ensayo Jominny

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ENSAYO DE JOMINY Ingeniería de Materiales

I. TITULO:

ENSAYO JOMINY

(MÉTODO DE PRUEBA POR EXTREMO TEMPLADO)

II. OBJETIVOS:

2.1. Determinar la templabilidad o capacidad de temple mediante la obtención de la

profundidad y distribución de la dureza en el interior de una pieza, (para un acero

de construcción SAE 1045).

2.2. Evaluar las curvas de templabilidad o curvas Jominy de los aceros.

2.3. Determinar el diámetro critico (Dc) y el diámetro critico ideal (Di).

III. FUNDAMENTO TEÓRICO:

El término templabilidad se refiere a la capacidad relativa de un acero de ser endurecido por transformación a martensita. Es una propiedad que determina la profundidad (desde la superficie templada) a la cual el acero se endurece o la severidad del temple requerido para lograr una cierta penetración de la dureza. Los aceros con buena templabilidad pueden endurecerse más profundamente y no requieren altas velocidades de enfriamiento. La templabilidad no se refiere a la máxima dureza que se puede lograr en el acero; pues esto depende del contenido de carbono. La templabilidad de un acero se incrementa dependiendo de los elementos aleantes. Los elementos aleantes que tienen el mayor efecto son el cromo, el manganeso, el molibdeno y el níquel en menor grado. El mecanismo mediante el cual operan estos elementos aleantes es el aumento del tiempo antes de que ocurra la transformación de ausentita a perlita en el diagrama TTT. En efecto, la curva TTT se mueve hacia la derecha, permitiendo así velocidades de enfriamiento más lenta, para obtener la transformación martensitica. Por tanto la trayectoria del enfriamiento es capaz de seguir más fácilmente una ruta más lenta hacia la línea Ms, evitando el obstáculo impuesto por la nariz de la curva TTT. El método más común para medir la templabilidad es el ensayo de Jominy del extremo templado. El ensayo involucra el calentamiento de un espécimen normal de diámetro = 1.0 pulg (25.4 mm) y longitud = 4.0 pulg (102 mm) hasta la zona de la austenita, y


después el templado de uno de sus extremos con agua fría mientras se sostiene verticalmente, como se muestra en la figura 1. La velocidad de enfriamiento en el espécimen de prueba disminuye con el incremento de la distancia desde el extremo que se templa. Luego una vez fría la pieza se hacen superficie planas paralelas y se toman medidas de dureza cada 1/16". La dureza máxima se encuentra en el extremo templado (donde se forma martensita) y a medida que se aleja el extremo se forman productos de transformación más blandos.La templabilidad es indicada por la dureza del espécimen como una función de la distancia desde el extremo templado como se muestra en la curva Dureza= f (d) en Figura 1.

.

Fig1: Templabilidad indicada por la dureza.

La curva de templabilidad asegura que si la dureza disminuye rápidamente

conforme nos alejamos del extremo templado, el acero tendrá una templabilidad

baja, mientras que los aceros cuyas curvas son casi horizontales serán de alta

templabilidad, es decir, susceptibles de endurecerse rápido cuando sufren temple.


Fig. Nº 2.-Curvas de templabilidad de diferentes aceros con 0,4% C

Se observa que, a medida que nos alejamos del extremo templado, la dureza (HRC)

disminuye.

Se puede observar que el descenso de la dureza en la curva inferior es más rápido,

con lo cual podemos afirmar que en ese caso, la probeta tendrá baja templabilidad,

es decir, que ese acero tiene menos capacidad para transformarse en un acero de alta

dureza (martensita) cuando se enfría rápidamente con un líquido (normalmente

agua).

La composición normalizada de un acero se encuentra dentro de un rango para cada

elemento aleante, con cuyos extremos se pueda calcular de manera teórica las

llamadas bandas de templabilidad.


La velocidad de enfriamiento varía a todo lo largo de la barra, siendo más elevada

en el extremo templado por estar en contacto con el agua. La velocidad de

enfriamiento en cualquier punto a lo largo de la barra se ha determinado con toda

exactitud. La tabla 1 muestra los valores correspondientes. Así, este método

describe el procedimiento para determinar la templabilidad de un acero.

Fig. Nº 3.-Esta es la representación comparativa de la dureza alcanzada entre la superficie y

el nucleó de diferentes aceros.

El temple es un tratamiento térmico que consiste en calentar un producto

siderúrgico, durante cierto tiempo, a una temperatura generalmente por encima del

punto crítico superior y luego enfriarlo bruscamente en un medio líquido o gaseoso

y a veces por contacto con un sólido.

Con el temple se persiguen distintos objetivos entre los que se encuentra obtener la

estructura martensítica que modifica las distintas propiedades del producto

siderúrgico de las siguientes formas:


Propiedades físicas:

1. Densidad: los aceros e hierros fundidos templados, aumentan de volumen por

acción de dicho tratamiento.

2. Resistividad: la resistencia eléctrica del acero aumenta.

3. Magnetismo: la intensidad magnética del acero disminuye.

4. Sonoridad: la sonoridad del acero disminuye.

Propiedades mecánicas:

1. Aumentan: la tensión de rotura por tracción, el límite elástico y la dureza.

2. Disminuyen: el alargamiento, la estricción y la resiliencia. En síntesis, el

producto siderúrgico al templarlo, se hace más resistente y duro, pero más

frágil. Este efecto es notable en el acero por el acusado descenso de la

ductilidad.

Propiedades químicas

Aumenta la resistencia al ataque químico de ciertos ácidos con respecto al que

poseen en estado recocido.

Físico-químico

El temple constituye un tratamiento preparatorio o previo para la obtención de

determinadas estructuras y en consecuencia, definida características mecánicas.

Tratamiento heterogéneo

El temple puede tener entre otras por finalidad principal, producir la máxima dureza

en el acero y hierro fundido, propiedad que suele obtenerse para afectar:

1. Solamente a la periferia, superficialmente o localizado a determinada zona.

2. Integralmente, a toda la masa metálica.


Fases del temple

El proceso de realización del temple comprende dos fases, a saber:

a) Calentamiento del producto siderúrgico hasta determinada temperatura.

b) Enfriamiento inmediato, generalmente en un medio enérgico.

A) Calentamiento

El calentamiento de los productos siderúrgicos para obtener el estado austenítico,

necesario e imprescindible para practicar el temple, constituye, además del primer

paso, un proceso de vital importancia. En la etapa de calentamiento la progresión de

los constituyentes que van a formar la solución sólida es la siguiente: en el supuesto

de un acero eutectoide, la disolución de perlita se realiza en dos etapas: inicialmente

se produce la transformación de la ferrita (hierro α) en hierro gamma (Fe γ) (con lo

cual se crea la condición que permita la disolución del carbono) y luego entra en

solución el carburo de hierro (cementita).

La velocidad de calentamiento, como el tiempo de permanencia a temperatura,

dependen de una serie de factores entre los cuales se citan: composición del acero,

estado estructural, características dimensionales, tensiones residuales, etc

B) Enfriamiento

El medio de enfriamiento más adecuado para templar un acero es aquel que consiga una

velocidad del temple ligeramente superior a la crítica. No sólo es necesario, sino que es

perjudicial que la velocidad de temple sea excesivamente grande, pues se corre el peligro de

producir grietas y esfuerzos, debido al desigual enfriamiento de las piezas entre la superficie

y el interior de ellas. Si el enfriamiento es lento es más uniforme.

A continuación se mencionan los principales medios de temple (ordenados en forma

descendente de acuerdo a la severidad con que extrae el calor), así mismo, se especifican

los aceros en que son aplicables:

Salmuera → Acero simple.

Agua → Acero simple.


Aceite → Aceros aleados y de alta aleación

Sales fundidas → Aceros de alta aleación

Aire → Aceros de alta aleación

Al sumergir un acero (con una temperatura alta) en un líquido, tienen lugar las

siguientes etapas, como se muestra en la figura, y que posteriormente se describen.

Figura Nº3

Etapa I. Inmediatamente después de introducir el acero, se forma una capa de vapor que

envuelve el metal y que dificulta el enfriamiento, por esta razón el enfriamiento es bastante

lento. Influyen en esta etapa la temperatura del baño, la temperatura de ebullición, la

conductividad de su vapor y el grado de agitación del baño, que remueve el líquido en

contacto con el acero.

Etapa II. Al descender la temperatura desaparece la envolvente de vapor aunque el líquido

en contacto con el metal sigue hirviendo y produciendo burbujas. El enfriamiento es rápido

y se denomina enfriamiento por transporte de vapor. Influye en esta etapa el calor de

evaporización y la viscosidad del líquido.

Etapa III. Cuando la temperatura del metal desciende por debajo de la temperatura de

ebullición del líquido de temple, el enfriamiento se hace por conducción y por convención,

pero como entonces la diferencia de temperatura entre el metal y el medio es pequeña, el


enfriamiento es lento, dependiendo de la conductividad térmica del líquido y de su

grado de agitación.

Medios utilizados para el enfriamiento

El medio de enfriamiento ideal del temple será aquel que produzca una velocidad de

enfriamiento superior a la crítica hasta temperaturas inferiores a las de

transformación de la perlita y vainita, y más baja en el intervalo de la

transformación martensítica. De esta forma se evitará la transformación de la

austenita en los constituyentes más blandos y se conseguirá que se transforme con

uniformidad en martensita, sin peligro a que se formen grietas y deformaciones.

Figura Nº4.-Micro-estructura Acero antes del Temple

Agua: El agua es el método más utilizado para el enfriamiento de acero en el temple. El

agua a temperatura inferior a 30ºC, tiene una severidad de temple baja si se deja la

pieza en reposo pero si se agita o se le añaden sales esta severidad aumenta,

llegando a conseguirse, uniendo ambos métodos, la máxima severidad.

http://blog.utp.edu.co/metalografia/files/2011/05/antes-del-temple1.jpg


Fig. Nº6.- Nos podemos dar cuenta que su micro estructura es 100% martensita ya que es

enfriado con un medio muy severo, sus propiedades mecánicas son muy altas

Los defectos más comunes ocasionados en el temple

Oxidaciones y descarburación: se deben al calentamiento en atmósferas

inadecuadas.

Exceso de fragilidad: por calentamiento a temperaturas excesivas que provocan el

crecimiento del grano.

Falta de dureza: por calentamiento a temperatura demasiado baja, por

descarburación superficial o por velocidades de enfriamiento superiores a la crítica.

Deformaciones: por calentamiento o enfriamiento desigual de las piezas o apoyos

inadecuados en el proceso.

Grietas y roturas: por desigual enfriamiento del núcleo y la periferia de la pieza.

Diámetro critico real:

Es el máximo diámetro que puede un redondo de acero de composición química

definida, para que al enfriar en un medio de determinada capacidad de enfriamiento,

quede con 50% de martensita en el núcleo. La inflexión de la curva representa este

valor de porcentaje.


Diámetro critico ideal:

Es el máximo diámetro que puede tener un redondo de acero de composición

química definida, para que al enfriar en un medio de capacidad de enfriamiento

infinita, quede con 50% de martensita en el núcleo.

Diagramas TTT “Tiempo-Temperatura-Transformación”

El diagrama TTT es consecuencia de la cinética de la transformación eutectoide y permite predecir la estructura, propiedades mecánicas y el tratamiento térmico requerido en los aceros. Se denomina curva TTT al diagrama que relaciona el tiempo y la temperatura requeridos para una transformación isotérmica.

Los diagramas TTT son gráficas que representan la temperatura frente al tiempo (Son muy útiles para entender las transformaciones de un Acero que se enfría isotérmicamente. Así por ejemplo, en el caso del acero, y más concretamente para la fase Austenita, que es inestable debajo de la temperatura de transformación eutectoide, se necesita saber cuánto tiempo requerirá para empezar a transformarse a una temperatura subcrítica específica, cuánto tiempo precisará para estar completamente trasformada y cuál será la naturaleza del producto de esta transformación. Se elaboran con el porcentaje de transformación frente al logaritmo de las medidas de tiempo.

Figura Nº 5

http://blog.utp.edu.co/metalografia/files/2011/05/ttt1.jpg


Con este diagramas podemos saber la fase que obtendremos si utilizamos un medio de enfriamiento determinado pero hay que tener en cuenta que hay un diagrama TTT diferente para cada acero AISI-SAE.

IV. EQUIPOS A USAR:

Equipos para el ensayo Jominy.

Probeta Jominy de un acero.

Horno eléctrico

Durómetro.

Elementos para el desbaste, pulido y ataque

Equipos ensayo Jominy Probeta Jominy de un acero Horno Durómetro.

Fig6: Instrumentos y equipos utilizados


V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Se precalienta el horno hasta una temperatura de 900°C, luego se coloca la probeta

Jominy 1045 en el horno y se mantiene durante una hora y media a la temperatura

de 900°C.

FigNº 7.- Encendiendo el horno hasta una Tº de 900ºc

Figura Nº 8.- Sacando las probetas del ensayo Jominy del horno


Figura Nº 9.- antes de colocar la probeta debemos verificando la altura requerida para el ensayo Jominy

Figura Nº 10.- Probeta en la máquina de Jominy enfriándose.


Figura Nº 11.- Probeta en la máquina de Jominy, se enfrió completamente.

Figura Nº 12.- Probetas sacadas de la máquina de Jominy.

Figura Nº 13.- Finalmente se mide la dureza de la probeta y se anota los datos.

Figura Nº14.- probeta finalizada


VI. RESULTADOS:

Medición de dureza pieza templada: Dureza inicial 26.7 HRC

Figura Nº 14 .Medidas en diferentes puntos de la probeta

Lo cual nos da un promedio de 57,6 HRD. Teniendo un incremento en la dureza de la probeta, podemos concluir que la austenita es transformada completamente en martensita, con la ayuda de los elementos aleantes del acero 1045, los que intensifican la dureza de este.

CURVAS DE TEMPLABILIDAD:

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 1000

10

20

30

40

50

60DUREZA VS DISTANCIA

Distancia (mm)

Dure

za

Figura Nº15.- Curva de templabilidad de la probeta AISI 1045


VII. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Y RECOMENDACIONES:

Encontramos la capacidad de temple con un valor de 57,6 HRD con un temple al

agua(extremo inferior) y con 37.3 HRD con un temple al aire (extremo superior no

expuesto al temple por agua )

Como vemos la curva de templabilidad extraída del análisis de la probeta Jominy es muy

parecida a la citada en la teoría.

VIII. RECOMENDACIONES:

Una de las recomendaciones que se debe tomar en cuenta en el ensayo Jominy es en

que al momento de sacar la probeta del horno hay que tener bien instalado el equipo,

caso contrario la probeta se enfriará rápidamente al aire y no se podrán obtener las

durezas esperadas y el gráfico tendría una leve variación.

El tiempo necesario para la colocación de la probeta austenizada al equipo para el

ensayo Jominy debe ser de aproximadamente de 10 segundos para obtener los

resultados esperados.

IX. BIBLIOGRAFÍA:

http://www.slideshare.net/vlady71/informe-ensayo-jominy

ASKELAND, Donal R., “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Thomson Editores. México, 1998.


ANEXOS

Tabla 1.- Relación entre velocidad de enfriamiento y la distancia Jominy.


Distancia Jominy (mm) Dureza HRD

2 503 49,55 47,96 45,6

6,5 45,68 45,79 45,6

12 45,313,5 45,315 4517 44,718 44,1

19,5 42,721,5 42,824 42,327 41,829 40,9

31,5 40,634 39,937 39,3

39,5 38,442 38,8

45,5 38,348,5 38,351 37,7

53,5 37,256,5 37,359,5 36,662,5 36,466 36,1

69,5 36,275 36,581 36,685 37,2

90,5 37

Proceso de laboratorio :


Anexos 01: probetas para realizar el ensayo jominy

Anexos02: medición de la altura requerida para el ensayo jominy

Anexos03: prueba con al probeta antes de empezar el ensayo jominy

Anexos04: colocación de las probetas en el horno

Anexos06: Encendiendo el horno hasta una Tº de 900ºc

Anexos 05: armado del horno e implementación.


Anexos 07: proceso del ensayo jominy

Anexos 08: medición de dureza final


Fuente: http://hermandaddelyunque.foroactivos.net/t74-relacion-entre-los-colores-y-las-temperaturas

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