universidad distrital francisco josÉ de...

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UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA MECÁNICA

OBTENCIÓN DE PERFILES DE DUREZA EN MUESTRAS DE

ACEROS AISI/SAE 1045, 4140 Y 4340, CON DIFERENTE TAMAÑO Y

GEOMETRIA A PARTIR DE CURVAS JOMINY.

BOGOTÁ D.C 2016

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OBTENCIÓN DE PERFILES DE DUREZA EN MUESTRAS DE

ACEROS AISI/SAE 1045, 4140 Y 4340, CON DIFERENTE TAMAÑO Y

GEOMETRIA A PARTIR DE CURVAS JOMINY.

CARLOS JULIO ZAMBRANO RAMIREZ

JUAN BERNANDO CASTRO ROJAS

Proyecto de grado para optar el

Título de Tecnólogo Mecánico

Luis Hernando Correa Murillo

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA MECÁNICA

BOGOTÁ D.C 2016

3

Se dedica este proyecto a todas las personas que nos apoyaron directa e indirectamente y alentaron para continuar con este proceso de formación.

4

AGRADECIMIENTOS

Los autores de este proyecto agradecen:

Al ingeniero Luis Hernando Correa que como tutor siempre estuvo dispuesto a

colaborar y resolver todas las inquietudes existentes.

Al laboratorista del taller de máquinas herramientas y soldadura Alfonso Giraldo, el

cual contribuyo con su tiempo y pericia para el desarrollo oportuno de la praxis

requerida en el proyecto.

5

CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCCIÓN 19

2. OBJETIVOS 20

2.1 OBJETIVO GENERAL 20

2.2 OBJETIVO ESPECIFICOS 20

3. MARCO TEÓRICO 21

3.1 TRATAMIENTOS TERMICOS 21

3.1.1 Temple 21

3.1.2 Recocido 22

3.2 ACEROS AISI/SAE 1045, 4140, 4340 22

3.2.1 ACERO AISI/SAE 1045 22



3.3 DUROMETRO 23

4. MARCO METODOLÓGICO 24

4.1 TORNEADO PARA FABRICACION DE PROBETAS 24

4.2 FRESADO PARA FABRICACION DE PROBETAS 24

4.3 CORTE METALOGRAFICO PARA CILINDROS 24

4.4 ENSAYO JOMINY 25

4.5 TEMPLE 26

4.6 CORTE METALOGRAFICO DE PROBETAS TEMPLADAS 29

4.7 ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL 29

4.8 TEMPLE PARA TAMAÑO DE GRANO 31

4.9 RECOCIDO 32

4.10 ATAQUE DE LAS PROBETAS, ENSAYO METALOGRAFICO 32

4.11 OBTENCION DE TAMAÑO DE GRANO 32

5. RESULTADOS 33

6. ANÁLISIS 65

7. CONCLUSIONES 99

RECOMENDACIONES 100

ANEXOS 101

BIBLIOGRAFIA 107

6

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Composición química del acero AISI/SAE 1045. 22



Tabla 4. Temperatura y tiempo para temple en cubos de dos (2) pulgadas.

26

Tabla 5. Temperatura y tiempo para cubos de 1 pulgada.

26

Tabla 6. Temperaturas y tiempos para temple en cilindros de dos (2)

pulgadas de diámetro. 27

Tabla 7. Temperaturas y tiempos para temple en cilindros de una (1)

pulgada de diámetro. 27

Tabla 8. Temperatura y tiempo para temple para cada uno de los

aceros AISI/SAE. 31

Tabla 9. Valores de dureza en acero AISI/SAE 1045 para curva Jominy. 33



Tabla 12. Valores de perfiles de dureza en acero AISI/SAE 1045 en probeta

cilíndrica de dos (2) pulgadas de diámetro templado en agua. 37


cilíndrica de dos (2) pulgadas de diámetro templado en aceite. 37







7



Pág.


cilíndrica de una (1) pulgada de diámetro templado en agua. 41


cilíndrica de una (1) pulgada de diámetro templado en aceite. 41





Tabla 22.Valores de perfil de dureza en acero AISI/SAE 4340 en probeta


Tabla 23. Valores de perfil de dureza en acero AISI/SAE 4340 en probeta



cubica de dos (2) pulgadas templado en agua. 45


cubica de dos (2) pulgadas templado en aceite. 45


cubica de dos (2) pulgadas templado en agua. 46


cubica de (2) pulgadas templado en aceite. 47


cubica de (2) pulgadas templado en agua. 47


cubica de dos (2) pulgadas templado en aceite. 48


cubica de una (1) pulgada templado en agua. 49


cubica de una (1) pulgada templado en aceite. 49


cubica de (1) pulgada templado en agua. 50

8


cubica de (1) pulgada templado en aceite. 51

Pág.


cubica de (1) pulgada templado en agua. 51


cubica de (1) pulgada templado en aceite. 52

Tabla 36. Perfil de dureza teórico y práctico para acero AISI/SAE 1045

muestra cilíndrica de diámetro de 2 pulgadas templada en agua. 70


muestra cubica de 2 pulgadas templada en agua. 71










muestra cilíndrica de diámetro de 2 pulgadas templada en aceite. 77


muestra cubica de 2 pulgadas templada en aceite. 78









9


muestra cilíndrica de diámetro de 1 pulgada templada en agua. 84

Pág.


muestra cubica de 1 pulgada templada en agua. 85










muestra cilíndrica de diámetro de 1 pulgada templada en aceite. 91


muestra cubica de 1 pulgada templada en aceite. 92









10

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Ensayo Jominy bajo la norma ASTM 255 – 9902 25

Figura 2. Temple para geometría cubica de 2” realizado en la Universidad

Distrital facultad tecnológica. 28

Figura 3. Temple para geometría cilíndrica de 2” realizado en la

Universidad Distrital facultad tecnológica. 28

Figura 4. Probetas templadas de geometría cubica cortadas en la mitad. 29

Figura 5. Puntos para indentaciones en probetas con geometrías cilíndricas. 30

Figura 6. Puntos para indentaciones en probetas con geometrías cubicas. 30

Figura 7. Ensayo de dureza Rockwell C a probeta templada con geometría 31

cilíndrica de 2” de diámetro.

Figura 8. Obtención de tamaño de grano bajo la norma ASTM E 112 – 96. 32

Figura 9. Curva de templabilidad para el acero AISI/SAE 1045. 34



Figura 12. Curva de templabilidad para aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340. 36

Figura 13. Perfil de dureza radial para cilindro de 2 pulgadas de diámetro

en acero AISI/SAE 1045 temple en agua agitado suave. 37


en acero AISI/SAE 1045 temple en aceite agitado suave. 38







11



Pág.

Figura 19. Perfil de dureza radial para cilindro de 1 pulgada de diámetro












Figura 25. Perfil de dureza para cubo de 2 pulgadas en acero AISI/SAE

1045 temple en agua agitado suave. 45


1045 temple en aceite agitado suave. 46









Figura 31. Perfil de dureza para cubo de 1 pulgada en acero AISI/SAE






12



Pág.





Figura 37. Perfiles de dureza radial para muestras cilíndricas de acero

AISI/SAE 1045 de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en agua

con agitación suave. 53


AISI/SAE 1045 de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en aceite














Figura 43. Perfiles de dureza para muestras cubicas de acero AISI/SAE

1045 de 1 y 2 pulgadas templados en agua con agitación suave. 56


1045 de 1 y 2 pulgadas templados en aceite con agitación suave. 56








13


Pág.

Figura 49. Micrografía a 100 aumentos del acero AISI/SAE 1045

templado en agua a 850°C y un recocido completo por 30 min a 850°C. 59

Figura 50. Análisis micrográfico del acero AISI/SAE 1045 templado

en agua para tamaño del grano. 59


templado en aceite a 850°C y un recocido completo por 30 min a 850°C. 60


en aceite para tamaño del grano. 60


templado en agua a 870°C y un recocido completo por 30 min a 870°C. 61



Figura 55. Micrografía a 100 aumentos del acero AISI/SAE 4140 templado

en aceite a 870°C y un recocido completo por 30 min a 870°C. 62


en aceite para tamaño del grano. 62


en agua a 870°C y un recocido completo por 30 min a 870°C. 63

Figura 58. Análisis metalográfico del acero AISI/SAE 4340 templado



en aceite a 870°C y un recocido completo por 30 min a 870°C. 64

Figura 60. Foto micrográfica del acero AISI/SAE4340 templado en aceite

para tamaño del grano. 64

Figura 61. .Esquema de las microestructuras de una aleación hierro-carbono

de composición eutectoide. 65

Figura 62. Microestructuras obtenidas para una aleación de hierro-carbono

eutectoide en función de la velocidad de enfriamiento. 66

Figura 63. Correlación entre secciones transversales rectangulares y sus secciones

circulares equivalentes (de acuerdo con ISO) 67

Figura 64. Velocidad de enfriamiento en función del diámetro de barras cilíndrica 68

14

Figura 65. Velocidad de enfriamiento para probeta de 2 pulgadas templado

en agua para diferentes distancias en aceros. 69

Pág.

Figura 66. Curva de templabilidad para probeta de dos (2) pulgadas del acero

AISI/SAE 1045 con distancias de velocidad de enfriamiento para temple en

agua y sus respectivos valores de dureza. 70

Figura 67. Perfil de dureza teóricas-prácticas de probeta cilíndrica de dos (2)

pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua. 70

Figura 68. Perfil de dureza teórico-Prácticas de probeta cubica de dos (2)

pulgadas, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua. 71




Figura 70. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cilíndrica de dos (2)


Figura 71. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cubica de dos (2)







Figura 74. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cubica de dos (2)


Figura 75. Velocidad de enfriamiento para probeta de 2 pulgadas templado

en aceite para diferentes distancias en acero. 76

Figura 76. Curva de templabilidad para probetas de dos (2) pulgadas del acero


aceite y sus respectivos valores de dureza. 77


pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite. 77


pulgadas, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite. 78

15




Pág.

Figura 80. Perfil de dureza teórico- prácticas de probeta cilíndrica de dos (2)

pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite. 79


pulgadas, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite. 80

Figura 82. Curva de templabilidad para probetas de dos (2) pulgadas del

acero AISI/SAE 4340 con distancias de velocidad de enfriamiento para

temple en aceite y sus respectivos valores de dureza. 81


pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite 81


pulgadas, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite 82

Figura 85. Velocidad de enfriamiento para probeta de una 1 pulgada de

diámetro templado en agua para diferentes distancias en acero. 83

Figura 86. Curva de templabilidad para probeta de una (1) pulgada del acero



Figura 87. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cilíndrica de una (1)

pulgada de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua 84

Figura 88. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cubica de una (1)

pulgada, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua 85




Figura 90. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cilíndrica de una (1)


Figura 91. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cubica de una (1)

pulgada, Acero AISI/SAE 4140 temple en agua 87




16



Pág.

Figura 94. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cubica de una (1)

pulgada, Acero AISI/SAE 4340 temple en agua. 89

Figura 95. Velocidad de enfriamiento para probeta de 1 pulgada de diámetro

templado en aceite para diferentes distancias en acero. 90






Figura 98. Perfil de dureza teórico-práctico de Probeta cubica de una (1)

pulgada, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite. 92

Figura 99. Curva de templabilidad para probeta de una (1) pulgada de

diámetro del acero AISI/SAE 4140 con distancias de velocidad de enfriamiento

para temple en aceite y sus respectivos valores de dureza. 93

Figura 100. Perfil de dureza teórico-práctico de probeta cilíndrica de una (1)


Figura 101. Perfil de dureza teórico-práctico de probeta cubica de una (1)

pulgada, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite 94




Figura 103. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cilíndrica de una (1)


Figura 104. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cubica de una (1)

pulgada, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite. 96

Figura 105. Diagrama de fases hierro-carburo próximo al eutectoide, donde

se indica el tramo de la temperatura de tratamiento térmico del acero al carbono. 97

Figura 106. Relaciones del tamaño de grano por uniformidad, variedad y

orientación 97

17

RESUMEN

El presente documento se desarrolla por medio del análisis teórico-práctico en el

comportamiento metalográfico de los aceros AISI/ SAE 1045, 4140 y 4340; más en

específico se analiza los perfiles de dureza en probetas cubicas y cilíndricas tanto de

una pulgada como de dos pulgadas para cada geometría, a partir de temples efectuados

en agua y aceite con base a los datos obtenidos de curvas Jominy. Adicionalmente se

establece el tamaño de grano por medio de un recocido.

PALABRAS CLAVE: Temple, recocido, grano, austenita, martensita, perlita, perfiles

de dureza y rockwell.

18

ABSTRACT

This document is developed through theoretical and practical analysis on the

metallographic behavior of AISI / SAE 1045, 4140 and 4340 steels; more specifically

the hardness profiles between cubic and cylindrical specimens of one inch to two

inches as each geometry, temples made from water and oil based on data obtained from

Jominy curves. Additionality the grain size is set by an annealing.

KEY WORDS: Hardening, annealing, grain austenite, martensite, perlite, hardness

profile and rockwell

19

1. INTRODUCCIÓN

Culminado el proceso de formación de un tecnólogo mecánico, es necesario que el

estudiante tenga claros los conceptos acerca de la ciencia e ingeniería de los materiales,

para que de esta forma en su vida profesional pueda aplicarlos de manera eficiente y

ante todo rentable en el momento de seleccionar materiales estructurales, maquinas

Herramientas…etc. Dichos conceptos son un pilar fundamental en la experiencia del

tecnólogo, para así poder diagnosticar el comportamiento estático y dinámico a los que

son sometidos los elementos mecánicos en cualquier proceso de diseño.

El proyecto consiste en observar, analizar y comparar como influye el tamaño y la

geometría de los aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340 con respecto a las curvas de

templabilidad Jominy.

20

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Establecer los perfiles de dureza en muestras de aceros AISI/ SAE 1045, 4340 y

4140, templados en diferentes medios a partir de curvas de templabilidad

Jominy.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar los tamaños y geometrías a implementar para los perfiles de

dureza.

Obtención de los perfiles de dureza en probetas de diferentes tamaños y

geometrías templadas en diferentes medios (agua y aceite).

Comprobar la equivalencia de la geometría y la templabilidad de los

perfiles de dureza con respecto a la velocidad de enfriamiento y la

distancia al extremo templado de las curvas Jominy.

Mediante análisis metalográfico, se debe determinar la influencia de la

composición (tamaño del grano) de los aceros AISI/ SAE 1045, 4140 y

4340 con respecto a la velocidad de enfriamiento en la dureza presente

después del recocido.

21

3. MARCO TEÓRICO

3.1 TRATAMIENTOS TERMICOS

Los tratamientos térmicos son usados para generar aceros martensíticos; suelen consistir

en enfriamientos rápidos y continuos de una muestra austenizada, en uno de los tres

medios de temple más implementados, como el agua, aceite o aire. Durante el

tratamiento térmico del temple es posible enfriar la muestra a una velocidad uniforme,

pero la superficie del acero siempre se enfría de manera más rápida que el interior; por

ende, la austenita se transforma en un intervalo de temperaturas, obteniendo una posible

variación de microestructuras y propiedades según la posición dentro de la muestra.1

El objetivo de los tratamientos térmicos es mejorar las propiedades y características de

los aceros; consta en mantener piezas o herramientas de acero a temperaturas adecuadas

durante un determinado tiempo para luego enfriarlas a condiciones controladas. Así,

modificando la estructura microscópica de los aceros. Los factores principales son el

tiempo y la temperatura (los cuales se fijan de acuerdo con la composición del acero), la

forma, el tamaño de las piezas y las características que se desean obtener luego del

tratamiento térmico.2

3.1.1 Temple.

Temple es el enfriamiento abrupto del acero desde una temperatura más elevada que la

crítica superior; esto se logra sumergiendo la pieza en agua, aceite, sal o aplicando aire

comprimido, el resultado es desarrollar una microestructura dura (denominada

1 Materials Science and Engineering: An Introduction; William D. Callister, Jr., EDITORIAL REVERTÉ, S.A 6th Edition, page

340-341

2 Tratamientos Térmicos De Los Aceros, José Apraiz Barreiro. Editorial Dossat S. A, 1984 Madrid. Capítulo III Tratamientos

térmicos Pág. 69

http://www.amazon.com/Materials-Science-Engineering-Introduction-8th/dp/0470419970/ref=la_B001H6P45M_1_2?s=books&ie=UTF8&qid=1441256680&sr=1-2

22

martensita), en el estado templado, y en las áreas críticas unas propiedades mecánicas

mínimas.3

3.1.2 Recocido.

El recocido es el calentamiento adecuado de la pieza y luego enfriarla lentamente que

otorgue enfriamientos en condiciones de equilibrio, este enfriamiento se logra dentro del

horno. Su objetivo principal es ablandar el acero, eliminar tensiones y recristalizar el

material.4

3.2 ACEROS AISI/SAE 1045, 4140, 4340

3.2.1 ACERO AISI/SAE 1045.

Acero medio carbono utilizado cuando la resistencia y dureza son necesarias en

condición de suministro, el cual puede ser forjado con martillo. Este acero responde al

tratamiento térmico y al endurecimiento por llama o inducción, pero no es recomendado

para cementación o cianurado. Presenta soldabilidad adecuada haciendo buenas

prácticas de soldadura. Por sus cualidades de dureza y tenacidad es adecuado para la

fabricación de componentes de maquinaria, teniendo un gran campo de aplicaciones en

la industria automotriz y productos de forja.5

La composición química del acero AISI/SAE 1045 es la siguiente:

Tabla 1. Composición química del acero AISI/SAE 1045

valores aproximados en %

C Mn P S Si

0.43 0.74 0.33 0.04 0.22

……… DATOS BRINDADOS POR ACEFER Y CIA LTDA…….

3.2.2 ACERO AISI/SAE 4140.

3 http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/clase9ttteoria.pdf página 23

4 http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/clase9ttteoria.pdf página 20

5 http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201045.pdf

http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/clase9ttteoria.pdf%20pagina%2023

http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/clase9ttteoria.pdf%20pagina%2020

23

Es un acero medio carbono aleado con cromo y molibdeno de alta templabilidad y

buena resistencia a la fatiga, abrasión e impacto. Para darle mayor resistencia a la

abrasión puede ser nitrurado. Por su contenido en molibdeno es insensible a la

fragilidad por revenido. Apto para esfuerzos de fatiga y torsión. Tiene aplicaciones en

ejes, engranajes, cigüeñales, cilindros de motores, bielas, rotores, arboles de turbinas, en

la industria petrolera se tiene usos en taladros, brocas, barrenos, partes de bombas, etc.6


Tabla 2. Composición química del acero AISI/SAE 4140


C Mn P S Si Cr Mo

0.43 0.84 0.029 0.029 0.26 0.94 0.158


3.2.3 ACERO AISI/SAE 4340

Acero de gran templabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga en pieza de gran sección.

Buena maquinabilidad a dureza relativamente alta, no presenta fragilidad de revenido,

resistente a la torsión. Es muy usado en tornillos de alta resistencia, levas de mando,

engranajes para maquinaria templados por inducción, ejes de carros y camiones, bielas

para motores, árboles para carros, ejes de transmisión de grandes dimensiones.


Tabla 3. Composición química del acero AISI/SAE 4340.


C Mn P S Si Cr Ni Mo

0.42 0.67 0.21 0.028. 0.21 0.81 1.85 0.21


3.3 DUROMETRO

Es un instrumento el cual oprime un indentador contra la superficie de la probeta y

después se aplica una carga constante con rapidez. Luego de un segundo, se mide la

profundidad de penetración obteniendo la dureza del material; la dureza se relaciona

6 http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%204140.pdf

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%204140.pdf

24

inversamente con la penetración. Los durómetros más usados son los de rockwell,

brinell, vickers y microvickers.7

4. MARCO METODOLÓGICO

4.1 TORNEADO PARA FABRICACION DE PROBETAS.

Guiándose por la norma ASTM A 255 – 9902 la cual rige las dimensiones de la probeta

estandarizada para ensayo Jominy y de cómo se debe realizar dicho ensayo. Se procedió

a fabricar tres probetas de cada acero para un total de nueve probetas Jominy.

Se mecanizo cilindros de dos pulgadas y media del acero AISI/SAE 4340 reduciendo su

diámetro a dos pulgadas puesto que se necesitaba esas medidas para mecanizar en la

fresadora ya que no fue posible encontrar esa medida en almacenes de ventas de aceros

certificados en Bogotá.

4.2 FRESADO PARA FABRICACION DE PROBETAS

Se realizó fresado para la fabricación de dos cubos (uno para temple en agua, uno para

temple en aceite) de dos pulgadas para cada acero AISI/SAE 1045, 4140, 4340, para un

total de seis cubos de dos pulgadas, de la misma forma se mecanizo dos cubos (uno para

temple en agua, uno para temple en aceite) de una pulgada para cada acero AISI/SAE

1045, 4140, 4340, para un total de seis cubos de una pulgada, dichas probetas para

realizar perfiles de dureza en la mitad.

4.3 CORTE METALOGRAFICO PARA CILINDROS

Se ejecutaron cortes metalográficos para la fabricación dos probetas cilíndricas (una

para temple en agua y otra para temple en aceite) de dos pulgadas de diámetro para cada

acero AISI/SAE 1045, 4140 y 4340, para un total de seis cilindros de dos pulgadas de

diámetro; de la misma forma se ejecutaron cortes para la fabricación de dos probetas

cilíndricas (una para temple en agua, una para temple en aceite) de una pulgada de

diámetro para cada acero AISI/SAE 1045, 4140 y 4340 para un total de seis cilindros de

una pulgada de diámetro. Dichas probetas son las que se emplearan para realizar los

perfiles de dureza transversales.

7 Manufactura, Ingeniería Y Tecnología, Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Ulises rev. téc Figueroa López. Editorial Pearson.

Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales. Pág 82.

25

4.4 ENSAYO JOMINY

Bajo la norma ASTM 255 – 9902 de ensayo Jominy se estableció la temperatura de

austenizacion de cada uno de los aceros AISI/SAE 1045, 4140, 4340. Después de

especificar temperaturas se inició con la probeta AISI/SAE 1045 introduciéndola en la

mufla a temperatura de austenizacion de 850°C por un periodo de tiempo de treinta (30)

minutos, terminado este tiempo, inmediatamente se saca de la mufla y es puesta según

norma en el banco de pruebas para ensayo Jominy suministrado por la Universidad

Distrital Francisco Jose Caldas, de esta forma se realizó los tres (3) ensayos Jominy del

acero AISI/SAE 1045.

Determinando la temperatura de austenizacion del acero AISI/SAE 4140 se ejecutaron

los mismos procedimientos que se realizaron con las probetas AISI/SAE 1045 a la

temperatura de austenizacion de 870°C por treinta (30) minutos.

Por último se realizó los mismos procedimientos que se habían hecho anteriormente

pero ahora con las tres (3) probetas del acero AISI/SAE 4340 a una temperatura de

austenizacion de 870°C durante treinta (30) minutos. De esta forma se realizó ensayo

Jominy a un total de nueve (9) probetas.

26

Figura 1. Ensayo Jominy bajo la norma ASTM 255 – 9902

4.5 TEMPLE

Revisando el catálogo de cada uno de los aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340 se

corroboro la temperatura para temple. Subsiguiente se realizaron temples de cada una de

las probetas cubicas de dos pulgadas (dos por cada acero), ya que se realizarían temples

tanto en agua como en aceite; la temperatura y tiempo a la que se realizó dicho temple

de cada acero AISI/SAE se puede apreciar en el siguiente tabla.

temperatura y tiempo para cubos de 2 pulgadas

Acero

AISI/SAE Temperatura °C Tiempo en min.

1045 850 60

4140 870 60

4340 870 60

Tabla 4. Temperatura y tiempo para temple en cubos de dos (2) pulgadas.

El libro guía nos proporciona información que por cada pulgada de material se debe

proporcionar media hora en la que debe estar la probeta a la temperatura asignada; en

este caso las probetas cubicas tienen un ancho por cada cara de dos (2) pulgadas por esta

27

razón se establecieron 60 minutos en la mufla. Luego se templaron las dos probetas de

cada acero AISI/SAE sumergiéndolas una en agua y otra en aceite con agitado suave.

Siguiendo exactamente las mismas indicaciones se realizó temple en cada uno de los

acero AISI/SAE pero ahora con cubos de una (1) pulgada por cada una de sus caras, las

temperaturas y tiempo que se aplicaron a cada acero se puede apreciar a continuación en

la siguiente tabla.

Temperatura y tiempo para cubos de 1 pulgada.

Acero


1045 850 30

4140 870 30

4340 870 30

Tabla 5. Temperatura y tiempo para cubos de 1 pulgada.

De la misma forma se realizó templado de cada uno de los aceros AISI/SAE 1045, 4140

y 4340 a diferencia que se realizó con las probetas cilíndricas de dos (2) pulgadas de

diámetro. La temperatura y tiempo a la que se realizó dicho temple de cada acero

AISI/SAE se puede apreciar en la siguiente tabla.

temperatura y tiempo para cilindros de 2 pulgadas

Acero


1045 850 60

4140 870 60

4340 870 60

Tabla 6. Temperaturas y tiempos para temple en cilindros de dos (2) pulgadas de

diámetro.

Templando de esta forma por acero AISI/SAE dos probetas cilíndricas de dos (2)

pulgadas una en aceite y otra en agua con agitado suave para un total de seis probetas

cilíndricas de dos (2) pulgadas.

Para finalizar con la parte de templados se ejecutó las mismas indicaciones para las

probetas cilíndricas de una (1) pulgada de dímetro, dos por cada acero una para

templado en aceite y la otra para templado en agua, dando un total de 6 probetas

28

cilíndricas de una (1) pulgada. Las temperaturas y tiempos de cada uno de los aceros

AISI/SAE se podrán apreciar en la siguiente tabla.

Temperatura y tiempo para cilindros de 1 pulgada.

Acero


1045 850 30

4140 870 30

4340 870 30

Tabla 7. Temperaturas y tiempos para temple en cilindros de una (1) pulgada de

diámetro.

Figura 2. Temple para geometría cubica de 2” realizado en la Universidad Distrital

facultad tecnológica.

29

Figura 3. Temple para geometría cilíndrica de 2” realizado en la Universidad Distrital

facultad tecnológica.

4.6 CORTE METALOGRAFICO DE PROBETAS TEMPLADAS

Se ejecutaron cortes metalográficos transversales en todas las probetas templadas tanto

en aceite como en agua de cada uno de los aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340 en la

mitad de las probetas ya que allí es donde se realizara los perfiles de dureza.

30

Figura 4. Probetas templadas de geometría cubica cortadas en la mitad.

4.7 ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

Se realiza un muestratrio de dureza en la escala rockwell C usando una precarga de 150

kilogramos (Kg) y un indentador punta de diamante a 120° sobre planos transversales

en las probetas Jominy, cada una de estas de 1/16 de pulgada desde la parte que tuvo

choque con el agua hasta 1/2 de pulgada de esta parte y luego de ese punto se iniciaron

muestrario de dureza a 1/8 de pulgada hasta llegar a una distancia de 2 pulgadas, y así

realizar curvas de templabilidad Jominy de cada acero.

Al realizar el corte metalográfico de todas las probetas templadas se obtuvieron 2 caras

de la misma probeta de las cuales se realizaron muestrarios de dureza en la escala

rockwell C usando una precarga de 150 kilogramos y un indentador punta de diamante a

120° en puntos específicos. En el caso de las probetas cubicas se realizaron en el centro,

la mitad de la distancia entre el centro y su superficie, a 3/4 de distancia de su centro y

por último en el extremo (superficie). En el caso de las probetas cilíndricas se realizaron

dictaduras de dureza en la mitad, 1/2 de su radio, 3/4 de su radio y por último en el

extremo como se ve en la figura 5-7.

Figura 5. Puntos para indentaciones en probetas con geometrías cilíndricas.

31

Figura 6. Puntos para indentaciones en probetas con geometrías cubicas.

32

Figura 7. Ensayo de dureza Rockwell C a probeta templada con geometría cilíndrica de

2” de diámetro.

4.8 TEMPLE PARA TAMAÑO DE GRANO

Se tomaron dos muestras de cada uno de los aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340 para

realizar temple tanto en agua como en aceite, con el fin de estudiar el tamaño de grano,

en la siguiente tabla se puede apreciar la temperatura y tiempo en la que se encontraban

en la mufla.

Temperatura y tiempo para temple.

Acero


1045 850 30

4140 870 30

4340 870 30

Tabla 8. Temperatura y tiempo para temple para cada uno de los aceros AISI/SAE.

33

4.9 RECOCIDO

El tamaño de grano lo determina la temperatura de austenizacion, por esta razón se

realizó un recocido a la misma temperatura a la que se calentaron las probetas jominy,

introduciendo las probetas en la mufla a una temperatura de 850°C en el caso del acero

AISI/SAE 1045 y a una temperatura de 870°C en el caso de los aceros AISI/SAE 4140,

4340 por un tiempo de 30 minutos y dejándolas enfriar dentro de la mufla hasta

temperatura ambiente.8

4.10 ATAQUE DE LAS PROBETAS, ENSAYO METALOGRAFICO

Luego del recocido a temperatura a la que se calentaron las probetas jominy se realizó

brillo espejo para luego ser atacadas con NITAL (REF) y realizar ensayo metalográfico

de micrografía (fotos) para el estudio de tamaño de grano.

4.11 OBTENCION DE TAMAÑO DE GRANO

Obteniendo las fotos metalográficas se realizó el estudio de tamaño de grano bajo la

norma ASTM E 112 – 96 y el software proporcionado por el laboratorista de laboratorio

de metalografía de la Universidad Distrital Francisco José Caldas.

Figura 8. Obtención de tamaño de grano bajo la norma ASTM E 112 – 96.


Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales. Pág 130

34

5. RESULTADOS

Los tratamientos térmicos de ensayo Jominy, temple y recocido se realizaron

satisfactoriamente, obteniendo en el caso del ensayo Jominy los siguientes datos y

curvas de templabilidad.

Acero AISI/SAE 1045 ensayo Jominy datos y curvas de templabilidad.

Tabla 1/2. Valores de dureza en acero AISI/SAE 1045 para curva Jominy.

Escala rockwell

(A,B,C) C C C C C C C C C C

Distancia al extremo

templado (pulgadas) 1/16 1/8 3/16 1/4 5/16 3/8 7/16 1/2 5/8 3/4

probeta

numero 1

cara 1

Resu

ltados

56.4 48.3 36.7 32.8 27.4 26.9 26.0 25.1 24.3 24.2

cara 2 57.8 47.5 37.6 33.5 29.0 28.5 26.6 25.6 23.8 23.8

probeta

numero 2

cara 1 58.7 47.2 35.8 33.8 28.8 27.7 25.4 25.3 23.6 23.3

cara 2 57.1 46.2 35.5 32.0 27.2 27.6 26.6 26.0 25.0 23.6

probeta

numero 3

cara 1 57.4 47.5 37.1 34.6 28.0 26.8 25.7 26.7 23.3 22.6

cara 2 56.7 46.0 36.7 34.3 28.4 27.1 27.0 25.3 24.8 23.0

Promedio 57.35 47.12 36.57 33.50 28.13 27.43 26.22 25.67 24.13 23.42


Escala rockwell



templado (pulgadas) 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 5/8 1 3/4 1 7/8 2

probeta

numero 1

cara 1

Resu

ltados

23.4 21.1 19.4 18.3 15.9 15.5 13.9 12.8 12.2 11.1

cara 2 23.3 21.2 19.6 18.1 16.8 14.3 13.8 13.1 12.1 10.2

probeta

numero 2

cara 1 22.1 20.8 19.8 18.9 16.6 15.7 14.1 14.0 12.0 9.8

cara 2 21.8 22.6 20.7 18.7 17.0 15.6 14.1 13.4 12.1 11.0

probeta

numero 3

cara 1 20.9 20.3 19.9 18.1 16.2 15.1 14.3 12.8 12.4 9.7

cara 2 23.3 21.3 20.7 19.4 15.9 14.4 14.0 13.5 12.4 12.3

Promedio 22.47 21.22 20.02 18.58 16.40 15.10 14.03 13.27 12.20 10.68

Tabla 9. Valores de dureza en acero AISI/SAE 1045 para curva Jominy.

35

Figura 9. Curva de templabilidad para el acero AISI/SAE 1045.



Escala Rockwell




probeta

numero 1

cara 1

Resu

ltados

56.9 55.8 55.0 54.2 53.3 52.8 52.7 52.0 49.6 47.1

cara 2 58.7 57.8 57.4 56.6 56.0 55.7 55.6 55.1 52.0 48.3

probeta

numero 2

cara 1 57.8 56.7 55.7 54.6 54.2 53.8 53.4 52.6 49.3 46.9

cara 2 56.5 56.0 55.2 54.7 54.1 53.9 53.6 52.3 49.6 47.2

probeta

numero 3

cara 1 58.3 55.2 54.7 54.0 53.6 52.8 52.2 51.2 48.8 45.8

cara 2 59.0 57.7 57.1 56.6 55.8 55.0 54.6 53.6 51.4 48.4

Promedio 57.87 56.53 55.85 55.12 54.50 54.00 53.68 52.80 50.12 47.28


Escala Rockwell




probeta

numero 1

cara 1

Resu

ltados

44.6 42.7 41.5 39.9 39.5 38.7 38.2 38.0 37.7 37.7

cara 2 46.8 44.5 43.7 41.5 40.9 40.5 39.9 39.6 39.4 38.8

probeta

numero 2

cara 1 43.7 42.2 41.6 40.4 39.2 38.5 38.1 37.6 37.5 37.4

cara 2 45.0 43.6 41.5 39.4 38.5 37.4 36.7 35.4 34.9 34.7

probeta

numero 3

cara 1 44.7 42.4 41.8 39.8 38.0 37.2 36.3 36.4 35.9 35.6

cara 2 46.4 43.7 42.3 41.0 39.3 38.4 37.8 36.7 36.4 35.8

Promedio 45.20 43.18 42.07 40.33 39.23 38.45 37.83 37.28 36.97 36.67


20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00D

ure

za R

ock

wel

l C

Distancia al extremo templado (pulgadas)

Acero AISI/SAE 1045

36




Escala Rockwell




probeta

numero 1

cara 1

Resu

ltados

57.5 57.4 56.9 57.0 56.8 56.1 55.7 55.2 54.7 52.9

cara 2 58.3 58.1 58.0 57.8 57.9 56.9 56.4 55.6 54.1 53.6

probeta

numero 2

cara 1 58.1 57.8 57.7 57.1 56.6 56.4 55.8 54.9 53.3 52.5

cara 2 57.4 57.5 57.3 56.7 56.5 56.2 56.0 55.7 54.7 54.0

probeta

numero 3

cara 1 57.1 57.0 57.2 57.8 57.7 57.3 56.6 56.1 54.9 54.7

cara 2 56.1 55.9 55.5 55.6 55.9 55.8 55.4 55.0 53.9 53.3

Promedio 57.42 57.28 57.10 57.00 56.90 56.45 55.98 55.42 54.27 53.50


Escala rockwell




probeta

numero 1

cara 1

Resu

ltados

53.0 52.8 52.6 52.2 52.0 52.0 51.4 51.0 50.2 49.7

cara 2 53.4 53.0 52.9 52.9 52.5 52.3 51.8 51.6 50.8 50.0

probeta

numero 2

cara 1 52.7 52.6 52.0 51.8 51.7 51.7 52.7 52.3 52.0 50.9

cara 2 53.8 54.0 53.8 54.0 53.6 53.6 52.1 52.0 51.4 50.2

probeta

numero 3

cara 1 54.5 54.4 54.1 53.7 53.5 53.4 53.0 52.7 52.2 51.5

cara 2 53.0 53.2 52.6 52.5 52.3 52.0 51.2 51.0 49.8 48.7

Promedio 53.40 53.33 53.00 52.85 52.60 52.50 52.03 51.77 51.07 50.17


20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00D

ure

za R

ock

we

ll C


Acero AISI/SAE 4140

37


Figura 12. Curva de templabilidad para aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340.

A continuación se pueden apreciar los datos de los temples realizados con probetas

cilíndricas y cubicas tanto de una (1) y dos (2) pulgadas de diámetro para cada

geometría.

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00D

ure

za R

ock

wel

l C


Acero AISI/SAE 4340

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00

Du

reza

Ro

ckw

ell C


Curvas de templabilidad para Aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340.

38

Probeta cilindro de dos (2) pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua

Acero AISI/SAE 1045 Centro 1/2 3/4 Superficie

Probeta 1 temple agua

27.1 28 36.2 55.8

27.1 28.4 36.9 56

27.1 29.1 36.7 55.6


26.5 27.7 35.8 54.6

26.5 26.9 36.7 55.1

26.5 26.8 36.5 54.8

Promedio 26.8 27.81666667 36.46666667 55.31666667

Tabla 12. Valores de perfiles de dureza en acero AISI/SAE 1045 en probeta cilíndrica

de dos (2) pulgadas de diámetro templado en agua.

Figura 13. Perfil de dureza radial para cilindro de 2 pulgadas de diámetro en acero

AISI/SAE 1045 temple en agua agitado suave.

Probeta cilindro de dos (2) pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite


Probeta 1 temple aceite

23.2 24.4 25.4 30.2

23.2 24.1 25.3 30.1

23.2 24.8 25.6 30.4


24.3 24.9 26.6 31.6

24.3 25.1 27.1 32

24.3 25.2 26.9 31.8

Promedio 23.75 24.75 26.15 31.01666667


de dos (2) pulgadas de diámetro templado en aceite.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Perfil de dureza radial para cilindro de 2 pulgadas de diametro en acero AISI/SAE 1045 temple agua

Acero AISI/SAE 1045temple agua

39


AISI/SAE 1045 temple en aceite agitado suave.




53.2 53.6 56.1 57.3

53.2 54.9 55.8 56.8

53.2 53.5 55.2 56.6


54.4 55.3 55.1 56.8

54.4 55.2 56.2 57.4

54.4 54.3 56 57.2

Promedio 53.8 54.46666667 55.73333333 57.01666667





20

22

24

26

28

30

32

Superficie 3/4 1/2 Centro 1/2 3/4 Superficie

Perfil de dureza para cilindro de 2 pulgadas de diametro en acero AISI/SAE 1045 teple aceite

Acero AISI/SAE 1045temple aceite

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

Perfil de dureza para cilindro de 2 pulgadas de diametro en acero AISI/SAE 4140 teple agua

Acero AISI/SAE 4140 templeagua

40




49.4 52 54.1 55.4

49.4 51.8 53.4 54.9

49.4 51.7 53.6 55


48.7 50.2 52.6 54.4

48.7 50.6 52.8 54.7

48.7 50.3 51.9 54

Promedio 49.05 51.1 53.06666667 54.73333333








56.8 57.3 57.5 57.8

56.8 57.1 57.2 57.4

56.8 57.2 57.4 57.6


55.6 56.6 56.9 57

55.6 56.4 56.7 57.1

55.6 56.3 56.8 57.2

Promedio 56.2 56.81666667 57.08333333 57.35



45

47

49

51

53

55

57


Acero AISI/SAE 4140 templeaceite

41






53.1 54.3 54.7 55.7

53.1 54.1 55.1 56.7

53.1 54 55.2 56.9


55 54.8 55.5 56.8

55 55.4 56.4 57.4

55 56.1 56.7 57.3

Promedio 54.05 54.78333333 55.6 56.8





55

56

57

58

Perfil de dureza para cilindro de 2 pulgadas de diametro en acero AISI/SAE 4340 teple agua


52

53

54

55

56

57

58



42

Probeta cilindro de una (1) pulgada de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua



38.7 45.2 51.3 57.6

38.7 44.9 50.8 57.3

38.7 46 51.6 57.1


40.2 47.2 53.1 58.3

40.2 46.6 52.7 58

40.2 46.3 52.3 57.8

Promedio 39.45 46.03333333 51.96666667 57.68333333


de una (1) pulgada de diámetro templado en agua.

Figura 19. Perfil de dureza radial para cilindro de 1 pulgada de diámetro en acero


Probeta cilindro de una (1) pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite



27.4 31.2 35.4 46.8

27.4 31.5 35.7 47

27.4 29.7 34.9 46.4


26.8 29.3 33.7 44.3

26.8 30 34.5 44.7

26.8 29.8 34.2 45

Promedio 27.1 30.25 34.73333333 45.7


de una (1) pulgada de diámetro templado en aceite.

30

35

40

45

50

55

60

Perfil de dureza para cilindro de 1 pulgada de diametro en acero AISI/SAE 1045 teple agua


43






53.3 55.5 55.7 56.7

53.3 55.3 55.6 56.7

53.3 54.8 56.7 57


54.8 56.3 58 58.3

54.8 55.8 57.6 57.8

54.8 56.2 57.2 58

Promedio 54.05 55.65 56.8 57.41666667


de una (1) pulgada de diámetro templado en agua.



25

30

35

40

45

50

Perfil de dureza para cilindro de 1 pulgada de diametro en acero AISI/SAE 1045 teple aceite


52

53

54

55

56

57

58



44


Acero AISI/SAE 4140 Centro 1/2 ¾ Superficie


52.6 53.7 54.3 55.1

52.6 54.1 55 56.1

52.6 53.6 54.1 55.3


53.8 55.6 56.4 56.9

53.8 55.8 56.8 57.3

53.8 56 56.5 57.1

Promedio 53.2 54.8 55.51666667 56.3


de una (1) pulgada de diámetro templado en aceite.






57.6 57.9 58 58.1

57.6 57.8 57.8 57.9

57.6 57.2 57.5 57.8


56.3 56.7 57 57.7

56.3 56.8 57.4 57.5

56.3 57 57.3 58

Promedio 56.95 57.23333333 57.5 57.83333333

Tabla 22.Valores de perfil de dureza en acero AISI/SAE 4340 en probeta cilíndrica de

una (1) pulgada de diámetro templado en agua.

50

51

52

53

54

55

56

57



45






54.9 55.5 55.6 56.1

54.9 55.2 55.7 55.9

54.9 56 56.1 56.5


54.3 55.1 55.5 56

54.3 55.2 56 56.3

54.3 54.9 55.3 55.6

Promedio 54.6 55.31666667 55.7 56.06666667

Tabla 23. Valores de perfil de dureza en acero AISI/SAE 4340 en probeta cilíndrica de

una (1) pulgada de diámetro templado en aceite.



54

54,5

55

55,5

56

56,5

57

57,5

58



53

54

55

56

57



46

Probeta cubica de dos (2) pulgadas, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua



23.5 24.8 33.8 55.2

23.5 25.4 34 55.6

23.5 25.1 34.4 56.1


24.7 26.1 35.3 57.1

24.7 26.2 36.2 56.9

24.7 26.5 36.5 57.5

Promedio 24.1 25.68333333 35.03333333 56.4

Tabla 24. Valores de perfil de dureza en acero AISI/SAE 1045 en probeta cubica de dos

(2) pulgadas templado en agua.

Figura 25. Perfil de dureza para cubo de 2 pulgadas en acero AISI/SAE 1045 temple en

agua agitado suave.

Probeta cubica de dos (2) pulgadas, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite



22 23.3 24.6 30.7

22 23.6 24.1 30.4

22 23 25 31.5


23.4 25.1 26.4 32.6

23.4 24.9 25.6 32

23.4 25.3 25.8 32.1

Promedio 22.7 24.2 25.25 31.55


(2) pulgadas templado en aceite.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Perfil de dureza para cubo de 2 pulgadas en acero AISI/SAE 1045 temple agua


47


aceite agitado suave.




52.1 53.7 54.4 57.6

52.1 52.9 54.1 56.9

52.1 53.1 54.1 57.4


53.3 53.8 55.2 57.7

53.3 54.7 55.6 57.8

53.3 54.6 55.4 58

Promedio 52.7 53.8 54.8 57.56666667


(2) pulgadas templado en agua.


agua agitado suave.

0

5

10

15

20

25

30

Perfil de dureza para cubo de 2 pulgadas en acero AISI/SAE 1045 temple aceite


50

51

52

53

54

55

56

57

58



48




45.8 48.1 48.7 50.1

45.8 47.7 48.7 49.6

45.8 47.6 48.6 49.3


44.3 46.2 47.5 49

44.3 46.4 47.2 47.9

44.3 46 47.4 48.1

Promedio 45.05 47 48.01666667 49

Tabla 27. Valores de perfil de dureza en acero AISI/SAE 4140 en probeta cubica de (2)

pulgadas templado en aceite.






53.8 54.6 55.6 56.9

53.8 55.2 55.7 57.8

53.8 55.2 55.8 57.6


54.6 55.9 56.6 57.8

54.6 56.3 56.8 57.4

54.6 56.4 56.7 58.1

Promedio 54.2 55.6 56.2 57.6


pulgadas templado en agua.

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50



49


agua agitado suave.


Acero AISI/SAE 1045 Centro ½ 3/4 Superficie


44.6 52.6 54 54.7

44.6 51.7 53.1 53.8

44.6 52.2 54.2 54.6


42.8 51.8 53.2 54.2

42.8 51.5 53.3 54.4

42.8 51 52.8 53.6

Promedio 43.7 51.8 53.43333333 54.21666667


(2) pulgadas templado en aceite.



50

51

52

53

54

55

56

57

58



30

35

40

45

50

55

60



50

Probeta cubica de una (1) pulgada, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua



36.7 44 50.6 57.3

36.7 43.4 50.4 56.9

36.7 42.9 50.7 57.3


37.5 44.5 51.9 57.4

37.5 44.7 50.9 56.9

37.5 44.6 51.8 58

Promedio 37.1 44.01666667 51.05 57.3

Tabla 30. Valores de perfil de dureza en acero AISI/SAE 1045 en probeta cubica de una

(1) pulgada templado en agua.

Figura 31. Perfil de dureza para cubo de 1 pulgada en acero AISI/SAE 1045 temple en

agua agitado suave.

Probeta cubica de una (1) pulgada, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite



26.7 29.3 33.9 44.8

26.7 28.7 32.9 45.9

26.7 29 33.7 45.8


25.9 27.3 34.8 46.3

25.9 27.7 34.6 47.2

25.9 28.1 34.8 46.7

Promedio 26.3 28.35 34.11666667 46.11666667

Tabla 31. Valores de perfil de dureza en acero AISI/SAE 1045 en probeta cubica de una

(1) pulgada templado en aceite.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Perfil de dureza para cubo de 1 pulgada en acero AISI/SAE 1045 temple agua


51






52.4 53.4 54.5 56.7

52.4 53.6 54.7 56.5

52.4 54.2 55.2 57.2


53.8 54 54.8 56.8

53.8 54.7 55.4 57.3

53.8 54.3 55.2 57.6

Promedio 53.1 54.03333333 54.96666667 57.01666667


pulgada templado en agua.


agua agitado suave.

20

25

30

35

40

45

50

Perfil de dureza para cubo de 1 pulgada en acero AISI/SAE 1045 temple aceite


50

51

52

53

54

55

56

57

58



52




51.6 52.4 53.1 53.9

51.6 52.6 53.7 54.6

51.6 51.9 52.6 53.8


52.3 53.7 54.8 55.7

52.3 54 54.8 56.2

52.3 53.6 54.9 55.8

Promedio 51.95 53.03333333 53.98333333 55


pulgada templado en aceite






54.4 54.6 55.6 56.9

54.4 55 54.9 56.2

54.4 54.8 55.4 57.2


55 55.6 56.8 57.6

55 55.4 56.3 57.2

55 55.1 56.4 57.1

Promedio 54.7 55.08333333 55.9 57.03333333


pulgada templado en agua.

50

51

52

53

54

55

56



53


agua agitado suave.




52.4 53.8 54.3 55.4

52.4 54.6 55.1 55.6

52.4 54.1 55.3 56.3


53.7 55.7 56.4 57.2

53.7 55.4 56.2 57

53.7 55.7 56 56.4

Promedio 53.05 54.88333333 55.55 56.31666667


pulgada templado en aceite.



50

51

52

53

54

55

56

57

58



50

51

52

53

54

55

56

57



54

Figura 37. Perfiles de dureza radial para muestras cilíndricas de acero AISI/SAE 1045

de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en agua con agitación suave.


de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en aceite con agitación suave.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell C

Perfiles de dureza radial para muestras cilindricas de acero AISI/SAE 1045 de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en agua con agitación

suave.

Perfil de dureza en cilindro de 2pulgadas de diametro enmuestras de acero AISI/SAE1045 templadas en agua

Perfil de dureza en cilindro de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE1045 templadas en agua.

20

25

30

35

40

45

50

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell C

Perfiles de dureza radial para muestras cilindricas de acero AISI/SAE 1045 de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en aceite con agitación

suave.

Perfil de dureza en cilindro de 2pulgadas de diametro enmuestras de acero AISI/SAE1045 templadas en aceite

Perfil de dureza en cilindro de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE1045 templadas en aceite.

55





52

53

54

55

56

57

58

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell C


suave.

Perfil de dureza en cilindro de 2pulgadas de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4140 templadas en agua.

Perfil de dureza en cilindro de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4140 templadas en agua

46

48

50

52

54

56

58

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell


suave.


Perfil de dureza en cilindro de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4140 templadas en aceite.

56





55

56

57

58

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell


suave.

Perfil de dureza en cilindro de 2pulgadas de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4340 templadas en agua.

Perfil de dureza en cilindro de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4340 templadas en agua.

52

53

54

55

56

57

58

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell


suave.


Perfil de dureza en cilindro de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4340 templadas en aceite

57

Figura 43. Perfiles de dureza para muestras cubicas de acero AISI/SAE 1045 de 1 y 2

pulgadas templados en agua con agitación suave.


pulgadas templados en aceite con agitación suave.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell

Perfiles de dureza para muestras cubicas de acero AISI/SAE 1045 de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en agua con agitación suave.

Perfil de dureza en cubo de 2pulgadas en muestras de aceroAISI/SAE 1045 templadas enagua.

Perfil de dureza en cubo de 1pulgada en muestras de aceroAISI/SAE 1045 templadas enagua

20

25

30

35

40

45

50

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell

Perfiles de dureza para muestras cubicas de acero AISI/SAE 1045 de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en aceite con agitación suave.

Perfil de dureza en cubo de 2pulgadas de diametro enmuestras de acero AISI/SAE1045 templadas en aceite.

Perfil de dureza en cubo de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE1045 templadas en aceite

58





50

51

52

53

54

55

56

57

58

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell C

Perfiles de dureza para muestras cubicas de acero AISI/SAE 4140 de 1 y 2 pulgadas de diámetro templados en agua con agitación suave.


Perfil de dureza en cubo de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4140 templadas en agua

40

42

44

46

48

50

52

54

56

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell C


Perfil de dureza en cubo de 2pulgadas en muestras de aceroAISI/SAE 4140 templadas enaceite.

Perfil de dureza en cubo de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4140 templadas en aceite.

59





52

53

54

55

56

57

58

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell C

Perfiles de dureza para muestras cubicas de acero AISI/SAE 4340 de 1 y 2

pulgadas de diámetro templados en agua con agitación suave.


Perfil de dureza en cubo de 1pulgada de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4340 templadas en agua.

40

45

50

55

60

0 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4

13/8

11/2

13/4

2

Ro

ckw

ell C


Perfil de dureza en cubo de 2pulgadas de diametro enmuestras de acero AISI/SAE4340 templadas en aceite.

Perfil de dureza en cubo de 1pulgada en muestras de aceroAISI/SAE 4340 templadas enaceite.

60

Resultados De Fotos Metalográficas Para Obtención Del Tamaño De Grano

Para Los Perfiles De Dureza Después Del Recocido.

Figura 49. Micrografía a 100 aumentos del acero AISI/SAE 1045 templado en agua a

850°C y un recocido completo por 30 min a 850°C.

Figura 50. Análisis micrográfico del acero AISI/SAE 1045 templado en agua para

tamaño del grano.

61

Figura 51. Micrografía a 100 aumentos del acero AISI/SAE 1045 templado en aceite a


Figura 52. Análisis micrográfico del acero AISI/SAE 1045 templado en aceite para

tamaño del grano.

62



Figura 54. Análisis micrográfico del acero AISI/SAE 4140 templado en agua para

tamaño del grano.

63



Figura 56. Análisis micrográfico del acero AISI/SAE 4140 templado en aceite para

tamaño del grano.

64



Figura 58. Análisis metalográfico del acero AISI/SAE 4340 templado en agua para

tamaño del grano.

65



Figura 60. Foto micrográfica del acero AISI/SAE4340 templado en aceite para tamaño

del grano.

66

ANALISIS

La importancia que tienen los tratamientos térmicos sobre los aceros es de vital

relevancia al momento de modificar sus propiedades mecánicas. De este modo se

priorizó este tipo de proceso en el proyecto haciendo énfasis en tratamientos de temple y

recocido; los cuales al ser aplicados a los aceros, adquieren una gran variedad de

matices que permiten obtener el máximo rendimiento mecánico en función del campo

de aplicación.

Los aceros empleados para el respectivo análisis son los aceros AISI/SAE 1045, 4140, y

4340. Estos aceros al ser hipoeutectoides, la austenización se realiza a 50°C por encima

de la temperatura crítica superior 𝐴3(temperatura eutectoide); más en específico se

elevó la temperatura a 850 °C para el caso del acero 1045, y 870°C para el caso de los

aceros 4140 y 4340; obteniendo así como constituyente la austenita, constatado en la

figura 53, la cual representa una fase importante en el tratamiento térmico de los

aceros debido a que es más densa que la ferrita y su estructura fcc (cubica centrada en

las caras) de fase simple, es dúctil a temperaturas elevadas.9 En esta fase de solubilidad

solida es donde se realizó el método de templado Jominy, en el cual se evidencian

constituyentes como martensita10

(solución sólida sobresaturada de carbono o carburos

de hierro en hierro alfa) bainita (en menor cantidad) y en un mayor porcentaje, perlita

(concentrada en el núcleo de la probeta). Seguido se tomaron muestras de dureza

Rockwell (tabuladas en las tablas 9-11), corroborando así la información teórica con la

practica con respecto a la proporcionalidad de la dureza-distancia de las probetas.

Figura 61. .Esquema de las microestructuras de una aleación hierro-carbono de

composición eutectoide.11


Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales. Pag 123. 10

APRAIZ, Op. cit; Pág. 115 11

Manufactura, Ingeniería Y Tecnología, Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Ulises rev. téc Figueroa López. Editorial Pearson.

Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales. Pag 123

67

Como se observa en la figura 62 al realizar un temple se involucran dos fases martensita

y perlita (ferrita + cementita). Al realizar templado en agua tenemos una disminución

térmica de 140°C/s con una fase mayor de martensita que perlita y en el caso de temple

en aceite se tiene una disminución de 35°C/s y logra una mayor fase perlitica dejando en

segundo lugar la martensita.

En la figura 63, Se ha elaborado un diagrama de conversión, por medio del cual las

secciones transversales cuadradas y rectangulares se pueden convertir en los redondos

equivalentes. Teóricamente se puede afirmar que para los cubos de una 1” son

equivalentes con la templabilidad de cilindros de 1” de igual modo para cubos de 2” se

tiene similitud con la templabilidad de cilindros de 2”.

Para comprobar la equivalencia de la geometría y la templabilidad de los perfiles de

dureza con respecto a la velocidad de enfriamiento y la distancia al extremo templado

de las curvas Jominy se hizo uso de la figura 64, suministrada por el libro guía Ciencia

e Ingeniería de los materiales Callister.

Figura 62. Microestructuras obtenidas para una aleación de hierro-carbono eutectoide en

función de la velocidad de enfriamiento.12

12


Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales. Pag 130

68

Figura 63. Correlación entre secciones transversales rectangulares y sus secciones

circulares equivalentes (de acuerdo con ISO)13

13

Steel and it´s heat treatment, Karl-Erik Thelning. Editorial Currently Chief Metallurgist, Boxholm. Capitulo 4;Hardenability. Pag

150

69

Figura 64. Velocidad de enfriamiento en función del diámetro de barras cilíndrica

70

Figura 65. Velocidad de enfriamiento para probeta de 2 pulgadas templado en agua para

diferentes distancias en aceros.

71

Figura 66. Curva de templabilidad para probeta de dos (2) pulgadas del acero AISI/SAE

1045 con distancias de velocidad de enfriamiento para temple en agua y sus respectivos

valores de dureza.

Probeta cilíndrica de dos (2) pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua

Perfil de dureza Centro (1) 1/2 (2) 3/4 (3) Superficie (4)

Dureza Rockwell C Teórico 26.2 27.4 36 56.1

Dureza Rockwell C Practico 26.8 27.81666667 36.46666667 55.31666667

Porcentaje de Error -2.290076336 -1.520681277 -1.296296306 1.396316096

Tabla 36. Perfil de dureza teórico y práctico para acero AISI/SAE 1045 muestra

cilíndrica de diámetro de 2 pulgadas templada en agua.

Figura 67. Perfil de dureza teóricas-prácticas de probeta cilíndrica de dos (2) pulgadas

de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Superficie(4)

3/4 (3) 1/2 (2) Centro (1) 1/2 (2) 3/4 (3) Superficie(4)

Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teoricas-practicas de probeta cilindrica de dos (2) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua.

Teorico

Practico

72





Porcentaje de Error 3.015267176 62.265206825 2.685185194 -0.534759358

Tabla 37. Perfil de dureza teórico y práctico para acero AISI/SAE 1045 muestra cubica

de 2 pulgadas templada en agua.

Figura 68. Perfil de dureza teórico-Prácticas de probeta cubica de dos (2) pulgadas,

Acero AISI/SAE 1045 temple en agua

Para acero AISI/SAE 1045 en muestra cilíndrica de dos (2) pulgadas de diámetro

temple en agua, podemos observar que en la Tabla 12 y Figura 5, nuestros datos

prácticos son semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta

2.2%, posiblemente puesto que el durómetro tiene como tal un margen de error de +1 a

-1 Rockwell C.

Para acero AISI/SAE 1045 en muestra cubica de dos (2) pulgadas temple en agua,

podemos observar que en la Tabla 24 y Figura 17, nuestros datos prácticos son

parecidos a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta de 3%, en este caso

la curva de velocidad de enfriamiento de cilindro es equivalente en estos puntos para la

geometría de cubos de 2 pulgadas temple en agua.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-Practicas de probeta cubica de dos (2) pulgadas, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua

Teorico

Practico

73



valores de dureza.



Dureza Rockwell C Teórico 53.8 54.9 56.1 57.6


Porcentaje de Error 0 0.789313898 0.653594777 1.012731476



Figura 70. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cilíndrica de dos (2) pulgadas de

diámetro, Acero AISI/SAE 4140 temple en agua.

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cilindrica de dos (2) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 4140 temple en agua.

Teorico

Practico

74





Porcentaje de Error 2.044609665 2.003642987 2.317290553 0.057870365



Figura 71. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cubica de dos (2) pulgadas,

Acero AISI/SAE 4140 temple en agua.



prácticos son semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error de hasta

1%, posiblemente puesto que el durómetro tiene como tal un margen de error de +1 a -1

Rockwell C.



parecidos a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta de 2,3%, en este

caso la curva de velocidad de enfriamiento de cilindro es equivalente en estos puntos

para la geometría de cubos de 2 pulgadas temple en agua.

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practica de probeta cubica de dos (2) pulgadas, Acero AISI/SAE 4140 temple en agua.

Teorico

Practico

75



valores de dureza.





Porcentajes de Error -0.53667263 -0.917702789 -0.676072892 0.434027778




diámetro, Acero AISI/SAE 4340 temple en agua.

55

55,5

56

56,5

57

57,5

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cilindrica de dos (2) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 4340 temple en agua.

Teorico

Practico

76





Porcentaje de Error 3.041144902 1.243339254 0.881834215 0



Figura 74. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cubica de dos (2) pulgadas,

Acero AISI/SAE 4340 temple en agua.



prácticos son semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta del

0.9 %, posiblemente puesto que el durómetro tiene como tal un margen de error de +1 a

-1 Rockwell C.



parecidos a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta de 3%, en este caso

la curva de velocidad de enfriamiento de cilindro es equivalente en estos puntos para la


52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cubica de dos (2) pulgadas, Acero AISI/SAE 4340 temple en agua.

Teorico

Practico

77

Figura 75. Velocidad de enfriamiento para probeta de 2 pulgadas templado en aceite

para diferentes distancias en acero.

78


AISI/SAE 1045 con distancias de velocidad de enfriamiento para temple en aceite y sus

respectivos valores de dureza.

Probeta cilíndrica de dos (2) pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite






cilíndrica de diámetro de 2 pulgadas templada en aceite.


diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite.

20

22

24

26

28

30

32

34

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cilindrica de dos (2) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite

Teorico

Practico

79







de 2 pulgadas templada en aceite.


Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite.


temple en aceite, podemos observar que en la Tabla 13 y Figura 6, nuestros datos

prácticos son semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error de hasta


-1 Rockwell C.

Para acero AISI/SAE 1045 en muestra cubica de dos (2) pulgadas temple en aceite,


diferentes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error 5.8%, probablemente

porque las características físicas del aceite empleado en la práctica no son símiles a los

empleados por el libro. Además, la técnica implementada en la agitación no

necesariamente fue constante.

20

22

24

26

28

30

32

34

Superficie(4)


Ro

cwel

l C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cubica de dos (2) pulgadas, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite.

Teorico

Practico

80


4140 con distancias de velocidad de enfriamiento para temple en aceite y sus




Dureza Rockwell C Teórico 50 52.1 53.8 55.2





Figura 80. Perfil de dureza teórico- prácticas de probeta cilíndrica de dos (2) pulgadas

de diámetro, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite.

48

49

50

51

52

53

54

55

56

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-pracitcas de probeta cilindrica de dos (2) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite.

Teorico

Practico

81



Dureza Rockwell C Teórico 50 52.1 53.8 55.2

Dureza Rockwell C Practico 45.05 47 48.01666667 49








prácticos son semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta

1,9%, posiblemente puesto que el durómetro tiene como tal un margen de error de +1 a

-1 Rockwell C.



diferentes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta 11.2%,

probablemente porque las características físicas del aceite empleado en la práctica no

son símiles a los empleados por el libro. Además, la técnica implementada en la

agitación no necesariamente fue constante.

40

45

50

55

60

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cubica de dos (2) pulgadas, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite.

Teorico

Practico

82


AISI/SAE 4340 con distancias de velocidad de enfriamiento para temple en aceite y sus






Porcentaje de Error 0.460405157 0.57471265 1.243339254 0




diámetro, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cilindrica de dos (2) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite

Teorico

Practico

83









Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite



prácticos son semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta de


-1 Rockwell C.



diferentes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta de 19,5%,




20

25

30

35

40

45

50

55

60

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cubica de dos (2) pulgadas, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite

Teorico

Practico

84

Figura 85. Velocidad de enfriamiento para probeta de una 1 pulgada de diámetro

templado en agua para diferentes distancias en acero.

85

Figura 86. Curva de templabilidad para probeta de una (1) pulgada del acero AISI/SAE


valores de dureza.

Probeta cilíndrica de una (1) pulgada de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua


Dureza Rockwell C Teórico 37.7 45.6 51.3


Porcentajes de Error -1.941909814 -0.95029239 -1.299545166


cilíndrica de diámetro de 1 pulgada templada en agua.

Figura 87. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cilíndrica de una (1) pulgada de

diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cilindrica de una (1) pulgada de diametro, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua

Teorico

Practico

86



Dureza Rockwell C Teórico 37.7 45.6 51.3


Porcentaje de Error 1.591511936 3.472222215 0.487329435


de 1 pulgada templada en agua.

Figura 88. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cubica de una (1) pulgada,

Acero AISI/SAE 1045 temple en agua

Para acero AISI/SAE 1045 en muestra cilíndrica de una (1) pulgadas de diámetro




-1 Rockwell C. En el caso de la superficie no se encontró curva de velocidad de

enfriamiento para un diámetro de 1 pulgada en los libros guías y en la web. Por ende

contemplamos la idea que en la superficie el valor de dureza Rockwell C es la práctica

ya que en efecto es la mayor dureza que se encuentra entre todas.

Para acero AISI/SAE 1045 en muestra cubica de una (1) pulgada temple en agua,


semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta de 3.4%, en este



20

25

30

35

40

45

50

55

60

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cubica de una (1) pulgada, Acero AISI/SAE 1045 temple en agua

Teorico

Practico

87



valores de dureza.



Dureza Rockwell C Teórico 55 56.1 56.9


Porcentajes de Error 1.727272727 0.802139037 0.175746924



52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practica de probeta cilindrica de una (1) pulgada de diametro, Acero AISI/SAE 4140 temple en agua

Teorico

Practico

88

Figura 90. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cilíndrica de una (1) pulgada de




Dureza Rockwell C Teórico 55 56.1 56.9





Figura 91. Perfil de dureza teórico-practica de probeta cubica de una (1) pulgada, Acero

AISI/SAE 4140 temple en agua






enfriamiento para un diámetro de 1 pulgada en los libros guías y en la web, por ende se

contempla la idea, en que, en la superficie el valor de dureza Rockwell C es la práctica,




semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error 3.6%, en este caso la

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practica de probeta cubica de una (1) pulgada, Acero AISI/SAE 4140 temple en agua

Teorico

Practico

89

curva de velocidad de enfriamiento de cilindro es equivalente en estos puntos para la




valores de dureza.



Dureza Rockwell C Teórico 56.8 57 57.6


Porcentaje de Error -0.264084507 -0.409356719 0.173611111



90

Figura 93. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cilíndrica de una (1) pulgada de




Dureza Rockwell C Teórico 56.8 57 57.6





Figura 94. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cubica de una (1) pulgada, Acero

AISI/SAE 4340 temple en agua.

56,2

56,4

56,6

56,8

57

57,2

57,4

57,6

57,8

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practica de probeta cilindrica de una (1) pulgada de diametro, Acero AISI/SAE 4340 temple en agua

Teorico

Practico

53

54

55

56

57

58

59

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practica de probeta cubica de una (1) pulgada, Acero AISI/SAE 4340 temple en agua.

Teorico

Practico

91






enfriamiento para un diámetro de 1 pulgada en los libros guías y en la web, por ende se

contempla la idea, en que, en la superficie el valor de dureza Rockwell C es la práctica,




semejantes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta de 3,6%, en este



92

Figura 95. Velocidad de enfriamiento para probeta de 1 pulgada de diámetro templado

en aceite para diferentes distancias en acero.

93




Probeta cilíndrica de una (1) pulgadas de diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite




Porcentaje de Error 0.367647059 -3.242320819 -2.156862735 1.295896328


cilíndrica de diámetro de 1 pulgada templada en aceite.

Figura 97. Perfil de dureza teórico-práctica de probeta cilíndrica de una (1) pulgadas de

diámetro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite

20

25

30

35

40

45

50

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practica de probeta cilindrica de una (1) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite

Teorico

Practico

94





Porcentaje de Error 6.988823529 3.242320819 -0.343137265 0.395968315


de 1 pulgada templada en aceite.

Figura 98. Perfil de dureza teórico-prácticas de Probeta cubica de una (1) pulgada,






-1 Rockwell C.

Para acero AISI/SAE 1045 en muestra cubica de una (1) pulgada temple en aceite,






20

25

30

35

40

45

50

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de Probeta cubica de una (1) pulgada, Acero AISI/SAE 1045 temple en aceite

Teorico

Practico

95

Figura 99. Curva de templabilidad para probeta de una (1) pulgada de diámetro del

acero AISI/SAE 4140 con distancias de velocidad de enfriamiento para temple en aceite

y sus respectivos valores de dureza.








Figura 100. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cilíndrica de una (1) pulgadas

de diámetro, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cilindrica de una (1) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite

Teorico

Practico

96




Dureza Rockwell C Practico 51.05 53.03333333 53.98333333 55





Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite





-1 Rockwell C.



diferentes a los datos teóricos, obteniendo un margen de error hasta de 5.1%,




50

51

52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cubica de una (1) pulgada, Acero AISI/SAE 4140 temple en aceite

Teorico

Practico

97











Figura 103. Perfil de dureza teórico-prácticas de probeta cilíndrica de una (1) pulgadas

de diámetro, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cilindrica de una (1) pulgadas de diametro, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite

Teorico

Practico

98














-1 Rockwell C.







Sintetizando los perfiles de dureza, los perfiles cilíndricos mantuvieron la proporción

práctica con respecto a la teórica con un margen de error igual o menor a 3% en los

temples de agua y aceite independientemente de su tamaño. En el caso de los perfiles

cúbicos se presentaron alteraciones mayores al 19% de margen de error en los

templados en aceite en cambio en los perfiles cúbicos templados en agua se mantuvo un

bajo margen de error de hasta 3.4%.

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Superficie(4)


Ro

ckw

ell C

Perfil de dureza teorico-practicas de probeta cubica de una (1) pulgada, Acero AISI/SAE 4340 temple en aceite

Teorico

Practico

99

Los materiales aún después de haber pasado por un tratamiento térmico como es el

temple, se encuentran con unas características como lo son tener una gran dureza y

grandes tensiones internas que hacen necesario aplicar un proceso de recocido14

, el cual

tiene como objetivo eliminar los efectos del trabajo en frio, ablandando y ductilizando

un material agrio y de este modo mejorando las propiedades mecánicas del material

(aumento de la resistencia a la tracción y la resiliencia) puesto que con el sólo templado

los aceros tienen muy poca ductilidad y tenacidad.

Para determinar el tipo de recocido empleado y hacer el adecuado análisis del tamaño

del grano de los aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340 se hace necesario hacer uso de la

figura 103:

Figura 105. Diagrama de fases hierro-carburo próximo al eutectoide, donde se indica el

tramo de la temperatura de tratamiento térmico del acero al carbono.

(Tomado de: Materials Science and Engineering: An Introduction; William D. Callister, Jr., EDITORIAL REVERTÉ, S.A 6th

Edition, page 339)

Figura 106. Relaciones del tamaño de grano por uniformidad, variedad y orientación

(Tomado de: Standard Test Methods forDetermining Average Grain Size)

14

Materials Science and Engineering: An Introduction; William D. Callister, Jr., EDITORIAL REVERTÉ, S.A 6th Edition, page

338-340




100

Se corrobora que el recocido empleado es un recocido completo, el cual se implementó

en probetas cilíndricas de 1” de diámetro a una temperatura de 850°C para el caso de las

probetas de acero AISI/SAE 1045 y 870°C para el caso de las probetas de acero

AISI/SAE 4140 y 4340 durante 30 minutos, seguido se enfriaron a una velocidad

constante de 10°C/h hasta llegar la temperatura ambiente, convirtiendo la martensita

superficial (de aspecto aspero) en perlita gruesa, la cual es suave y dúctil con granos de

tamaño finos y uniformes15

(figuras 47 – 58). Este tipo de modificación pudo obtenerse

debido a la velocidad de enfriamiento y el tipo de recocido empleados en el proceso,

permitiendo que un gran porcentaje de martensita (obtenida previamente en el proceso

de templado) pueda ser satisfactoriamente transformada en perlita gruesa, generando

una evidente proporción coexistente entre la ferrita (color blanco) y la cementita (color

negro), que para efectos de aplicación genera mejoras para la maquinabilidad,

estabilidad dimensional y el equilibrio adecuado entre la tenacidad y la dureza del

material.16

El tamaño del grano después de haberse empleado el proceso de recocido completo al

ser fino y uniforme, aumentan los límites en el grano, el cual efectivamente se

confirman empalmando los análisis micrográficos de las fotos metalográficas con las

grafica 104. De este modo se puede inferir en la relevancia que tiene la influencia del

tamaño del grano en la mejora de la tenacidad del material, debido a que esta propiedad

está vinculada a la reducción de la movilidad de las dislocaciones del grano; es decir

mayores fuerzas mecánicas serán requeridas para iniciar la deformación plástica.17

15


Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales. Pag 139 16


Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales Pag 129 17

Materials Science and Engineering: An Introduction; William D. Callister, Jr., EDITORIAL REVERTÉ, S.A 6th Edition, page

172-173


101

CONCLUSIONES

1. Tres cuartos (3/4) de la totalidad de los perfiles de dureza obtenidos tienen un

margen de error menor al 4%, por lo que se corrobora la equivalencia existente en la

templabilidad de los perfiles de dureza de geometría cubica a geometría cilíndrica.

2. Independientemente de la composición de los aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340, a la

misma distancia del extremo de templado Jominy, la velocidad de enfriamiento es la

misma.

3. Con base en los valores de dureza obtenidos de los perfiles de dureza, se evidencia la

proporcionalidad existente entre la distancia de templado Jominy con las curvas de

velocidad de enfriamiento de los perfiles de dureza.

4. A partir de las fotos micrográficas obtenidas del recocido, se corrobora la variación de

las microestructuras existentes en el extremo templado de los perfiles de dureza

cilíndricos y cúbicos.

5. Los valores de dureza obtenidos en el perfil de dureza de geometría cúbica al tener

equivalencia con los perfiles de dureza de geometría cilíndrica permiten inferir sobre la

importancia que tienen las curvas de templabilidad Jominy y su aplicación en la

variedad de tamaño y geometría.

102

RECOMENDACIONES

Para disminuir el margen de error se recomienda emplear un instrumento el cual

pueda controlar una constante de agitación.

Para procesos de corte metalográfico en probetas templadas se recomienda

emplear probetas inferiores a 2 pulgadas de diámetro, puesto que es complejo el

corte.

103

ANEXOS

Certificados Aceros AISI/SAE 1045, 4140 y 4340

109

BIBLIOGRAFIA

Materials Science and Engineering: An Introduction; William D. Callister, Jr.,

EDITORIAL REVERTÉ, S.A 6th Edition, page 340-341

Tratamientos Térmicos De Los Aceros, José Apraiz Barreiro. Editorial Dossat S. A, 1984 Madrid. Capítulo III Tratamientos térmicos Pág. 69.

Manufactura, Ingeniería Y Tecnología, Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Ulises rev.

téc Figueroa López. Editorial Pearson. Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos

y propiedades de manufactura de los materiales. Pag 123.

Manufactura, Ingeniería Y Tecnología, Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Ulises rev. téc Figueroa López. Editorial Pearson. Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales Pag 129. Manufactura, Ingeniería Y Tecnología, Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Ulises rev.

téc Figueroa López. Editorial Pearson. Capitulo 2; comportamiento mecanico, ensayos

y propiedades de manufactura de los materiales. Pag 130.

Steel and it´s heat treatment, Karl-Erik Thelning. Editorial Currently Chief Metallurgist,

Boxholm. Capítulo 4; Hardenability. Page 150.

Materials Science and Engineering: An Introduction; William D. Callister, Jr., EDITORIAL REVERTÉ, S.A 6th Edition, page 172-173





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