PRÁCTICA No. 3

“TEMPLE DE UN ACERO 1045 CON AUSTENIZACION COMPLETA”

IVAN FERNANDO PEREZ RODRIGUEZ. cód. 200920179

LUIS CARLOS QUINTERO S. cód. 200710201

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA

2013

TUNJA

PRÁCTICA No. 3

“TEMPLE DE UN ACERO 1045 CON AUSTENIZACION COMPLETA”

IVAN FERNANDO PEREZ RODRIGUEZ. cód. 200920179

LUIS CARLOS QUINTERO S. cód. 200710201

INFORME No. 3 LABORATORIO DE TRATAMIENTOS TERMICOS

Ing. PEDRO VICENTE RODRIGUEZ FONSECA

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA

2013

TUNJA

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION.............................................................................................................................4

OBJETIVOS.....................................................................................................................................5

PRACTICA EXPERIMENTAL.......................................................................................................6

MARCO TEORICO.........................................................................................................................7

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..........................................................................................9

ANÁLISIS DE RESULTADOS....................................................................................................11

PREGUNTAS.................................................................................................................................12

BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................................19

INTRODUCCION

Los tratamientos térmicos han sido muy importantes como acondicionamiento de las herramientas y partes de maquinas que necesitan cumplir con ciertas características mecánicas y de composición, es por esto que se hace necesario estudiar el tratamiento térmico del temple que mejora la resistencia mecánica y la dureza, que lo hace indispensable en la industria.

El temple se hará en dos medios de enfriamiento distintos, el primero en agua y el segundo en aceite para observar los cambios en la microestructura y en la dureza del acero.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Endurecer una probeta de acero AISI 1045 y observar metalográficamente sus micros constituyentes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Diferenciar los micros constituyentes observados.

Analizar durezas antes y después del tratamiento enfriando rápidamente en agua.

PRACTICA EXPERIMENTAL

1. Cortar una probeta de acero AISI 1045 de diámetro 1 pulgada x 20 mm de longitud.

2. Tomar durezas en la parte lateral.

3. En un horno de mufla calentar la probeta de una pulgada en acero AISI 1045 hasta la temperatura de austenización completa, mantenerla 30 minutos a esa temperatura y luego enfriarla rápidamente en agua y la otra en aceite.

4. Tomar durezas a las probetas cortadas transversalmente.

5. Pulir la probeta, atacarla en la sección transversal con una solución alcohólica al 4% de ácido pícrico durante 10 segundos y observar al microscopio.

El ácido pícrico 4 gr

Alcohol etílico o metílico (95% o absoluto) 100 cc

6. En el microscopio determinar los constituyentes observados, tomar 3 fotografías en diferentes sitios y a diferentes aumentos a cada una de las probetas

7. Elaborar el respectivo informe y explicar claramente lo observado

MARCO TEORICO

En los aceros hipereutectoides toda la masa del acero debe encontrarse en estado austenítico en el momento de comenzar el enfriamiento con rapidez. Sin embargo en los aceros de herramientas hipereutectoides para el temple no se llega a la austenización completa por quedar algunos carburos sin disolver; cuando la velocidad de enfriamiento es pequeña aparece perlita gruesa, luego perlita laminar fina a medida que se realiza una velocidad de enfriamiento más rápida aparece un nuevo constituyente oscuro y difuso llamado sorbita al continuar subiendo la velocidad de enfriamiento aparece otro constituyente llamado troostita; y si es mucho más rápida la velocidad de enfriamiento aparece la martensita.

Los constituyentes que pueden aparecer después del temple son:

Ferrita: Este constituyente está formado por una solución sólida de inserción de carbono en hierro alfa. Es el constituyente más blando de los aceros pero es el más tenaz, es el más maleable. Su solubilidad máxima es de 0,008 %. La ferrita se presenta en los aceros hipoeutectoides como constituyente y mezclada con la cementita entra a formar parte de la perlita. Si el acero es bajo en carbono, su estructura está formada casi en su totalidad por granos de ferrita cuyos límites pueden revelarse fácilmente con el microscopio, después de un ataque con ácido nítrico diluido.

Perlita: Está formada por una mezcla eutectoide de dos fases, ferrita y cementita, se produce a 723ºC cuando la composición es de 0,8%. Su estructura está constituida por láminas alternadas de ferrita y cementita, siendo el espesor de las láminas de ferrita superior al de las de cementita, estas últimas quedan en relieve después del ataque con ácido nítrico, lo cual hace que en la observación microscópica se revelen por las sombras que proyectan sobre las láminas de ferrita. La perlita es más dura y resistente que la ferrita, pero más blanda y maleable que la cementita. Se presenta en forma laminar, reticular y globular.

Sorbita: Se obtiene con un revenido después del temple. Al realizar el calentamiento la martensita experimenta una serie de transformaciones y en el intervalo comprendido entre 400 y 650ºC la antigua martensita ha perdido tanto carbono, que se ha convertido ya en ferrita. La estructura así obtenida se conoce como sorbita.

Martensita: Es una solución sólida, intersticial, sobresaturada de carbono en hierro alfa. Es el constituyente estructural de temple de los aceros y su microestructura se presenta en forma de agujas cruzadas. Los átomos de hierro están como en la ferrita, en los vértices. Los átomos de carbono están en las caras y en las aristas, presenta por tanto una red distorsionada. Esta distorsión de la red es la responsable de la dureza de la martensita. Presenta una red tetragonal.

Troostita: En un agregado extremadamente fino de cementita e hierro alfa. Se produce por enfriamiento de la austenita a una velocidad ligeramente inferior a la denominada "crítica de temple" o por transformación isotérmica de la austenita a temperatura comprendida entre 500 y 600º C. Su forma es nodular oscura, con estructura radial y aparece acompañando a la martensita, situándose en los bordes de grano austeníticos. Observada a grandes aumentos revela laminillas similares a la perlita, orientadas hacia un nódulo central.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Primero se cortan dos probetas de ” x 20 mm de longitud en acero AISI 1045 las cuales se pulen en el esmeril hasta obtener dos caras laterales paralelas entre sí para posteriormente tomar durezas a la probeta en la parte lateral longitudinal.

# Ensayo de dureza

Ensayo 1 Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 4 Ensayo 5 PROMEDIO

PROBETA 24Rc 24Rc 25Rc 26Rc 25Rc 24.8Rc

Tabla 1. Durezas antes del tratamiento de temple

Luego se coloca la probeta en un horno mufla a una temperatura de 840°C determinada a través del diagrama Fe – C.

El tiempo que se demoró para llegar a esta temperatura fue de aproximadamente una hora cuarenta minutos, después se mantuvo en esta temperatura por media hora y se enfriaron las probetas rápidamente en agua y aceite.

Luego se procede a tomar dos durezas de la probeta templada en agua.

# Ensayo de dureza

Ensayo 1

Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 4

PROMEDIO

PROBETA 52Rc 42Rc 55Rc 41Rc 47.5Rc

Tabla 2. Durezas después del tratamiento de temple en agua

Luego se procede a tomar dos durezas de la probeta templada en aceite.

# Ensayo de dureza

Ensayo 1

Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 4

PROMEDIO

PROBETA 29Rc 30Rc 35Rc 31Rc 31.25Rc

Tabla 2. Durezas después del tratamiento de temple en aceite

En seguida se vuelve a pulir la probeta hasta obtener una cara de la probeta sin rayas y después atacarlo con una solución alcohólica de 4 % de ácido pícrico durante 3 segundos para así tomarle las micrografías.

PROBETA: Micrografías probeta temple en agua.

100x 500x

Material: acero AISI 1045

Reactivo de ataque: picral 4%

Tiempo de ataque: 4 segundos

Enfriamiento: agua

PROBETA: Micrografías probeta temple en aceite.

100x 500x

Micrografias 3 y 4

Material: acero AISI 1045

Reactivo de ataque: picral 4%

Tiempo de ataque: 4 segundos

Enfriamiento: aceite

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Micrografías 1 y 2: Se observan granos muy finos todos de la misma tonalidad en la de 100 aumentos, pero en la de quinientos aumentos se observan ya con mayor calidad los granos claros y obscuros. Además pequeñas manchas obscuras que pueden ser de carburos embebidos producidos por la difusión de los carburos encontrados en la perlita al ser calentados, la micro estructura observada no se asemeja a una estructura martensita por lo que se puede decir que el enfriamiento no fue el adecuado pues la temperatura tal vez paso de 30º lo que no es recomendable para lograr la velocidad critica del temple y producir una estructura martensitica.

Micrografías 3 y 4: se observan granos claros y obscuros muy semejantes a la estructura del mismo acero pero con un recocido pues los granos obscuros pueden ser de perlita y los claros de ferrita, por lo que se concluye que el acero no sufrió el cambio de la estructura globular a la estructura martensitica de agujas, lo que se puede deducir pues al hacer el temple el aceite se calentó por la cantidad de muestras enfriadas en el mismo recipiente, lo que calentó el aceite y la velocidad de enfriamiento no fue los suficientemente rápida para sobrepasar la critica del temple.

Curva de calentamiento:

Grafica.1 curva de calentamiento

Se observa según la grafica .1 que el calentamiento fue adecuado para el temple con al rededor de 1 hora y 5 minutos de calentamiento y permanencia a la temperatura de austenizacion, por lo que se puede concluir que el calentamiento fue adecuado para realizar el tratamiento, también según la ecuación se observa que la temperatura aumentaba 17 veces en relación con el tiempo con lo que se observo un tratamiento rápido teniendo en cuenta el estado y las dimensiones de las muestras.

PREGUNTAS

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

RTA: Ácido nítrico (nital)

Formado por 4 cm3 de ácido nítrico concentrado (d= 1,4) y 100 cmᶟ, de alcohol etílico al 95%

Este reactivo resalta los diversos constituyentes estructurales de los aceros no aleados. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita se ennegrece y la cementita se mantiene blanca.

2. ¿Cuál reactivo de ataque es el más utilizado para observar el tamaño de grano de un acero templado?

RTA: Es el ácido clorhídrico y ácido pícrico. Formado por 5 g de ácido clorhídrico y 1 g de ácido pícrico disueltos en 100ml de alcohol metílico. Este reactivo revela los granos de austenita en los aceros templados y en los templados y revenidos.

3. ¿Cuál es la finalidad de un examen macroscópico y como se realiza?

RTA: De este examen se extraen datos sobre los tratamientos mecánicos sufridos por el material, es decir, determinar si el material fue trefilado, laminado, forjado, entre otros, comprobar la distribución de defectos como grietas superficiales, de forja, rechupes, partes soldadas.

En macroscopía, se utilizan criterios para el tipo de corte a realizar (transversal o longitudinal) para extraer la muestra dependiendo el estudio a realizar, por ejemplo:

Corte transversal: Naturaleza del material, homogeneidad, segregaciones, procesos de fabricación, y otros.

Corte longitudinal: Proceso de fabricación de piezas, tipo y calidad de la soldadura y otros.

4. Explique los fundamentos y técnicas del macro ataque y como se prepara la superficie.

RTA: El macro ataque es una prueba simple la cual proporciona información acerca de la heterogeneidad de la muestra.

El método emplea la acción de un ácido u otro agente corrosivo para revelar las características de una probeta preparada adecuadamente. El macro ataque implica que la superficie atacada es examinada a simple vista o a muy bajos aumentos únicamente.

El macroataque revelará:

a) Variaciones en la estructura tales como tamaño de grano, dendritas y estructura columnar.

b) Variaciones en la composición química tales como segregación central, segregación intergranular y "bandeos".

c) La presencia de discontinuidades tales como; traslapes, reventaduras, rechupes, grietas y escamas.

Preparación

Es satisfactorio cualquier método que permita una superficie lisa, con una mínima cantidad de trabajo en frío. El procedimiento usual es tomar un corte con un acabado burdo y posteriormente darle un acabado final. Esto generará una superficie lisa y eliminará el trabajo en frío de operaciones anteriores. Se necesitan herramientas agudas para obtener una buena probeta. El esmerilado, que también puede usarse, es normalmente efectuado de la misma manera; primero empleando un esmeril para corte fácil y después cortador para acabado liso. Cuando se requiere detalle final, la probeta debe terminarse con lijas metalográficas.

Las secciones grandes pueden cortarse en piezas pequeñas para facilitar el manejo y cumplir con los requisitos de seguridad. El corte de las probetas debe hacerse en donde no se altere la parte central del material.

5. Explique 5 métodos para el registro de la macroestructura

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

Impresiones de azufre: La impresión de azufre no es un método general de registro de las macroestructuras, pero es un método especial muy conveniente para poner de manifiesto y registrar la distribución de azufre en el acero. Un papel fotográfico al bromuro se sumerge en una solución acuosa de ácido sulfúrico al 2%, durante 3 o 4 minutos. Esta operación e igualmente las siguientes, no se realizan en la cámara oscura, sino a la luz natural.

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

El ácido sulfúrico reacciona con los sulfuros del acero y desprende sulfuro de hidrogeno gaseoso, el cual reacciona a su vez con el bromuro de plata de la emulsión para formar sulfuro de plata de color entre pardo y gris negruzco característico.

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

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

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

Un papel de filtro, o un papel fotográfico, se sumerge primeramente en una solución de molibdato amónico a la que se añaden 35 cm3 de ácido nítrico. Se extrae el papel del baño, se deja escurrir hasta que no contenga exceso de solución y se le aplica directamente sobre la superficie del metal, cuidando de que se establezca un contacto mínimo. Luego de 5 minutos se le separa.

Seguidamente se revela la impresión, sumergiendo el papel, durante unos 4 minutos, en una solución acuosa al 35% de HCl, a la que se añaden un poco de alumbre y 5 cm3 de solución saturada de cloruro estañoso. Durante la impresión se forman en el papel fosfomolibdatos complejos en las áreas de contacto con las regiones en que existe fósforo. La impresión permite localizar las regiones más ricas en fósforo y estimar el contenido por la intensidad de color.

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

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

Equivalencias Entre Durezas Brinell, Rockwell, Vickers y Shore y la Resistencia a la Tracción

Brinell Diámetro Huella

Brinell Dureza HB

Rockwell Dureza Ha

Rockwell Dureza HRb

Rockwell Dureza HRc

Vickers Dureza HV

Shore Resistencia a la tracción Kg/mm2

2.70 514 77.0 119 52 567 71.0 174.9

2.75 495 76.5 117 51 540 68.5 168.0

2.80 477 75.5 117 49 515 66.7 162.2

2.85 461 74.4 116 48 494 65.0 157.0

2.90 444 73.5 115 46 472 63.0 150.6

2.95 429 73.0 115 45 454 61.0 145.6

3.00 415 72.5 114 44 437 59.0 140.0

3.05 401 71.5 113 42 420 57.2 136.0

3.10 388 71.0 112 41 404 65.8 132.0

3.15 375 70.5 112 40 389 54.0 127.5

3.20 363 70.0 110 39 375 52.2 123.4

3.25 352 69.5 110 38 363 50.5 120.0

3.30 341 68.5 109 36 350 49.2 115.9

3.35 331 68.0 109 35 339 48.0 112.4

3.40 321 67.5 108 34 327 46.7 109.1

3.45 311 67.0 108 33 316 45.2 105.6

3.50 302 66.5 107 32 305 44.5 102.7

3.55 293 66.0 106 31 296 43.2 99.6

3.60 285 65.5 105 30 287 42.0 96.9

3.65 277 65.0 104 29 279 41.0 94.2

3.70 269 64.5 104 28 270 40.0 91.5

3.75 262 64.0 103 27 263 39.2 89.1

3.80 255 63.0 102 25 256 38.5 86.7

3.85 248 62.5 102 24 248 37.5 84.3

7. Explique qué sucede con el tiempo de ataque en el macro ataque cuando no es correcto.

RTA: Se ataca la probeta para revelar claramente la estructura y entonces se saca del baño. Un sobre ataque puede ocasionar una mala interpretación.

Generalmente un ataque de 5 a 30 minutos es suficiente

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

Procedimiento:

El macroataque se efectúa en recipientes que sean bastante resistentes al ataque del reactivo. Las piezas pequeñas pueden atacarse en recipientes de vidrio o porcelana. Las probetas grandes se tratan en recipientes resistentes a la corrosión, en crisoles de cerámica, ollas de hule o tanques de madera. Cuando se usa metal, el plomo es el más común, para resistir el ácido sulfúrico, el hierro al níquel o al silicio para resistir al ácido clorhídrico. Para resistir los ácidos sulfúricos o clorhídricos o ambos, se puede usar una aleación al níquel molibdeno. Es importante que las caras u orillas preparadas de las probetas que van a ser atacadas no estén en contacto una con otra, o con el recipiente, si éste es metálico. El crear pares galvánicos por contacto entre dos metales en un medio electrolítico provoca ataques extremadamente disparejos y mezclados. Las resinas en la madera algunas veces actúan como depósitos de inhibidores irregulares e inciertos ocasionando un ataque a las probetas poco satisfactorio.

Se mezcla la solución y se coloca en una bandeja o plato resistente a la corrosión y se lleva a temperatura de operación antes de empezar cualquier ataque. No se tiene que poner la probeta en una solución fría para empezar el calentamiento. La probeta puede colocarse directamente en la solución, pero la mejor práctica es colocarlas en canastas o soportes resistentes a la corrosión para sacarla del fondo del recipiente. Se mantiene un volumen suficiente de solución en el recipiente, para cubrir la probeta como mínimo 25mm por arriba de la probeta. Cuando el ataque se termina se saca la probeta de la solución, teniendo cuidado de no tocar la superficie de la probeta. Se quita la mancha que se forma en la superficie de la probeta restregándola con un cepillo duro, bajo una corriente de agua caliente. El cepillo puede ser de fibras sintéticas o naturales pero no de metal. Después de

que se ha eliminado la mancha se enjuaga la probeta en una corriente de agua caliente y se seca con aire a presión. No se debe secar la probeta con papel secante. Las superficies secas pueden protegerse con aceite o laca transparente. La probeta debe examinarse inmediatamente después del secado.

El tiempo de ataque variará dependiendo de la composición, el tamaño que se precaliente o no y otros factores. Se ataca la probeta para revelar claramente la estructura y entonces se saca del baño. Un sobreataque puede ocasionar una mala interpretación.

Generalmente un ataque de 5 a 30minutos es suficiente.

CONCLUSIONES

Una parte fundamental del proceso para obtener la verdadera estructura de la probeta es el ataque que se le realiza a estas por lo que debe ser bastante cuidadoso en esta parte del procedimiento.

Para realizar un buen temple en agua o en aceite se debe tener en cuenta cambiar el medio constantemente ya que este a medida que se introducen más piezas se calienta por lo que pierde su refrigeración y nos presentara así resultados poco fidedignos.

La velocidad con la que se le aplique el enfriamiento es un factor importante ya que de eso depende la tenacidad de la pieza y los microconstituyentes que presentara esta.

Debido a que el enfriamiento en el temple es muy brusco se crean tensiones internas en toda la pieza lo cual imposibilita el uso en la industria de un acero templado sin un tratamiento posterior como el revenido.

BIBLIOGRAFIA

Equivalencia de durezas. Equivalencias Entre Durezas Brinell, Rockwell, Vickers y Shore y la Resistencia a la Tracción.

Disponible en: http://www.terra.es/personal/ecalvog/eqdurezas.htm

BAYARDO MORENO, Héctor y SERRA CASTAÑOS, Román. Método de prueba de macroataque para productos de acero.

Disponible en:http://200.77.231.100/work/normas/nmx/1982/nmx-b-331-1982.pdf

Rodríguez, Pedro. Laboratorio Tratamientos Térmicos Practica Nproporcionadas por el ingeniero.