1.- ENUNCIADO Un redondo de acero de 80 mm de diámetro, con un contenido en carbono de 0,45%, es atacado con nital-5 durante 30 segundos, destacándose una corona exterior blanca de 3 mm de espesor y una zona interior oscurecida. La determinacion de durezas a lo largo de un diámetro permite dibujar la siguiente curva en "U" para el redondo. Se conoce, además, la curva Jominy del acero mencionado.
Se pide: 1o ) Discutir y explicar razonadamente si el redondo ha podido ser sometido a uno de los procesos siguientes, indicando, en todos los casos, el estado inicial del acero y la idoneidad del tratamiento preconizado: a)
Cementación gaseosa
b)
Nitruración
2 o ) ¿Cómo se podría disminuir a 1 mm el espesor de la capa exterior manteniendo la misma dureza máxima alcanzada? ¿Cómo influiría en la curva en "U" el hecho de que el acero tuviese elementos de aleación?
2.- ENUNCIADO La figura adjunta representa, con línea de puntos, las curvas T.T.T. de un acero con C=0,18%; Ni=1,35%; Cr=0,83%; Mn=0,65% y con un trazo continuo las curvas T.T.T. de la capa cementada (C=0,9%) del mismo acero.
El acero extradulce mencionado, después de haber sufrido una cementación a 850°C, se le somete inmediatamente después al tratamiento siguiente: temple en un baño a 250°C durante 60 segundos, seguido de un enfriamiento al aire. Se pide: 1o )
Cuál es la abscisa del punto x del eje de temperaturas, comprendida entre 10 y 100. Justifíquese la contestación.
2º)
Indicar la propiedad esencial del núcleo de la pieza, y de la periferie. Justifíquese la contestación estudiando las transformaciones sufridas por el metal.
3º)
¿Puede sustituirse el enfriamiento al aire, por enfriamiento al agua?
4º)
Representar con ayuda de un esquema el sentido de las tensiones internas en el núcleo y en la periferia .
3.- ENUNCIADO Se quiere fabricar un engranaje de precisión que tenga una dureza de 60 HRc en la periferia y una buena tenacidad en el núcleo. El acero seleccionado tiene la siguiente composición: C-0,15%; Mn=0,45%; Si=0,25%; P+S<0,06%; Ni=4%; Cr=1%; Mo=0,25%. El potencial en carbono de la atmósfera cementante es 1,2%C y el máximo carbono admisible en la capa cementada es de 0,9%. La profundidad de capa cementada a 925°C durante la primera hora es de 0,75 mm. Por las características de resistencia de la pieza, el espesor de capa cementada debe ser 1,25 mm. Se pide: 1o ) Secuencia de los tratamientos térmicos necesarios para obtener la pieza con las características deseadas. 2°)
Tiempo necesario para obtener un espesor de 1,25 mm de capa cementada.
3°) Deducir, de las curvas T.T.T. y de revenido que se adjuntan, las temperaturas de cada tratamiento.
C=0,15%; Mn=0,45%; Si=0,25%; P+S<0,06%; N¡=4%; Cr=1%; Mo=0,25%
C=0,90%; Mn=0,45%; Si=0,25%; P+S<0,06%; Ni=4%; Cr=1%; Mo=0,25%
4.- ENUNCIADO
Para construir una biela de 25 mm de espesor de un pequeño motor de explosión se selecciona un material cuya curva T.T.T. se adjunta así como la de revenido. Se precisa que el material quede con una resistencia
en el núcleo de 150 kg/mm 2 y aguantar choques bruscos de al menos 8 kgm/cm 2 .
Determinar: 1o )
Los tratamientos térmicos para conseguir dichas características, tiempos a emplear en dichos tratamientos y representación de ellos sobre los gráficos sabiendo que el mismo material es escogido para construir un eje de 25 mm de diámetro. Este eje deberá aguantar choques de hasta 10 kg-m/cm2 , para lo cual se efectúa el siguiente tratamiento: cementación gaseosa seguida de temple en aceite desde los 850°C y posterior revenido. Las características obtenidas en la periferia son suficientes para cumplir los requisitos precisados. El esfuerzo máximo de flexión aplicado a la periferia es de 160 kg/mm 2 .
2°)
Espesor mínimo de capa cementada suponiendo lineal la distribución de los esfuerzos en su sección transversal así como la temperatura de revenido final.
Datos: Las velocidades de enfriamiento en el núcleo de la pieza an diversos medios son: Agua..........650°C/seg Aceite........350°C/seg Sales.........300°C/seg
5.- ENUNCIADO Un eje de 24 mm de diámetro, roscado en uno de sus extremos, se cementa presentando después de los tratamientos post-cementación una resistencia a tracción en la periferia de 215 kg/mm2 y de 110 en su núcleo. El eje trabaja a flexión estando sometida la periferia a tensiones de 150 kg/mm 2 . El suministrador del cementante proporciona el gráfico adjunto:
Siendo: e = espesor de la capa cementada t = tiempo de cementación en horas T = temperatura de cementación en ºC Si la potencia del horno de cementación viene dad por la expresión p(kw) = T/30, si el precio del Kw-h es de 12 pts, si el consumo de cementante es de 1,5 l/h y el precio del cementante es 75 pts/l, calcular: 1º)
Temperatura y tiempo necesario para que la pieza no rompa en servicio y su coste sea mínimo.
2 o )
¿ Cómo se puede proteger el extremo roscado del eje si no se desea que esa parte sea cementada?
3o )
Si se quiere obtener para dicho eje las mejores características mecánicas, tanto en núcleo como en periferia, ¿cuál será el tratamiento post-cementacid n más idóneo que se debe dar a la pieza?
4o )
¿Cuál es el riesgo que puede derivarse por la utilización de una atmósfera cementante cuyo potencial en carbono sea de 1,5? Si fuera imprescindible el uso de dicha atmósfera ¿qué debería hacerse para evitar el citado riesgo?
6.- ENUNCIADO
Se quiere construir un tren de engranajes como el de la figura siguiente:
Siendo n1 y n2 el número de dientes correspondientes a cada rueda. Por las características del equipo donde han de ir montados es necesario que el desgaste de ambas ruedas dentadas sea igual durante su funcionamiento. Se supone que el desgaste es directamente proporcional al número de contactos de los dientes, y la resistencia a dicho desgaste inversamente proporcional a la dureza expresada en HRc. Suponiendo que la dureza de la rueda 2 sea 60 HRc, que el espesor de capa cementada sea 0,5 mm, que la composición del acero es la misma para las dos ruedas y que el orificio para el eje no debe ser endurecido, determinar:
1°)
Descripción
ordenada
de las operaciones
necesarias
para
obtener el
mecanismo, teniendo en cuenta que éste es de gran responsabilidad. 2 o )
Calcular la dureza con la que deberá quedar la rueda 1.
3o )
Tratamiento térmico de las ruedas y gráfico de dicho tratamiento.
4o )
Temperaturas de revenido suponiendo que la curva de revenido viene dada por los valores siguientes:
Dureza HRc
Temperatura de revenido (°C)
60
140
50
400
40
550
7.- ENUNCIADO
En el esquema de la figura se representa simplificado el eje de un vehículo que ha de soportar el peso total de 15 Tm. Dicho eje se supone empotrado en los puntos A y B y se ha construido con un acero de cementación y tiene un diámetro igual a 50 mm
Se pide: 1o )
Espesor mínimo de la capa cementada.
2 o )
Misiones que en este mecanismo cumple la capa cementada.
3º)
Zonas del eje que necesariamente deben cementarse y por que.
4o )
¿Qué medidas hemos de tomar si sustituimos el rozamiento de la rueda por
un
rodamiento y no fuese necesario cementar el eje?
8.- ENUNCIADO
Se desean fabricar ejes de precisión de 50 mm de Ø, que tengan una dureza superficial de 60 Rc y una resiliencia en el núcleo de al menos, 5,5 kgm/cm 2 para lo cual se dispone de barras de 55 mm de Ø,de un acero cuyas curvas T. T. T. y revenido se adjuntan. Acero suministrado
Capa cementada
El esfuerzo máximo de flexión al que se ve sometido el eje es de 128 kg/mm2 equivalentes a 40 HRc. Las barras se recepcionan con una dureza de 41 HRc y en el taller
se dispone de tornos con herramientas de corte capaces de trabajar con aceros que no sobrepasen los 30 HRc de dureza. Asimismo se cuenta con hornos de cementación gaseosa, mufla y sales y como medios de enfriamiento agua, aceite y sales. Datos: - Temperatura de cementación = 950°C
- Temperatura de difusión
= 850°C
- Espesor de capa obtenida con una hora de cementación
(cementación + difusión) = 1,25 mm , - Espesor de capa a obtener = 5 mm - % de carbono en la capa cementada =0,9 - Intervalo de temperaturas de trabajo de las sales 1 325-
400°C - Tiempo de austenización = 2 horas - Tiempo de revenido (a cualquier temperatura) = 2 horas - Velocidad de enfriamiento (considerada cte) del núcleo (y
periferia) en medio agua = 200°C/seg - Velocidad de enfriamiento (considerada cte) del núcleo (y
periferia) en medio aceite = 30°C/seg - Velocidad de enfriamiento (considerada cte) del núcleo (y
periferia) en medio sales = 745°C/seg
- Velocidad de enfriamiento (considerada cte) del núcleo (y periferia) en medio
aire = 10°C/seg - Velocidad de enfriamiento (considerada cte) del núcleo (yperiferia) en horno
de mufla = 1 °C/seg Se pide: 1o ) Describir las posibles secuencias de operaciones que conlleven a obtener los ejes con los requisitos pedidos y con los datos de que disponemos dibujando en las gráficas los tratamientos térmicos efectuados. 2 o ) Describir la microestructura del eje al final de cada uno de los tratamientos térmicos efectuados en las secuencias de operaciones. 3o ) Calcular el coeficiente de seguridad que se obtiene con los 5 mm de espesor de capa cementada (relación que existe entre la carga máxima de flexión (dureza) que se podría aplicar al eje y la que se aplica). Notas: 1a ) Se considerará que los tratamientos subcríticos efectuados a más baja temperatura no modificarán las características mecánicas obtenidas por tratamientos subcríticos efectuados con anterioridad ya más alta temperatura. 2 a ) Se tomarán siempre los medios de enfriamiento menos enérgicos que lleven a las características deseadas.
3a ) No se considerarán variaciones en las posiciones de las curvas ni en las características obtenidas al enfriar la capa cementada aunque se parta de 820°C como temperatura de austenización.
