GLOSARIO

AUSTENITA: Se obtiene al calentar el acero y enfriarlo rápidamente, obteniéndose unos de los cristales que es la austenita. En una solución solida de carburo de hierro, ductil y tenaz, blanda y poco magnética y resiste al desgaste.

MARTENSITA: Es el constituyente de los aceros cuando están templados es magnética y después de la cementita es el componente más duro del acero.

TEMPLE: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior.

DUREZA: Es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras.

RESUMEN

En el presente informe se tomó una muestra de un acero AISI 1045. Posterior mente se preparó metalográficamente, tomando datos de dureza e imágenes metalográficas del mismo, para llevar la probeta a un tratamiento térmico de recocido con austenización completa y temple en agua y aceite.

Pasado el tratamiento, nuevamente se prepara la probeta metalográficamente para la obtención y verificación del ablandamiento de la misma según norma.

Palabras claves: austenización, recocido, probeta, acero AISI 1045.

ABSTRACT

This report is a sample of an AISI 1045 steel. Subsequently, metallographically prepared taking data and images metallographic hardness thereof, to bring the probe to a thermal treatment annealing with complete austenitization.

After treatment, the specimen again metallographically prepared to obtain and verify the same softening as standard.

Keywords: austenitizing, annealing, specimen, AISI 1045 steel.

OBJETIVOS

Objetivo General:

Realizar el tratamiento térmico de temple y determinar el comportamiento de la dureza. Observar los microconstituyentes.

Objetivos Específicos:

Analizar durezas antes y después del tratamiento.

Comparar la microestructura en los aceros templados en agua y en aceite.

INTRODUCCIÓN

El tratamiento térmico de temple se caracteriza por enfriamientos rápidos (continuos o escalonados) en un medio adecuado: agua, aceite o aire, para transformar la austenita en martensita. Mediante el temple se consigue:

Aumentar la dureza y la resistencia mecánica. Disminuir la tenacidad (aumento de la fragilidad). Disminuir el alargamiento unitario. Modificar algunas propiedades eléctricas, magnéticas y químicas.

Este tratamiento consiste en enfriar de manera controlada a la mayoría de las variantes de aceros aleados previamente calentados a temperaturas de entre 750ºC y 1.300ºC. Dependiendo del material base, la temperatura y tiempo de calentamiento, y severidad del enfriamiento se puede conseguir una amplia gama de durezas. [1]

Posterior al temple se realiza un tratamiento de revenido de tipo 1 a temperaturas de entre 200 ºC y 300 ºC con la finalidad de optimizar la tenacidad y reducir la fragilidad de las piezas.

El tratamiento de temple se divide en dos pasos:

1. Calentamiento controlado en temperatura (entre 750 ºC y 1.300 ºC dependiendo del material base), rampa de calentamiento y tiempo de mantenimiento a temperatura máxima. Ajustando estos tres puntos de control podemos conseguir las condiciones idóneas previo al temple disolviendo los elementos aleantes de manera correcta y obteniendo una estructura austenítica deseada. De esta manera aseguramos unos resultados finales óptimos, uniformes y repetibles.

2. Enfriamiento controlado de la zona a templar. Es muy importante controlar el medio de temple (agua, agua+ polímero, aceite…), caudal, presión y la tipología de sistema de ducha utilizado. Con un correcto ajuste del temple se consigue la transición estructural de austenita a martensita, mejorando notablemente la dureza de la zona templada.

TEMPLE DE UN ACERO CON AUSTENIZACIÓN COMPLETA PARA ACEROAISI 1045

1. PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO:

El calentamiento del metal se realiza en un horno tipo mufla, siendo lento hasta los 500°C y rápido hasta la temperatura de temple, por encima de A3 siendo este una acero hipoeutectoide, evitando así que el material genere tensiones internas y que pueda tener contiguo grietas.

La temperatura de homogenización, se mantiene a la temperatura de temple durante 30 minutos, hasta que la pieza se homogenice en todo el volumen de la probeta a templar. Este tiempo se determinó experimentalmente para las dos probetas siendo la superficie homogénea, aunque se puede calcular aproximadamente. [2]

A la hora de realizar un temple, hay que tener presente los siguientes factores:

El tamaño de la pieza, puesto que cuando tenga más espesor la pieza más habrá que aumentar el tiempo de duración del proceso de calentamiento y enfriamiento.

La composición química del acero, ya que en general, los aceros aleados son más fácilmente templables.

El tamaño del grano influye principalmente en la velocidad crítica del temple, teniendo más templabilidad el de grano grueso.

El medio de enfriamiento, siendo el más adecuado para templar un acero el que consiga una velocidad de temple ligeramente superior a la crítica

Al haber alcanzado las dos probetas el tiempo requerido se saca la primera del horno y se enfría, esta, en un fluido (agua) se requiere agitación permanente para que alcance una transformación uniforme de austenita en martensita. Esta es la responsable del endurecimiento del acero. La segunda probeta a realizar el temple se sumerge de aceite un medio más idóneo para que su transformación sea de la mejor manera, en este no ocurre el riesgo que se generen grietas. [1]

En la figura N°1 se ilustran las micrografías del acero AISI 1045 sin tratamiento térmico.

A Esta misma probeta le practicamos una toma de durezas las cuales mostramos en la siguiente tabla:

Tabla N°1: Durezas de acero AISI 1045 sin tratamiento

Dureza en (HRC) / carga 150 Kp Longitudinal

Dureza 1 20

Dureza 2 19

Dureza 3 19

Promedio de Durezas 19.3

En la figura N°2 se ilustran las micrografías del acero AISI 1045 con tratamiento térmico de temple con austenización completa, medio de enfriamiento agua.

a) b)

a. Micrografía del corte longitudinal a 250X acero AISI 1045 con tratamiento térmico de temple con austenización completa en agua.

b. Micrografía del corte transversal a 500X de acero AISI 1045 con tratamiento térmico de temple con austenización completa en agua.

En la figura N°3 se ilustran las micrografías del acero AISI 1045 con tratamiento térmico de temple con austenización completa, medio de enfriamiento aceite.

a) b)

a) Micrografía del corte longitudinal a 500X acero AISI 1045 con tratamiento térmico de temple con austenización completa en aceite.

b) Micrografía del corte transversal a 500X acero AISI 1045 con tratamiento térmico de temple con austenización completa en aceite.

Tabla N° 2: Durezas del acero 1045 AISI templado en agua y en aceite.

Medio deDureza en (HRC) / carga 150 Kp

Longitudinal

EnfriamientoDureza 1 59

AguaDureza 2 57

Dureza 3 60Promedio de Durezas 58.6

Dureza 1 45

AceiteDureza 2 44

Dureza 3 48Promedio de Durezas 45.67

ALCANCES Y LIMITACIONES:

Se desarrollara un tratamiento térmico de temple con austenización completa, utilizando una probeta de acero AISI 1045, una mufla. Este método de temple será lo suficientemente eficiente, para demostrar la templabilidad del acero en dos diferentes medios de enfriamiento.

Algunas veces no se consigue la velocidad de enfriamiento necesaria para evitar la transformación de la austenita, debido a que tiene una velocidad critica bastante elevada, o por que las piezas son demasiado gruesas.

El acero que utilizamos, es un acero con 0.45% de carbono es decir, tiene un porcentaje medio de carbono, y su templabilidad no es la mejor en medio de enfriamiento de agua, así que se espera que se obtengan grietas en la probeta.

Análisis metalográfico

Tamaño de grano:

Probeta antes del temple: según la norma ASTM E 112 para el acero AISI 1045, el tamaño de grano es número 6, esto lo podemos observar en la figura N°1 a.

Probeta después del recocido con austenización incompleta: Según la norma ASTM E 112 para el acero AISI 1045, el tamaño de grano es número 4, esto lo podemos

observar en la figura N°3 a y b.

Fases Observadas

Se obtuvo estructuras martenciticas de la transformación completa de austenita, en esta última constituidas por partículas aciculares de martensita. En la figura N°2 a y b se puede observar una estructura martenciticas, a 500X de una probeta longitudinal.

Comparación de la microestructura antes y después de recibir el tratamiento térmico de temple con austenización completa.

La microestructura observada antes del temple, se puede ver la formación de granos de ferrita y perlita, mientras que este mismo acero al realizarle el temple se observa una microestructura muy fina llamada martensita, que es el micro constituyente típico de este tipo de aceros.

Comparación micro estructural de probetas AISI 1045 con TT de temple con enfriamiento en aceite y enfriamiento en agua.

El acero sin recibir el tratamiento se ve la formación de granos, y después de realizado este su estructura es martenciticas acicular en forma de agujas, en medio de enfriamiento de agua.

Para el temple con aceite, se tiende a la formación de martensita en menor porcentaje que el temple en agua dando a si lugar a la formación de perlita y ferrita.

PREGUNTAS

1) ¿Cuál es el reactivo más recomendado para observar el microscopio los aceros hipoeutectoides?

Para el caso de un acero hipoeutectoide es preferiblemente realizar un ataque, con Nital, es el reactivo más usado debido a que su acción es mas rápida y es mas fácil de preparar y conservar.

Algunas generalidades del Nital: Se usa para observar los cristales de ferrita en las retículas de los aceros bajos

en carbono.

Produce máximo contraste entre la perlita y los constituyentes proeutectoides cementita y ferrita.

Destaca los cristales de ferrita en las estructuras martensiticas en las que aparece algo de ferrita.

2) ¿Cuál reactivo de ataque es el más empleado para observar el tamaño de grano en

acero templado?

El Nital posee ciertas desventajas a la hora de observar el grano en una probeta templada, el nital genera dudas de interpretación, sobre todo cuando la perlita es muy fina. Es mejor utilizar el picral ya que revela mejor la estructura.

3) ¿Cuál es la finalidad de un examen macroscópico y cómo se realiza?

El macro ataque es una prueba que permite revelar tanto la macro estructura como la heterogeneidad de los metales. El macro ataque provee información detallada acerca de puntos específicos, e incluso información acerca de las estructuras como tamaños de grano y líneas de flujo.

4) ¿Explique los fundamentos y técnicos del macroataque y cómo se prepara la superficie?

Preparación de la muestra no tiene por qué ser complicado. Cualquier método de presentar una superficie lisa de trabajo será satisfactorio. El procedimiento habitual es tomar un corte de desbaste, y luego terminar de cortar. Esto generará una superficie lisa. Herramientas afiladas son necesarias para producir un buen espécimen. La molienda se lleva a cabo por lo general en la Igualmente, el uso de ruedas de corte libre y ligero acabado cortes. Cuando se requiere el detalle fino, la muestra debe ser tierra a través de la serie de artículos metalográficos. Después de preparación de la superficie, la muestra se limpia cuidadosamente con disolventes adecuados. Cualquier grasa, aceite u otros residuos producirá ataque desigual. Una vez limpiado, se debe tener cuidado de no tocar la superficie de la muestra o contaminar de ninguna manera.

5) Explique 5 métodos para el registro de la macroestructura .

Con excepción de las estructuras que se forman durante los tratamientos térmicos o por diferencias locales de velocidad de enfriamiento, la macroestructura de los aceros está ocasionada por fenómenos que ocurren durante la solidificación.

Fotografía

Los procedimientos fotográficos corrientes son, seguramente, los mejores para registrar permanentemente los detalles de las probetas macroatacadas y las características de las fracturas metálicas.

Impresiones de azufre

La impresión de azufre no es un método general de registro de las macroestructuras, pero es un método especial muy conveniente para poner de manifiesto y registrar la distribución de azufre en el acero. El azufre existe en el acero como sulfuro de manganeso o como sulfuro de hierro, dependiendo la cantidad de este ultimo compuesto de la proporción de manganeso existente.

Un papel fotográfico al bromuro se sumerge en una solución acuosa de acido sulfúrico al 2%, durante 3 o 4 minutos. Esta operación e igualmente las siguientes, no se realizan en la cámara oscura, sino a la luz natural.

Se extrae el papel del baño acido y se le deja que escurra el exceso de líquido. Seguidamente se pone la emulsión del papel en contacto con la superficie preparada de la probeta; mediante un rodillo de goma se expulsan las burbujas que pueden haber quedado y, bajo una presión moderada, se mantiene el contacto 1 O 2 minutos.

El acido sulfúrico reacciona con los sulfuros del acero y desprende sulfuro de hidrogeno gaseoso, el cual reacciona a su vez con el bromuro de plata de la emulsión para formar sulfuro de plata de color entre pardo y gris negruzco característico. Las reacciones que se presentan son las siguientes:

H2S + 2AgBr = AgS + 2HBr

MnS + H2SO4 = MnSO4 + H2S

FeS + H2SO4 = FeSO4 + H2S

Cuando ha transcurrido el tiempo recomendado se separa el papel fotográfico, se lava con agua corriente y después se fija con un baño fijador fotográfico, en el que se mantiene unos 15 minutos.

Impresión por contacto

Sobre la superficie atacada se distribuye una capa de tinta negra de imprenta; la superficie entintada se pone en contacto con una hoja de papel blanco, grueso, y se comprime firmemente. Al levantar seguidamente la probeta quedan impresos en el papel los detalles de la superficie atacada. Hay que tener cuidado al retirar la probeta, para que no se deslicen las superficies y se emborrone la impresión.

Impresiones de óxido

Las inclusiones de óxidos pueden manifestarse en una impresión por un método cuya técnica es similar a la empleada en las impresiones de azufre.

El método consiste en poner en contacto con la superficie preparada de la probeta una hoja de papel fotográfico, que previamente se ha sumergido en una solución acuosa al 1:20 de HCl. El papel se deja en contacto durante 1-2 minutos, se le separa después y se revela en una solución que contiene 20g de ferrocianuro potásico por litro. El revelado se prolonga 10 minutos o hasta que se obtienen los tintes azulados deseados. Después del revelado se lava la impresión en agua corriente durante unos 10 minutos, se fija en un baño fotográfico, se lava en agua corriente otros 30 minutos y se seca en la forma usual.

Impresiones de fósforo

Análogamente a como ocurre con el azufre, se pueden obtener por contacto impresiones que manifiesten la distribución de fósforo sobre la superficie del acero. La superficie a ensayar se desbasta adecuadamente, se lava cuidadosamente y se seca bien.

Un papel de filtro, o un papel fotográfico, se sumerge primeramente en una solución de molibdato amónico a la que se añaden 35 cc de acido nítrico. Se extrae el papel del baño, se deja escurrir hasta que no contenga exceso de solución y se le aplica directamente sobre la superficie del metal, cuidando de que se establezca un contacto mínimo. Luego de 5 minutos se le separa.

Seguidamente se revela la impresión, sumergiendo el papel, durante unos 4 minutos, en una solución acuosa al 35% de HCl, a la que se añaden un poco de alumbre y 5 cc de solución saturada de cloruro estañoso. Durante la impresión se forman en el papel fosfomolibdatos complejos en las áreas de contacto con las regiones en que existe fósforo. La impresión permite localizar las regiones más ricas en fósforo y estimar el contenido por la intensidad de color.

6) En base a 3 pruebas de dureza indique la resistencia mecánica.

Se realizaron 3 ensayos a las probetas con un durómetro, se determinó por medio del tratamiento térmico que aumenta la dureza y la resistencia mecánica, disminyer la tenacidad, es decir, aumento de la fragilidad, disminuir el alargamiento unitario y Modifica algunas propiedades eléctricas, magnéticas y químicas. Estas propiedades se logran mediante el temple, siendo unas en mayor proporción que otras dependiendo del medio de enfriamiento que se emplee.

7) Explique que sucede con el tiempo de ataque en el macroataque cuando no es el correcto.

El tiempo de Ataque varía de acuerdo al tipo de acero con el que se está trabajando, de acuerdo a la superficie y las condiciones físicas de muestra. El tiempo debe ser medido y no debe de variar entre las soluciones de lo contrario los resultados podrían no ser los más óptimos.

8) Explique cuál es la mejor técnica para realizar el macroataque a una probeta de acero.

En la mayoría de los casos un buen grado de reactivo debe ser utilizado, pero no tiene por qué ser químicamente puro o de calidad analítica. La solución debe ser limpia y clara, libre de partículas suspendidas, escoria, etc. Se deberá tener precaución en la mezcla. Muchos de los reactivos de ataque son ácidos fuertes. En todos los casos, los diversos productos químicos deben añadirse lentamente al agua o disolvente mientras se agita. En los casos donde se usa ácido fluorhídrico, la solución debe ser mezclado y utilizado en los buques de polietileno.

Es importante generar una agitación mientras se esta realizando el macroataque, para obtener los mejores resultados.

CONCLUSIONES

La dureza depende el medio de enfriamiento y temperaturas que se tengas en este.

Los tratamientos térmicos, son indispensables para el mejoramiento, y acomodación del material a nuestra conveniencia, ya que estos modifican las propiedades físicas y mecánicas de estos, dándoles una vida más útil.

La templabilidad del material depende del gradiente de velocidad del material.

Despues de realizado el tratamiento se pude realizar un tratamiento térmico de revenido, para liberar tensiones y evitar deformaciones del material.

Si el medio de enfriamiento es muy brusco para un acero al carbono, la pieza se tiende a agrietar.

BIBLIOGRAFÍA

[1]. TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS. JOSÉ APRAIZ BARREIRO. ED. DOSSAT, S. A. 8ª.

[2]. TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS METALES. PEDRO MOLERA SOLA, MARCOMBO, S.A., 1991

[3]. http://infomeca.files.wordpress.com/2012/05/e-340-macroataque.pdf