LABORATORIO N1

1. TITULO:

RECOCIDO Y NORMALIZADO DE LOS ACEROS 4340 Y EJE DE TRANSMISION(3215)

2. OBJETIVOS:

0. Obtener microestructura prxima a la de equilibrio (ferrito-perlticas, que son ms blandas que las bainticas o martensticas) para que el acero tenga una dureza apropiada y til.0. Ablandar el acero para poderlo mecanizar o para conformado en frio.0. Con el normalizado obtener estructuras ferrito - perliticas, normal del acero es decir un tamao de grano ferritico igual o inferior al valor ASTM 7 y perlita laminar fina.

3. FUNDAMENTO TERICO:

DIAGRAMAS TTT:

Estos diagramas grafican las condiciones (temperatura-tiempo) en que ocurre la transformacin de la austenita para cada tipo de acero. En la Fig. 1 se muestra un mtodo experimental para su trazado. Consiste en calentar en un bao lquido a la temperatura de austenizacin correspondiente, varias probetas pequeas del acero en estudio, extraerlas e introducirlas rpidamente en otro bao que se mantiene a la temperatura de reaccin deseada. Su pequeo tamao les permite enfriarse hasta dicha temperatura en una fraccin de segundo. Transcurrido un cierto tiempo, una de ellas es extrada y sumergida en agua. Esto detiene la reaccin produciendo el cambio casi instantneo de la austenita remanente en martensita. A continuacin se examina en el microscopio siendo usualmente fcil distinguir la porcin de austenita que ha reaccionado isotrmicamente, de la que se ha transformado en martensita durante el enfriamiento posterior. En la parte inferior de la figura se ha representado tiempo de Reaccin vs. Porcentaje de transformacin alcanzado. Con esto se traza el diagrama TI, cuyas curvas resumen los datos de reaccin isotrmica de la austenita para todas las temperaturas.

Figura 1:FIG. 1: REACCIN ISOTRMICA DE LA AUSTENITA DE 0,8%C A 700 C

La forma de las curvas de los diagramas refleja que cuando la temperatura de transformacin desciende por debajo de Ac1, la reaccin isotrmica va rpidamente en aumento porque la austenita es cada vez ms inestable, pero, a temperaturas an ms bajas, la disminucin de la velocidad de difusin tiene un efecto predominante y la transformacin se retarda.

EFECTO DE LA COMPOSICIN:

La composicin qumica de un acero y en especial el contenido de los elementos aleantes, es el factor que influye ms decisivamente en la forma y situacin de la curva de la S, Adems, para una dada composicin, el tamao de grano y la homogeneidad de la austenita, ejercen tambin una gran influencia.

La mayora de los elementos aleantes retardan la transformacin isotrmica de la austenita; por lo tanto, las curvas TI son desplazadas a la derecha. Los distintos elementos difieren en el tipo e importancia de los efectos; el carbono es el ms potente, pero su contenido en el acero est normalmente determinado por otras consideraciones. Los elementos que forman carburos, especialmente el cromo y el molibdeno, retardan la transformacin perltica en una proporcin mayor que la transformacin baintica. Esta tendencia es bien clara en el diagrama TI del acero SAE 4340, de la Fig. 2, que posee pequeas cantidades de Cr y Mo. Figura 2

Estos diagramas TI, de transformacin isotrmica, se utilizan para predecir el tiempo que debe permanecer el acero a una dada temperatura hasta completar los cambios estructurales. Pero la mayora de los tratamientos trmicos industriales se realizan enfriando de forma continua las piezas, desde la temperatura de austenizacin; esas curvas de enfriamiento no pueden ser colocadas directamente sobre los diagramas TI.

No obstante se ha comprobado que los fenmenos que se presentan en ambos modos de transformacin de la austenita, son bastante parecidos, empezando en los enfriamientos continuos a temperaturas un poco ms bajas. De una forma similar a la descrita anteriormente, se han trazado los diagramas TC o de transformacin continua, cuyas curvas estn ligeramente desplazadas a la derecha y hacia abajo, respecto a las obtenidas isotrmicamente. Con ellos se puede conocer la estructura que se obtendr para cada velocidad de enfriamiento, y la velocidad crtica de temple, tangente a la nariz, que es la mnima velocidad de enfriamiento para la que se produce la transformacin completa de austenita en martensita. En la Fig. 3 se representa el diagrama TC del acero SAE 4140. Las curvas de enfriamiento indicadas con los nmeros 2, 4, 8, 16 y 48, se determinaron a lo largo de la probeta Jominy, que se describir ms adelante. Figura 3:

Cuando las temperaturas de comienzo y fin de la transformacin martenstica, Ms y Mf, son bajas y la nariz perltica se encuentra desplazada a la derecha del diagrama, se dice que el acero es ms templable. En estos casos, la velocidad crtica es menor y puede obtenerse martensita templando en medios menos severos, como el aceite. Al mismo tiempo, la templabilidad de un acero indica su capacidad para adquirir dureza en el temple y que sta penetre hacia el interior de la pieza. En general, puede afirmarse que cuando el dimetro de la pieza supera los 25 mm, si se desea obtener ms de 50% de martensita en el ncleo es necesario emplear aceros de alta templabilidad, es decir, aceros aleados.

Los diagramas TTT son datos que proveen los fabricantes de los aceros y se usan para determinar las condiciones adecuadas de los tratamientos trmicos para obtener las propiedades mecnicas especificadas en los planos de las piezas.

TRATAMIENTOS TRMICOS:

El tratamiento trmico es una operacin o combinacin de operaciones que comprenden el calentamiento o enfriamiento del metal, con el fin de mejorar algunas propiedades, en relacin con la condicin original del material. Los propsitos generales del tratamiento trmico son la eliminacin de tensiones internas, homogeneizacin de las estructuras de moldeo, afino de grano y cambio de estructura.Todos los procesos bsicos de tratamiento trmico del acero incluyen la transformacin o descomposicin de la austenita. Para realizar el tratamiento trmico tenemos que calentar la muestra de acero hasta una temperatura por encima de la temperatura crtica superior para formar austenita. Normalmente la velocidad de enfriamiento en un mismo tratamiento no influye demasiado en las propiedades finales del acero, siempre que se haga razonablemente lento.Los principales tratamientos trmicos que se aplican a una muestra de acero son: recocido total, recocido de esferoidizacin, recocido para eliminacin de esfuerzos, recocido de proceso, normalizacin y templado.Figura 4:

Figura 5:

La gran variedad de propiedades de los aceros, desde blando y dctil hasta duro y frgil, es, en gran parte, consecuencia de la transformacin alotrpica del hierro y de los importantes efectos producidos por el carbono. Para controlar esas propiedades se usan los tratamientos trmicos, que consisten en calentar y mantener las piezas a temperaturas adecuadas durante cierto tiempo, y luego enfriarlas convenientemente. De esta forma se modifica la estructura microscpica, se verifican transformaciones fsicas y, en algunos casos, hay cambios en la composicin qumica. El tiempo y la temperatura son los factores principales y deben ser fijados previamente, de acuerdo a la composicin qumica, la forma y el tamao de las piezas y las propiedades finales que se desean obtener. En condiciones de enfriamiento lento los cambios de fase que tienen lugar en los aceros pueden predecirse mediante el diagrama de equilibrio Fe-C. Pero si las transformaciones no se producen en equilibrio se obtendrn otras fases y constituyentes, que adquieren gran importancia cuando se trata de modificar las propiedades mediante los tratamientos trmicos. Variando la velocidad de enfriamiento se observan los siguientes fenmenos:

1. Disminucin de las temperaturas de comienzo de formacin de ferrita (Ac3) y eutectoide (Ac1) 1. La transformacin eutectoide ya no ocurre a temperatura constante y su concentracin de carbono es menor a 0,8 % 1. Disminucin de la cantidad de ferrita libre, hasta desaparecer 1. Afinamiento de la perlita 1. Formacin de troostita (intermedio de temple) 1. Crecimiento acicular de la ferrita 1. Cuando la difusin est limitada, formacin de martensita 1. Surgimiento de otra estructura (entre la perlita y la martensita), denominada bainita, en la que la ferrita crece en forma acicular y la cementita precipita en su interior Esta gama de estructuras que aparecen segn las condiciones a la que ocurre la transformacin alotrpica desde la austenita, se representan en los diagramas temperatura/tiempo/transformacin o diagramas TTT.

En la mayora de los tratamientos trmicos, el calentamiento debe hacerse hasta unos 30 a 50 C por encima de la temperatura Ac3 obtenida del diagrama Fe-C. Las piezas deben colocarse en el horno fro y la temperatura debe elevarse lentamente, tanto ms cuanto mayor sea la seccin de la pieza para evitar tensiones por dilataciones desiguales entre el ncleo y la superficie; incluso en algunos casos se especifica un precalentamiento. La pieza debe permanecer en el horno hasta que la temperatura se iguale en todos sus puntos y la estructura se homogenice. Una regla conservadora recomienda que el tiempo de permanencia sea de una hora por pulgada de espesor. Si la temperatura es demasiado alta o el tiempo excesivo, se producir un sobrecalentamiento, es decir, se obtendr un tamao de grano basto (muy grande) y las propiedades mecnicas del acero empeorarn. Cuando no llega a producirse alteracin de los bordes de grano, luego del sobrecalentamiento puede regenerarse la estructura mediante otro tratamiento trmico. En cambio, si penetra oxgeno en ellos, se produce un quemado, que ya no puede corregirse.

TRATAMIENTOS CON ENFRIAMIENTO LENTO:

Consisten en la austenizacin seguida de un enfriamiento controlado, generalmente en horno o al aire, de modo de producir microestructuras prximas a las de equilibrio. Dentro de esta clasificacin se incluyen los procesos denominados normalizados y recocidos.

Los productos forjados, las piezas coladas y el acero laminado en caliente se normalizan para producir una estructura ms uniforme que, en general, mejora las propiedades y conduce a un resultado ptimo en cualquier tratamiento trmico posterior. Con el normalizado tambin se eliminan tensiones internas y se uniformiza el tamao de grano del acero. En cambio, el objetivo principal del recocido es ablandar el acero, de modo de obtener la maquinabilidad o deformabilidad ptima.

1. RECOCIDO:

Todos los tipos de realizacin del tratamiento trmico, que tienen como consecuencia un refrigeramiento lento generalmente luego de calentar la pieza de trabajo a una temperatura determinada, se denominan como recocido. Como el calentamiento se debe realizar lentamente, uniformemente y enrgicamente, se prefieren especialmente hornos como fuente trmica, que tengan dispositivos de medicin de la temperatura. Si no existe ninguna posibilidad de medir la temperatura exactamente, se debe valorar entonces de forma aproximada basndose en la coloracin del material durante el calentamiento: Valores aproximados de coloracin para aceros sin aleacin, ricos en carbono:

COLOR DE RECOCIDOTEMPERATURACTEMPERATURAK

carmelito ennegrecido 520 ... 580 793 ... 853

rojo carmelito 580 ... 650 853 ... 923

rojo oscuro 650 ... 750 923 ... 1023

rojo cereza oscuro 750 ... 780 1023 ... 1053

rojo cereza 780 ... 800 1053 ... 1073

rojo cereza claro 800 ... 830 1073 ... 1103

rojo claro 830 ... 880 1103 ... 1153

rojo amarillo 880 ... 1050 1153 ... 1323

amarillo oscuro 1050 ... 1150 1323 ... 1423

amarillo claro Figura 6:

1150 ... 1250 1423 ... 1523

blanco 1250 ... 1350 1523 ... 1623

El reconocimiento de la diferencia de coloraciones requiere un medio ambiente oscurecido y gran experiencia para valorar aproximadamente.Esta sinopsis no puede ser empleada para aceros aleados.

PRINCIPIO Y TIPOS DE LOS PROCEDIMIENTOS DE RECOCIDO:

El recocido se realiza en tres etapas de trabajo:

1. Calentamiento del material a la temperatura de recocido.1. Mantenimiento de la temperatura sobre un tiempo determinado.1. Refrigeramiento lento del material.

Las piezas de trabajo deben ser preparadas limpiamente, herrumbe y oxido deben ser retirados antes del recocido!De acuerdo a las propiedades exigidas del material se emplean diferentes procedimientos de recocido.

Todo metal que haya sido previamente trabajado en fro, sean por medio de los mecanismos de deformacin plstica por deslizamiento y por maclaje logra alterar las propiedades mecnicas de este metal. El resultado del trabajo en fro es deformar los granos dentro del metal adicionando imperfecciones a los cristales que servirn de anclaje evitando el movimiento interplanar con el consiguiente aumento de las propiedades de Dureza, la resistencia a la Tensin y la resistencia elctrica; y, por el contrario, disminuyo la ductilidad.Se puede entender el recocido como el calentamiento del acero por encima de las temperaturas de transformacin a la fase austentica seguida de un enfriamiento lento. El resultado de este lento enfriamiento es el de obtener un equilibrio estructural y de fase en los granos del metal.Dependiendo del porcentaje de carbono; luego del recocido se pueden obtener diversas estructuras tales como Ferrita+Cementita en los aceros Hipoeutectoides; Perlita en los aceros Eutectoide; y Perlita+Cementita en los aceros Hipereutectoides.El fin ltimo del recocido del acero tiene baja dureza y resistencia.El recocido total es el proceso mediante el cual la estructura distorsionada en fro retorna a una red cuyo estado se halla libre de tensiones por medio de la aplicacin de calor. Este proceso se efecta totalmente en estado slido y puede dividirse en las tres etapas siguientes: Recuperacin, Recristalizacin y Crecimiento del Grano.

1. RECUPERACIN:

La deformacin plstica que ha sufrido un metal provoco la operacin de esfuerzos internos que distorsiona la red cristalina incrementando la dureza y disminuyendo la ductilidad del metal.Si llevamos la muestra de metal a una temperatura superior a la ambiental pero por debajo de la temperatura de austenizacin; las propiedades mecnicas de este no variaran en gran medida lo que es cnsono con la mnima variacin de la microestructura del metal.Siendo el nico efecto apreciable el del alivio de los esfuerzos internos productos de la deformacin plstica.Cuando calentamos el metal las dislocaciones se mueven y reagrupan mientras que los esfuerzos residuales se reducen. Durante esta etapa aumenta relativamente la conductividad elctrica del metal tratado.

1. RECRISTALIZACION:

Si el calentamiento contina, el grano original donde estn presentes las dislocaciones dar lugar a granos de menor tamao que estarn libres de imperfecciones y de esfuerzos residuales. Estos nuevos granos no presentan la forma alargada de los granos originales sino que son ms uniformes en sus dimensiones.Esta parte del proceso tiene como fin ltimo el refinar el tamao del grano, eliminando las tensiones internas y disminuyendo la heterogeneidad estructural, el recocido contribuye a mejorar las propiedades de plasticidad y viscosidad en comparacin con las obtenidas despus de fundido forjado o laminado.El proceso de Recristalizacin requiere elevar la temperatura por debajo del cual no se dar el proceso de recristalizacin, mas esta temperatura no es un valor definido sino una temperatura aproximada que recibe el nombre de Temperatura de Recristalizacin definida como "La temperatura aproximada a la que un material altamente trabajado en fro se recristaliza por completo en una hora".La Temperatura de Recristalizacin depende de diversos factores pero entre los principales tenemos:

1. La severidad de la deformacin plstica.1. El tamao del grano original deformado plsticamente.1. La temperatura a la cual ocurre la deformacin plstica.1. El tiempo en el cual el metal deformado plsticamente es calentado para obtener la temperatura de Recristalizacin.1. La presencia de elementos disueltos en el metal.

Obsrvese que a mayor cantidad de deformacin previa, menor ser la temperatura necesaria para iniciar el proceso de la Recristalizacin debido a la mayor distorsin y a la mayor cantidad de energa interna disponible.Si aumentamos el tiempo de recocido lograremos disminuir la temperatura de Recristalizacin.Si la intensidad del trabajo en fro es similar en dos muestras; aquella que presente el grano ms fino introducir un mayor endurecimiento por deformacin en el metal y por lo tanto, menor ser la temperatura de Recristalizacin que en aquella de grano mayor.Si la deformacin en fro ocurre a una temperatura menor en una muestra que en otra, mayor ser el grado de deformaciones introducidas disminuyendo efectivamente la temperatura de Recristalizacin para cierto tiempo de recocido que en la otra muestra.

1. CRECIMIENTO DE GRANO:

El crecimiento del grano ocurre debido al proceso de coagulacin y reorientacin del los granos adjuntos y esto es funcin de el tiempo y la temperatura.Conforme la temperatura aumenta, la rigidez de la red disminuye produciendo un incremento en la rapidez de crecimiento del grano.Los granos grandes tienen menor energa libre que los de tamao menor. Esto est asociado con la menor cantidad de rea de frontera de grano y est relacionada con la fuerza que impulsa el crecimiento del grano.Dicho lo anterior; el tamao final del grano estar determinado por los parmetros de la energa libre del grano y el grado de rigidez de la red cristalina.Por tanto, la nucleacin y el posterior crecimiento del grano comprendidos en el proceso de recocido sern los factores a controlar para la obtencin de propiedades ultimas acorde con las necesidades. Si se favorece una nucleacin rpida y un crecimiento lento se obtendr como resultado un material de grano fino con el incremento en la tenacidad o resistencia al impacto con el aumento en la dureza; en cambio, si la nucleacin es lenta y el crecimiento del grano es rpido en tamao del grano ser grueso con el resultado de que el metal disminuye su tenacidad y su maquinabilidad y en cambio aumenta su ductilidad.

1. RECOCIDO COMN:

El recocido es el tratamiento con enfriamiento muy lento, en horno, desde la fase austentica. Como se indica en la figura 7, cuando se trata del recocido de aceros hipereutectoides, el calentamiento debe realizarse slo ligeramente por encima de la temperatura eutectoide para evitar la formacin de una red de cementita en los lmites de grano de la austenita, que fragilice el material. Fig. 8: Tratamientos con enfriamiento lento Fig. 7: Temperaturas recomendadas

Segn se desprende de la representacin del tratamiento en el diagrama TTT de un acero hipoeutectoide (Fig. 8 en gris claro), la estructura queda constituida por ferrita proeutectoide (o libre) en bordes de grano y perlita gruesa, con tamao de grano ASTM 6 - 7. Las cantidades relativas de los constituyentes se obtienen con gran aproximacin por medio de un anlisis de fases en el diagrama Fe-C.

A travs de la deformacin en caliente o en frio para el enderezamiento, doblaje, martilleo y fundicin, as como en los alrededores de los cordones de soldadura se deforma la estructura del material y se refuerza parcialmente. Las propiedades de trabajo de piezas sometidas a gran esfuerzo y partes constructivas de la construccin de maquinas se hacen inapropiadas con esto. A travs del recocido normal se compensan las irregularidades en la estructura y se alcanza una estructura de granulado fino.

Procedimiento:

1. Calentamiento a temperaturas entre 750 C y 980 C conforme al contenido de carbono del material. 1. Mantenimiento de la temperatura conforme al espesor del material. 1. Refrigeramiento lento al aire.

Figura 9: Diagrama de tiempo y temperatura del recocido normal1 calentamiento, 2 suspensin, 3 refrigeramiento lento, I temperatura, II tiempo

1. RECOCIDOS DE ALTA TEMPERATURA:

Estos tratamientos se aplican a los aceros de bajo carbono y de cementacin para favorecer el mecanizado. Consisten en calentar unos 300 C por encima de la temperatura de austenizacin y mantenerla durante un tiempo prolongado. Si se trata de lograr una estructura de granos grandes, ASTM 3-4, se lo denomina Recocido de embastecimiento del grano. (Figura 10). Cuando el mantenimiento a temperatura es suficiente para atenuar las heterogeneidades en la composicin qumica, se lo denomina Recocido de homogeneizacin o de difusin; y se utiliza para corregir las estructuras de solidificacin, en piezas fundidas. Otro objetivo de los recocidos de alta temperatura es resolver definitivamente el problema del banding, ya que as se consigue disolver las impurezas que dan lugar a la nucleacin de la ferrita en forma de bandas. Se requiere un normalizado posterior, para llevar al acero a un tamao de grano adecuado.

Figura 10: Marcha de los tratamientos con enfriamiento lento

1. RECOCIDO ISOTRMICO O DE PERLITIZACIN:

Este tratamiento se representa en el diagrama TTT de transformacin isotrmica (figura 11). Consiste en un calentamiento hasta la temperatura de austenizacin, enfriamiento hasta una temperatura comprendida dentro del intervalo de formacin de la perlita, mantenimiento a esa temperatura el tiempo necesario para completar la transformacin y enfriamiento a cualquier velocidad. Se aplica para obtener una estructura homognea de perlita, con muy buena respuesta al temple y sin la descarburacin que se producira en un enfriamiento en horno.

Figura 11:

Tratamiento isotrmico de perlitizacin

1. RECOCIDO DE GLOBULIZACIN O ABLANDAMIENTO:

Consiste en calentar un acero a temperaturas apenas sobre Ac1 y mantenerla oscilando alrededor de este valor, enfrindola luego lentamente (Fig. 12). De este modo se consigue una matriz de ferrita con cementita globular. Este tratamiento se aplica a los aceros de alto contenido de carbono para mejorarle la deformabilidad y maquinabilidad. Su uso se ha extendido a otras composiciones para facilitar la extrusin en fro.

Materiales templados o ricos en carbono (sobre 0,9 %) se dejan trabajar de mala manera para el arranque de virutas o no se dejan deformar bien en frio. Con el fin de poder trabajar estos materiales ms fcilmente, se les hace un recocido de ablandamiento.

Procedimiento:

1. Calentamiento a una temperatura entre 650 C y 750 C; tambin es posible un funcionamiento pendulante alterno de calentamiento y refrigeramiento mnimo a 723 C. 1. Mantenimiento del intervalo de temperatura entre 3 y 4 horas de acuerdo al tipo de material y del espesor del material. 1. Refrigeramiento lento.

Figura 12: Diagrama de tiempo y temperatura del recocido de ablandamiento1 calentamiento, 2 suspensin (pendulamiento), 3 refrigeramiento lento, I temperatura, II tiempo

1. RECOCIDO DE ELIMINACIN DE TENSIONES:

Consiste en el calentamiento a una temperatura inferior a AC1, casi siempre entre 550 y 650 C, seguido de un enfriamiento lento. De este modo, activando la movilidad atmica, se consigue que stos retomen sus posiciones originales, aliviando al acero de tensiones internas.

Este Recocido se diferencia del Recocido Total ya que el acero es calentado hasta una temperatura ms baja (un poco ms alta que la lnea de temperatura eutectoide).Para los aceros hipoeutectoides el recocido incompleto, como tambin se llama este proceso, se utiliza para la eliminacin de los esfuerzos internos y mejorar la facilidad de elaboracin por corte.Este proceso solo produce la recristalizacin parcial del acero a cuenta de la transformacin Perlita _ Austenita. La Ferrita en exceso solo parcialmente pasa a la solucin solida y no se somete totalmente a la recristalizacin.Este proceso facilita el tratamiento mecnico en caliente de aquellos acero hipoeutectoides que no formaron un grano basto dentro de la estructura.Este proceso se utiliza para eliminar esfuerzos residuales debidos a un fuerte maquinado u otros procesos de trabajo en fro. Este recocido, tambin denominado subcrtico, se lleva a cabo a temperaturas por debajo de la lnea crtica inferior A3.Se lo recomienda luego de solidificacin y operaciones mecnicas o trmicas, incluidos procesos de soldadura, para evitar fisuraciones.

A travs del refrigeramiento diferente de acero fundido o laminado o por medio de la deformacin en frio se presentan tensiones en el material, las cuales tienen como consecuencia una deformacin de la pieza de trabajo. Estas tensiones pueden ser eliminadas en gran parte a travs del recocido.

Procedimiento:

1. Calentamiento a una temperatura entre 550 C y 650 C. 1. Mantenimiento de la temperatura entre 30 y 120 minutos de acuerdo al espesor de la pieza de trabajo. 1. Refrigeramiento lento y uniforme en ceniza caliente o en el horno.

Figura 13: Diagrama del tiempo y la temperatura del recocido de poca tensin1 calentamiento, 2 suspensin, 3 refrigeramiento, I temperatura, II tiempo

1. RECOCIDO DE RECRISTALIZACIN:

Este tratamiento se aplica a los aceros despus de la deformacin en fro, cuando el endurecimiento alcanzado impide continuar con el proceso de conformado. El objetivo es destruir ese endurecimiento provocado por el conformado, y su resultado depende del grado de deformacin previa, de la temperatura de recristalizacin y de la forma de realizar el calentamiento. Consiste en recalentar el acero a una temperatura por debajo de A1, que depende del tipo de acero y del grado de deformacin alcanzado. Cuanto mayor sea ste, ms pequeos sern los granos recristalizados. En la Fig. 14 se representan las propiedades mecnicas aproximadas que se obtienen mediante los tratamientos de normalizado y recocido.

Propiedades de los aceros al C recocidos y normalizados.

1. ESFEROIDIZACIN:

Es un proceso por el cual se mejora la maquinabilidad. El mtodo que suele emplearse es el mantenimiento durante un tiempo prolongado a una temperatura ligeramente inferior a la lnea crtica inferior. Este tipo de proceso se emplea para obtener una mnima dureza, una mxima ductilidad o una mxima maquinabilidad en aceros al alto carbono. Los aceros al bajo carbono (como lo son nuestras muestras) rara vez esferoidizan por maquinado, porque en la condicin de esferoidizados son excesivamente suaves. Cuando un acero hipereutectoide es tratado por medio del Recocido Total, el porcentaje de Carbono que posee favorece la formacin de una red Cementtica entre los limites de granos debido a la segregacin que producir en el acero una maquinabilidad deficiente y un aumento de la dureza.El Recocido de Esferoidizacin tendr por finalidad mejorar la maquinabilidad del acero y la forma en que lo hace es destruyendo la red de cementita en pequeos fragmentos; este proceso favorecer la formacin de Carburo Esferoidal o globular en una matriz Ferrtica. La forma esferoidal adquirida se debe a que es la forma geomtrica que menor energa libre posee en relacin a su entorno.Existen tres mtodos utilizados para la Esferoidizacin de los aceros hipereutectoides dentro de la industria metalrgica que son los siguientes:

1. Mantener durante un tiempo prolongado a una temperatura justamente por debajo de la lnea crtica inferior.1. Calentar y enfriar alternadamente entre las temperaturas que estn justamente por encima o por debajo de la lnea crtica inferior.1. Calentar a una temperatura o por encima de la lnea enfriar muy lentamente en horno o mantener a una temperatura justo por debajo de la lnea crtica inferior.

Por el contrario si se eleva mucho la temperatura por encima de la temperatura critica inferior no solo se despedazara la red cementtica sino tambin la estructura Perltica obtenida por el Recocido Total realizado anteriormente.Este tratamiento Trmico puede considerarse con el tratamiento final para los aceros hipereutectoides si es deseada una estructura con mnima dureza, mxima ductilidad o una mayor maquinabilidad.

1. RECOCIDO DE PROCESO:

Es un proceso muy parecido al recocido para eliminar esfuerzos, ya que se calienta el acero a una temperatura por debajo de la lnea crtica inferior. La utilizacin de este tipo de tratamiento se orienta hacia las industrias de lminas y cable. Si se aplica despus del proceso en fro se suaviza el acero por medio de la recristalizacin, para un posterior trabajo. El Recocido de Proceso es aquel utilizado en la produccin de alambres y laminas de acero. En este proceso, el acero aleado es calentado igual que en el Recocido Total pero su enfriamiento es relativamente ms rpido que en el Recocido Total. La temperatura de Recocido est entre 1000 a 1250 F.Este proceso se aplica despus del trabajado en fro y suaviza el acero, mediante la recristalizacin, acelerando el proceso.A esta temperatura se realiza la descomposicin Austentica, despus de lo cual se realiza el enfriamiento. La ventaja de este Recocido consiste en la disminucin de la duracin del tiempo del proceso, sobre todo para los aceros aleados, que son enfriados lentamente con el objeto de disminuir la dureza a los valores requeridos.Otra ventaja obtenida es una estructura ms homognea, puesto que con las exposicin al calor, se equilibra toda la seccin y la transformacin en todo el volumen del acero transcurrir con igual grado de sobreenfriamiento.

1. RECOCIDO TOTAL:

El recocido Total es el proceso consistente en calentar el acero a cierta temperatura y luego enfriar lentamente a lo largo del intervalo de transformacin, preferentemente en el horno o en cualquier material que sea buen aislante al calor.El propsito del recocido es el de refinar el tamao del grano, proporcionar suavidad, mejorar las propiedades elctricas y magnticas y mejorar el maquinado.Dentro del Recocido Total, el acero es calentado aproximadamente a 100 F por encima de la temperatura crtica manteniendo el metal por un prolongado perodo de tiempo. Luego, la muestra es enfriada a temperatura ambiente en un enfriamiento muy lento.El calentamiento desde la temperatura ambiente hasta antes de llegar a la temperatura critica no ocurrir cambios en el tamao de los granos; pero al cruzarse la lnea crtica hasta por encima de 50 F provocara que las reas de perlita se transformen en pequeos granos de austenita por medio de la reaccin eutectoide, mas los granos de ferrita iniciales permanecern invariables.Si el acero es hipoeutectoide o hipoeutectoide la temperatura recomendada para en Recocido Total ser de 50F por encima de la temperatura crtica de la aleacin.Si se realiza el enfriamiento desde este punto, no se lograra refinar el tamao del grano. Si se contina el calentamiento hasta llegar a la regia Austentica se lograra que los granos de Ferrita se transformen en pequeos granos de Austenita de forma tal que toda la estructura presentada ser de pequeos granos austenticos.Llevando luego este metal por medio de un enfriamiento apropiado se observara que la microestructura se encuentra presente pequeos granos de Ferrita Proeutectoide y pequeas reas de Perlita Laminar Gruesa; hablando siempre de los aceros hipoeutectoides.Para los aceros hipereutectoides la microestructura durante el proceso se describe como gruesos granos austenticos durante el calentamiento que dar lugar a la formacin final de grandes reas de formacin Perltica gruesas de tipo Laminar. Pero los espacios entre los lmites de granos estarn ocupados por una red de Cementita Proeutectoide.La presencia de esta red de Cementita debilita al acero ya que esta red es un plano de fragilidad por tanto el Recocido Total en los aceros hipereutectoide no puede tomarse como el tratamiento final para este tipo de acero; para mejorar la maquinabilidad de este tipo de acero se debe realizar el siguiente Tratamiento Trmico: La Esferoidizacin.

Este proceso consiste en el calentamiento del acero a la temperatura adecuada durante un tiempo y luego enfriar muy lentamente en el interior del horno o en algn material aislaste del calor. Debido al enfriamiento lento el proceso puede ser asociado al diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro, que en nuestro caso se trata de una muestra de acero hipoeutectoide y corresponde el proceso al diagrama siguiente representado en la figura.El propsito general del recocido es refinar el grano, proporcionar suavidad, mejorar las propiedades elctricas y magnticas y, en algunos casos, mejorar el maquinado.

Figura 15:

Partiendo de una muestra de acero hipoeutectoide (0.2% de carbono en la figura 1), calentamos progresivamente. En la (fig.15a) se observa la microestructura de las fases perlita y ferrita. Al calentar y traspasar la lnea crtica inferior (A1), la perlita se transformar en pequeos granos de austenita por medio de la reaccin eutectoide, dejando la ferrita inalterada (fig.15b). Al seguir calentando y traspasar la lnea crtica superior (A3) los granos grandes de ferrita se transformarn en pequeos granos de austenita con lo que se obtendr una microestructura de austenita con granos muy pequeos (fig. 15c). Dejando enfriar lentamente la muestra se formarn pequeos granos de ferrita proeutectoide y pequeas reas de gruesa perlita laminar (fig.15d). La temperatura adecuada para el recocido en el acero hipoeutectoide es de aproximadamente 10 C por encima de la lnea A3. Si realizamos un estudio microscpico de las proporciones de ferrita y perlita presentes en un acero recocido, permitir determinar el contenido de carbono aproximado en el acero, ya que el contenido de ferrita proeutectoide relativo al contenido de perlita sigue una relacin lineal con respecto al contenido de carbono.

NORMALIZADO:

El tratamiento trmico de normalizacin del acero se lleva a cabo al calentar aproximadamente a 20C por encima de la lnea de temperatura crtica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente. El propsito de la normalizacin es producir un acero ms duro y ms fuerte que con el recocido total, de manera que para algunas aplicaciones ste sea el tratamiento trmico final. Sin embargo, la normalizacin puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendrticas de piezas de fundicin, refinar el grano y homogeneizar la microestructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento. El hecho de enfriar ms rpidamente el acero hace que la transformacin de la austenita y la microestructura resultante se vean alteradas, ya que como el enfriamiento no se produce en condiciones de equilibrio, el diagrama hierro-carburo de hierro no es aplicable para predecir las proporciones de ferrita y perlita proeutectoide que existirn a temperatura ambiente. Ahora, se tendr menos tiempo para la formacin de la ferrita proeutectoide, en consecuencia, habr menos cantidad de esta en comparacin con los aceros recocidos. Aparte de influir en la cantidad de constituyente proeutectoide que se formar, la mayor rapidez de enfriamiento en la normalizacin tambin afectar a la temperatura de transformacin de austenita y en la fineza de la perlita. El hecho de que la perlita (que es una mezcla eutectoide de ferrita y cementita) se haga ms fina implica que las placas de cementita estn ms prximas entre s, lo que tiende a endurecer la ferrita, de modo que esta no ceder tan fcilmente, aumentando as la dureza. El enfriamiento fuera del equilibrio tambin cambia el punto eutectoide hacia una proporcin de carbono ms baja en los aceros hipoeutectoides y ms alta en los aceros hipereutectoides. El efecto neto de la normalizacin es que produce una estructura de perlita ms fina y ms abundante que la obtenida por el recocido, resultando un acero ms duro y ms fuerte.La velocidad exacta de enfriamiento depende del tamao de la pieza a enfriar, del nmero de piezas en la carga del horno y de la circulacin del aire alrededor de las mismas. La temperatura de calentamiento para aceros hipereutectoides est dentro de la regin austentica, porque la velocidad de enfriamiento, al limitar parcialmente la difusin, tiende a evitar la formacin de la red de cementita. Del mismo modo, la formacin de ferrita libre se suprime parcialmente en los aceros hipoeutectoides, resultando una cantidad de perlita ligeramente ms elevada que en equilibrio. La limitacin del proceso de difusin, tambin provoca la aparicin de lminas finas en la perlita (el % de perlita resuelta con 400 x en la muestra microgrfica, es un indicador de la velocidad de enfriamiento del acero). Cuando el objetivo del tratamiento es eliminar el defecto de formacin de bandas separadas de perlita y ferrita (banding), la difusin debe ser limitada ms an, lo que se consigue enfriando ms rpidamente, es decir, en aire agitado.

45. EQUIPO A USAR:

1. Horno elctrico de cmara.1. Elementos de corte, desbaste, pulido y ataque qumico.1. Microscopio metalogrfico.1. Fotomicrografa.1. Termocupla hasta 1250C.1. Un acero al carbono (SAE 4140).

52. PROCEDIMIENTO:

En esta prctica se usar el tratamiento de recocido completo. Se compararn con un tratamiento de Normalizado.

Para las muestras del acero aleado:

1. Mida la dureza en cada una de estas muestras y consrvelos para su examen metalogrfico.1. Coloque una muestra en el horno a la temperatura indicada, djelos durante una hora y apague la alimentacin del horno, saque la muestra y djelo enfriar en el aire.1. La otra muestra colquelo dentro del horno a la temperatura adecuada, djelo el tiempo necesario para austenizacin completa, apague la alimentacin del horno y djelo enfriar lentamente en el interior del horno.1. Mida la dureza y examine la microestructura en cada una de las muestras.1. Tener en cuenta su diagrama TTT. Normalizado: Enfriamiento Rpido al aire

Recocido: Enfriamiento Lento en el Horno

58. RESULTADOS Y DISCUSN DE RESULTADOS:

Acero 4340

Figura 17:

Figura 18:

Acero 3215( Eje de transmision)

VII- CUESTIONARIO:

7.1. Calclese las cantidades relativas de los constituyentes estructurales presentes en los aceros enfriados en el horno por el acero con 0.40 %C, 1.2 %C y acero SAE 5140.

7.2 Es posible determinar el contenido aproximado de carbono de un acero normalizado mediante un estudio microscpico? Explquese

7.3. Porqu los aceros recocidos muestran un decremento en resistencia tensil cuando tienen un contenido de carbono superior al 0.8 %C?

7.4. Porqu los aceros normalizados con carbono hasta del 1.2 %C muestran un incremento en resistencia tensil y luego una disminucin?

7.5. Elabore una tabla para cada uno de los aceros donde registre la dureza obtenida en cada tratamiento. 7.6. Utilizando las curvas TTT; para los aceros utilizados en la prctica, suponga la curva de enfriamiento por recocido completo y normalizado para dichos aceros y pronostique su microestructura y dureza.

7.7. Reporte la microfotografa de las muestras y comente las estructuras resultantes comparando con (6).

1. RESULTADOS Y DISCUSIN:

8.1. Acero 0.4%C: 52% Perlita y 48% Ferrita proeutectoideAcero 1.2%C:80% Perlita y 20% Cementita proeutectoideAcero SAE 5140: 0.4 %C, 0.8 %Mn, 0.8 %Cr %E: 0.75 - 0.8 = -0.05 % 0.72 - 0.8 = -0.08 % 0.8 - 0.13 = 0.67 %

______________________P 0.002 0.4 0.67 % = 40.42 % % P = 59.58 %

59. No es posible, porque todos los aceros no se pueden normalizar (Especial K, Amutik), debido a que su diagrama TTT no nos permite obtener una estructura de equilibrio, resultndonos mezclas de Bainita y Martensita.

59. La resistencia tensil est dada por:

Resist. Tensil: 40000 (% ferrita) + 120000 (% perlita) 100

Esto no se puede aplicar a los aceros hipereutectoides ya que su resistencia tensil est determinada por la cementita que forma la fase continua. La presencia de la red frgil resulta en una cada en resistencia tensil superior al 0.8 % de carbono.

59. Porqu el incremento en la rapidez de enfriamiento por aire, afecta en varias formas la transformacin de la austenita y de la microestructura resultante.Hay menos tiempo para que se forme ferrita proeutectoide en aceros normalizados hipoeutectoides, y menos cementita proeutectoide en aceros hipereutectoides, en comparacin con los aceros recocidos, por lo tanto, para aceros hipereutectoides, la normalizacin reducir la continuidad de la red cementita proeutectoide, dando como resultado un aumento en resistencia.Uno de los objetivos de la normalizacin es la de disolver la red cementita para obtener mejores propiedades de resistencia tensil. La temperatura mxima de normalizacin es 950 C, entonces a esta temperatura slo se podr disolver cementita hasta 1.2 %C segn el diagrama de equilibrio Fe Fe3C; ms all de 1.2 % no se disolver por lo que encontraremos menor resistencia tensil.

59. Tabla:AcerosTratamientosDimetro ledo (mm)

A615-90A615-9092509250A615-909250NormalizadoRecocidoNormalizadoRecocidoOriginalOriginal0.62-0.60-0.61=0.610.67-0.70-0.67 = 0.680.525-0.61-0.53 =0.5550.66-0.65-0.60 = 0.6370.63-0.60-0.61 =0.6130.54-0.46-0.44 = 0.48

DUREZA HB:

Donde:P: carga aplicada = 62.5 Kg.D: dimetro indicador= 2.5 mm.d: dimetro ledo

Dureza de los aceros:AcerosTratamientosDureza (Rc)

A615-90A615-9092509250A615-909250NormalizadoRecocidoNormalizadoRecocidoOriginalOriginal210 HB169 HB255 HB193 HB208 HB1.

Hacer un informe detallado de la prctica, acompaada de sus respectivas durezas y Fotomicrografa.En esta prctica de Tratamiento Trmico de recocido y normalizado de las 2 muestras de aceros AISI 4140 se realizaron los siguientes pasos:Se introdujeron las probetas 4140 al horno hasta alcanzar su temperatura de Austenizacin,

SUMINISTRO:1. En la probeta de acero AISI 4140, se obtuvo una dureza de 37 Rc.

FOTOMICROGRAFIA 01: En el acero AISI 4140, se observa martensita revenida tipo sorbita. La probeta fue atacada con nital al 3% durante 3 seg, aumento de 200X.

RECOCIDO:1. En la probeta de acero AISI 4140, se obtuvo una dureza de 23 Rc.

FOTOMICROGRAFIA 02: Es un acero hipoeutectoide, se observa una parte blanca que viene a hacer la ferrita y la parte oscura es perlita fina. La probeta fue atacada con nital al 3% durante 2 minutos, aumento de 200X.

NORMALIZADO:1. En la probeta de acero AISI 4140, se obtuvo una dureza de 31 Rc.

FOTOMICROGRAFIA 02: Es un acero AISI 4140, se observa bainita y martensita la parte blanca es ferrita la oscura martensita en forma de agujas y el negro plumoso es la vainita superior. La probeta fue atacada con nital al 3%, aumento de 200X.

IX. CONCLUSIONES:

1. De esta experiencia podemos concluir en base a los resultados, que los datos recolectados experimentalmente en el laboratorio van de acuerdo a lo que la teora formula en cuanto a las propiedades de dureza. El material se hace ms blando despus de un tratamiento trmico de recocido.

1. Tambin podemos decir que esta disminucin de dureza tambin es afectada por el tiempo de horneado, a medida que el tiempo de horneado aumenta, la diferencias de la disminucin de dureza tambin aumenta.

1. BIBLIOGRAFIA:

66. AVNER, Sydney H., Introduccin a la Metalurgia Fsica, Segunda edicin, McGraw-Hill, Mxico,1995.66. REED-HILL, Robert E., Principios de Metalurgia Fsica, Segunda edicin, CECSA, Mxico , 1980.66. http://www.greenstone.org/greenstone3/nzdl?a=d&c=gtz&d=HASH014e32ed215adb38c797ca07.6&sib=1&p.a=b&p.sa=&p.s=ClassifierBrowse&p.c=gtz66. http://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica4/tipos%20de%20enfriamiento.htm#normalizado66. http://html.rincondelvago.com/tratamiento-termico-de-recocido.html