UNIVERSIDAD DE ORIENTE
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NCLEO DE ANZOTEGUI
ESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE MECNICA
SECCIN DE MATERIALES Y MANUFACTURA
LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA II
Informe de la Prctica N 5
TEMPLABILIDAD DE LOS ACEROS
Revisado por: Realizado por:
Prof. Glorys Lpez
Farias Oscarina. 19.457.309 Seccin: 22 Tapia, Randy.
19.611.223
Campos, Wilmarys. 18.550.234
Puerto la Cruz, Enero de 2011
RESUMEN
En la prctica se estudi la templabilidad de 4 probetas de
dimensiones normalizadas, fabricadas en aceros de composicin qumica
distintas, esta propiedad denominada templabilidad se efecta
mediante el ensayo Jominy. Cabe destacar que en la experiencia ya
las probetas se le haba realizado el ensayo, por lo tanto se inicio
con un pulido mecnico posteriormente se realiz un ataque qumico, se
midi la distancia y dureza que adquiere el acero a partir del
extremo templado y finalmente se efectu el estudio de microscopa
ptica; se aprecio que a medida que se fue alejando del extremo
templado el % de martensita decreci, fomentando as la formacin de
otros micro constituyentes. Se determino que la templabilidad de
una probeta es la facilidad con la que se transforma acero en
martensita, es por ello que este trmino no es una medida de la
dureza del acero.
INDICE
Pg.
Resumen....................................................................................................................III.
INTRODUCCIN.................................................................................................4
II.
OBJETIVOS.........................................................................................................5
2.1. General5
2.2. Especficos. 5
III. MARCO
TERICO............................................................................................6
IV. EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS...8
3.1. Equipos8
3.2. Materiales8
3.3. Sustancias9
V. PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL..............................................................10
VI.
RESULTADOS...................................................................................................11
VII. ANLISIS DE
RESULTADOS.......................................................................
VIII.
CONCLUSIONES...........................................................................................
IX.
REFERENCIAS..................................................................................................
X. APNDICE..
10.1. Apndice B: Anexos.
10.2. Apndice C: Asignacin
I. INTRODUCCINLa templabilidad est determinada por la
profundidad y distribucin de la dureza en el interior de las piezas
templadas, un procedimiento estndar que es ampliamente utilizado
para determinar esta propiedad es el ensayo Jominy.
Esta propiedad es estudiada para describir la habilidad de una
aleacin para ser endurecida por la formacin de martensita como
resultado de un tratamiento trmico; los aceros de bajo carbono
tienen baja templabilidad, solo muy altas velocidades de
enfriamiento permiten que toda la austenita se transforme en
martensita. Los aceros aleados tienen alta templabilidad, dicha
propiedad no se refiere a la dureza del acero son 2 caractersticas
distintas que se confunden con frecuencia y conviene diferenciarlas
con claridad. La dimensin de la pieza que va a ser templada tiene
un efecto directo sobre la templabilidad del material.
La templabilidad es el factor ms importante para la seleccin de
los aceros que se van a usar en piezas tratadas trmicamente. Esta
prctica tiene como objetivo analizar la templabilidad de 4 probetas
a estudio, estableciendo diferencias entre las mismas.
II. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General:
Establecer diferencias en cuanto a templabilidad entre 4
probetas sometidas a ensayos Jominy.2.2. Objetivos especficos:
Realizar ensayo Jominy a 4 probetas de dimensiones normalizadas
fabricadas en aceros de composiciones distintas.
Generar curvas de templabilidad para los materiales sometidos a
ensayo Jominy.
Comparar la templabilidad de los materiales en estudio a partir
de las curvas generadas y de las micro estructuras que se generan a
lo largo de las probetas Jominy.
Analizar la aplicabilidad de los materiales a estudio para un
servicio donde se especifica un cierto ndice de templabilidad.
III. MARCO TERICO
La templabilidad de un acero es una propiedad que determina la
profundidad y distribucin de la dureza alcanzada al producirse un
enfriamiento desde la zona austentinica. La templabilidad del
hierro aumenta si se aaden aleantes, con los que a mas carbono mas
templabilidad, sin embargo tambin aumenta el volumen, con lo que el
enfriamiento de la pieza no es homogneo, y enfra antes en el
exterior que en el ncleo, el cual no se podr dilatar al enfriarse
por la compresin ejercida por la pieza ya enfriada, crendose unas
tensiones de compresin en el interior y de traccin en la superficie
que pueden llegar a romperla, con lo que hay que bajar el contenido
en carbono, pero a su vez la templabilidad baja, con lo que se crea
una contradiccin.
La templabilidad depende de la composicin qumicadelacero; todos
losaceros aleadostienen una relacin especfica entre las propiedades
mecnicas y la velocidad de enfriamiento. Templabilidad no esdureza,
que significa resistencia a la penetracin, aunque se utilizan
medidas de dureza para determinar la extensin de la transformacin
martenstica en el interior de una probeta.
La adicin de elementos aleantes o el engrosamiento del grano
austenitico incrementa la templabilidad de un acero. Cualquier
acero que tiene una velocidad crtica de enfriamiento baja se
endurecer ms profundamente que uno que tiene una velocidad de
enfriamiento alta de templado. La dimensin de la pieza que va ser
templada tiene un efecto directo sobre la templabilidad del
material.
Se considera que el temple de un acero es aceptable cuando la
microestructura esta formada por lo menos con un 50% de martensita,
pero para conseguir las mejores caractersticas mecnicas en el
producto final el porcentaje de martensita debe de estar entre el
50 y el 90 %. Si se realiza un temple mal, nos podemos encontrar
con defectos en la pieza como una dureza insuficiente para nuestros
propsitos, que se hayan formados puntos blandos, piezas con mucha
fragilidad, descarburacin, grietas etc. La dureza escasa y la
formacin de puntos blandos se explican por la falta de
calentamiento, por no haber alcanzado la temperatura necesaria, o
por no haber permanecido el suficiente tiempo en ella, la
fragilidad excesiva es por un temple a temperaturas altas, etc. por
lo cual hay que extremar los cuidados a la hora de iniciar un
proceso de temple, y realizarlo correctamente, ya que son muchos
los factores que pueden daar las piezas, y que no sean validas para
nuestros propsitos. Se sabe que una pieza de acero enfriada en un
medio cualquiera tendr una velocidad de enfriamiento que depende de
varios factores y una vez que estos son determinados, se debe
buscar alguna manera de comparar y predecir lo que ir a suceder
cuando se realice tal enfriamiento. Para esto es necesario que
primeramente se entienda lo que es la templabilidad. Existen muchos
ensayos para determinar la templabilidad, pero el ms utilizado es
el ensayo Jominy, cuyos resultados se expresan como una curva de
dureza frente a la distancia desde el extremo templado, la cual se
le conoce como curvas de templabilidad. Del estudio de estas curvas
se puede observar que la mxima dureza que se consigue en el temple
del acero es funcin del contenido en carbono.
El ensayo Jominyes un procedimiento estndar para determinar la
templabilidad. Se trata de emplear una probeta estandarizada del
acero estudiado. La probeta utilizada para el ensayo es cilndrica,
de un dimetro de25mm, y una longitud de100mm. Primero se calienta a
la temperatura deaustenizacin, enfrindola posteriormente mediante
un chorro deaguacon una velocidad de flujo y a una temperatura
especificada, el cual slo enfra su cara inferior.
Una vez terminado el enfriamiento se rectifican dos generatrices
opuestas de la probeta una profundidad mnima de 0,4 mm a lo largo
de toda su longitud, determinndose despus su durezaRockwell c. Las
medidas de dureza se realizan cada1,6 mm, durante la primera
pulgada (25,4 mm). Posteriormente se determina la dureza cada5 mm.
Los resultados obtenidos se registran en un grfico estndar, donde
se relacionan la dureza obtenida, con la distancia al extremo
templado
IV. EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS
4.1. EQUIPOS
Disco Giratorio de Pulido
Marca: Buehler
Tipo: RPA
Ap: 0.25 ( 0.17
Rpm: 1725/1140
Microscopio Metalogrfico
Durmetro Rockwell. Marca Wilson. Modelo 3JR
Secador elctrico 110V
Horno
4900 Furrace
Barnstead Thermolyne
Ap: 1C
4.2. MATERIALES
Brisol
Papel Absorbente
Algodn
4 Probetas de Acero
Capsula o contenedor
Escuadra (25 cm)
Apr ( 0.1mm)
4.3. SUSTANCIAS
Agua
Polvos de Almina de 1 y 0.3
Alcohol Absoluto
Nital al 2%
V. PROCEDIMIENTO O METODOLOGA
Se repuli las probetas.
Una vez lista las probetas para el ataque, se procedi a escoger
el reactivo el cual fue nital al 2%.
El nital se coloc en una capsula.
Se sujet las probetas y luego fue puesta en contacto el rea
transversal pulida con el reactivo.
Se coloc en contacto con un papel absorbente.
Se sumergi las muestras en agua y alcohol para cortar el efecto
del ataque.
Las probetas se seco con el secador elctrico.
Se marcaron puntos cada vez ms alejados del extremo templado con
un instrumento de medicin
Se determin la dureza Rockwell C de cada uno de los puntos de
las probetas estudiadas.
Se realiz en el microscopio metalogrfico el estudio de los micro
constituyentes presentes en cada uno de los puntos, cada vez ms
distantes del extremo templado en las probetas.
Se estim los porcentajes de fases presentes en cada uno de los
puntos dispuestos anteriormente.
Se elabor la tabla y graficas con los resultados obtenidos.
VI. RESULTADOS
Probeta 1Probeta 2Probeta 3Probeta 4
JRCFerritaPerlitaBainita SuperiorBainita InferiorMAustenita
RetenidaJRCFerritaPerlitaBainita SuperiorBainita InferiorMAustenita
RetenidaJRCFerritaPerlitaBainita SuperiorBainita InferiorMAustenita
RetenidaJRCFerritaPerlitaBainita SuperiorBainita InferiorMAustenita
Retenida
-435090103483133050203232080
-86486466566
-1210471045102104
-2016421580516435851016180201623070
-403042304230-430-2
-60503615570105036454550-6851550-58020
-8070345301055703215404570-7901070-98515
-908531207010853120701085-10901085-129010
VII. ANLISIS DE LOS RESULTADOS
En la tabla 6.1 se establecen las fases obtenidas despus de un
ensayo Jominy. En la probeta n 1 se puede apreciar que la
martensita iba disminuyendo considerablemente a medida que se
alejaba del extremo templado, esto se debe a la velocidad de
enfriamiento desde la temperatura de austenizacin, por lo tanto, la
velocidad de enfriamiento a medida que se aleja del extremo
templado es mas lenta y por consiguiente va formando otros micro
constituyentes y la martensita va disminuyendo su valor hasta
desaparecer. Esta probeta presento mayor dureza a una distancia
Jominy de 3mm, debido a que en dicho punto se encontraba un
contenido muy alto de martensita, esta acero es de muy buena
templabilidad, se pudo percibir como la dureza penetro.
En la probeta n 2 , se pudo notar que es el acero de mejor
templabilidad en comparacin con las otras probetas, tiene ms
contenido de carbono y elementos aleantes.
En la probeta n 3, no se observo ningn contenido de martensita
en ningn punto, la nariz estuvo muy pegada al eje, solo se noto la
presencia de ferrita, perlita y Bainita superior. Las dureza son
bajas debido a que no hay martensita y fueron disminuyendo a medida
que se alejaban de la zona templada. La probeta presento
variaciones de dureza. En la probeta n 4 al igual que la 3 no se
observo presencia de martensita solo ferrita y perlita, la ferrita
estuvo sometida a sobre calentamiento, cabe destacar que con la
velocidad de enfriamiento mas lenta se forma mas ferrita.Farias,
OscarinaEn la Tabla 6.1 se muestran las micro estructuras de aceros
templados con anterioridad por ensayo Jominy.
La probeta N 1 muestra un alto contenido de martensita desde el
punto de extremo templado, punto donde su dureza es mxima; la misma
va disminuyendo a medida que se acerca al punto opuesto del extremo
templado. La velocidad de enfriamiento es ms lenta a medida que se
va alejando del punto de extremo templado y en consecuencia la
martensita va desapareciendo continuamente mientras otros
micro-constituyentes se van formando. Como se puede observar en la
tabla, esta fue la probeta que present mayor dureza entre las 4 al
inicio del estudio metalografico, es decir tenia una alta cantidad
de martensita y se puede considerar que posee una buena
templabilidad.
Para la probeta N 2 el comportamiento de la templabilidad es muy
similar al de la probeta anterior, sin embargo la presencia de
martensita continua en la probeta 2, lo cual la deja con una mejor
templabilidad, adems de poseer ms cantidad de carbono y elementos
aleantes.
En la probeta N 3 y 4 se observa una progresiva disminucin de la
dureza a medida que se aleja del punto de templado, no obstante no
hay rastro de martensita bajo el microscopio, solo perlita, ferrita
y bainita superior en algunos casos. Debido a que no hay martensita
la dureza presentada desde el inicio hasta el fin de la probeta es
muy pequea, sin embargo existe dureza por la presencia de la
perlita que es la fase ms dura presente en las muestras. A medida
que se aleja del punto de templado la velocidad de enfriamiento es
menor y la perlita disminuye paulatinamente. Al final el resultado
obtenido es una estructura casi ferrifica con muy baja dureza.
Tapia, RandyEn la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos
durante la prctica. A las cuatro probetas seleccionadas que haban
sido previamente templadas por ensayo Jominy se les realizaron
ensayos de dureza y se observo su microestructura, para de esa
forma estimar las fases por evaluacin visual.
En la probeta N 1 y N 2 la dureza disminuye en forma progresiva
desde el extremo el cual fue incidido por el chorro hasta el
extremo opuesto, as mismo relacionados
ueron sometidas
con los microconstituyentes presentes, en este caso, martensita.
El cambio de dureza va disminuyendo de acuerdo a varias mezclas
presentes como ferrita, bainita superior, bainita inferior,
austenita revenida y martensita; disminuyendo considerablemente la
cantidad de martensita y la rapidez de enfriamiento. En la probeta
N 3 y N 4, tambin se nota que la dureza disminuye progresivamente
desde el extremo templado hasta el extremo opuesto. Esto se debe a
que la velocidad de enfriamiento en el extremo templado es mucho
mayor que la velocidad en el otro extremo debido al medio de temple
al que fue expuesto. Estos resultados son los esperados por las
fases conseguidas (Perlita y Ferrita) en los puntos de las probetas
que fueron analizados microscpicamente. El contenido de perlita
disminuye a medida que se va analizando cada punto a partir del
extremo templado hacia el extremo as como el porcentaje de ferrita
va en aumento, y como es sabido, la perlita es la fase ms dura
presente en la muestra, y mientras ms alto sea su contenido mayor
ser la dureza del acero. Cabe destacar que en las probetas no se
observ martensita a pesar del temple al que fue sometida como era
de esperarse ya que esta es la fase caracterstica despus de aplicar
este tratamiento, la ausencia de ella en la probeta pudo ser por el
porcentaje de carbono de la pieza que era muy bajo.Wilmarys
CamposVIII. CONCLUSIONES La templabilidad es una propiedad.
La dureza que se obtiene depende del contenido de carbono.
La templabilidad depende de las caractersticas de transformacin
del material es decir del diagrama de enfriamiento continuo y por
ende de la composicin y el tamao de grano.
Los elementos de aleacin aumentan la templabilidad, retardando
la transformacin en las regiones de perlita y de bainita,
permitiendo as la formacin de martensita a rapideces de
enfriamiento menores
Es importante la especificacin de la templabilidad en un acero
ya que el comprador tendr las propiedades mecnicas deseadas.
La velocidad de enfriamiento es menor a medida que aumenta la
distancia desde el extremo templado hasta el punto en estudio.
Al aumentar la distancia, la velocidad de enfriamiento es ms
lenta y el carbono dispone de ms tiempo para su difusin y formacin
deperlita. Las curvas de templabilidad resumen en un grafico el
comportamiento de una pieza respecto al temple.
IX. REFERENCIAS
9.1. Fuente Impresa:
Avner, Si. Introduccin a la metalurgia fsica. Editorial McGraw
Hill.1988. Apraiz, J. Tratamientos trmicos de los aceros. Editorial
Dossat. Ao 1978.
Valencia, A. Metalurgia Fsica. Editorial Universidad de
Antioquia, Medelln. Ao 1987.
X. APNDICES
10.1. Apndice B: Anexos
Figura 10.1.1.Probeta de Ensayo de Jominy
10.2. Apndice C: Asignacin 10.2.1 )Defina dimetro critico ideal
y severidad del medio refrigerante.
Diametro critico ideal (Di): es el dimetro expresado en pulgadas
del mayor redondo de ese acero, en el cual se consigue una
estructura microscpica con 50% de martensita, despus de ser
enfriadolas desde la temperatura de temple en un medio de
enfriamiento terico, cuya capacidad de absorcin de calor fuese
infinita.
Severidad del medio Refrigerante: es aquella que regula la
velocidad de enfriamiento de la superficie que a su vez rige el
enfriamiento del cuerpo, el cual segn siempre es mas lenta. Para un
valor alto de H el enfriamiento de la superficie ser rpido y para
H= este enfriamiento ser instantneo, es decir que la superficie del
acero adquirir la temperatura del medio en forma instantnea. Esta
severidad no se consigue con ningn medio de enfriamiento; solo
constituye un valor ideal lograble con un medio ideal.
10.2.2) Determine el DI del siguiente acero A: 0.4%C Y 0.6% MN
(ASTM8).
DI= 1.2(SI) *3.13(MN)
DI=3.756
10.2.3) En la grafica se muestra el comportamiento de la
templabilidad de varios aceros.
A) Establezca los valores de dureza que se obtienen en cada uno
de ellos a una distancia Jominy de 14/16 desde el extremo templado
de la probeta.
AcerosDureza(RC)
5140 26
5540 28
4140 37
4540 45
4340 44
B) Si la rapidez de enfriamiento de un punto de una barra de
acero AISI 4340 produce una dureza de 45RC, indique si este valor
de dureza se mantiene para el mismo punto cuando la barra se
fabrica de AISI 4140.
R: El valor de la dureza se mantiene igual en el mismo punto
para ambos aceros debido a que poseen el mismo % de carbono y cabe
destacar que la dureza depende solo del contenido de carbono.
C) Cul de los dos aceros presenta mayor templabilidad?R: El
acero AISI 4340 (CR-NI-MO) presenta mayor templabilidad que el
acero 4140 (CR-MO) ; debido a la presencia de mas elementos
aleantes lo cual influye mucho en la templabilidad de los
aceros.
D) Cul seria la velocidad de enfriamiento para el punto
anterior?
R: Si estos aceros tienen igual tamao y forma se enfran
prcticamente con igual velocidad en sus puntos homlogos y en el
mismo medio.10.2.4) Mediante diagramas de TTT establezaca
diferencias entre los aceros estudiados en la prctica.
PROBETA 1 PROBETA 2 PROBETA 3PROBETA 4
1.Buena templabilidad
1.Excelente templabilidad tiene mas contenido de carbono y
elementos aleantes que los otros 3 aceros.1. Baja
templabilidad.
1. Baja templabilidad ,ferrita sometida a
sobrecalentamiento.
2.La presencia de martensita en dicho acero fue disminuyendo
hasta desaparecer a medida que se alejaba de la zona templada.2. La
martensita fue disminuyendo a medida que se alejaba del extremo
templado pero no desapareci.
2.los microconstituyentes
Que se formaron fueron ferrita,perlita y bainita superior
2.los microconstituyentes que aparecieron en este acero fue
ferrita y perlita.
3. Nariz alejada del eje.
3. Nariz alejada del eje.
3.Nariz pegada al eje.
3.Nariz muy pegada al eje.
4.Transformacion sin difusin
4.transformacion sin difusin.
4.Transformacion con difusin.
4.Transformacion con difusin.
5.La dureza no varia en cantidades tan distante5. La dureza no
varia en cantidades tan distante5. variaciones de
dureza5.variaciones de dureza
10.2.5) Es igual la velocidad de enfriamiento para las 4
probetas a una DJ:40 mm? Justifique su respuesta.
R: La velocidad de enfriamiento en un mismo punto es la misma
para las 4 probetas; debido a que esta no depende de la composicin
qumica de los aceros; si no del medio de enfriamiento, la seccin de
la pieza y si tienen el mismo dimetro depende de la distancia a la
superficie , pero en este caso estn a la misma distancia.
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