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EFECTO DE LA DEFORMACIÓN EN LAS TRANSFORMACIONES DE FASE DE
UN ACERO AISI/SAE 1045 TEMPLADO DESDE TEMPERATURAS
INTERCRÍTICAS Y REVENIDO.
CAMILO ANDRÉS GARCÍA REY
CÓDIGO: 20101074026
PRESENTADO A:
PROYECTO CURRICULAR DE TECNOLOGIA E INGENIERÍA MECÁNICA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANSCICO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA E INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ, D.C. 2015
2
TABLA DE CONTENIDO
ÍNDICE DE FIGURAS 3
ÍNDICE DE TABLAS 4
1. INTRODUCCIÓN 5
1.1 ESTADO DEL ARTE 6
1.2 JUSTIFICACIÓN 11
2. OBJETIVOS 12
2.1 OBJETIVO GENERAL 12
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 12
3. MARCO TEÓRICO 13
4. METODOLOGÍA 16
5. RESULTADOS 19
6. CONCLUSIONES 30
7. BIBLIOGRAFÍA 31
3
ÍNDICE DE FIGURAS
1. Diagrama esquemático enseñando los procesos termo-mecánico
realizado en el dilatómetro. 7
2. Metalografías ópticas que muestran la microestructura de un acero
A obtenidos por el dilatómetro. Muestras tratadas isotérmicamente
a 550°C por 30 minutos con diferentes porcentajes de deformación
previa. (a) 0%; (b) 10%; (c) 20%; (d) 40%. 7
3. Diagrama esquemático para la producción de estructura doble fase hot-rolled. 8
4. Diagrama esquemático de los procesos no - isotérmicos. 9
5. Micrografías ópticas mostrando los efectos de los rangos de
enfriamiento: (a) 25 °C/s and (b) 45 °C/s, en la microestructura de las
muestras deformadas en un proceso no isotérmico. 10
6. Diagrama esquemático de los procesos de temple y revenido. 18
7. Micrografías 20X AISI/SAE 1045 templado (740°C) y revenido (450°C)
con distintas cargas de deformación: (a) 25 Ton; (b) 30 Ton; (c) 35 Ton;
(d) 40 Ton. 19
8. Ferrita Alotriomórfica. 20
9. Micrografías usadas para los análisis de fracción volumétrica. 21
10. Micrografías 20X AISI/SAE 1045 templado (750°C) y revenido (450°C)
con distintas cargas de deformación: (a) 25 Ton; (b) 30 Ton; (c) 35 Ton;
(d) 40 Ton. 22
11. Micrografías usadas para los análisis de fracción volumétrica. 23
12. Micrografías 20X AISI/SAE 1045 templado (760°C) y revenido (450°C)
con distintas cargas de deformación: (a) 25 Ton; (b) 30 Ton; (c) 35 Ton;
(d) 40 Ton. 24
13. Micrografías usadas para los análisis de fracción volumétrica. 25
14. Micrografías 20X AISI/SAE 1045 templado (770°C) y revenido (450°C)
con distintas cargas de deformación: (a) 25 Ton; (b) 30 Ton; (c) 35 Ton;
(d) 40 Ton. 27
15. Ferrita Widmanstätten, (1) Widmanstätten primaria; (2) Widmanstätten
secundaria 28
16. Micrografías usadas para los análisis de fracción volumétrica 28
4
ÍNDICE DE TABLAS
1. Condiciones iniciales y finales de las probetas. 17
5
1. INTRODUCCIÓN
A partir del descubrimiento de los primero metales, el humano ha hecho de ellos
algo indispensable en su cotidianidad. Las cualidades de estos materiales, los han
convertido en las herramientas necesarias para cumplir con un trabajo. La
evolución de la vida, también ha afectado a los metales, su forma ha cambiado, al
igual que su uso, su apariencia e incluso su composición química; las aleaciones
han ayudado a generar nuevas características, muchas de éstas han surgido
como respuesta a la necesidad de cumplir con una situación específica.
El acero AISI/SAE 1045 es una aleación hierro-carbono muy común en la
industria, con una dureza y una tenacidad considerables lo cual permite su uso en
elementos de maquinaria1. Pero son estos mismos rasgos los que no permiten
que el AISI/SAE 1045 no pueda ser utilizado en otras condiciones de trabajo; los
tratamientos térmicos, realizados de forma correcta y oportuna pueden generar en
este acero las cualidades necesarias para suplir una labor de forma segura.
Los tratamientos térmicos, nacieron en su momento como la opción más eficaz de
cambiar las propiedades en un metal. El acero, como una de las más conocidas y
usadas aleaciones, es el ejemplo perfecto del proceso: mecanizado, tratamiento y
puesta en marcha. Y aunque el uso de los tratamientos térmicos en las aleaciones
hierro-carbono es tan común como ellas, la documentación pertinente a la
investigación e innovación nunca será suficiente, es por esto que en este
documento se intenta plasmar una idea y un trabajo indagatorio concerniente a los
cambios que puede sufrir un acero tratado térmicamente habiendo sufrido una
deformación previa
1 SUMITEC, SUMINISTROS TÉCNICOS SA. Acero grado maquinaria AISI 1045. [En línea]<
http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201045.pdf> [Citado en Julio 26 de 2015]
6
1.1 ESTADO DEL ARTE
Para generar un mayor entendimiento acerca del siguiente trabajo, se hace una
recopilación de información que pueda describir en un contexto generalizado, en
un periodo de tiempo no mayor a 20 (veinte) años, acerca de las transformaciones
que sufre el material al ser expuesto a procesos termomecánicos, con esto dicho,
se hará uso de uno de los bienes más preciados de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas, como lo son las distintas bases de datos informativas y
red de bibliotecas para darle al proyecto un argumento investigativo, además de la
clasificación pertinente para que de esa forma pueda ser utilizado como registro
explicativo para aquellos que desean proseguir esta línea de búsqueda científica.
En mayo de 1999, R.H Larn y J.R Yang concluyen que la deformación previa de la
austenita tiene un gran impacto en la formación de ferrita Widmanstätten2. Esto
como parte de una investigación acerca de las cantidades de deformación
porcentual (10, 20, and 40%) de la austenita en la transformación isotérmica de
ferrita Widmanstätten en un aleación Hierro-Carbono (Fe-Mn-Si-C).
En el diagrama esquemático de la técnica de desarrollo de las pruebas presentado
en la figura 1, contemplamos un proceso de deformación en caliente a una
temperatura de 800°C después de haber pasado por un proceso de austenización
a la temperatura de 1200°, los porcentajes de deformación fueron los expuestos
anteriormente, (10%, 20% y 40%), luego de haber atravesado la distorsión, las
muestras fueron enfriadas rápidamente hasta una temperatura entre los 510-
580°C para el proceso isotérmico, como medida de comparación, se efectuaron
idénticos tratamientos térmicos a probetas sin deformar entre los 800-790°C
2 LARN, R.H. YANG, J.R. The effect of compressive deformation of austenite on the Widmanstätten ferrite
transformation in Fe–Mn–Si–C steel. En: Materials Science and Engineering: A. Volume 264. National Taiwan University. Taiwan. 1999.
7
Figura 1. Diagrama esquemático enseñando los procesos termo-mecánico realizado en el dilatómetro3.
Tras los análisis metalográficos correspondientes, se observó que la producción
de ferrita Widmanstätten se vio muy afectada a medida que los porcentajes de
deformación eran mayores, esto, debido a que en el proceso mecánico la
obtención de la ferrita Widmanstätten se retrasó debido a los esfuerzos ejercidos
en la austenita. El incremento de la deformación en la austenita, produjo la
insuficiencia de ferrita y también un cambio en su morfología.
Figura 2. Metalografías ópticas que muestran la microestrucutra de un acero A obtenidos por el dilatómetro. Muestras tratadas isotérmicamente a 550°C por 30 minutos con diferentes porcentajes de deformación previa. (a) 0%;
(b) 10%; (c) 20%; (d) 40%4.
3, 4
LARN, R.H. YANG, J.R. The effect of compressive deformation of austenite on the Widmanstätten ferrite transformation in Fe–Mn–Si–C steel. En: Materials Science and Engineering: A. Volume 264. National Taiwan University. Taiwan. 1999
8
A principios del siglo XX, Seung Chan Hong en compañía de Kyung Sub Lee,
emprenden una investigación acerca del refinamiento del grano de un acero doble
fase usando la técnica de transformación de ferrita inducida por deformación,
generalmente, el refinamiento de ferrita mejora tanto la dureza como la ductilidad
del acero5. Se mecanizaron probetas cilíndricas con el fin de atravesar las pruebas
establecidas en la investigación, a continuación se enseña mediante un diagrama
el proceso termomecánico diseñado para la investigación.
Figura 3. Diagrama esquemático para la producción de estructura doble fase hot-rolled6.
La temperatura Ar3 calculada anteriormente como la temperatura de
transformación γ/α, es necesaria ya que justo antes de llegar a este punto se debe
producir la deformación para varios grupos de probetas cada uno de ellos con un
esfuerzo constante, justo después de esto, se aplica el tratamiento isotérmico con
una temperatura igual para todas las muestras pero con diferentes tiempos de
exposición (5, 10, 30, 50, 100) segundos para luego terminar con un rápido
enfriamiento de las probetas.
Las microestructuras resultantes mostraron diferentes tipos de ferrita para una
deformación del 80% para el proceso isotérmico a 735°C; la cantidad de 5, 6
CHAN HONG, Seung. SUB LEE Kyung. Influence of deformation induced ferrite transformation on grain refinement of dual phase steel. En: Materials Science and Engineering: A. Volume 323. Hanyang University. South Korea. 2000.
9
martensita también se vio afectada debido a los tiempos de exposición en el
proceso isotérmico, con disminuciones de hasta el 50% para los tiempos entre 5-
50 segundos, mientras que los niveles de ferrita sufrieron un aumento de un 25%
llegando a ser hasta el 76% de la microestructura resultante.
Un grupo de investigadores en China en el año 2011 promovieron un estudio
acerca del efecto de la deformación en la austenita en transformaciones de fase
durante un proceso no isotérmico con diferentes rangos de enfriamiento; se usó un
acero con una composición química Fe–0.22C–0.87Si–1.64Mn–0.024Ti–0.0015B–
0.0025N (wt.%) se produjeron probetas circulares para generar los tratamientos y
la deformación en caliente. Las muestras fueron calentadas hasta llegar a una a
los 950°C con una velocidad de 5°C/s y permanecieron expuestas a esta
temperatura por cinco minutos. Durante el calentamiento de las probetas, las
temperaturas de inicio y final de transformación austenítica, Ac1 y Ac3 fueron
725°C y 850°C respectivamente7. El siguiente esquema explica el proceso
anteriormente descrito.
Figura 4. Diagrama esquemático de los procesos no isotérmicos8
7, 8
SHIA, Zengmin. LIUA, Kai. WANGC, Maoqiu. SHIC, Jie. DONGC, Han. PUA, Jian. CHIA, Bo. ZHANGA, Yisheng. JIANA, Li. Effect of non-isothermal deformation of austenite on phase transformation and microstructure of 22SiMn2TiB steel. En: Materials Science and Engineering: A. Volume 535. School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology. China. 2011.
10
Los resultados más significativos se encontraron cuando las microestructuras
estuvieron sometidas a una deformación del 40% con variaciones en las
temperaturas en enfriamiento, se encontró una fase clara en las microestructuras
que fue definida como la ferrita inducida por transformación; se presenció un
cambio en la ferrita que inició siendo ferrita poligonal la cual está presente en las
fronteras de los granos de austenita y terminó como delgadas plaquetas de ferrita
que inician en los bordes de grano y se adentran a medida que las temperaturas
de enfriamiento aumentan.
Figura 5. Micrografías ópticas mostrando los efectos de los rangos de enfriamiento: (a) 25 °C/s and (b) 45 °C/s, en la microestructura de las muestras deformadas en un proceso no isotérmico. La fase clara es ferrita poligonal (a) o
ferrita bainítica (b)9.
9SHIA, Zengmin. LIUA, Kai. WANGC, Maoqiu. SHIC, Jie. DONGC, Han. PUA, Jian. CHIA, Bo. ZHANGA, Yisheng.
JIANA, Li. Effect of non-isothermal deformation of austenite on phase transformation and microstructure of 22SiMn2TiB steel. En: Materials Science and Engineering: A. Volume 535. School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology. China. 2011.
11
1.2 JUSTIFICACIÓN
Esta investigación hace parte del nuevo trabajo de caracterización de materiales,
algo necesario para generar procesos certeros, efectivos y eficaces, algo
indispensable a la hora de cumplir una labor, es parte del día a día del ingeniero
estar involucrado en este tipo de circunstancias, debido a esto, los elementos
académicos, bases de datos e investigaciones empíricas, en cuanto a calidad y
cantidad son una ayuda de gran valor para el profesional. Las aleaciones del
hierro, son elementos fundamentales en la mecánica aplicada, aun así, los
registros no abarcan todos las alteraciones y aplicaciones que se pueden generar
en el acero AISI/SAE 1045. La ciencia de los materiales aún no cubre todas las
posibles variaciones que sufre un metal de estas cualidades, es ese déficit de
conocimiento lo que impulsa este proyecto.
Exponiendo esto, el devenir del proceso que se realizará a lo largo de este trabajo,
intentará analizar de forma concreta los resultados que sobrelleva el AISI/SAE
1045 luego de atravesar por un procedimiento de transformación de sus
características y verificar de qué forma puede ser trasladado al mundo de la
innovación tecnológica, de qué manera los resultados pueden interpretarse como
ventajas o desventajas en el entorno laboral.
Cualquier tipo de conclusión hará un cambio significativo en la usanza del
material, debido a su fácil obtención, a su amplio uso y a su facilidad de
implementación en ciertas ramas del trabajo mecánico, este trabajo, por su parte
podrá servir de referencia para aquellos que deseen iniciar un asunto ya sea
académico o para la ejecución de los tratamientos realizados para obtener
resultados similares cuyo fin sea la implementación del material resultante.
12
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Establecer la influencia de una deformación previa a compresión y el
posterior temple desde 770°C, 760°C, 750°C, 740°C, seguido de un
revenido a 450°C con tiempo establecido de 30 minutos en la
microestructura final de un acero AISI/SAE 1045
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Generar la deformación previa en cada una de las probetas, teniendo en
cuenta los valores de carga pertinentes y propios de la máquina que
producirá la compresión; en este caso los valores de carga establecidos
son de 25 toneladas, 30 toneladas, 35 toneladas y 40 toneladas.
Efectuar la secuencia de tratamiento diseñada para cada tiempo y
temperatura.
Desarrollar pruebas de dureza y análisis metalográfico a cada una de las
muestras que permitirán establecer la influencia de cada tratamiento en la
microestructura.
13
3. MARCO TEÓRICO
3.1 ACERO AISI SAE 1045
Es un acero utilizado cuando se necesita resistencia y dureza como
propiedades fundamentales a la hora de cumplir un trabajo, responde bien a
los tratamientos térmicos, no tanto a la cementación, es excelente para la
fabricación de elementos de maquinaria (ejes, piñones, cuñas, tornillos, etc.,)
debido a su dureza y su tenacidad, además presenta buenas condiciones de
soldabilidad.
Encontramos que elementos como el Mn, generan estabilidad entre los
carburos del acero, balanceando las propiedades del mismo. El cambio de las
propiedades mecánicas del material, es un problema con amplias soluciones,
el trabajo para el cual está predispuesto indica el tipo de cambio por el que
debe pasar el metal.
3.2. PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE LAS ALEACIONES HIERRO-
CARBONO
3.2.1 Ferrita
Considerado como hierro alfa puro, debido a su baja solubilidad a temperatura
ambiente; es uno de los principales componentes del hierro y sus aleaciones
como el acero. Es blanda, con baja resistencia aunque muy dúctil con una
temperatura de Curie de 768°C.
3.2.1.1 Ferrita Alotriomórfica
Es aquella ferrita que se genera a altas temperaturas por debajo de Ac3. La
palabra Alotriomórfica proviene del griego como referencia a “forma
extraña”. Este tipo de ferrita aunque es una fase cristalina en estructura
14
interna, su aspecto microestructural no lo parece10. Esta ferrita se sitúa en
los límites de grano.
3.2.1.2 Ferrita Idiomórfica
La ferrita idiomórfica a diferencia de la alotriomórfica se encuentra en la
mayoría de las ocasiones como una incrustación en los granos
heterogéneos, con una morfología equiaxial. Es uno de los componentes
directamente relacionados con la tenacidad del material, su proceso de
formación es similar al de la ferrita alotriomórfica con una disminución de la
temperatura y un sub-enfriamiento adicional, debido a la diferencia
anteriormente nombrada.
3.2.1.3 Ferrita Widmanstätten
La ferrita Widmanstätten surge debido a la variación de dos parámetros, el
proceso de enfriamiento por debajo de la temperatura Ac3 y por la
transformación de algunas zonas de material, dicho de otra manera, la
deformación de planos puede generar ferrita Widmanstätten. Este
compuesto puede presentarse como una desventaja en las propiedades
mecánicas del material, ya que, debido a su forma puede generar grietas
microestructurales además de un aumento porcentual de la fragilidad del
mismo.
3.2.2 Perlita
Es un constituyente formado por un 86% de ferrita, que se presenta
generalmente en forma laminar, es más dura y resistente que la ferrita pero
más blanda y maleable que otros componentes.
10
CAPDEVILA MONTES, Carlos. GARCÍA CABALLERO, Francisca. GARCÍA DE ANDRES, Carlos. Modelización de la formación isotérmica de ferrita alotriomórfica a temperaturas inferiores a la del eutectoide en un acero microaleado de medio carbono. Consejo superior de investigaciones científicas. Madrid, España 2001. p. 510
15
3.2 TRATAMIENTOS TÉRMICOS.
Un tratamiento térmico adecuado puede ajustar las propiedades mecánicas del
material, de manera que podamos darle un uso específico, esto se logra
mediante una serie de procesos de calentamiento y enfriamiento del material, a
temperaturas establecidas o a condiciones especiales dependiendo de la
técnica que se use, estos ajustes en las propiedades mecánicas o
macroscópicas, se genera a través del cambio en las características
microestructurales.
3.2.1 Temple
Cuando se calientan a una temperatura que está basada en función de su
contenido de carbono y se enfría bruscamente en agua o aceite mineral, puede
mejorar notablemente la resistencia y la dureza del acero, a este procedimiento
de cambio se le conoce como temple.
La velocidad de enfriamiento del proceso, establece la microestructura final del
metal, aunque la temperatura pueda descender de forma constante, el exterior
del acero siempre se enfriará más rápido que el núcleo, lo que puede generar
varios tipos de microestructuras debido a que los cambios de la austenita a
martensita se producen en ciertos rangos de temperatura. El temple, es un
proceso bastante flexible, de esa forma, podremos encontrar gran variedad de
procedimientos en función de las características del material para así obtener
resultados esperados para usos específicos y preestablecidos.
3.2.2 Revenido
Es un proceso que se lleva a cabo generalmente luego de obtener un acero
templado, donde se calienta el metal por debajo de la temperatura crítica Ms,
luego es enfriado, todo esto en un rango de temperaturas señalado; aparte de
los cambios en sus propiedades, es un buen método de expulsar tensiones
residuales creadas en el temple y brinda una mayor estabilidad en el acero.
16
4. METODOLOGÍA
La investigación se llevó a cabo usando un plan de cinco pasos, los cuales
permitirán la realización de los objetivos específicos de la forma más eficiente. Las
fases del procedimiento se encuentran divididas de la siguiente forma.
Fase 1
La primera de estas fases está referida a la adquisición del material, usando en
este caso un diámetro de ¾ de pulgada. Se eligió una cifra de 16 probetas para
dar un alto grado de veracidad en las pruebas, de esta forma se obtuvo material
teniendo en cuenta la geometría de las probetas a la hora de trabajar sobre ellas.
Así, 50 cm de acero AISI/SAE 1045 fue el necesario para cumplir el
procedimiento.
Fase 2
La segunda etapa, está dedicada a la mecanización del material, acá llevamos el
acero base a la forma de trabajo establecida en el proyecto. Luego de tener el
material y las dimensiones deseadas, se inició el proceso de mecanizado de las
probetas, usando los equipos de la universidad, tales como cortadora
metalográfica se redujo el material inicial a 16 probetas usadas a través de todo el
proceso.
Fase 3
El tercer punto tiene que ver con la inclusión de la deformación en el proyecto. Las
16 probetas fueron sometidas a la compresión, se crearon cuatro grupos, cada
uno comprendido de cuatro probetas las cuales tendrán una distinta deformación
producida por cargas de 25, 30, 35 y 40 toneladas fuerza, se tomaron los datos de
cambio de forma y se calcularán todos los porcentajes de deformación.
17
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18
Fase 4
Acá, estaremos ubicados en los procesos de tratamientos térmicos anteriormente
especificados, un temple y un revenido. Se separaron las 16 probetas en cuatro
grupos del mismo número de elementos, cada uno de estos grupos atravesará un
proceso de tratamiento térmico similar, con temperaturas de temple de 740°C,
750°C, 760°C y 770°C. El revenido será igual para los cuatro grupos con una
temperatura de 450°C constante por un periodo de tiempo de 30 minutos.
Figura 6. Diagrama esquemático de los procesos de temple y revenido.
Fase 5
Aquí se harán los análisis correspondientes, tras el proceso, las probetas fueron
preparadas siendo pulidas con lijas con variedad de asperezas así como el uso de
la pulidora metalográfica, perteneciente a la Universidad Distrital. Con las
muestras pulidas correctamente, y un ataque químico se procedió a tomar las
micrografías para el análisis de datos, fotos obtenidas a distintos aumentos con
microscopio digital. Por último, el análisis de dureza, fue llevado a cabo de
inmediato con el durómetro del laboratorio de estudios metalográficos. Así, se dio
por Finalizado el proceso y se inició el proceso de análisis de datos
19
5. RESULTADOS
Para establecer una relación entre la deformación y las fotografías resultantes, es
necesario usar los resultados en las pruebas de porcentajes de fracción
volumétrica y dureza. En las primeras micrografías hay diferencias apreciables
entre las probetas con la misma temperatura de temple pero con distinta carga de
deformación.
Figura 7. Micrografías 20X AISI/SAE 1045 templado (740°C) y revenido (450°C) con distintas cargas de deformación: (a) 25 Ton; (b) 30 Ton; (c) 35 Ton; (d) 40 Ton. Fuente: Autor.
Se puede notar como hay una dispersión en la ferrita alotriomórfica de modo que
al final podemos encontrar largos segmentos de ella lo que genera un cambio en
su microestructura.
(a)
(c) (d)
(b)
20
Figura 8. Ferrita Alotriomórfica. Fuente: Autor.
Tras efectuar exámenes de cantidades volumétricos podemos encontrar una
tendencia al aumento de la ferrita, este incremento pasa de ser de un 21, 17% en
la micrografía (e) a un 36,27% en la imagen (h). Si tenemos en cuenta que el valor
porcentual en la micrografía (f) es de 36,18% se puede determinar un crecimiento
desde la primera carga hasta la segunda, tras haber llegado a este punto los
niveles de ferrita tienden a estabilizarse y permanecer constantes.
21
Figura 9. Micrografías usadas para los examenes de porcentajes de fracción volumétrica; (e) 25 Ton; (f) 30 Ton; (g) 35 Ton; (h) 40 Ton. Fuente: Autor.
Luego de haber generado el lazo entre la compresión y la fracción porcentual de
ferrita, hay que analizar los datos de dureza superficial para ver si cumple con la
tendencia anterior o su comportamiento cambia junto con las cantidades de carga.
Inicialmente, se registraron cinco valores válidos en cada probeta y se obtuvo un
promedio para tener resultados más acertados; para un temple de 740°C los
valores de dureza superficial hay una diferencia muy baja pero bastante
perceptible, con un valor máximo de 90,64 HRB para una carga de 30 toneladas y
un valor mínimo de 87,28 HRB en la probeta con una deformación de 40
toneladas, aunque el valor para la primera probeta es de 89,3 HRB se observa
una tendencia a la disminución de la dureza superficial ya que podemos encontrar
su valor mínimo en una muestra con carga máxima.
(g)
(e) (f)
(h)
22
Tras analizar de la misma manera las micrografías de las probetas templadas a
750°C encontramos microestructuras bastante similares, aunque se observa el
aumento en la cantidad de islotes de ferrita idiomórfica, mientras que la ferrita
alotriomórfica genera distorsión y una irregularidad morfológica si la comparamos
con las probetas templadas a 740°C.
Figura 10. Micrografías 20X AISI/SAE 1045 templado (750°C) y revenido (450°C) con distintas cargas de deformación: (a) 25 Ton; (b) 30 Ton; (c) 35 Ton; (d) 40 Ton. Fuente: Autor
Al iniciar los estudios la fracción volumétrica de la ferrita en esta temperatura se
observa que los datos continúan con la tendencia de la temperatura de temple
anterior, los valores inician en 31,06% para la micrografía (e); 39,43% para la
carga de 30 toneladas, 38,71% para la micrografía de 35 toneladas y 37,91% para
la micrografía (h) con 40 toneladas de carga, se puede verificar un aumento
(a)
(c)
(b)
(d)
23
bastante considerable entre las dos primeras probetas, mientras que después de
la segunda las diferencias se vuelven casi del 1% comparadas con la anterior.
Figura 11. Micrografías usadas para los análisis de fracción volumétrica. Fuente: Autor.
Tras obtener los resultados en las pruebas de dureza se observa que al igual que
en el ensayo anterior, la dureza superficial de las probetas es inversamente
proporcional a la carga a la que fueron sometidas, el valor máximo se encuentra
para la probeta (a), (e) que estuvo bajo la acción de 25 toneladas de carga con un
valor de 92,32 HRB, la siguiente probeta con 30 toneladas de compresión generó
un dato de dureza de 92,28 HRB, para la muestra de 35 toneladas marcó 90,36
HRB y por último la probeta comprimida con 40 toneladas obtuvo una dureza
superficial promedio de 88,06%.
(g)
(e) (f)
(h)
24
Desde este punto crear conexiones entre la deformación y los resultados finales,
hay que observar si las pruebas gráficas y de dureza siguen orientadas en el
mismo sentido a través del resto del proyecto, es por esto que proseguiremos con
el estudio de las probetas tratadas térmicamente mediante un temple a una
temperatura de 760°C y un proceso isotérmico de revenido de 450°C por un
espacio de 30 minutos.
Figura 12. Micrografías 20X AISI/SAE 1045 templado (760°C) y revenido (450°C) con distintas cargas de deformación: (a) 25 Ton; (b) 30 Ton; (c) 35 Ton; (d) 40 Ton. Fuente: Autor.
(a)
(c)
(b)
(d)
25
La morfología de la ferrita al analizar estas imágenes ha cambiado y es notable,
los alotriomorfos presentan formas mucho más irregulares que al principio. Este
cambio en la forma y la disposición de la ferrita alotriomórfica es el inicio de una
transformación o los primeros rastros de la aparición de ferrita Widmanstätten
primaria en bajas cantidades y presencia un poco más apreciable de
Widmanstätten secundaria.
Figura 13. Micrografías usadas para los análisis de fracción volumétrica. Fuente: Autor.
(g)
(e) (f)
(h)
26
Los resultados de las pruebas de fracciones volumétricas se advierte un cambio
con respecto a la tendencia anterior de crecimiento y estabilización de la porción
de ferrita presente en la micrografía, los porcentajes se dividen en dos, un primer
grupo compuesto por las probetas sometidas a 25 (e) y 30 (f) toneladas para las
cuales la fracción volumétrica es de 30,57% y 28,5% respectivamente; luego están
las probetas con 35 (g) y 40 (h) toneladas de compresión que muestran un gran
incremento en la cantidad de ferrita presente con unas cantidades porcentuales de
42,64% y 37,01% correspondientemente. Aunque las variaciones en los datos no
siguen una trayectoria ni una predisposición determinada se puede notar un
aumento considerable entre la primera y la última probeta algo que concuerda con
los exámenes previos y que probablemente sea igual en los ensayos siguientes.
Aunque los porcentajes volumétricos de ferrita no siguieron la línea de las dos
primeras pruebas, la dureza sigue con una dirección constante mostrando
resultados similares a los ensayos anteriores, se nota un incremento en los
valores de dureza en general esto a causa del aumento en la temperatura del
temple pero aun así se genera un bajón en la dureza de cada probeta a medida
que su carga de compresión es mayor, con esto claro, podemos ver que la media
de los valores promedio de dureza pasa de ser de 89,29 HRB para un temple de
740°C pasando por los 90,75 HRB de la segunda temperatura de temple hasta
llegar a la dureza de 94,98 HRB en esta temperatura de 760°C; pero como se
había hecho mención anteriormente los valores para la primera carga de
deformación y aumentando son de 95,62 HRB; 95,1 HRB; 94,96 HRB; 94,24 HRB
respectivamente. La caída en los valores de la dureza está predispuesta hasta el
momento a ser una consecuencia en el aumento de la carga de deformación.
27
Para finalizar, las probetas templadas a 770°C fueron pasaron por el microscopio y
el durómetro para las observaciones pertinentes.
Figura 14. Micrografías 20X AISI/SAE 1045 templado (770°C) y revenido (450°C) con distintas cargas de deformación: (a) 25 Ton; (b) 30 Ton; (c) 35 Ton; (d) 40 Ton. Fuente: Autor.
Los brotes de ferrita Widmanstätten secundaría se hacen presentes en grandes
cantidades en estas micrografías, una demostración de las transformaciones
ferríticas causadas por el aumento en la temperatura del temple y aunque la
deformación puede ser causa de este tipo de ferrita habría que contemplar un
estudio que pueda hacer comparaciones entre probetas deformadas y sin
deformar con el mismo tratamiento térmico. Por el momento se puede observar la
Widmanstätten secundaria en grandes cantidades y unos pequeños patrones de
ferrita Widmanstätten primaria.
(d) (c)
(b) (a)
28
Figura 15. Ferrita Widmanstätten. (1) Widmanstätten primaria; (2) Widmanstätten secundaria. Fuente: Autor.
Figura 16. Micrografías usadas para los análisis de fracción volumétrica. Fuente: Autor.
Las fracciones de ferrita medidas de forma porcentual conservan algún rastro de
las propensiones que tenían los dos primeros ensayos, estos nos dan como efecto
(e) (f)
(g) (h)
(2) (1)
29
un gran aumento en la porción de ferrita de la probeta (f) de 30 toneladas con
respecto a la anterior (e) de 25 toneladas de fuerza, tras este incremento los
niveles de ferrita buscan una estabilización que al final se ve interrumpida por una
leve caída de los fragmentos ferríticos resultantes, los valores para corroborar lo
anteriormente dicho son: 23,57%; 43,03%; 42,07%; 34,08%; para las cargas de
compresión de 25; 30; 35; 40 toneladas respectivamente.
El durómetro por otro lado, nos deja en claro que el aumento en la temperatura del
tratamiento térmico de temple sigue aumentando los valores promedio de la
dureza superficial con respecto a las temperaturas anteriores. Como en las
pruebas anteriores identificamos una predisposición en la dureza superficial la cual
disminuye desde los 96,28 HRB hasta 93,08 HRB es la diferencia entre la primera
probeta con 25 toneladas y la última afectada con 40 toneladas de carga a
compresión, aunque hay un dato que no va de acorde con lo anteriormente dicho
ya que presenta una dureza superficial promedio de 98,04 HRB un resultado que
no se había visto ya que las mayores durezas se presentaban en las primeras
probetas mientras que esta es la segunda probeta comprimida con 30 toneladas y
aunque cambia un poco la línea de los resultados es un dato que puede ser
aislado ya que el resto de los valores cumplen con la tendencia principal.
30
6. CONCLUSIONES
Aunque no hay una ruta dispuesta en los resultados, se observa que los
porcentajes en la fracción de ferrita tienden a aumentar a medida que
aumenta la carga aplicada en compresión a las probetas, así que esta
puede ser la primera influencia definida de la deformación previa en las
transformaciones de fase de un acero AISI/SAE 1045.
La dureza superficial promedio en un grupo de probetas deformadas y
tratadas térmicamente con un temple y un revenido tiende a aumentar a
medida que la temperatura del temple aumenta, es por esto que podemos
encontrar diferencias de hasta 10 HRB en un rango de temperaturas entre
740°C y 770°C.
De la misma forma, la dureza promedio disminuye a medida que el valor de
la fuerza de compresión empleada aumenta, es por esto que los valores
más grande en un grupo de probetas templadas a una misma temperatura
los encontramos en las muestras con los menores porcentajes de
deformación, o sea las probetas con una carga de deformación de 25 y 30
toneladas.
A medida que aumenta la temperatura del temple es probable que se
encuentren los tres tipos de ferrita descritos anteriormente, en la
temperatura de 760°C hay una gran diferencia con respecto a las primeros
ejemplares ya que se ve una agitación de la ferrita alotriomórfica lo que
corresponde al inicio del surgimiento de la ferrita Widmanstätten secundaria
y muy probablemente tras aumentar la temperatura del temple es posible
encontrar Widmanstätten primaria en mayores cantidades.
31
7. BIBLIOGRAFÍA
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