Reporte 4 Cma Lab
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Universidad Don Bosco.
Facultad de Ingeniería.
Escuela de Mecánica.
Asignatura: Ciencias de los Materiales.
Ciclo II/2014.
Tema:
Reporte de Práctica #4 de laboratorio
“Tratamientos térmicos y cambio en las propiedades de los aceros”
Catedrático:
Ing. Saturnino Gámez.
Presentado por:
Rubio Torres Samael RT110307
Castaneda Jiménez Nelson Enrique CJ130377
Parras Bonilla Emerson Eduardo PB10228
Ortez López Edgardo Antonio OL111748
Grupo de laboratorio:
01L
Fecha de entrega:
24 de septiembre de 2014.
San Salvador, 22 de Septiembre de 2014.
OBJETIVOS
General
Comprobar los cambios en las propiedades de los aceros por efecto de los tratamientos térmicos.
Específicos
Medir la dureza en aceros sometidos a tratamientos térmicos de temple, recocido y normalizado.
Comparar la dureza de estado de entrega con la dureza después del tratamiento térmico y obtener
conclusiones.
Estimar la resistencia mecánica de los aceros a partir de la dureza.
Investigar la composición química de los aceros sometidos a tratamientos térmicos, los cambios
esperados con los tratamientos térmicos efectuados; comparar con los resultados obtenidos y
obtener conclusiones.
Indicar las aplicaciones de los aceros.
ANALISIS DE RESULTADOS
Tabla con lista de materiales y temperaturas a las que se sometieron en la práctica de tratamiento
térmico.
N° Acero Temperatura ( °C)
1 AISI 1020 800
2 AISI 1045 860
3 AISI 01 (AMUTIT) 950
4 AISI 4340 (VCN) 800
1. Investigar las propiedades de ESTADO DE ENTREGA de los aceros listados en la tabla 1.
Dureza (trasformada a Rockwell B o C), resistencia de fluencia, resistencia última tenacidad,
ductilidad, módulo de elasticidad. Elabore una tabla.
Tipo
de
acero
Dureza
(HRC o
HRB)
Resistencia
de fluencia
Resistencia
ultima Tenacidad
Ductilidad
(%RA)
Módulo de
elasticidad
AISI
1020 65HRB 205 MPa 380 MPa 124 J 50% 205 GPa
AISI
1045 85HRB 310 MPa 565 MPa Baja 40% 200 GPa
AISI
01 60 HRC 1500 MPa 1690 MPa 41 J 35% 207 GPa
AISI
4340 95 HRB 472 MPa 1400 MPa Alta 40% 205 GPa
2. Investigar las aplicaciones de tales aceros.
AISI 1045
Descripción: Es un acero utilizado cuando la resistencia y dureza son necesarias. Este acero de
medio carbono puede ser forjado con martillo. Responde al tratamiento térmico y al
endurecimiento por llama o inducción, pero no es recomendado para cementación o cianurado.
Cuando se hacen prácticas de soldadura adecuadas, presenta soldabilidad adecuada. Por su dureza
y tenacidad es adecuado para la fabricación de componentes de maquinaria.
Usos: Los usos principales para este acero son piñones, cuñas, ejes, tornillos, partes de maquinaria,
herramientas agrícolas y remaches.
Tratamientos térmicos: Se da normalizado a 900°C y recocido a 790°C
AISI 1020
Descripción: Acero de mayor fortaleza que el 1018 y menos fácil de conformar. Responde bien al
trabajo en frío y al tratamiento térmico de cementación. La soldabilidad es adecuada. Por su alta
tenacidad y baja resistencia mecánica es adecuado para elementos de maquinaria.
Usos: Se utiliza mucho en la condición de cementado donde la resistencia al desgaste y el tener un
núcleo tenaz es importante. Se puede utilizar completamente endurecido mientras se trate de
secciones muy delgadas. Se puede utilizar para ejes de secciones grandes y que no estén muy
esforzados. Otros usos incluyen engranes ligeramente esforzados con endurecimiento superficial,
pines endurecidos superficialmente, piñones, cadenas, tornillos, componentes de maquinaria,
prensas y levas.
Tratamientos térmicos: Se puede cementar para aumentarle la resistencia al desgaste y su dureza
mientras que el núcleo se mantiene tenaz. Se puede recocer a 870 °C y su dureza puede alcanzar los
111 HB, mientras que con normalizado alcanza los 131 HB.
AISI O1 (AMUTIT)
Descripción: Acero grado herramienta de alto carbono con adecuada resistencia al desgaste para
producciones cortas, presenta distorsión dimensional media tras el tratamiento térmico. Dureza
típica de uso 57 – 62 HRc, medio susceptible a la descarburación, con buena maquinabilidad, con
resistencia baja al desgaste y de baja tenacidad.
Usos: Se utiliza en punzones, herramientas de doblado, embutido y conformado, dado para moldes
de plástico, tijeras y otras aplicaciones de corte a baja temperatura.
Tratamientos térmicos: Mecanizado en bruto – alivio de tensiones (650 °C) – mecanizado de
acabado – precalentamiento (650 – 700°C) para piezas de geometría complicada – austenizado (790
– 815 °C) – temple en aceite – revenido para lograr la dureza requerida – rectificado.
AISI 4340 (VCN)
Descripción: Este acero es uno de los mejores aceros grado maquinaria por su alto contenido de
aleación, posee una excelente y profunda templabilidad, buena tenacidad y ductilidad y por su
elevada resistencia a la tensión puede usarse en piezas sujetas a severos esfuerzos.
Acero de especial resistencia a la tracción y torsión. Muy buena resistencia al desgaste y al impacto.
Utilizable a temperaturas hasta de 500ºC sin perder su bonificación, se utiliza para partes y
repuestos sometidos a muy altos esfuerzos dinámicos como cigüeñales ejes de leva, arboles de
transmisión, barras de torsión, ejes cardan, tuercas de alta tensión, piñones, ruedas dentadas, moldes
para inyección de plásticos.
Usos: En todo tipo de partes sujetas a severos esfuerzos tales como flecha de transmisión
automotrices, ejes, dados, engranes, barrenadoras, partes de perforación, cuchillos, tijeras para corte
en caliente, etc.
3. Investigar los tratamientos térmicos o termoquímicos a que se someten para cambiarles las
propiedades.
El estudio de los procesos de T.T del acero comenzó por
D. Chernov de los puntos críticos del acero en 1868. El
postulado de Chernov acerca de que las propiedades de
los aceros se determinan por la estructura y que esta
depende de la temperatura de calentamiento y de la
rapidez del enfriamiento, fue generalmente reconocido y
durante los decenios siguientes, los investigadores
establecieron la relación entre la estructura y las
condiciones de su formación (principalmente la
temperatura de calentamiento y la velocidad de
enfriamiento).
TRATAMIENTOS TERMICOS Y TERMOQUÍMICOS A REALIZAR
1. TRATAMIENTO TÉRMICO DE TEMPLE
Consiste en un calentamiento entre 30 – 50 °C por encima de Ac3 para los aceros hipoeutectoides y
30-50°C por encima de Ac1 para los aceros eutectoides e hipereutectoides, seguido de un
enfriamiento enérgico en un medio adecuado , con velocidad mayor que la crítica de Temple para
obtener una estructura martensítica , dureza y resistencia en el acero.
Finalidad:
Aumentar la resistencia a tracción, dureza.
Disminuir: Plasticidad, tenacidad.
Modificar: Propiedades física: aumento del magnetismo y la resistencia eléctrica; Propiedades
químicas: aumento de la resistencia a la corrosión.
Para templar una pieza se calienta hasta una temperatura superior a la crítica. Manteniendo el
tiempo suficiente hasta lograr la total trasformación de la austenita y enfriando rápidamente. 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,
convertir la austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados.
Factores que influyen en el temple
La composición química del acero a templar, especialmente la concentración de carbono.
La temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento de acuerdo con las características
de la pieza.
La velocidad de enfriamiento y los líquidos donde se enfría la pieza para evitar tensiones internas
y agrietamiento.
Características generales del temple
Es el tratamiento térmico más importante que se realiza.
Hace el acero más duro y resistente pero más frágil.
La temperatura de calentamiento puede variar de acuerdo a las características de la pieza y
resistencia que se desea obtener.
En enfriamiento es rápido.
Si el temple es muy enérgico las piezas se pueden agrietar.
Calentamiento
Depende del contenido de carbono.
La velocidad de calentamiento es moderada, se requiere una hora de calentamiento por 2mm de
espesor o dimensión transversal media de la pieza.
Hipoeutectoides y eutectoides: solo austenita, destruyendo la ferrita que es blando.
Hipereutectoides: austenita y cementita (es duro y aumenta la resistencia y dureza de la pieza).
Temperaturas recomendadas:
Hipoeutectoides: Ac3 +50°C
Eutectoides: Ac1 + 50°C
Hipereutectoides: Ac1 +50°C
Tiempo de calentamiento:
Depende del espesor de la pieza.
Homogeneidad en la austenita (hipoeutectoides y eutectoides).
Homogeneidad en la austenita y cementita (hipereutectoides).
Enfriamiento
Tiene por objeto transformar la totalidad de la austenita formada en otro constituyente muy duro
denominado martensita.
El factor que caracteriza esta fase es la velocidad de enfriamiento mínima para que tenga lugar la
formación de martensita, ésta se denomina velocidad crítica de temple.
Velocidad de enfriamiento:
Muy elevada.
Depende de la composición y tamaño de grano del acero.
Medios de enfriamiento en el temple.
El fluido ideal de 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.
Algunos medios utilizados son:
En agua
En aceites minerales
En metales y sales fundidas
En aire en calma a presión
2. TRATAMIENTO TERMICO DE RECOCIDO
Se puede entender el recocido como el calentamiento del acero por encima de las temperaturas de
transformación a la fase aunstenítica 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 Eutectoides; y
Perlita + Cementita en los aceros Hipereutectoides.
El fin último del recocido del acero es tener baja dureza y resistencia.
En general, tiene como finalidad una temperatura que permita obtener plenamente la fase estable a
falta de un enfriamiento lo suficientemente lento como para que se desarrollen todas las reacciones
completas.
Se emplea para ablandar metales y ganar tenacidad, generalmente en aceros.
Se obtienen aceros más mecanizables.
Evita la acritud del material.
La temperatura de calentamiento está entre 600 y 700°C.
La eliminación de las tensiones generada en el temple.
Aumentar la plasticidad ductilidad y tenacidad del material.
Fases del recocido
El proceso de recocido puede dividirse en tres fases: restauración o recuperación, recristalización y
crecimiento de grano.
La recuperación: La restauración consiste fundamentalmente en la eliminación de tensiones
internas y se realiza con simples calentamientos a bajas temperaturas.
La recristalización: Al aumentar la temperatura de restauración se hacen perceptibles en la
microestructura nuevos cristales diminutos. Estos tienen la misma composición y presentan la
misma estructura cristalina que los granos originales sin deformar, y su forma no es alargada, sino
que son aproximadamente de dimensiones uniformes (equiaxiales).
El crecimiento del grano: La energía libre de los granos grandes es inferior a la de los granos
pequeños. Esta disminución de energía se asocia a la reducción de superficies de contorno de grano.
Por lo tanto, en condiciones ideales, el mínimo estado energético de un metal será el
correspondiente al monocristal.
Etapas del recocido
Las etapas de un recocido son:
1. Calentamiento del material a una temperatura prefijada.
2. Mantenimiento del material durante un cierto tiempo a la temperatura anterior.
3. Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente a una velocidad determinada.
1. Calentamiento: Las piezas de poco espesor y de formas sencillas se pueden introducir
directamente en los hornos calientes a unas temperaturas entre 750 y 850°C. Cuando las piezas son
gruesas, el calentamiento debe de ser progresivo y uniforme para dar tiempo a que el corazón de la
pieza también alcance la temperatura de recocido.
2. Permanencia a la temperatura de recocido: Para que se forme una
austenita homogénea es necesario que el porcentaje de carbono deba
de ser el mismo en toda la masa de la pieza. La difusión del carbono
es más rápida cuando aumenta la temperatura.
3. Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente a una velocidad
determinada. Cuando se mantiene el acero a una temperatura más
elevada que la temperatura crítica superior, los cristales de austenita
tienden a aumentar de tamaño tanta cuanta más alta sea la
temperatura mayor y mayor la duración del calentamiento.
3. TRATAMIENTO TÈRMICO DE NORMALIZADO
El tratamiento térmico de normalizado del acero se lleva a cabo al calentar aprox. A 20°C por
encima de la línea de temperatura crítica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la
temperatura ambiente.
Propósito: Producir un acero más duro y más fuerte que con el recocido total, de manera que para
algunas aplicaciones éste sea el tratamiento térmico final. Puede utilizarse para mejorar la:
Maquinabilidad
Modificar y refinar las estructuras de piezas de fundición
Refinar el grano
Homogenizar la microestructura
El efecto neto de la normalización es que produce una estructura de perlita más fina y más
abundante que la obtenida por el recocido, resultando un acero más duro y más fuerte.
4. TRATAMIENTO TÈRMICO DE REVENIDO
El revenido, es un tratamiento térmico que se aplica a los aceros endurecidos para reducir su
fragilidad, incrementar su ductilidad y tenacidad y aliviar los esfuerzos en la estructura de la
martensita.
El tratamiento de revenido consiste en calentar el acero después de normalizado o templado, entre
la temperatura ambiente y la transformación de AC1 (Apróx 730°C), seguido de un enfriamiento
controlado en aceite o agua.
El objetivo del revenido es disminuir la elevada fragilidad producida por el temple anterior, así
como proporcionar a los aceros una cierta tenacidad, a la vez que se eliminan o disminuyen las
tensiones producidas por el temple.
Generalmente se puede decir que con la temperatura ascendente de revenido, aumentan la
elasticidad y alargamiento y disminuyen la resistencia y la dureza (a excepción de los aceros
rápidos).
El efecto del revenido depende de la aleación del acero, del temple, del espesor de la pieza y del
tratamiento aplicado.
TRATAMIENTO TERMOQUÍMICOS DEL ACERO
Son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se
producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos
químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento
y enfriamiento controlados en atmósferas especiales.
¿En qué consiste?
Consiste en enriquecer las capas superficiales de la pieza de acero con elementos: Carbono
(cementación), Nitrógeno (nitruración), Carbono y Nitrógeno (Carbonitruración o Cianuración),
Aluminio (Calorización), Cromo (Cromado) y otros, para elevar la resistencia al desgaste, la
resistencia a la corrosión y otras propiedades.
Objetivos:
Aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el
núcleo más blando y tenaz.
Disminuir el rozamiento aumentando el poder lubricante.
Aumentar la resistencia al desgaste.
Aumentar la resistencia a la fatiga.
Aumentar la resistencia a la corrosión.
Etapas para los tratamientos termoquímicos
La disociación: Consiste en la descomposición de las moléculas y la formación de átomos activos
del elemento que difunde.
La absorción: Es cuando los átomos del elemento que difunden se ponen en contacto con la
superficie de la pieza de acero formando enlaces químicos con los átomos del metal.
La difusión: Es decir la penetración del elemento de saturación hacia la zona interior del metal, al
penetrar los que se difunden en la red del disolvente la velocidad de difusión será más alta , siempre
y cuando en la reacción se formen disoluciones solidas de sustitución.
4. Describa el tratamiento térmico aplicado a cada uno de los aceros e indique que tipo de
tratamiento es, el medio de enfriamiento y la temperatura a la que se retiró del horno.
Acero Tratamiento
Térmico
Medio de Enfriamiento Temperatura a
la cual se retiró
°C
AISI 1020 Templado en agua y
aceite, recocido y
normalizado
Agua, Aceite y Temperatura
Ambiente
800
AISI 1045 Templado en agua y
aceite, recocido y
normalizado
Agua, Aceite y Temperatura
Ambiente
860
AISI 01
(AMUTIT)
Templado en agua y
aceite, recocido y
normalizado
Agua, Aceite y Temperatura
Ambiente
950
AISI 4340 (VCN) Templado en agua y
aceite, recocido y
normalizado
Agua, Aceite y Temperatura
Ambiente
990
5. Citar los nombres y las direcciones de tres empresas que distribuyan localmente los aceros
mencionados en el listado.
Nombre de distribuidora
Dirección
Acavisa de C.V.
25 Av. Sur #763, Apartado Postal 439.San Salvador, El
Salvador , C.A
Aceros Inoxidables de
Centroamérica S.A. de C.V.
El Salvador, San Salvador, 1° Av. Norte #530, entre Alameda
Juan Pablo II y 9° a .C Pte.
Mapa: http://1965.sv.all.biz/contacts#map
Abasteinsa de C.V.
Boulevard Santa Anita, Colonia Gerardo Barrios N° 1213 , San
Salvador , El Salvador
Conclusiones
El tratamiento térmico se utiliza para cambiar las propiedades de los materiales en estado
sólido.
Los tratamientos térmicos más utilizados en los aceros son: Temple, normalizado, revenido
y recosido.
La dureza aumenta cuando se le aplica el tratamiento térmico de temple a un material.
El tratamiento térmico de normalizado deja un material sin tensiones internas y con
distribución uniforme de carbono.
Se necesita equipo adecuado para aplicar un tratamiento térmico a un material.
En el tratamiento térmico de temple la dureza va a ser mayor si se templa en agua que en
aceite.
Recomendaciones
Hay que tener sumo cuidado cuando se le va a aplicar un tratamiento térmico a un material,
debido a que pueden ocurrir accidentes si no se toman las medidas de seguridad necesarias.
Se debe cubrir el cuerpo con ropa de seguridad para que no hallan quemaduras en la
persona que saca el material del horno en caso de accidente.
Se debe sacar la probeta tratada del honro lo más rápido posible, ya que sino la temperatura
bajara rápidamente en el horno, dando como consecuencia resultados diferentes a los
esperados.
Bibliografía
http://www.cad-cae.com/PDF_CAD_CAE/Aceros_para_mecanizado.pdf
http://www.mecanicaargentina.com/Mecanica/TratTerm.html
http://matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=5bc026c8ca2345cabec2a33de2c4bf8
c
http://matweb.com/
http://matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=408cfbb2c2504d44b43524b301d48a
09
http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201020.pdf
http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201045.pdf
http://sisa1.com.mx/pdf/Acero%20SISA%20O1.pdf
http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%20420.pdf
Anexos
Fotografía del horno utilizado para la práctica de
tratamientos térmicos.
Compañero sacando la primera tanda de piezas, en este caso de acero AISI 1020 a una temperatura
de 800 ° C (aproximadamente se sacó a los 803 °C).
Piezas ya enfriadas de acero AISI 1020 luego de ser
colocadas en aceite, a temperatura ambiente y en
agua, orden de izquierda a derecha respectivamente.
Tiempo en donde se sacó la segunda tanda de materiales, este es el caso del acero AISI 1045, a una
temperatura de 860 °C (aproximadamente se sacó a una temperatura de 865 °C para< evitar que en
la manipulación de las piezas se enfriara mucho el horno)
Piezas colocadas en aceite, agua y a temperatura ambiente (al aire) para su enfriamiento.
Tiempo en donde se sacó la tercera tanda de materiales correspondiente al acero AISI 01 o
AMUTIT, a una temperatura de 950 °C.
Dejándolas enfriar en los diferentes medios de enfriamiento, agua, aceite (falta) y a temperatura
ambiente.
Piezas de acero AISI 01 (AMUTIT) ya frías en el
orden siguiente:
Izquierda: A temperatura ambiente.
Al centro: En agua.
A la derecha: En aceite.
Tiempo al que se sacaron las últimas piezas del horno, correspondientes al acero AISI 4340 (VCN)
el cual estaba a una temperatura aproximadamente de 990 °C. Dejando así dos piezas de cada una
de las muestras (acero 1020, 1045, 01 y 4340) dentro del horno para su tratamiento térmico de
recocido.
Colocándolas en los medios enfriadores (faltando el de aceite)
Probetas que se dejaron el horno para el tratamiento térmico de recocido, finalizando la práctica #4.