revenido de un acero

LABORATORIO DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES

INFORME REVENIDO DE UN ACERO

PRESENTADO POR: CARLOS ANDRES GALAN PINILLA COD: 2070528 DANIEL JOSE LANCHEROS TORRES COD: 2072308

PRESENTADO A: ING. EDGAR GUILLERMO FARFÁN CHACÓN

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER BUCARAMANGA

2012

Objetivos: • Analizar los cambios de propiedades y microestructura que sufren los aceros

templados durante el tratamiento térmico de revenido.

• Conocer el efecto de la temperatura y tiempo de revenido en el acero SAE 1050.

• Comprender el fenómeno de la disminución de la elevada fragilidad producida por el temple anterior, utilizando el tratamiento de revenido.

• Transformar la Martensita (dura y frágil) a estructuras más blandas y tenaces (Martensita revenida).

Conocer la influencia de la temperatura de revenido sobre la estructura y características mecánicas de los aceros. Introducción: La Martensita es una estructura meta-estable de baja temperatura de los aceros al C. Las correspondientes fases de equilibrio, ver diagrama Fe-C, son la ferrita (α) y la cementita (Fe3C). Ella se obtiene por enfriamiento rápido desde el campo austenítico, de aleaciones Fe-C, con contenidos de C normalmente superiores a 0,2%. Por ser meta-estables, la Martensita no se indica sobre el diagrama Fe-C. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal en lugar de cristalizar en la red cubica centrada, que es la del hierro alfa, debido a la deformación que produce en su red cristalina la inserción de los átomos del carbono. La dureza de la martensita puede atribuirse precisamente a la tensión que produce en sus cristales esta deformación de la misma manera que los metales deformados en frio deben a los granos deformados y en tensión el aumento de dureza que experimentan. Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros. Es importante destacar que el Contenido de carbono afecta, durante el enfriamiento, a las temperaturas de inicio y de fin de la transformación martensitica, MS y MF, respectivamente. A mayor contenido de C en el acero, menores son estas temperaturas. Ahora bien, si el contenido de C es muy alto, como resultado de un temple hasta la temperatura ambiente, podría quedar Martensita retenida; ello porque MS, estaría bajo

La temperatura ambiente. Al revenir la martensita, habrá difusión atómica en una matriz metaestable, altamente distorsionada y con muchas interfaces martensita/martensita. En el revenido, el sistema deberá evolucionar hacia las dos fases de equilibrio, que son ferrita y cementita. Debido a las mencionadas características de la matriz habrá una nucleación muy copiosa. Por ello, las partículas de cementita aparecerán (nuclearan) en muchos puntos. Controlando adecuadamente las condiciones de temperatura y tiempo de revenido, se tendrá finos carburos en una matriz de ferrita. (No se tendrá perlita, asociada a nucleación limitada). La estructura bifásica fina resultante de la Martensita revenida es de gran interés por su tenacidad y resistencia a la fatiga. Nótese que la martensita revenida no es una fase ni es ya martensita: son finas partículas de la fase cementita en una matriz de la fase ferrita. Mientras más C contenga el acero, mayor será la cantidad de cementita (fase dura) al final del temple y revenido, en relación con la cantidad de ferrita (fase dúctil). Así, el mayor contenido de C es un factor que tendera a aumentar la dureza de la estructura templada y revenida. [1] Fundamento Teórico: El revenido es un tratamiento térmico consistente en proporcionar un calentamiento a una pieza, después del temple, entre la temperatura ambiente y la de transformación Ac1 (aprox. 730 ºC.), según el tipo de acero a tratar, efectuándose un mantenimiento más o menos prolongado a esta temperatura, seguido de un enfriamiento adecuado. Esto conlleva a un calentamiento de la martensita producida por el temple, la cual presenta ciertas transformaciones durante el revenido, dichas transformaciones comprenden ciertas entapas, que a veces se solapan entre sí:

En la primera etapa (100º - 200º C), la martensita de estructura tetragonal rechaza el carbono en exceso y da origen a la precipitación de un carburo denominado épsilon, de estructura hexagonal compacta y fórmula aproximada Fe2,4C. Por migración del carbono se reduce progresivamente la tetragonalidad de la martensita y cuando el carbono llega a ser 0,20%, la martensita ha cambiado de estructura pasando de tetragonal a cúbica centrada en el cuerpo, o ferrita sobresaturada (martensita beta). Esta martensita cúbica puede reconocerse por su rápido ennegrecimiento cuando es atacada con nital.

La segunda etapa en el revenido (230-300º C) se caracteriza por la transformación de la austenita residual en bainita inferior. En esta etapa se produce dilatación; y a veces aumento de dureza cuando existe gran cantidad

de austenita residual. La transformación tiene lugar por nucleación y crecimiento. Podría formarse igualmente bainita por transformación de la austenita a temperaturas más elevadas.

La tercera etapa (300-350º C) se caracteriza por una notable pérdida de tenacidad. En este intervalo de temperaturas, tiene lugar una redisolución del carburo épsilon acompañado por precipitación de cementita con forma de cilindro de unos 200 nm de longitud. La existencia de una red casi continua de este compuesto intermetálico confiere fragilidad a los revenidos bajos. El intervalo de temperaturas correspondiente, raramente es empleado para el revenido de los aceros templados.

Desde unos 400º C suele presentarse una cuarta etapa caracterizada por la esferoidización de las partículas de cementita que, al globulizar, rompen la continuidad del retículo. A ello se añade la restauración y recristalización de la ferrita, con el consiguiente aumento de tenacidad.

En algunos aceros, en cuya composición figuran elementos carburígenos (Mo, W, V, Ti), suelen presentar a 600º C una quinta etapa de revenido denominada etapa de dureza secundaria. Si antes del temple los elementos carburígenos estaban disueltos en la austenita, formando con ella solución sólida, pasan en el temple a formar solución sólida en la martensita, y permanecen en solución sólida en la ferrita durante el revenido, en tanto no se alcancen temperaturas del orden de 600º. Su precipitación va acompañada de aumento de dureza. [2]

En cuanto a propiedades mecánicas, todos los aceros templados y revenidos presentan una etapa de globulización de la cementita, que confiere al acero una estructura de precipitación fina y dispersa, no visible al microscopio óptico, y que proporciona plasticidad y buen comportamiento a la fatiga.

Los fines que se consiguen con este tratamiento son los siguientes:

Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de mínima fragilidad

Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan en el temple

Disminuir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza.

EQUIPO DE MATERIALES UTILIZADOS

Probeta de acero AISI-SAE 1060

Horno Medio de enfriamiento aceite a temperatura ambiente Equipo de preparación de muestras metalográficas (lijas 80-600 y paños). Reactivo para el ataque químico (nital). Microscopio óptico. Durómetro Rockwell

Figura 1.1, curva TTT para un acero AISI-SAE 1050[4].

PROCEDIMIENTO

“REVENIDO DE ACEROS

TEMPLADOS”

Tomando una probeta de

referencia

Y luego enfriamos a por

medio de temple en aceite

Para aplicar un revenido a

las siguientes temperaturas:

Media hora a

450°C Media hora a

150°C Media hora a

300°C Media hora a

600°C Una hora a

150°C Dos horas a

150°C

Luego un enfriamiento al

aire

Se hace la Preparación

metalografía según la norma

(ASTM E3)

Luego la observación de la

microestructura de las 7

probetas

Primero templamos las 7

probetas de acero

AISI-SAE 1060

Toma de dureza Rockwell

(NORMA ASTM E18)

Calentando el acero por

encima de la T de

austenización (850 ºC)

RESULTADOS METALOGRÁFICOS.

Las micrografías mostradas a continuación fueron tomadas después de su respectivo pulido y ataque, con el fin de revelar la microestructura, las probetas de acero AISI-SAE 1050, las probetas para el tratamiento de revenido fueron templadas desde una temperatura de variando para cada probeta la temperatura de 850°C, una probeta se dejo en estado templado sin r evenido, una fue revenida a 600°C y a 450°C durante 30 minutos, en la mufla que se encontraba a 300°C, se introdujeron tres probetas, una se dejo durante 30 minutos, otra durante una hora, y otra durante dos horas. Las probetas de acero AISI-SAE 1050, fueron atacadas con Nital (2%HNO3 y 98% etanol).

a. Probeta de referencia, acero AISI-SAE 1050 (0.48-0.55 %C).

Figura 1. Micrografía con ataque, 500x. Figura 2. Micrografía con ataque, 1000x.

Figura 3. Micrografía con ataque, 1500x. Figura 4. Micrografía con ataque, 2000x. Las micrografías de la figura 1-4, son las micrografías de referencia de un acero, acero AISI-SAE 1050, a esta probeta no se le realizo tratamiento, en las micrografías

se observa una mínima cantidad de martensita, las agujas son cortas, la dureza promedio es baja, de 68.7 HRA, aproximadamente 36 HRC.

b. Probeta templada en agua desde 850°C sin posteri or tratamiento, acero AISI-SAE 1050 (0.48-0.55 %C).


Figura 7. Micrografía con ataque, 2000x. Las micrografías de la figuras 5-7, son las micrografías de un acero, AISI-SAE 1050 solo con el tratamiento de temple en agua desde una temperatura de 850°C, sin posterior revenido, la dureza promedio de esta probeta fue de 80.8 HRA, que es una dureza aproximada de 58 HRC, vemos que tiene alta dureza, observando las micrografías concluimos que se formo martensita, se observa la forma acicular, observando la cuerva TTT de la figura 1.1, vemos que con un enfriamiento rápido en agua a temperatura ambiente, es posible obtener un temple efectivo, formando una estructura martensitica.

c. Probeta templada y revenida a 600°C, AISI-SAE 10 50 (0.48-0.55 %C).

Figura 8. Micrografía con ataque, 500x. Figura 9. Micrografía con ataque, 1000x

Figura 10. Micrografía con ataque, 1500x. Figura 11. Micrografía con ataque, 2000x. Las micrografías de la figuras 8-11, son las micrografías de un acero, AISI-SAE 1050. esta probeta después del tratamiento de temple en agua, desde una temperatura de 850°C, se introdujo nuevamente en el horno, durante 30 minutos, a una temperatura de 600°C, esta temperatura es menor a la critica A1, no ocurre la transformación que indica el diagrama de equilibrio de fases, por el contrario, la temperatura, se mantiene, durante este tiempo se precipita cementita, como sabemos, la martensita es una solución solida sobresaturada de carbono en hierro α, se comprobó esto con el análisis de las micrografías, muestran claramente la cementita globular, rodeada de ferrita, decimos que es ferrita, porque al precipitarse cementita, el contenido de carbono de la martensita disminuye, teóricamente hasta un 0.25% de carbono. La dureza promedio de esta probeta fue de 62 HRA, aproximadamente 24 HRC, observamos una disminución significativa respecto a la probeta que solamente se templo que tiene 58 HRC, esto comprueba el cambio de microestructura, se comprueba el ablandamiento de la probeta por medio de este tratamiento.

d. Probeta templada y revenida a 450°C, AISI-SAE 10 50 (0.48-0.55 %C).

Figura 12. Micrografía con ataque, 500x Figura 13. Micrografía con ataque, 1000x

Figura 14. Micrografía con ataque, 2000x. Las micrografías de la figuras 12-14, son las micrografías de un acero, AISI-SAE 1050. Esta probeta después del tratamiento de temple en agua, desde una temperatura de 850°C, se introdujo nuevamente en el horno, durante 30 minutos, a una temperatura de 450°C, esta temperatura es menor a la de la probeta anterior. La dureza promedio es de 69.8 HRA, que corresponde aproximadamente a una dureza de 39 HRC, se observa una disminución de la dureza respecto a la probeta que solamente se templo que tiene 58 HRC, la disminución de dureza no fue tan grande. En las micrografías se observa levemente cementita esferoidal, este proceso de la precipitación de la cementita ocurre, pero en menor proporción a la observada en las micrografías de la figuras 8-11, esto es debido a la disminución en la temperatura que dificulta la difusión de los átomos, en estas micrografías se observa que la martensita conserva en cierta medida la forma acicular.

e. Probeta templada y revenida a 300°C, durante 30 minutos, AISI-SAE 1050 (0.48-

0.55 %C).


Figura 17. Micrografía con ataque, 1500x. Figura 18. Micrografía con ataque, 2000x. Las micrografías de la figuras 15-18, son las micrografías de un acero, AISI-SAE 1050. Esta probeta después del tratamiento de temple en agua, desde una temperatura de 850°C, se introdujo nuevamente en el horno, durante 30 minutos, a una temperatura de 300°C. La dureza promedio de est a probeta fue de 71.5 HRA, que es aproximadamente de 42 HRC, en esta probeta observamos una disminución menor de la dureza con respecto a la probeta que solo se templo, con una dureza promedio de 58 HRC. El comportamiento en las durezas, es comprobado por medio de la observación de las micrografías, para esta probeta se observa que la martensita sufre levemente un cambio, observamos menor cantidad de cementita precipitada, la martensita muestra claramente su morfología acicular.

Al disminuir la temperatura a la cual se realiza el revenido, los átomos tienen mayor dificultad para difundir, esto retarda el proceso de precipitación de cementita.

f. Probeta templada y revenida a 300°C, durante 1 h ora, acero AISI-SAE 1050 (0.48-0.55 %C).


Figura 21. Micrografía con ataque, 2000x. Figura 22. Micrografía con ataque, 2000x. Las micrografías de la figuras 15-18, son las micrografías de un acero, AISI-SAE 1050. Esta probeta después del tratamiento de temple en agua, desde una temperatura de 850°C, se introdujo nuevamente en el horno, durante una hora, a una temperatura de 300°C, la dureza promedio es de 71.5 HRA, aproximadamente de 42 HRC, en esta probeta observamos una disminución menor de la dureza con respecto a la probeta que solo se templo, con una dureza promedio de 58 HRC.

El comportamiento en las durezas, es comprobado por medio de la observación de las micrografías, para esta probeta se observa que la martensita sufre levemente un cambio, la prolongación del tiempo de revenido en las micrografías es mínimo, se observa un poco mas clara al aumentar el tiempo de 30 minutos, hasta una hora, esto indica una precipitación de carbono de la martensita, pero que contribuyo muy poco en la dureza, debido a que la difusión de átomos es muy lenta, en 30 minutos extras, la transformación no se observa fácilmente.

g. Probeta templada y revenida a 300°C, durante 2 h oras, AISI-SAE 1050 (0.48-0.55

%C).



Las micrografías de la figuras 15-18, son las micrografías de un acero, AISI-SAE 1050. Esta probeta después del tratamiento de temple en agua, desde una temperatura de 850°C, se introdujo nuevamente en el horno, durante una hora, a una temperatura de 300°C, la dureza promedio es de 71.8 HRA, aproximadamente de 42 HRC, observando el resultado de dureza de las tres probetas de recocido a 300°C, durante diferente tiempo, se obtuvo la misma dureza, podemos decir entonces, que en el revenido 300°C, el tiempo tiene n muy poca influencia, además a esta temperatura la defección atómica es difícil. Si se observa una disminución de dureza con respecto a la probeta que solo se templo. RESULTADOS Para las probetas estudiadas en el revenido de aceros templados, se tomaron las durezas en el laboratorio, se estudio la influencia de la temperatura de revenido en la microestructura y en la dureza, los resultados de las medidas de dureza se observan en la siguiente tabla: Probeta AISI-SAE 1050 Dureza1.

HRA Dureza 2. HRA

Dureza 3. HRA

Promedio HRA

referencia 69 67 70 68.7 Solo templada 80 81 81.5 80.83 Revenido 600°C 61 63 62 62 Revenido 450°C 69 70 70.5 69.8 Revenido 300°C, 30 min 70 71 73.5 71.5 Revenido 300°C, 1 hora 71 72.5 71 71.5 Revenido 300°C, 2 horas 71 72 72.5 71.8 Tabla 1. Durezas obtenidas en el laboratorio.

56

58

60

62

64

66

68

70

72

74

300 450 600

Du

reza

RH

A

Temperatura de revenido (˚C)

Dureza Vs Temperatura de revenido

Grafica 26. Dureza Vs Temperatura de revenido, construida con los datos de la tabla 1.

Grafica 27. Dureza Vs tiempo de revenido a 300°C.

PARAMETRO DE HOLLOMON Y JAFFE.

� = �(� + ��)

Donde: T= Temperatura °F

C: constante =20

t= tiempo en segundos para aceros de 0.15<=C>=0.5.

ROBETA 1: REVENIDO a 600°C por 30 minutos.

H= (600+273)*(20+Log 1800seg)

H=20301.85

Tiempo de revenido. [seg] Temperatura de revenido. [°k] H Dureza. HRA 1800 873 24003.62 62 1800 723 19879.270 69.8 1800 573 15754.94 71.5 3600 573 13497.76 71.5 7200 573 13670.25 71.8

Tabla 2. Parámetro Hollomon y Jeffe.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

30 60 120

Du

reza

HR

A

Tiempo de revenido

Dureza Vs Tiempo

Grafica 28. Dureza Vs Parámetro Hollomon.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS. La practica de revenido de aceros templados, se realizo con el de estudiar la influencia de la temperatura y el tiempo en las propiedades y la microestructura, que sufren el acero AISI-SAE 1050, la practica se realizo tomando probetas de mismo material, y luego del temple, hacer el tratamiento de revenido. En la tabla 1, están los resultados de las durezas tomadas a las probetas luego del respectivo tratamiento y pulido, se observa que al aumentar la temperatura de revenido se obtiene una menor dureza. Analizando las micrografías, estos resultados concuerdan, las menores durezas se obtienen en las probetas que se observa la martensita revenida, que se caracteriza por tener carburo precipitado en forma esférica, la dureza disminuye debido a que el contenido de carbono de la martensita disminuye, quedando carburo precipitado y ferrita. Las probetas que se sometieron al tratamiento de revenido a menor temperatura, mostraron una mayor dureza, esto también concuerda con las micrografías observadas, se ve que el fenómeno de la precipitación de carburo es mucho menor, la martensita mantiene su forma acicular, la dureza corresponde con las micrografías observadas. Hasta este momento se ha hecho el análisis teniendo como variable la temperatura, que como observamos, permite obtener durezas diferentes.

56

58

60

62

64

66

68

70

72

74

13670,25 13497,76 15754,94 19879,27 24003,62

du

reza

s. [

HR

A]

paramtro de Hollomon y Jaffe. H

Dureza Vs H

En el tratamiento de revenido a 300°C, durante dife rentes tiempos, no dio como resultado influencia significativa. Las tres probetas si presentaron aproximadamente la misma dureza, una dureza inferior a la dureza de la probeta que solo se templo, indicando que el revenido a 300°C, si modifica la m icroestructura final. La variación del tiempo de revenido no vario la medida de la dureza, porque la transformación ocurre principalmente en los primeros 30 minutos, y lega a un relativo equilibrio, por eso, al aumentar el tiempo, no ocurre transformación. La transformación de la martensita continuaría cuando se aumentara la temperatura. Del análisis de la grafica 26, se observa la disminución de la dureza con el aumento de la temperatura, explicado este fenómeno líneas atrás. La grafica 27, se observa que el tiempo no tiene influencia sobre la dureza, cuando realiza el tratamiento de revenido a una temperatura de 300°C, la dureza obtenido se mantuvo constante, fue la misma para 30 minutos, una hora y dos horas, en las respectivas micrografías se observa un relativo aclaramiento de la martensita, pero concluimos que no afecta el resultado de dureza.

CONCLUSIONES Se observo que al aumentar la temperatura de revenido se obtiene una menor dureza, porque los átomos tienen mayor facilidad de difusión, a menor temperatura los átomos difunden con mayor dificultad. Las menores durezas se obtienen en las probetas que se observa la martensita revenida, que se caracteriza por tener carburo precipitado en forma esférica. Las probetas que se sometieron al tratamiento de revenido a menor temperatura, mostraron una mayor dureza. En el tratamiento de revenido a 300°C, durante dife rentes tiempos, no dio como resultado, influencia significativa sobre la dureza. Las durezas fueron las mimas para los diferentes tiempos. En todas las probetas revenidas, se obtuvo una disminución de dureza con respecto a la probeta templada, porque se precipita el carburo, disminuyendo el porcentaje de carbono de la martensita. La variación del tiempo de revenido no vario la medida el resultado de dureza, porque la transformación ocurre principalmente en los primeros 30 minutos, y en este tiempo llega a un relativo equilibrio, por eso, al aumentar el tiempo, no ocurre transformación. La transformación de la martensita continuaría cuando se aumentara la temperatura. La microestructura es diferente para cada temperatura de revenido, al aumentar la temperatura de revenido, se hace más notoria la precipitación del carburo, y también se hace notoria la disminución de la dureza. Las micrografías del revenido a 300°C, no variaron considerablemente al aumentar el tiempo, pero si se observa un pequeño aclaramiento, pero este no es suficiente para variar la dureza.

BIBLIOGRAFIA

1. CIENCIA DE MATERIALES. Javier Fernández Carrasquilla. José María Lasheras Esteban. Editorial Donostiarra 1992.

2. tratamientos térmicos. Disponible en la pagina web http://materiales.wikispaces.com/file/view/Martensita.doc

3. tratamientos térmicos. Disponible en la pagina web http://sifunpro.tripod.com/termos.htm

4. http://practicalmaintenance.net/?p=1345

JOSE APRAIZ BARREIRO. Tratamientos térmicos de los aceros, Limosa Noriega editores, 9ª edición. VALENCIA, A. Tecnología del tratamiento térmico de los metales. Editorial Universidad de Antioquia

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