E3 - 2011 Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens,
en esta norma se especifica las condiciones, requerimientos y la guía de
preparación de las probetas para hacer el respectivo análisis metalográfico.
ASTM E407 – 2015 Standard Practice for Microetching Metals and Alloys,
dicha normativa nos indica las condiciones y consideraciones a tener en
cuenta para realizar el ataque químico del material de trabajo y especifica el
tiempo y rango para el reactivo.
ASTM E18 – 2016 Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic
Materials, norma que establece los parámetros a tener en cuenta para realizar
la prueba de dureza en escala Rockwell para diferentes tipos de materiales
metálicos.
ASTM E92 – 82 – 2003 Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic
Materials, Normativa que muestra los parámetros para verificación de dureza
en escala Vickers para materiales metálicos, utilizando fuerzas aplicadas de 1
kgf a 120 kgf, también incluye los métodos para la verificación de las máquinas
de ensayo de dureza Vickers y la calibración de los bloques estandarizados
para el ensayo de dureza.
NTC 1486 (Norma Técnica Colombiana), Presentación de trabajos de
proyecto de grado, tesis, monografías, y otros trabajos de investigación. Como
su nombre lo indica, describe todo el proceso que se debe tener en cuenta
para la realización de un trabajo escrito, teniendo en cuenta márgenes,
interlineados, tipo de fuente, contenido del trabajo, referencias, etc., bajo la
cual se establecen todas las condiciones y planteamientos del presente
escrito.
34
6. SELECCIÓN MATERIAL
Según lo visto en secciones anteriores del presente texto, existen diferentes tipos
de aceros con porcentajes mayores al 1% de manganeso, razón por la cual se
optará uno de ellos mediante la siguiente matriz de elección:
ACERO SAE SAE ASTM ASTM ASTM
8620 1518 A-131 A-514 A-572
GR 50
CARACTERÍSTICAS
Contenido de manganeso
hasta 1,5%
3
5
3
5
5
Acero de bajo
carbono 5 5 4 5 5
Fácil de conseguir 5 3 1 1 5
Proveedor certificado 5 3 5 5 5
Que sea económico 4 4 4 4 4
Su estado comercial facilite la fabricación de probetas a tensión 1 1 5 5 5 5
Total 23 21 22 25 29
TABLA 6. Matriz de ponderación. Fuente: Propia.
Según la ponderación anterior, los resultados arrojados presentaron que el puntaje
más alto fue para el acero estructural ASTM A-572 GR 50, debido a que cumplía
con los criterios de selección; el material se compró en la COMPAÑÍA GENERAL
DE ACEROS S.A, de la ciudad de Bogotá Colombia
35
7. METODOLOGIA
Para el buen desarrollo del presente trabajo, se dispone a mostrar la metodología
mediante el siguiente gráfico
Ilustración 6: paso a paso de la metodología de investigación del proyecto. Fuente autor
El desarrollo está dispuesto en cuatro grandes fases:
Fase 1 material en bruto: en esta se compra el material y se fabrican las
probetas
Fase 2: cálculos: se encuentran las temperaturas intercríticas y se hacen
las secuencias de temperaturas
Fase3: pruebas: es la fase con mayor demora ya que se realizan las
pruebas de tensión, microdureza, toma de metalografías sencillas y la MEB
Fase 4: análisis final: en este se relacionan los resultados obtenidos con lo encontrado en la bibliografía y dando tácitamente las conclusiones.
36
8. PREPARACIÓN DE PROBETAS
8.1. Compra del material
Según se mostró en el literal anterior, el material seleccionado fue el Acero A572.
Con el fin de realizar la probetas requeridas adquirió una platina con certificado de
colada con geometría de 4” x 1⁄4”
Ilustración 7: Platina Base de 4” en A572. Fuente autor
8.2. Fabricación de probetas
Con base en la norma ASTM E8, las probetas que se fabricaron tuvieron las
siguientes dimensiones:
Ilustración 8: Probeta de ensayo. FUENTE: Autor
37
Como el objetivo principal de la presente monografía es comparar las propiedades
mecánicas: tensión y Microdureza de las diferentes probetas sometidas a los
tratamientos térmicos, a saber, temple, criogenia y revenido. Se tomaron 3 probetas
por cada prueba, dando un total de 18, con base el trabajo de grado llamado
“análisis de la resistencia a la tension y dureza de un acero SAE 1045 sometidos a
diferentes tratamiento térmicos: temple, criogenia y revenido”. La clasificación de
las probetas es la siguiente:
categoría tratamiento térmico cantidad
A Control 3
B Temple 3
C
temple + revenido 5 min
+criogenia
3
D
temple + revenido 10 min
+criogenia
3
E
temple + revenido 15 min
+criogenia
3
F
temple + revenido 30 min
+criogenia
3
total 18
Tabla 7: clasificación de las probetas. FUENTE: Autor
38
9. INGENIERÍA DE PROYECTO
9.1. Calculo de temperaturas intercríticas
Para encontrar el valor de las temperaturas intercríticas, es necesario conocer la
composición química del material, razón por la cual se muestra un resumen del
certificado de colada entregado por la Compañía General de Aceros:
L O T E
201507140769 201507130039 201507190192 201507140771 PROM
CO
MP
OS
ICIÓ
N Q
UÍM
ICA
C 0,16 0,17 0,16 0,16 0,1625
Si 0,2 0,23 0,22 0,2 0,2125
Mn 1,49 1,3 1,3 1,47 1,3900
P 0,015 0,017 0,024 0,011 0,0168
S 0,005 0,003 0,004 0,008 0,0050
Als 0,027 0,024 0,028 0,03 0,0273
Al 0,033 0,028 0,032 0,032 0,0313
Cr 0,319 0,31 0,31 0,312 0,3128
Ni 0,01 0,007 0,01 0,011 0,0095
Cu 0,012 0,007 0,012 0,012 0,0108
Mo 0,01 0,001 0,001 0,001 0,0033
V 0,005 0,004 0,005 0,005 0,0048
Ti 0,015 0,015 0,016 0,016 0,0155
B 0,0003 0,0003 0,0004 0,0003 0,0003
N 0,004 0,006 0,0050
Nb 0,023 0,029 0,027 0,024 0,0258
Tabla 8: composición química promedio FUENTE: Autor basándose en el
certificado de la CGA
39
9.1.1. Temperatura intercrítica AC1
Ecuación 4: temperatura de temple promedio. Fuente: (Gorni, 2012)
𝑨𝑪𝟏 = 723 − 7,08𝑀𝑛 + 37,7𝑆𝑖 + 18,1𝐶𝑟 + 44,2𝑀𝑜 + 8,95𝑁𝑖 + 50,1𝑉 + 21,7𝐴𝑙
+ 3,18𝑊 + 297𝑆 − 830𝑁 − 11,5𝐶 ∗ 𝑆𝑖 − 14,0𝑀𝑛 ∗ 𝑆𝑖 − 3,1𝑆𝑖 ∗ 𝐶𝑟
− 57,9𝐶 ∗ 𝑀𝑜 − 15,5𝑀𝑛 ∗ 𝑀𝑜 − 5,28𝐶 ∗ 𝑁𝑖 − 6,0𝑀𝑛 ∗ 𝑁𝑖 + 6,77𝑆𝑖 ∗ 𝑁𝑖
− 0,80𝐶𝑟 ∗ 𝑁𝑖 − 27,4𝐶 ∗ 𝑉 − 30,8𝑀𝑜 ∗ 𝑉 − 0,84 𝐶𝑟2 − 3,46𝑀𝑜2
− 0,46𝑁𝑖2 − 28𝑉2
𝑨𝑪𝟏 = 𝟕𝟐𝟐, 𝟗𝟓°𝑪
9.1.2. Temperatura intercrítica AC3
Ecuación 1: temperatura de temple promedio. Fuente: (Gorni, 2012)
𝑨𝑪𝟑 = 912 − 370𝐶 − 27,4𝑀𝑛 + 27,3𝑆𝑖 − 6,35𝐶𝑟 − 32,7𝑁𝑖 + 95,2𝑉 + 190𝑇𝑖 + 72,0𝐴𝑙
+ 64,5𝑁𝑏 + 5,57𝑊 + 332𝑆 + 276𝑃 + 485𝑁 − 900𝐵 + 16,2𝐶 ∗ 𝑀𝑛
+ 32,3𝐶 ∗ 𝑆𝑖 + 15,4𝐶 ∗ 𝐶𝑟 + 48,0𝐶 ∗ 𝑁𝑖 + 4,32𝑆𝑖 ∗ 𝐶𝑟 − 17,3𝑆𝑖 ∗ 𝑀𝑜
− 18,6𝑆𝑖 ∗ 𝑁𝑖 + 4,80𝑀𝑛 ∗ 𝑁𝑖 + 40,5𝑀𝑜 ∗ 𝑉 + 174𝐶2 + 2,46𝑀𝑛2
− 6,86𝑆𝑖2 + 0,322𝐶𝑟2 + 9,9𝑀𝑜2 + 1,4𝑁𝑖2 − 60,2𝑉2
𝑨𝑪𝟑 = 𝟖𝟑𝟗, 𝟔𝟎°𝑪
9.1.3. Temperatura de temple
Ecuación 6: temperatura de temple promedio. Fuente: (Gorni, 2012)
𝑇𝑒𝑚𝑡𝑒𝑚𝑝𝑙𝑒 =𝐴𝐶1 + 𝐴𝐶3
2
Reemplazando los valores conocidos, 𝑇𝑒𝑚𝑡𝑒𝑚𝑝𝑙𝑒 = 781,30°𝐶
40
9.1.4. Temperatura de revenido(Ms)
Aplicando la ecuación de SVERDKING-NESS, la cual tiene en cuenta la
composición química del material para calcular la temperatura del revenido
Ecuación 7: temperatura de temple promedio. FUENTE: Sverdking-ness
𝑀𝑠 = 520 − 320𝐶 − 50𝑀𝑛 − 30𝐶𝑟 − 20(𝑁𝑖 + 𝑀𝑜) − 5(𝐶𝑢 + 𝑆𝑖)
𝑀𝑠 = 387,75°𝐶
Con base en la temperatura calculada para realizar el revenido se procede a realizar
el tratamiento térmico. Finalmente, a cada grupo de probetas se revinieron a 390°C
durante los tiempos de 5, 10, 15 y 30 minutos según referencia (Alfonso Nicolás)
9.1.5. Temperatura de criogenia
Según las referencias (Alfonso Nicolas), (Loaiza Dylan) y (Pinzon William, Rosero
Gustavo) recomiendan tratamiento criogénico a -196°C indican que la temperatura
del nitrógeno líquido es la más indicada para un tratamiento térmico, para detallar
mas a fondo ver en el literal 3.3.2.3 esta de manera explícita la información.
9.1.6. Secuencia de tiempos de revenido
Tratamiento térmico temple
Para este proceso se suministran 18 probetas para tensión y se procede a realizar
el tratamiento térmico de temple a 781 C° con un tiempo de sostenimiento de 30
minutos [según trabajo de grado de Loaiza Tapiero Dylan]. Continuando se realiza
la extracción de las probetas sujetándolas de un extremo y llevándolas a una cuba
41
que contiene agua a temperatura ambiente; mientras se introduce la probeta dentro
del agua de forma vertical, se agita de forma circular garantizando la correcta
refrigeración evitando que el agua de los alrededores este en contacto con la
probeta demasiado tiempo, en la siguiente ilustración se aprecia claramente el
tratamiento realizado y descrito anteriormente.
Tratamiento térmico revenido
Se realizó a una temperatura de 390°C y cuatro escalas de tiempo para su
sostenimiento 5, 10,15 y 30 minutos; la selección de estos parámetros se realizan
con el fin de establecer las modificaciones en las propiedades mecánicas que se
pueden presentar para este material.
Tratamiento térmico criogénico
Para este proceso se alquiló el nitrógeno líquido con sus respectivos dispositivos
para su manipulación, se colocaron las probetas en canastillas sumergiéndolas en
el nitrógeno, con un periodo de sostenimiento de 24 horas según recomendaciones
de Alfonso Guzman Nicolas
Ilustración 9. Esquema para los tratamientos térmicos de revenidos realizados
42
9.2. Prueba de Tensión
La prueba de tensión, se realizó en la máquina universal de ensayos UH 50-A
Shimatzu, perteneciente al laboratorio de resistencia de materiales de la
Universidad Distrital Francisco José de caldas. Se sometió una probeta de cada tipo
a este ensayo, a continuación, los resultados:
Ilustración 10: Prueba de tensión probetas tipo A. FUENTE: Autor
Ilustración 11: Prueba de tensión probetas tipo B. FUENTE: Autor
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
esfu
erzo
(M
Pa)
deformación (%)
CURVA DEFORMACIÓN ESFUERZO
Control
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0 2 4 6 8 10 12
Esfu
erzo
Mp
a
Deformacion
TEMPLE
43
Ilustración 12:Prueba de tensión probetas tipo C. FUENTE: Autor
Ilustración 13: Prueba de tensión probetas tipo D. FUENTE: Autor
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
0 2 4 6 8 10 12
Esfu
erzo
(M
Pa)
elongación
TEMPLE + REV 5MIN + CRIOGENIA
TEMPLE + REV 5MIN + CRIOGENIA
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
0 2 4 6 8 10
Esfu
erzo
(MP
a)
Elongación
TEMPLE+REV10 MIN+CRIO
TEMPLE+REVENIDO10 MIN+CRIOGENIA
44
Ilustración 14:Prueba de tensión probetas tipo E. FUENTE: Autor
Ilustración 15: Prueba de tensión probetas tipo F. FUENTE: Autor
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
esfu
erzo
(M
Pa)
elongación
Temple + Revenido 15min+CRIO
TEMPLE+REVENIDO15MIN+CRIOGENIA
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
0 2 4 6 8 10 12
Esfu
erzo
(Mp
a)
Elongación
Temple+Rev 30 min + Crio
TEMPLE + REVENIDO + CRIOGENIA 30 MIN
45
Ilustración 16:Prueba de tensión conjunta. FUENTE: Autor
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
325
350
375
400
425
450
475
500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Esfu
erzo
(Mp
a)
Deformación (%)
CURVA ESFUERZO DEFORMACIÓN DE TODOS LOS GRUPO DE PROBETAS
TEMPLE (T)
control
TEMPLE + REV 5MIN + CRIOGENIA
TEMPLE+REVENIDO10 MIN+CRIOGENIA
TEMPLE+REVENIDO15MIN+CRIOGENIA
TEMPLE + REVENIDO + CRIOGENIA 30 MIN
46
9.3. Análisis de tensión
Según las gráficas mostradas en el literal anterior se puede resumir lo siguiente:
Sy
(MPa) Sut
(MPa)
Control 300 350
Temple 350 420
Tipo C 370 442
Tipo D 345 440
Tipo E 330 425
Tipo F 400 452
Con esta información se puede calcular el porcentaje de variación:
𝑉(%) =|𝑆𝑦𝐸𝐸 − 𝑆𝑢𝑡|
𝑆𝑦𝐸𝐸∗ 100%
% De
variación
Temple 40,0%
Tipo C 47,3%
Tipo D 46,7%
Tipo E 41,7%
Tipo F 50,7%
Ilustración 17:porcentaje de variación. FUENTE: Autor
Se puede evidenciar que en todos los casos que hay aumento en la resistencia a la
tracción entre un 40% y 50%, siendo el dato más significativo correspondiente al de
la probeta de temple + revenido de 30 minutos + criogenia con un incremento de
50.7%. También resalta que las probetas templadas + revenidas 5 y 10 min +
criogenizadas aumentaron alrededor del 47 % , por lo tanto 5 minutos adicionales
al tiempo del revenido no mejoró las propiedades de la probeta
0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0%
Temple
Tipo C
Tipo D
Tipo E
Tipo F
PORCENTAJE DE VARIACIÓN
47
9.4. Metalografía
Tabla 1: metalografía a probetas de control
Probetas de control (probetas tipo A)
metalografía
a 100X
metalografía
a 500X
metalografía
a 1000X
Fuente: AUTOR
Como se aprecia la muestra de acero ASTM A-572 presenta una estructura compuesta por dos fases, FASE A (zona oscura) y FASE B (zona clara), las cuales en el literal 8.5. Serán determinadas en base a la bibliografía estudiada y los resultados obtenidos de la microdureza, con sus correspondientes porcentajes de fases.
48
Tabla 2: metalografía a probetas con temple
Probetas con Temple (probetas tipo B)
metalografía
a 100X
metalografía
a 500X
metalografía
a 1000X
Fuente: AUTOR
La muestra de acero ASTM A-572, templado sin revenido, presenta una estructura compuesta por dos fases, FASE A (zona oscura) y FASE B (zona clara). Las cuales serán detalladas en el literal 8.5
49
Tabla 3: metalografía a probetas tipo C
Probetas con Temple + Revenido 5 + Criogenia (probetas tipo C)
metalografía
a 100X
metalografía
a 500X
metalografía
a 1000X
Fuente: AUTOR
La figura preliminar muestra una imagen del acero ASTM A-572, templado revenido
con un tiempo de 5 minutos y criogenizado, al igual que en las anteriores imágenes
presenta una estructura compuesta por dos fases, FASE A (zona oscura) y FASE B
(zona clara). Las cuales serán detalladas en el literal 8.5
50
Tabla 4: metalografía a probetas tipo D
Probetas con Temple + Revenido 10 + Criogenia (probetas tipo D)
metalografía
a 100X
metalografía
a 500X
metalografía
a 1000X
Fuente: AUTOR
La figura preliminar muestra una imagen del acero ASTM A-572, templado revenido
con un tiempo de 10 minutos y criogenizado, al igual que en las anteriores imágenes
presenta una estructura compuesta por dos fases, FASE A (zona oscura) y FASE B
(zona clara). Las cuales serán detalladas en el literal 8.5
51
Tabla 5: metalografía a probetas tipo E
Probetas con Temple + Revenido 15 + Criogenia (probetas tipo E)
metalografía
a 100X
metalografía
a 500X
metalografía
a 1000X
Fuente: AUTOR
La figura preliminar muestra una imagen del acero ASTM A-572, templado revenido
con un tiempo de 5 minutos y criogenizado, al igual que en las anteriores imágenes
presenta una estructura compuesta por dos fases, FASE A (zona oscura) y FASE B
(zona clara). Las cuáles serán detalladas en el literal 8.5
52
Tabla 6: metalografía a probetas tipo F
Probetas con Temple + Revenido 30 + Criogenia (probetas tipo F)
metalografía
a 100X
metalografía
a 500X
metalografía
a 1000X
Fuente: AUTOR
La figura preliminar muestra una imagen del acero ASTM A-572, templado revenido
con un tiempo de 5 minutos y criogenizado, al igual que en las anteriores imágenes
presenta una estructura compuesta por dos fases, FASE A (zona oscura) y FASE B
(zona clara). Las cuales serán detalladas en el literal 8.5
53
9.5. Porcentajes de fases
Al observar la microestructura obtenida en el material de estudio después de
realizados los tratamientos térmicos, se procede a determinar los porcentajes de
fase, los cuales se determinan por medio de un analizador de imagen, en este caso
por el software Imagen J. A continuación, se muestran los resultados arrojados
donde se muestran dos fases diferenciadas por color.
Tabla 7: Porcentaje de Fases en probetas tipo A
PROBETAS TIPO A
Como puede notarse, los porcentajes de fases son:
Fase Ferrita : 69.46% (fase A)
Fase Perlita: 30.54% (fase B)
Fuente: AUTOR
Tabla 8: Porcentaje de Fases en probetas tipo B
PROBETAS TIPO B
Como puede notarse, los porcentajes de fases son:
Fase Ferrita: 53.92% (fase A)
Fase Perlita: 46.08% (fase B)
54
Tabla 9: Porcentaje de Fases en probetas tipo C
PROBETAS TIPO C
Como puede notarse, los porcentajes de fases son:
Fase Ferrita: 56.08% (fase A)
Fase Perlita: 43.92% (fase B)
Fuente: AUTOR
Tabla 10: Porcentaje de Fases en probetas tipo D
PROBETAS TIPO D
Como puede notarse, los porcentajes de fases son:
Fase Ferrita: 56.65% (fase A)
Fase Perlita: 43.35% (fase B)
Fuente: AUTOR
55
Tabla 11: Porcentaje de Fases en probetas tipo E
PROBETAS TIPO E
Como puede notarse, los porcentajes de fases son:
Fase Ferrita: 30.42% (fase A)
Fase Perlita: 69.48% (fase B)
Fuente: AUTOR
Tabla 12: Porcentaje de Fases en probetas tipo F
PROBETAS TIPO F
Como puede notarse, los porcentajes de fases son:
Fase Ferrita: 36.10% (fase A)
Fase Perlita: 63.90% (fase B)
Fuente: AUTOR
56
9.6. MEB
Tabla 13:MEB a probetas tipo A
MEB (probetas tipo A)
Microscopia
a 5000X
Microscopia
a 10000X
Microscopia
a 15000X
Fuente: AUTOR
57
Tabla 14:MEB a probetas tipo B
MEB (probetas tipo B)
Microscopia
a 5000X
Microscopia
a 10000X
Microscopia
a 15000X
Fuente: AUTOR
58
Tabla 15:MEB a probetas tipo C
MEB (probetas tipo C)
Microscopia
a 5000X
Microscopia
a 10000X
Microscopia
a 15000X
Fuente: AUTOR
59
Tabla 16:MEB a probetas tipo D
MEB (probetas tipo D)
Microscopia
a 5000X
Microscopia
a 10000X
Microscopia
a 15000X
Fuente: AUTOR
60
Tabla 17:MEB a probetas tipo E
MEB (probetas tipo E)
Microscopia
a 5000X
Microscopia
a 10000X
Microscopia
a 15000X
Fuente: AUTOR
61
Tabla 18:MEB a probetas tipo F
MEB (probetas tipo F)
Microscopia
a 5000X
Microscopia
a 10000X
Microscopia
a 15000X
Fuente: AUTOR
62
9.7. Dureza
Este ensayo consiste en generar una deformación plástica con una carga e
indentador estandarizado, el valor de la dureza dependerá de la profundidad de la
muesca que se haya generado en el material; la escala de dureza que se puede
proporcionar está en el orden Rockwell A, B o C o dureza Vickers, para lo cual se
utilizó el micro durómetro HMV-2TL marca Shimadzu disponible en el laboratorio de
metalografía de la Universidad Distrital.
Zona blanda
DUREZA HV PROM
TEMPLE 163 174 168 168
T+R5MIN+CRIO 289 268 299 285
T+R10MIN+CRIO 317 328 323 323
T+R15MIN+CRIO 294 301 290 295
T+R30MIN+CRIO 358 332 348 346
Zona dura
DUREZA HV PROM
TEMPLE 306 266 286 286
T+R5MIN+CRIO 444 459 414 439
T+R10MIN+CRIO 464 455 476 465
T+R15MIN+CRIO 401 353 353 369
T+R30MIN+CRIO 469 454 478 467
Imagen comparativa
Ilustración 18: microdurezas Fuente: autor
168
285
323
295
346
286
439
465
369
467
0 100 200 300 400 500
TEMPLE
T+R5MIN+CRIO
T+R10MIN+CRIO
T+R15MIN+CRIO
T+R30MIN+CRIO
Dureza (HV)
MICRODUREZAS
DURO
BLANDO
63
9.8. Análisis Final y discusión
Probeta tipo A: control
Fase
Ferrita :
69.46%
Fase
Perlita:
30.54%
En la curva esfuerzo vs deformación de la probeta de control se observa que es un
acero dúctil con una amplia zona plástica respecto a su deformación, se tiene dos
fases presentes en la microestructura, ferrita y perlita, las cuales se presentan
cuando el acero es dúctil y resistente. El contenido más alto de ferrita muestra que
la ductilidad de este material es mayor a su resistencia, lo cual se corrobora en la
gráfica, ya que, la curva presenta mayor recorrido en el eje de la deformación.
64
Probeta tipo B: temple
Fase
Ferrita:
53.92%
Fase
Perlita:
46.08%
En la imagen se observa que después del temple el porcentaje de ferrita disminuye
en 15,54% aproximadamente, debido a que después este tratamiento el material
sufre endurecimiento, tal y como lo describe la curva, ya que respecto a la gráfica
de control el esfuerzo de esta aumenta alrededor de 600 MPa, la deformación se
mantiene constante, por lo tanto, el temple mejoró la resistencia del material debido
al aumento de perlita en la microestructura.
65
Probeta tipo C: Temple + rev 5 min+ Criogenia
Fase
Ferrita:
56.08
%
Fase
Perlita:
43.92
%
De las imágenes de la probeta tipo C se observa que el esfuerzo aumenta alrededor
de 400 MPa y su deformación elástica y plástica permanecen constantes. Tales
cambios no son tan relevantes respecto a la probeta con temple y esto es debido a
que el porcentaje de ferrita aumentó en un 2,18%, una diferencia que no es
significativa, y, por lo tanto, un revenido de 5 minutos y criogenia no mejora las
propiedades de esta probeta.
66
Probeta tipo D: Temple + rev 10 min+ Criogenia
% de
fases
Fase
Ferrita:
56.65
%
Fase
Perlita:
43.35
%
En los resultados de las pruebas de la probeta tipo D se puede ver que son similares
a la probeta tipo C, ya que los porcentajes de fase no son significativos y además
en la curva se observa que el esfuerzo no varía, el único cambio observable es una
ligera disminución en el porcentaje de elongación en la zona plástica, que al ser de
tan pequeña magnitud es despreciable. Por lo tanto 5 minutos adicionales al tiempo
del revenido no mejoró las propiedades de la probeta
67
Probeta tipo E: Temple + rev 15 min+ Criogenia
Fase
Ferrita:
30.42
%
Fase
Perlita:
69.48
%
En esta prueba se muestra un aumento de fase de perlita de alrededor de 26%
respecto a las probetas tipo C, D y temple y 39% respecto a la probeta de control,
lo que indica que la resistencia del material se mantiene tal y como se ve en la curva,
pero se observa una reducción en la elongación de la zona plástica, lo cual indica
un ligero endurecimiento del acero después del tratamiento.
68
Probeta tipo F: Temple + rev 30 min+ Criogenia
Fase
Ferrita:
36.10%
Fase
Perlita:
63.90%
Para la probeta tipo F el resultado de porcentaje de fase de la perlita muestra una
disminución de 6% con relación a la probeta tipo E, lo cual sería provocado por el
aumento del tiempo del revenido, con lo cual la deformación en la zona plástica
vuelve a ser aproximadamente la misma que la deformación de la probeta tipo C.
además el esfuerzo último es más alto que en cualquiera de las otras pruebas,
superando los 450 MPa, adicional a esto, se observa que de todas las probetas, la
tipo F muestra un más alto límite de fluencia debido a que la perlita en este
porcentaje realiza un aporte al aumento de la resistencia, sin disminuir la
deformación.
69
Resumiendo,
Con los estudios y pruebas realizadas al acero 572, se fabricaron 18 probetas de
las cuales:
o Tipo A: 3 probetas sin tratamiento alguno
o Tipo B: 3 probetas con temple
o Tipo C: 3 probetas con temple , revenido 5 minutos y criogenia
o Tipo D: 3 probetas con temple, revenido 10 minutos y criogenia
o Tipo E: 3 probetas con temple, revenido 15 minutos y criogenia
o Tipo E: 3 probetas con temple, revenido 30 minutos y criogenia
Esto permitió analizar el comportamiento del material en una prueba tensión de y
Microdureza, en los resultados se evidencia la capacidad a la resistencia de tensión
en las diferentes probetas con sus respectivos tratamiento térmicos aplicados.
En estos resultados hacen notar un comportamiento poco diferenciado en los
materiales tratados térmicamente con temple, revenido 10 min y criogenizado con
su homónimo de 15 minutos.
De las probetas tratadas con temple se puede decir que el material se endureció
con el tratamiento en un porcentaje más bajo de lo esperado, ya que en la referencia
de (Dominguez Daniel) muestra un incremento considerable en este tipo de
probetas, sin embargo, en nuestro caso, debido a una disminución de la ferrita del
15% e incremento de perlita.
70
10. CONCLUSIONES
1. La probeta tipo F (temple, revenido y criogenia) al tener un contenido de
perlita de 63,9% y un tiempo de revenido de 30 minutos, presenta los más
altos resultados en la mejora de sus propiedades mecánicas respecto a todos
los demás tipos de probetas, arrojando resultados de límite de fluencia de
400 MPa, esfuerzo último de 460 MPa y deformación de 9,8%
aproximadamente.
2. Se observó que no hubo variación significativa en los resultados de la probeta
con temple, revenido a 5 minutos y criogenia (tipo C) y la probeta con temple,
revenido a 10 minutos y criogenia (tipo D) las cuales tuvieron porcentajes de
fase aproximadamente iguales, lo que se produjo debido a que el tiempo del
revenido de ambas solo tuvo una variación de 5 minutos y debido a la
diferencia tan corta en el tiempo el revenido no realizó ninguna mejora
relevante en el material.
3. De los resultados de las pruebas se extrae que a mayor tiempo de revenido
la mejora en las propiedades mecánicas aumenta.
4. La deformación se mantuvo aproximadamente constante en todas las
pruebas y en las imágenes de la micrografía se observa que el tamaño del
grano tampoco presenta variación significativa en ninguna de las probetas,
por lo cual se puede decir que la criogenia no realiza ningún aporte al
endurecimiento del material.
5. Según los resultados obtenidos se puede observar que la mejor opción, en
caso de un mejor SUt son las probetas de templadas + revenidas 30 minutos
+ criogenia ya que éstas muestran un aumento de perlita y dicho incremento
se ve en el porcentaje de variación el cual corresponde a un 51%.
71
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