laboratorio jominy
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LABORATORIO # 6
LABORATORIO # 6
I. TITULO:
ENSAYO JOMINY (MTODO DE PRUEBA POR EXTREMO TEMPLADO)
II. OBJETIVOS:
2.1. Determinar la templabilidad o capacidad de temple mediante la obtencin de la profundidad y distribucin de la dureza en el interior de una pieza, (para un acero SAE D 3).
2.2. Evaluar las curvas de templabilidad o curvas Jominy de los aceros.
2.3. Determinar el dimetro critico (Dc) y el dimetro critico ideal (Di).
III. FUNDAMENTO TERICO:
El trmino templabilidad se refiere a la capacidad relativa de un acero de ser endurecido por transformacin a martensita. Es una propiedad que determina la profundidad por debajo de la superficie templada a la cual el acero se endurece o la severidad del temple requerido para lograr una cierta penetracin de la dureza. Los aceros con buena templabilidad pueden endurecerse ms profundamente debajo de la superficie y no requieren altas velocidades de enfriamiento. La templabilidad no se refiere a la mxima dureza que se puede lograr en el acero; eso depende del contenido de carbono.
La templabilidad de un acero se incrementa mediante la aleacin. Los elementos aleantes que tienen el mayor efecto son el cromo, el manganeso, el molibdeno y el nquel en menor grado. El mecanismo mediante el cual operan estos elementos aleantes es el aumento del tiempo antes de que ocurra la transformacin de austenita a perlita en el diagrama TTT. En efecto, la curva TTT se mueve hacia la derecha, permitiendo as velocidades de enfriamiento ms lentas durante el apagado. Por tanto la trayectoria del enfriamiento es capaz de seguir ms fcilmente una ruta ms lenta hacia la lnea Ms, evitando el obstculo impuesto por la nariz de la curva TTT.
El mtodo ms comn para medir la templabilidad es el ensayo de Jominy del extremo templado. El ensayo involucra el calentamiento de un espcimen normal de dimetro = 1.0 pulg (25.4 mm) y longitud = 4.0 pulg (102 mm) hasta la escala de la austenita y despus el templado de uno de sus extremos con agua fra mientras se sostiene verticalmente, como se muestra en la figura 1. La velocidad de enfriamiento en el espcimen de prueba disminuye con el incremento de la distancia desde el extremo que se templa. Luego una vez fra la pieza se hacen superficie planas paralelas y se toman medidas de dureza cada 1/16". La dureza se encuentra en el extremo templado donde se forma martensita y a medida que se aleja el extremo se forman productos de transformacin ms blandos.
La templabilidad es indicada por la dureza del espcimen como una funcin de la distancia desde el extremo templado como se muestra en la figura 1.
Fig. 1: Prueba de punta templada
Sobre la templabilidad ejercen su influencia la velocidad de enfriamiento, la homogeneidad de la estructura, la temperatura del temple, el tamao de grano austenitico asi como la estructura inicial. Con el aumento de la velocidad de enfriamiento la templabilidad se incrementa, si se tiene una
estructura no homognea por ejemplo en presencia de carburos no disueltos por completo y de inclusiones metlicos que intervienen como centros y de inclusiones metlicas que intervienen como centros de cristalizacin, la templabilidad disminuye; la elevacin de la temperatura del calentamiento da lugar al crecimiento del grano, a la obtencin de una estructura ms homognea y al aumento de la temperatura.
La dureza de un sitio en la barra Jominy es equivalente la dureza que se podra obtener en un punto de una pieza templada en agua o aceite con la misma rata de enfriamiento.
3.1. USOS DE LAS CURVAS DE TEMPLABILIDAD:
Las curvas de endurecimiento obtenido por el ensayo jominy son de gran valor practico debido a:
a. Si se conoce la velocidad de enfriamiento de un acero en cualquier tipo de templado, la dureza puede leerse directamente de la curva de templabilidad para ese acero.
b. Si se puede medir la dureza en cualquier punto, la velocidad de enfriamiento puede obtenerse de la curva de enfriamiento para este acero.
La Fig. 2 nos muestra las curvas de endurecimiento para 5 aceros, los aceros fueron templados por la punta como se indica en la Fig. 1.
Fig. 2: Curvas de endurecimiento para 5 aceros.
3.2. DIMETRO CRITICO IDEAL(Di):
La profundidad a la que se obtiene la martensita en una barra es una funcin de cierto nmero de variables. La barra con dimetro pequeo se endurecen por todas partes y las que tiene dimetros ms grandes se obtendrn un ncleo ms blando conteniendo perlita.
El dimetro critico es donde se a formar en su centro 50% de martensita y 50% de perlita. Su valor depende del acero en cuestin y del medio de temple y su importancia descansa en el hecho de que da la medida de la habilidad del acero o responder al tratamiento trmico del temple.
El dimetro critico es una medida de la templabilidad pero depende tambin de la velocidad de enfrentamiento.
Con el propsito de eliminar esta ltima variable es prctica general hacer referencia de todas las mediciones de templabilidad a un medio de enfrentamiento hipottico supuesto para llevar la superficie de una pieza instantneamente a la temperatura del bao simple y mantenerla a esta temperatura. El dimetro correspondiente a esta temple ideal es llamado dimetro critico ideal.
Para poder determinar el dimetro critico ideal partiendo de que conocemos la curva jominy de un acero determinado, podemos calcular de ella su templabilidad expresadas en cifras jominy o en dimetro ideal.
Para ello nos bastara conocer la dureza que corresponde al estructura deseada para el acero en cuestin.
La Fig. 3 nos expresa para cada porcentaje de martensita deseada la dureza que segn el porcentaje de carbono debe alcanzar el acero.
Fig. 3
Fig. 4: nos expresa la curva de equivalencia entre dimetros crticos ideales y distancia jominy.
Fig. 4
3.3. Severidad de Temple (H)
En el temple ideal se supone un medio de temple ideal que remueve el calor hacia la superficie tan rpidamente como fluye este del interior de la barra.
Dicho medio no existe pero su accin refrigerante puede ser calculada y comprobada con la de los medios de temple ordinarios. Los valores de severidad de temple para los diversos tipos de medio de temple, y la grfica entre Dc y Di con H, se muestra acontinuacin.
Tabla: Valores de la severidad de temple H.
Agitacin del medioSalmueraAguaAceiteSalesAire
Ninguna20.9-1.00.25-0.300.25-0.300.02
Media2-2.21.0-1.10.30-0.350.30-0.35
Moderada1.2-1.30.35-0.400.35-0.40
Acentuada1.4-1.50.40-0.500.40-0.50
Fuerte1.6-20.50-0.800.50-0.80
Violenta40.8-1.1
3.4. Influencia del Contenido de CarbonoEl aumento en el contenido de carbono esta asociado con un aumento en la templabilidad, la formacin de la perlita y constituyentes proeutectoides se vuelve ms difcil entre ms alto sea el contenido de carbono en el acero.
El tamao de grano austenitico tiene gran influencia en la templabilidad de los aceros. La perlita se nuclea en los limites de grano de la austencia; la formacin de perlita en el acero de grano mas grueso y en consecuencia el acero de grano mas fino tiene mas baja templabilidad. El uso de un tamao de grano autntico grueso para aumentar la templabilidad esta acompaado por cambios indeseables en otras propiedades tales como un aumento en la fragilidad y prdida de ductibilidad. A continuacin se muestra una grfica del Di en funcin del %C y el tamao de grano austenitico.
3.5. Los Elementos Aleantes en la Templabilidad:
Los elementos aleantes aumentan la templabilidad de los aceros; el grado depende del elemento en cuestin; el nico elemento gue hace bajar la templabilidad es el cobalto porque este aumenta la velocidad de nucleacin como la del desarrollo de la perlita. Los aceros gue contienen cualguier cantidad de elementos aadidos son difciles de soldar con xito.
Con la ayuda de los factores multiplicadores para cada elemento de aleacin, el %C y el tamao de grano austnico se puede determinar el dimetro ideal para el tipo de acero en mencin.
IV. DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA TEMPLABILIDAD (METODO DE PRUEBA DEL EXTREMO TEMPLADO) PARA UN ACERO SAE D 3
4.1 MATERIALES Y EQUIPO
Caractersticas del acero
Tipo de aceroBohelerDINSAE
D 3
AleacinPORCENTAJE
CSiMn
20,350,30
ESTADO DE SUMINISTRO DUREZA NATURAL 65 HRC
Dimenciones de la probeta 25,4 mm x100mm de largo
NORMALIZADOC
820 - 870
TEMPLEAGUAACEITE
C C
810 - 840820 - 850
4.1.2.- EQUIPOS
Equipo para ensayo Jominy
Horno elctrico
Durometro
vernier
Desbastadora Probeta Jominy de acero SAE D 3V.- PROCEDIMIENTO
PROBETA:
Se mecanizo una barra cilndrica de 32mm de dimetro acero SAE D3 a las medidas indicadas por la SAE 25.4m de dimetro (1) y 100mm de largo (4): teniendo en un extremo un tope para suspenderla verticalmente cuando se realice el temple, en el extremo que se ha de templar se hizo ligeramente un pulido. Previamente a ella se hizo un normalizado a 850grados C mantenindose la probeta a esta temperatura durante una hora y luego se en fri al aire calmo.TEMPLE:
Se coloco la probeta en el horno en posicin vertical, se austenizo a 830 grados C mantenindose por espacio de 30 minutos al cabo de los cuales se llevo al dispositivo de temple , que ha de estar seco . posteriormente se abri la llave del surtidor de agua para templarla.
El tiempo transcurrido desde el retiro de la probeta del horno y el comienzo del temple no deben ser mayores de 5 segundos. la probeta debe permanecer en el soporte como mnimo 10 minutos
MEDICION DE LA DUREZA
Una ves fra la probeta se rectifico, a lo largo de dos generatrices opuestas , dos planos perfectamente paralelos de 0.4 mm , es preferible realizarlo con abundante agua para no modificar la estructura del temple . se calibro el durometro y se empez a medir la dureza por el mtodo Vickers ,cada 1/16 hasta una longitud de 2a lo largo de los planos paralelos . la carga aplicada es de 40 Newton .la medicin de la dureza se hizo en los dos planos paralelos , luego se promedio estos dos resultados obtenindose y se llevaron a un grafico obtenindose una curva conocida como la curva Jominy.
VI. RESULTADOS:
6.1.- Las durezas en RC obtenidas en las pruebas por el mtodo del extremo templado para un acero SAE D 3 cada 1/16 fueron segn la tabla N 1
6.2.- Con los datos de dureza RC vs. la distancia de extremo templado se obtuvo la curva de la templabilidad para un acero SAE D 3 la cual se muestra en la figura 4.1
6.3 los resultados de la templabilidad obtenidos para el acero SAE D 3 en valores Jominy dimetros crticos (Dc) y dimetro critico ideal (di) fueron los siguientes:
Acero SAE D 3
Dureza 80% martensita = 66 RC (obtenido en la figura 3.5.1)
Este valor de dureza le corresponde una distancia de extremo templado : 16/32 (figura $.!)
Templabilidad expresada en Jominy ser : J= 16/32 =80% martensita
En dimetro critico ideal (Di) = 2.12 (figura 3.2.5)
En dimetro critico (Dc) = 1.44 ( figura 3.5.4) para una severidad de temple = H = 1.5 (con agitacin acentuada 9)VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 CONCLUSIONES
La mxima dureza alcanzada por el acero SAE D 3 en el extremo templado es de 69 RC y la mnima dureza es de 52 RC que corresponde aproximadamente al estado normalizado .
Si observamos la grafica de la curva de templabilidad (ver figura 4.1) elaborado con los datos de la dureza obtenidas cada 1/16 de pulga da por el mtodo del extremo templado , veremos que la dureza desciende de 69 RC en el extremo templado a 60 RC a 54/16 de pulgada del extremo templado y de alli en adelante casi se mantiene constante ,el descenso es mnimo hasta llegar a 55 RC a 63/16 y de all en adelante se mantiene constante . comprobndose experimentalmente que el acero SAE D 3 es de baja templabilidad.
El dimetro critico ideal para el acero SAE D 3 con severidad de temple H= 1.5 es Di = 2.12
El dimetro critico Dc para el acero SAE D 3 con H = 1.5 es Dc=1.44.7.2 RECOMENDACIONES
Se recomienda que tanto el tamao como el dimetro del orificio al fondo de la muestra , la temperatura y circulacin del agua sigan la estandarizacin hechos por la ASTM, la SAE y la AISI de manera que toda muestra templada en este sostn reciba la misma rapidez de enfriamiento.
Se recomienda para una mayor exactitud en la medida de dureza Hacerlo en los dos planos paralelos y si ellos difieren grandemente , realizar el ensayo nuevamente hasta que el error en las medidas de dureza sean mnimas , para evitar distorsionar la curva de templabilidad del mencionado acero .
Se recomienda colocar la probeta Jominy dentro del horno en una posicin vertical ,de tal manera que al momento de retirarlo para realizar el templado en el dispositivo se emplee el menor tiempo posible obtenindose resultados menos errneos
Es recomendable que el horno tenga una atmsfera protectora adecuada para evitar que el extremo a templar presente es camaduras o descarburizacion. Si no se dispone de tal ambiente debe colocarse la probeta en un recipiente adecuado para el extremo apoyado en un disco de carbn o grafito
VIII. DATOS OBTENIDOS:DISTANCIA DE EXTREMO TEMPLADODUREZA (RC)DISTANCIA DE EXTREMO TEMPLADODUREZA (RC)
BASE6936/1663
1/166737/1665
2/166638/1662
3/166839/1663
4/166540/1663
5/166741/1661
6/166642/1662
7/166443/1664
8/166544/1662
9/166545/1663
10/166446/1661
11/166647/1662
12/166448/1664
13/166449/1663
14/166550/1661
15/166651/1662
16/166452/1661
17/166553/1661
18/166554/1660
19/166355/1658
20/166456/1659
21/166557/1660
22/166558/1657
23/166459/1658
24/166360/1656
25/166561/1656
26/166462/1657
27/166463/1655
28/166564/1654
29/166365/1655
30/166466/1654
31/166667/1653
32/166368/1654
33/166469/1652
34/1665CABEZA52
35/1664
IX . CUESTIONARIO:
1.- Trazar las curvas de Jominy.
2. Determinar la curva Jominy de un acero Cr-Ni-Mo de
la siguiente composicin:
0.40% C, 0.8% Mn, 0.25% Si, 0.50% Ni, 0.50% Cr, 0,25% Mo, su tamao de grano es 7.
Solucin:
La siguiente tabla, determina en funcin de la composicin y del tamao de grano de cada acero, su Di y la dureza que se alcanza en la probeta Jominy a 1/16" de la base.
La determinacin del dimetro critico se hace usando las tablas de los factores multiplicadores, los cuales nos dan los siguientes datos:% de elementos aleantesFactores multiplicadores (fi)
Mn = 0.8f1 = 3.667
Si = 0.25f2 = 1.175
Ni = 0.5f3 = 1.182
Cr = 0.5f4 = 2.080
Mo = 0.25f5 = 1.750
% de CarbonoFactores multiplicadores (f)
0.4 (ASTM 7)0.2130
Multiplicando todos estos factores encontramos el Di:
Di = f x f1 x f2 x f3 x f4 x f5
Di = 0.2130 x 3.667 x 1.175 x 1.182 x 2.080 x 1.750
Di = 3.95"
Para reconocer los valores de dureza en cada uno de lo puntos de la probeta Jominy, se emplea la tabla de la relacin del contenido de carbono y la dureza mxima en la que hallamos, que la dureza que se obtiene a 1/16" de la base de la probeta templada con un contenido de 0.40%C, es de 56 RC.
Luego, usando la tabla de relacin entre el dimetro critico ideal y los factores de distancia, y buscando de la primera columna el Di= 3.95, hallaremos por interpolacin entre 3.90 y 4.00 los factores que se indican a continuacin y luego dividiendo la dureza inicial que se obtiene en la base, 56 Rc el factor correspondiente a cada punto.
Distancia a la base templada (pulg.)FactoresDurezas (Rc.)
1/161.02254.8
1/41.20246.6
1/21.39740.1
3/41.5935.2
11.7332.4
1 1/41.8230.8
1 3/41.89529.6
21.9428.0
Con estos valores de dureza se construye la curva Jominy:
3. Determinar el Di y el Dc en funcin de la composicin del acero y del tamao de grano austenitico hallado. Considerar la severidad de temple para el agua con agitacin H = 1.5.
% de elementos aleantesFactores multiplicadores (fi)
Mn = 0.8f1 = 3.667
Si = 0.25f2 = 1.175
Ni = 0.5f3 = 1.182
Cr = 0.5f4 = 2.080
Mo = 0.25f5 = 1.750
% de CarbonoFactores multiplicadores (f)
0.4 (ASTM 7)0.2130
Multiplicando todos estos factores encontramos el Di:
Di = f x f1 x f2 x f3 x f4 x f5
Di = 0.2130 x 3.667 x 1.175 x 1.182 x 2.080 x 1.750
Di = 3.95"
con el valor de H = 1.5
De la grfica:
Donde del grafico se obtiene:
D = 3.1"
4. Comparar y comentar las velocidades de enfriamiento (dureza) en un diagrama TTT para el acero en mencin.
Solucion:
Para este acero 4340 (del paso anterior) hemos supuesto unas curvas de enfriamiento:
Hipotticamente para la curva 1 con una velocidad de enfriamiento de 815C en 1 seg.(815C/seg) obtendremos una dureza de 56 Rc. Para la curva 2 con una velocidad, de 815C en 1.25 seg.(652C/Seg.) se obtendr 54.5 Rc. Para la curva 3 con un tiempo de 1.5 seg. Se tendr una velocidad de enfriamiento (543.3C/seg)
X. BIBLIOGRAFA:
ASDRBAL, Valencia. Tecnologa del Tratamiento Trmico. Ed. Universal. Colombia 2da edicin. 1992
SYDNEY Avner. Introduccin a la Metalrgica Fsica.
FLINN Y TROJAN. Fundamentos de Metalrgica Fsica.
ANEXOS
EMBED PBrush
EMBED PBrush
_1312817740.xlsGrfico1
54.8
46.6
40.1
35.2
32.4
30.8
29.6
28
Distancia al extremo templado (1/16)
Dureza (Rc)
Curva de Templabilidad
Hoja1
154.8
446.6
840.1
1235.2
1632.4
2030.8
2829.6
3228
Hoja1
0
0
0
0
0
0
0
0
Distancia al extremo templado (1/16)
Dureza (Rc)
Curva de Templabilidad
Hoja2
Hoja3
_1164224510.xlsGrfico2
59
59
58
57
56.5
55
54.5
53.3
51.5
50
49
48
47.2
46.1
44.9
44
44
43
43
43
Distancia al estremo templado (1/16")
Dureza (Rc)
Curva de Templabilidad
Hoja1
159
259
358
457
556.5
655
754.5
853.3
951.5
1050
1149
1248
1347.2
1446.1
1544.9
1644
1744
1843
1943
2043
Hoja1
Distancia al estremo templado (1/16")
Dureza (Rc)
Curva de Templabilidad
Hoja2
Hoja3