Ensayo de Charpy y de Dureza

download Ensayo de Charpy y de Dureza

of 10

Transcript of Ensayo de Charpy y de Dureza

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    1/24

     

    Laboratorio N°2:

    “Ensayo de impacto de Charpy y de

    dureza de Rockwell” 

    Profesor: Rodrigo Palma.

    Ayudante: Cristóbal Vera.

    Integrantes: Reynaldo Cabezas

    Roberto Ibáñez A.

    Fecha: 19 de noviembre de 2012.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    2/24

    Índice

    1.- Introducción………………………………………………………………………………………………………….. 1

    2.- Objetivos………………………………………………………………………………………………………………. 2

    3.- Antecedentes

    3.1- Acero SAE 1045..……………………………………………………………………………………..  3

    3.2-Acero SAE 4340………………………………………………………………………………………..  4

    3.3-Diagramas TTT…………………………………………………………………………………………  5

    3.4-Tratamientos Térmicos……………………………………………………………………………  5

    3.5-Normas y escalas…………………………………………………………………………………….  6

    3.6-Tipos de fractura…………………………………………………………………………………….  8

    4.- Procedimiento experimental

    4.1-Ensayo de impacto de Charpy……..………………………………………………………… 10

    4.2-Ensayo de dureza de Rockwell……………………………………………………………….  11

    5.-Resultados

    5.1-Ensayo de Charpy…………………………………………………………………………………..  12

    5.2-Ensayo de dureza de Rockwell……………………………………………………………….  13

    5.3-Tipos de fractura……………………………………………………………………………………  14

    6.-Discusion de Resultados……………………………………………………………………………………….  20

    7.-Conclusiones………………………………………………………………………………………………………..  21

    8.-Bibliografia……………………………………………………………………………………………………………  22

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    3/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 1

    1. Introducción

    En la ingeniería mecánica, y en particular en el diseño mecánico, es de gran

    importancia la selección de los materiales correctos, es por ello que surge la necesidad dedeterminar las diversas características que estos materiales poseen para así poder

    seleccionarlos de acuerdo a las necesidades propias del problema a resolver.

    Entre los ensayos que nos permiten determinar las propiedades de los materiales,

    se encuentran el ensayo de impacto de Charpy, el cual nos permite predecir el

    comportamiento a la fractura del material, es decir, mide la tenacidad del material, y el

    ensayo de dureza de Rockwell, que tal como su nombre lo indica nos permite medir la

    dureza del material.

    El ensayo de Charpy consiste en determinar la energía que es capaz de absorber el

    material antes de la fractura. Para la realización del ensayo se utiliza una maquinamecánica que mediante un péndulo, con una masa dada y soltado de una altura

    determinada, golpea a la probeta provocando la fractura de esta. Para poder medir cuanta

    energía absorbe el material se calcula la diferencia de alturas entre la inicial y la posterior

    al impacto.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    4/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 2

    2. Objetivos.

    Con la realización de este laboratorio se pretende lograr los siguientes objetivos:

     

    Calcular la tenacidad y dureza de probetas normalizadas de distintos

    materiales, mediante ensayos de impacto de Charpy y de dureza de

    Rockwell.

     

    Comparar los resultados teóricos con los experimentales.

      Determinar los factores que pueden influir en las muestras (posibles

    errores en las mediciones).

      Relacionar las propiedades del material y el tratamiento térmico que

    recibió este, y comprender como las temperaturas y velocidades de

    tratamiento influyen en los resultados.

     

    Clasificar el tipo de fractura de cada material según los resultados

    experimentales.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    5/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 3

    3. Antecedentes 

    3.1 Acero SAE 1045

    Descripción: Acero medio carbono que se puede forjar con un martillo, es decir,

    tiene buena forjabilidad. Posee mediana dureza y resistencia. Se puede endurecer por

    llama o inducción, no se recomienda usar en cementación. Baja soldabilidad y buena

    maquinabilidad.

    Aplicaciones: Este tipo de acero es utilizado para partes de maquinaria que

    requieran media dureza y resistencia. Pueden ser sometidos a temple y revenido.

    Tabla 3.1.1 Composición química Acero SAE 1045

    % C % Mn % Si % P % S

    0,43 – 0,50 0,60 – 0,90 0,15 – 0,35 ≤ 0,04  ≤ 0,05 

    Tabla 3.1.2 Propiedades Mecánicas Acero SAE 1045

    Módulo deYoung (E)

    [GPa]

    Límite deFluencia [MPa]

    ResistenciaMáxima a la

    Tracción [MPa]

    Alargamiento[%]

    Reducción deÁrea [%]

    200 390 620 - 715 16 40

    Tabla 3.1.3: Resultados típicos para los ensayos de impacto de Charpy y de dureza deRockwell

    Tipo de FracturaEnergía impacto Charpy

    [Joule]Dureza Rockwell HRC

    Mixta (Normalizado) 23 45

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    6/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 4

    Figura 3.1.1 Diagrama TTT para acero SAE 1045

    3.2 Acero SAE 4340

    Descripción: Acero de bajo aleación de Cromo, Níquel y Molibdeno. Tiene gran

    resistencia a la fatiga, tenacidad y templeabilidad. Se le aplican tratamientos térmicos,

    temple y revenido. Posee baja soldabilidad.

    Aplicaciones: Se usa en piezas que están sometidos a altos esfuerzos dinámicos,

    grandes exigencias de dureza y tenacidad como los cigüeñales, barras de torsión y ejes delavas.

    Tabla 3.2.1 Composición química Acero SAE 4340

    % C % Mn % Si % Cr

    0,38 – 0,43 0,60 – 0,80 0,15 – 0,35 0,70 – 0,90

    % Ni % Mo % P % S

    1,65 – 2,00 0,20 – 0,30 ≤ 0,035 ≤ 0,04 

    Tabla 3.2.2 Propiedades Mecánicas Acero SAE 4340

    Módulo deYoung (E)

    [GPa]

    Límite deFluencia [MPa]

    ResistenciaMáxima a la

    Tracción [MPa]

    Alargamiento[%]

    Reducción deÁrea [%]

    200 590 - 725 930 - 1030 10 – 18 22

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    7/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 5

    Figura 3.2.1 Diagrama TTT para acero SAE 4340

    3.3 Diagramas TTT

    Son diagramas que muestran el tiempo necesario para la transformación de la

    austenita a una temperatura dada. Son útiles para entender las transformaciones que

    sufre un acero al enfriar isotérmicamente. Cada diagrama TTT (temperatura, tiempo,

    transformación) es específico para cada composición del acero.

    3.4 Tratamientos Térmicos.1.  Temple: El temple es un tratamiento térmico que consiste en disminuir la

    temperatura, de un material previamente calentado hasta llegar a la

    austenización, a una velocidad muy alta. Lo que se pretende con esto es

    obtener un material muy duro pero a la vez muy frágil, es por ello que por

    lo general posterior al temple se aplica un revenido.

    2.  Revenido: El revenido es un tratamiento térmico que consiste en calentar

    un acero, a una temperatura menor a la de austenización, y enfriarlo

    lentamente. Con esto se pretende obtener una mayor tenacidad del

    material.

    Tipo de FracturaEnergía impacto Charpy

    [Joule]Dureza Rockwell HRC

    Mixta (Normalizado) ≤ 35  45

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    8/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 6

    3.  Normalizado:  El normalizado es un tratamiento térmico que consiste en

    calentar una pieza entre 30 a 50 grados centígrados por encima de la

    temperatura crítica. La temperatura crítica es aquella en la cual se consigue

    la máxima dureza en el temple. Con el normalizado se pretende preparar la

    pieza para un posterior tratamiento de temple.

    4.  Recocido: El recocido es un tratamiento térmico que consiste en calentar el

    metal hasta una temperatura determinada y dejarlo enfriar lentamente

    después. El recocido es un tratamiento de recuperación de la estructura

    interna del material, con él se pretende eliminar las tensiones internas

    producidas por las dislocaciones, aumentar la ductilidad y la tenacidad.

    3.5 

    Normas y escalas de dureza.

    3.5.1 Norma ensayo de Charpy:  Para el ensayo de Charpy la probeta de ensayo

    debe ser de sección cuadrada de 10x10 [mm] y tener un largo de 60 [mm]. Además

    en el lugar donde se producirá el impacto debe tener una superficie entallada, para

    ello la entalla debe ser triangular de altura 2[mm] como se muestra en la figura

    3.2.

    Figura 3.5.1: Dimensiones de la estalla de la probeta para el ensayo de impacto deCharpy.

    3.5.2 Norma ensayo de dureza de Rockwell: 

    Para el ensayo de dureza de Rockwellse tener en cuenta lo siguiente: 

    1.  La superficie de la probeta debe ser plana, limpia, homogénea y

    perpendicular a la bola. Es decir, la probeta debe estar en óptimas

    condiciones.

    2.  El espesor de la probeta debe ser a lo menos 10 veces la penetración.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    9/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 7

    3.  La distancia entre huellas debe ser mayor a 3 veces el diámetro de la bola o

    el ancho de la punta esférica.

    4.  El ensayo se debe hacer a temperatura ambiente (25 grados Celsius).

    5.  Si las piezas o probetas son cilíndricas y diámetro es menor a 30 [mm], se

    debe introducir un factor de corrección.

    3.5.3 

    Escalas de Dureza:  Las escalas de dureza tienen directa relación con el

    ensayo de dureza que se realiza. Es así como existen tres distintas escalas

    nHRx, HBS y HV.

    a)  Escala nHRx (Dureza de Rockwell):  Corresponde al ensayo más

    usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a

    cabo. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la

    utilización de distintas combinaciones de cargas y penetradores, lo

    cual permite ensayar prácticamente cualquier metal. Los

    penetradores más utilizados son las bolas esféricas de acero

    endurecido y el penetrador cónico de diamante. En la

    nomenclatura “nHRx” n es la carga aplicada en Kg. HR es el

    identificador del ensayo Rockwell y x es la letra correspondiente al

    penetrador que se utilizó, en la figura 3.3 se pueden ver los

    diferentes valores que puede tomar x.

    Figura 3.5.2: Escalas de dureza de Rockwell tomado de ASTM E 18-03.

    b)  Escala HBS (Dureza de Brinell):  La dureza Brinell se utiliza en

    materiales blandos y muestras delgadas. El penetrador usado es

    una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los

    materiales más duros se utiliza una bola de carbono de tungsteno.

    Se mide el diámetro del casquete en la superficie del material.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    10/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 8

    Cabe notar que este ensayo solo es válido para valores menores

    de 600 HB en el caso de utilizar la bola de acero.

    c)  Escala HV (Dureza de Vickers): La dureza de Vickers es una mejora

    al ensayo de Brinell, consiste en presionar un penetrador contra

    una probeta, bajo cargas más ligeras que las utilizadas en el

    ensayo Brinell. Se miden las diagonales de la impresión cuadrada y

    se haya el promedio, y mediante una formula se puede

    determinar la dureza. Este tipo de ensayo es recomendado para

    durezas superiores a 500 HB.

    3.6- Tipos de fractura

    Durante un ensayo de Charpy por la naturaleza de los materiales, este se separa en

    dos partes esto se conoce como fractura. Las fracturas pueden ser de tres tipos:

    dúctil, frágil y mixta.

    a) 

    Fractura dúctil: esta fractura ocurre por deformación plástica, generalmente en los

    metales dúctiles a medida que se aumenta el esfuerzo se va formando un cuello, y

    debido a las impurezas que presentan se producen grietas que comienzan a

    propagarse hasta fracturarse por completo el metal, este tipo de fractura se puede

    ver en la figura 2 (a).

    b) 

    Fractura frágil: esta fractura ocurre en materiales poco dúctiles, es decir, estos se

    fracturan al ocurrir poca deformación plástica, y en consecuencia no se forma un

    cuello tan pronunciado como en la fractura dúctil, esto se debe a la propagación

    rápida de una grieta y generalmente ocurre en en dirección perpendicular a la

    tensión aplicada. Este tipo de fractura se puede ver en la figura 2 (c).

    c) 

    Fractura mixta:  es una mezcla entre la fractura frágil y dúctil, dependiendo del

    nivel de ductilidad del material, este resistirá más o menos deformación plástica

    antes de fracturar, y en consecuencia su cuello será más o menos pronunciado.

    Este tipo de fractura se puede ver en la figura 2 (b).

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    11/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 9

    Figura 3.6.1: (a) fractura dúctil, (b) fractura mixta, (c) fractura frágil.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    12/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 10

    4. Procedimiento experimental4.1-Ensayo de impacto de Charpy

    El ensayo de Charpy consiste en golpear una probeta con un péndulo-martillo

    provocando la fractura de la probeta, para ello se utilizó una maquina como la observada

    en la figura 4.1.

    Figura 4.1: Esquema del ensayo de impacto de Charpy.

    Como se puede observar en la figura 4.1, el pendulo-martillo se ubica a una altura

    inicial, y posteriormente se suelta golpeando la probeta, provocando la fractura, y sigue

    oscilando, es por ello que es posible medir la energia que absorve la probeta al momento

    de fracturarse, esto mediante la diferencia de energia potencial que tendra el pendulo,

    esto se aprecia en las ecuaciones 4.1 y 4.2.

    (

    )  (4.1)

      (4.2)

    Donde  corresponde al angulo final,  al angulo inicial y  al largo del pendulo.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    13/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 11

    4.2-Ensayo de dureza de Rockwell

    Para la realizacion del ensayo de dureza de rockwell se bede poseer un durometro

    de rockwell como el que se observa en la figura 4.2.

    Figura 4.2: fotografia de un durometro de Rockwell.

    El ensayo consiste en presionar la probeta primero bajo una carga menor que por

    lo general es de 10Kg. Y luego una vez que alcance el equilibrio se le agrega una carga

    principal y con esto se espera nuevamente que alcanze el equilibrio. Luego de alcanzarlo

    se quita la carga principal y se calcula la diferencia de profundidad en la penetracion. Las

    medidas de la profundidad de penetracion se pueden observar en la figura 4.3.

    Figura 4.3: Esquema de la medicion de profundidad de penetracion en el ensayo dedureza de Rockwell.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    14/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 12

    5. Resultados obtenidos A continuacion se muestran los resultados obtenidos para el acero SAE 1045 y el

    acero SAE 4340 con distintos tratamientos termicos a los ensayos de impacto de Charpy y

    de Dureza de Rockwell.

    5.1 Ensayo de impacto de Charpy 

    Para la realizacion del ensayo de charpy se utilizo una energia inicial de 15.8[

    ] .  Con esta energia inicial se pudo calcular la energia absorvida por cada una de las

    probetas de acero SAE 1045 a distintos tratamientos termicos, los resultados para dicho

    ensayo se pueden observar en la figura 5.1. 

    Figura 5.1: Resultados del ensayo de charpy para el acero SAE 1045.

    Por otra parte los resultados del ensayo de Charpy para probetas de acero SAE

    4340 con distintos tratamientos termicos se pueden observar en la figura 5.2.

    Templado

    Agua

    Templado

    Aceite

    Temple +

    Revenido

    200°C

    Temple +

    Revenido

    500°C

    Normalizado Recocido

    Energia absorbida 0,4 5,4 2,4 8,7 6 4,5

    0

    1

    23

    4

    56

    7

    8

    910

       E   n   e   r   g   i   a    [    k   g    f    *   m    ]

    Energia absorbida Acero SAE 1045

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    15/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 13

    Figura 5.2: Resultados del ensayo de Charpy para el acero SAE 4340.

    5.2 Ensayo de dureza de Rockwell

    Para la realización del ensayo de dureza de rockwell se utilizó principalmente la

    norma C, es decir un penetrador de cono de diamante con una carga de 150 kgf, sin

    embargo para el acero recocido fue necesario utilizar la norma B, bola de acero de 1/16”

    con una carga de 60 kgf, ya que el material era muy blando para aplicar la norma C. Los

    resultados del ensayo para los aceros SAE 1045 y SAE 4340 se encuentran en las figuras

    5.3 y 5.4 respectivamente.

    Figura 5.3: Resultados del ensayo de dureza para el acero SAE 1045.

    Templado

    Agua

    Templado

    Aceite

    Temple +

    Revenido

    200°C

    Temple +

    Revenido

    500°C

    Normalizado Recocido

    Energia absorbida 0,9 1,5 1 6 1,3 7,1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

       E   n   e   r   g   i   a    [    k   g    f    *

       m    ]

    Energia absorbida Acero SAE 4340

    0

    1020

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    T+R 500

    [HRC]

    T Aceite

    [HRC]

    Recocido

    [HRB]

    Normalizado

    [HRC]

    T Agua [HRC] T + R 250

    [HRC]

       D   u

       r   e   z   a    d   e   R   o   c    k   w   e    l    l

    Dureza acero SAE 1045

    Medida 1

    Medida 2

    Medida 3

    Medida 4

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    16/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 14

    Figura 5.4: Resultados del ensayo de dureza para el acero SAE 4340.

    5.3 Tipo de fractura

    Como consecuencia del ensayo de impacto de Charpy, se obtuvieron los siguientes

    tipos de fractura para cada una de las probetas ensayadas.

    a.  Para la probeta de acero SAE 1045 normalizada, se obtuvo una fractura

    dúctil, esto se puede observar en la figura 5.5, donde se aprecia la

    deformación plástica y en la figura 5.1 donde se observa que la probeta

    absorbe una cantidad considerable de energía antes de la fractura.

    Figura 5.5: fotografía de la fractura para una probeta de acero SAE 1045 normalizado.

    b.  Para la probeta de acero SAE 1045 recocida se obtiene una fractura del tipo

    mixta, esto se puede apreciar en la figura 5.6 donde se aprecia que la poca

    deformación plástica presente en esta, y en la figura 5.1 donde se puede

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    T Agua [HRC] T+R 250

    [HRC]

    t +R 500

    [HRC]

    T Aceite

    [HRC]

    Normalizado

    [HRC]

    Recocido

    [HRB]

       D   u   r   e   z   a    d   e   R   o   c    k   w   e    l    l

    Dureza acero SAE 4340

    Medida 1

    Medida 2

    Medida 3

    Medida 4

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    17/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 15

    observar la cantidad de energía absorbida por la probeta antes de la

    fractura.

    Figura 5.6: fotografía de la probeta de acero SAE 1045 recocido.

    c.  Para la probeta de acero SAE 1045 con un temple y recocido a 250°C se

    puede obtuvo una fractura del tipo mixta, en la figura 5.7 se puede apreciar

    la poca deformación plástica presente en la probeta posterior a la fractura y

    en la figura 5.1 la energía que absorbió la probeta al momento de la

    fractura.

    Figura 5.7: fotografía de la probeta de acero SAE 1045 T+R 250.

    d.  Para la probeta de acero SAE 1045 con un temple y recocido a 500°C se

    puede observar una fractura del tipo dúctil, en la figura 5.8 se puede

    apreciar la alta deformación plástica presente, y en la figura 5.1 la energía

    que absorbió la probeta antes de la fractura.

    Figura 5.8: fotografía de la probeta de acero SAE 1045 T+R 500.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    18/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 16

    e.  Para el acero SAE 1045 templado al aceite se obtuvo una fractura del tipo

    dúctil, esto se puede observar en la figura 5.9 donde se observa la

    deformación del tipo plástica y en la figura 5.1 donde se puede ver la

    cantidad de energía absorbida antes de la fractura.

    Figura 5.9: fotografía de la probeta de acero SAE 1045 T aceite.

    f.  Para la probeta de acero SAE 1045 templada al agua se obtiene una

    fractura del tipo frágil, esto se puede apreciar en la figura 5.10 donde se

    aprecia la nula deformación plástica y en la figura 5.1 donde se observa la

    poca cantidad de energía absorbida por deformación.

    Figura 5.10: fotografía de la probeta de acero SAE 1045 T agua.

    g. 

    Para la probeta de acero SAE 4340 normalizado se obtuvo una fractura del

    tipo frágil, esto se puede apreciar en la figura 5.11 donde se observa la poca

    deformación plástica presente y en la figura 5.2, donde se puede observar

    la poca energía absorbida por deformación.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    19/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 17

    Figura 5.11: fotografía de la probeta de acero SAE 4340 normalizado.

    h.  Para la probeta de acero SAE 4340 recocido se obtuvo una fractura del tipo

    dúctil, en la figura 5.12 se puede apreciar la deformación plástica en dicha

    probeta posterior a la fractura y en la figura 5.2 la gran cantidad de energía

    absorbida por deformación.

    Figura 5.12: fotografía de la probeta de acero SAE 4340 recocido.

    i.  Para la probeta de acero SAE 4340 con temple y recocido a 250°C se puede

    observar una fractura del tipo frágil, en la figura 5.13 se puede apreciar la

    nula deformación plástica presente en la probeta y en la figura 5.2 la poca

    cantidad de energía absorbida por deformación.

    Figura 5.13: fotografía de la probeta de acero SAE 4340 T+R 250.

     j.  Para la probeta de acero SAE 4340 con temple y recocido a 500°C se puede

    apreciar una fractura del tipo ductil, esto se puede observar en la figura

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    20/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 18

    5.14 donde se ve la gran cantidad de deformación plástica presente, y en la

    figura 5.2 donde se observa la gran cantidad de energía absorbida por la

    probeta.

    Figura 5.13: fotografía de la probeta de acero SAE 4340 T+R 500.

    k.  Para la probeta de acero SAE 4340 templada al aceite, se obtuvo una

    fractura del tipo frágil, esto se puede apreciar en la figura 5.14 donde se

    nota la nula deformación plástica y en la figura 5.2 donde se observa la

    poca cantidad de energía absorbida por deformación.

    Figura 5.14: fotografía de la probeta de acero SAE 4340 T aceite.

    l.  Para la probeta de acero SAE 4340 templada al agua se obtuvo una fractura

    del tipo frágil, esto se puede apreciar en la figura 5.15 donde se ve la poca

    deformación plástica presente, y en la figura 5.2 donde se observa la poca

    cantidad de energía absorbida por deformación en el ensayo de Charpy.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    21/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 19

    Figura 5.15: fotografía de la probeta de acero SAE 4340 T agua.

    En la tabla 5.1 se puede observar un resumen de los tipos de fractura presente en

    cada una de las probetas ensayadas.

    Tabla 5.1: Tipos de fractura para las probetas de aceros SAE 1045 y SAE 4340 condistintos tratamientos térmicos.

    Material Tipo de Fractura

    Acero SAE 1045 normalizado Dúctil

    Acero SAE 1045 recocido Mixto

    Acero SAE 1045 templado y revenido a 250° Mixto

    Acero SAE 1045 templado y revenido a 500° Dúctil

    Acero SAE 1045 templado al aceite Dúctil

    Acero SAE 1045 templado al agua. Frágil

    Acero SAE 4340 normalizado Frágil

    Acero SAE 4340 recocido Dúctil

    Acero SAE 4340 templado y revenido a 250° Frágil

    Acero SAE 4340 templado y revenido a 500° Dúctil

    Acero SAE 4340 templado al aceite Frágil

    Acero SAE 4340 templado al agua Frágil

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    22/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 20

    6. Discusión de Resultados 

    El acero SAE 1045 de por si es un acero de alta dureza debido a su porcentaje de

    carbono (45%). Para los procesos de temple en el acero 1045 se logra un material de alta

    dureza y poco tenaz, eso ocurre por la formación de martensita. Al aplicar revenido luegodel temple se aumenta la tenacidad pero se pierde un poco de dureza. El aumento de la

    tenacidad se debe a que al revenir se eliminan concentraciones de esfuerzos dentro del

    material, y la baja de dureza ocurre a la perdida de martensita ya que el acero al

    enfrentarse a altas temperaturas busca llegar al equilibrio. En cambio al aplicar recocido

    se observa mayor tenacidad pero una baja dureza, esto ocurre debido a la disminución de

    concentración de esfuerzos internos y a una gran estabilidad interna ya que se logra

    acercarse más al equilibrio.

    El acero SAE 4340 al tener un poco menos de concentración de carbono (40%) de

    por si es un acero un poco menos duro que el acero SAE 1045. Al igual que para el acero

    SAE 1045 al aplicar tratamientos térmicos de temple se obtienen aceros de poca

    tenacidad y de alta dureza, esto se debe también a la formación de martensita la cual

    posee alta dureza y fragilidad alta, debido a las imperfecciones de grano en el proceso de

    enfriamiento rápido, y a la inestabilidad energética de su estructura. Al aplicar revenido

    aumenta la tenacidad y baja la dureza, al hacerlo con una mayor temperatura aumenta el

    efecto de ambos, es decir, aumenta más la tenacidad y desciende más la dureza. Esto

    ocurre por la mayor estabilidad que se logra al disminuir la concentración de esfuerzos. Al

    hacer recocido se alcanza el mayor equilibrio interno, es decir, este acero es el que posee

    menores tensiones internas. Por lo tanto se tiene una alta tenacidad y baja dureza.

    Dado lo anterior, se puede notar que el hecho de aplicar temple a los aceros tiendea aumentar la dureza del material al generar una estructura interna desordenada debido

    al descenso rápido de la temperatura. Pero si luego se utiliza revenido, se elimina un poco

    la martensita y se aumenta la tenacidad del material sacrificando un poco de dureza, este

    proceso ocurre de mayor manera al aplicar temperaturas altas. Con el uso de recocido se

    recupera la estructura interna del acero eliminando las tensiones internas.

    El uso de cada tratamiento térmico dependera de la aplicación que se le quiere dar

    al acero.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    23/24

     

    ME3601- Ingeniería de Materiales I Página 21

    Conclusiones.

    Se logra calcular la tenacidad y dureza de probetas de aceros SAE 1045 y SAE 4340,

    experimentalmente mediante ensayo de Charpy y de dureza de Rockwell.

    El acero se comporta de diferente manera según el tratamiento térmico que se le

    aplica, en donde el temple aumenta la dureza, el revenido aumenta la tenacidad

    sacrificando un poco de dureza, y el recocido recupera la estructura interna del acero, por

    lo tanto baja la dureza y aumenta la tenacidad.

    El tipo de fractura depende de la dureza y tenacidad que tenga el acero, una baja

    tenacidad y alta dureza son característicos de una fractura frágil, en cambio una alta

    tenacidad y baja dureza es típico de una fractura dúctil.

    Errores de medición en el ensayo de dureza se pueden deber a tener

    imperfecciones en la superficie en donde se aplicó el ensayo, ya que es necesario una

    superficie lo más lisa posible.

    Los resultados experimentales se asemejan a los esperados por la teoría de los

    tratamientos térmicos.

  • 8/19/2019 Ensayo de Charpy y de Dureza

    24/24

     

    ME3601 Ingeniería de Materiales I Página 22

    Bibliografía.

    1- Catalogo aceros Otero

    http://www.acerosotero.cl/productos.html 

    http://www.acerosotero.cl/productos.htmlhttp://www.acerosotero.cl/productos.htmlhttp://www.acerosotero.cl/productos.html