TEMPLE Y MEDIOS DE ENFRIAMIENTO
PRESENTADO POR: Elkin Javier Espinosa García Código: 2080611 Laura Susana Gómez Motta Código: 2061774
PRESENTADO A: Edgar Guillermo Farfán Chacón
Universidad industrial de Santander Escuela de ingeniera metalúrgica y ciencia de los materiales Tratamientos térmicos Bucaramanga 2011
OBJETIVOS
INTRODUCCION ACERO SAE/AISI 4340 Este acero se caracteriza por su gran templabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga y porque es
capaz de dar buenas propiedades en piezas de gran selección, está relativamente libre de fragilidad de revenido y posee maquinabilidad o dureza relativamente alta (400 brinell). Se suministra en estado bonificado y libre de tensiones internas lo que significa que las barras no se deforman durante el maquinado. Se utiliza en la industria automotriz para la fabricación de piezas muy solicitadas que requieren dureza y tenacidad elevada. Composición: C .38/.48 Mn .60/.80 Pmax .035 Smax .040 Si .20/.35 Cr .70/.90 Ni 1.65/2 Mo .20/.30
MATERIALES Y EQUIPO Tratamiento térmico
Probetas de acero 4340
Horno pequeño (mufla).
Implementos de seguridad (pechera, guantes, careta).
Pinzas.
Recipiente para temple en los diferentes medios (agua, aceite y salmuera).
Equipo para preparación de muestras metálicas.
Nital
Microscopio óptico
Durómetro
Durómetro
Microscopio óptico
mufla (horno pequeño)
Temple en (agua, aceite y salmuera)
PROCEDIMIENTO
-
1
2
3
4
5
6
7
8
• ACERO SAE/AISI 4340
• se introducen las probetas en el horno pequeno (mufla), el cual esta a una temperatura de austenizacion de 850 ◦C.
• se dejan las probetas por un tiempo estimado de 30 minutos.
• se sacan las probetas y rapidamente son introducidas en el recipiento con su respectivo medio de enfriamiento.
• se gira la probeta por un tiempo con las pinzas por un tiempo al estar introducidas en el medio de enfriamiento.
• se sacan y se dejan terminar de enfriar.
• se hace el respectivo prceso para el analisis metalografico.
• se realiza la prueba de dureza.
• repetir este proceso para cada uno de los medios de enfriamiento estipulados.
RESULTADOS Metalografías obtenidas
PROBETA N◦ 1: Acero SAE/AISI 4340 estándar
500X
2000x
1000x
PROBETA N◦ 2: Acero SAE/AISI 4340 templado en agua A 0◦C
500X
1000X
1500
2000X
PROBETA N ◦ 3: acero SAE/AISI 4340 te mplado a temperatura ambiente (25◦C)
500X
1500X
1000X
2000X
PROBETA N◦4: Acero SAE/AISI 4340 templado en agua a 70 ◦C.
500X
1500X
1000X
2000X
PROBETA N◦5: Acero SAE/AISI 4340 templado en aceite a temperatura ambiente (25◦C)
500X
1000X
1500X
2000X
PROBETA N◦6: Acero SAE/AISI 4340 templado en aceite a 70 ◦ C
500X
1500X
1000X
2000X
PROBETA N◦ 7: Acero SAE/AISI 4340 templado en salmuera
500X
2000X
1000X
ANALISIS DE RESULTADOS
DIAGRAMA CCT para un Acero SAE/AISI 4340
_____ línea de enfriamiento continúo en agua. _____ línea de enfriamiento continúo en salmuera. _____ línea de enfriamiento continúo en aceite.
Por causas que se explicaran mas adelante, se puede hacer una idea de cómo fue el enfriamiento y por que la obtención de cada una de las microestructuras, tomando como base el diagrama CCT, el cual tiene mayor similitud a lo que pasa en los tratamientos térmicos y la formación de la microestructura.
ANALISIS METALOGRAFICO
PROBETA N◦ 1: Acero SAE/AISI 4340 estándar
Inclusiones no metálicas u óxidos
Ferrita (α)
Perlita (Ferrita + Cementita)
Composición: C .38/.48, Mn .60/.80, Pmáx. .035, Smáx. .040, Si .20/.35, Cr .70/.90, Ni 1.65/2,
Mo .20/.30. El acero SAE/AISI 4340, según un el analisis caracteristico de los micro constituyentes, se pudo constatar las bases teóricas de que era un acero de bajo carbono, el cual comprender un porcentaje de .38 - .43 % de C, y que además tiene elementos aleantes. es evidente como este tiene la formación de Ferrita la cual es señalada con las flechas, además se puede ver como es la formación de perlita en la micro estructura y también puedo observarse que hay unos pedazos negros los cuales tal vez pueden considerarse inclusiones no metálicas u óxidos. Al ver esto es evidente que la pieza no había sufrido algún tratamiento térmico anteriormente.
PROBETA N◦ 2: Acero SAE/AISI 4340 templado en agua A 0◦C Observando la micro estructura, es evidente que la probeta enfriada a 0◦C va a tener mayor formación de martensita, ya que al tener el agua y la probeta recién sacada del horno mayor diferencia de calor, la transmisión de calor será más rápida, dando lugar a mayor formación de martensita a diferencia de otras probetas enfriadas en otros medios, como es evidente en toda la micro estructura. Cabe destacar que al ser esta probeta de bajo carbono, (.38/.43), su línea Mf va a estar por encima de la temperatura ambiente, por lo cual puedo decir que esta micro estructura contiene austenita retenida, esta afirmación la constato viendo cada una de las micro estructura a diferentes aumentos.
PROBETA N ◦ 3: acero SAE/AISI 4340 te mplado en agua a temperatura ambiente (25◦C) Al observar tanto la grafica TTT y la microestructura, se puede ver que la probeta al ser templada a temperatura ambiente alcanza a retener una cantidad muy pequeña de austenita retenida, dando a lugar a que la formacion de martensita ser bastante grande pero aun asi es menor que la formacion de martensita a 0◦C, esta martensita retenida lugar a que tal vez la probeta tenga algo de diferencia en las propiedades mecanicas al hacer un ensayo de dureza.
PROBETA N◦4: Acero SAE/AISI 4340 templado en agua a 70 ◦C. al estar el agua a una temperatura algo alta, la transferencia de calor no va a ser la misma a diferencia de las dos probetas anteriores, esto es debido a que la diferencia de temperaturas es menor, dando lugar a que en el proceso de templado de esta probeta vaya a resultar austenita retenida, esto es visible en la microestructura y se constata con la prueba de dureza, ya que este medio fue el que menos tuvo dureza, a diferencia de los otros dos ensayos de temple en agua pero a temperaturas menores. Se puede ver que la grafica es más clara por alcanzo a haber austenita retenida, y no se alcanzo a transformar toda la martensita.
PROBETA N◦5: Acero SAE/AISI 4340 templado en aceite a temperatura ambiente (25◦C) Al ser el aceite un medio bastante viscoso a temperatura ambien, se corroboro la sospecha de que las probeta de menor dureza y formacion de martensita seria esta, debido a que según conceptos termodinámicos y de fenómenos del transporte, al ser el aceite un medio viscoso va a crear mayor resistencia a la transferencia de calor, se ve como en la micrografía la cantidad de martensita es bastante menos en compracion a las demás probetas. También se alcanza a ver que este acero después de este temple alcanza a tener algo de formacion bainitica, debido a que en este tratamiento térmico la tranferencia de calor es lente.
PROBETA N◦6: Acero SAE/AISI 4340 templado en aceite a 70 ◦ C se sabe que el aceite es un medio bastante viscoso, pero también se sabe que si a un medio viscoso, se le aumenta la temperatura, este va a perder un grado de viscosidad, dando a lugar a que este aceite a una tem peratura de 70◦C, sea mejor conductor de calor, esto fue evidente observando la micrografía, ya que esta tenia mayor cantidad de for macion de martensita que la probeta enfriada a T ambiente, además se ve que la cantidad de austenita es menor.
PROBETA N◦ 7: Acero SAE/AISI 4340 templado en salmuera Observando las micrografías de las probetas, es difícil identificar las microconstituyentes que se formaron, es muy diferente a las microcoonstituyentes obtendas en los anteriores medios de enfriamiento, pero podría arriesgarme a decir que en este microcontituyente se alcanzo a formar una micrestructura conformada por microcontituyentes de banita y martensita, es decir que mecánicamente va a tener propiedades de estas dos microcontituyente, era de esperar que templado tuviera propiedades buenas propiedades menicas, esto fue evidente al tomar la prueba de dureza, comprar la microestructura y visualizar el diagrama TTT.
RESULTADOS DE DUREZA Las pruebas de dureza se realizaron con un penetrador o indentador de cono de diamante con una carga de 150 Kg, estas medidas fueron tomadas a escala rockwell C (HRC)
TABLA DE TO MA
DE DUREZA
Medio de enfriamiento
Dureza N◦1
Dureza N◦2
Dureza N◦3
estándar Agua cero grados
31
31.5
30.5
56
59
56.5
Agua temperatura ambiente Agua a 70 ◦ C
56
59
60
51
54
54
Aceite temperatura ambiente Aceite a 70 ◦ C
49
48
51
53
55
54
Salmuera
56
53
55.5
Dureza promedio [HRC] 31 57.2 58.3 53 49.3 54 54.83
ACERO SAE/AISI 4340 70 60 ] 50 C R H [ 40 A Z A30 R U D20
10 0 estándar
Agua cero grados
Agua Agua a 70 ◦ C Aceite Aceite a 70 ◦ temperatura temperatura C ambiente ambiente
Salmuera
MEDIOS DE ENFRIAMIENTO
Grafica comparativa de los diferentes medios de enfriamiento con su respectiva dureza.
ANALISIS DE PRUEBA DE DUREZA Analizando los resultados obtenidos en cada probeta enfriada en diferente medios de enfriamiento,
es evidente que el agua es el mejor medio de enfriamiento para templar, es decir absorbe más rápido el calor de la brota, enfriando y a su vez formando la micro constituyente martensita, esto se ratifico viendo la grafica, se ve como los valores de las probetas enfriadas en agua son algo mayores a diferencia de las probetas enfriadas en aceite y el salmuera. No solo se puede hacer un análisis comparativo en los diferentes medios (agua, aceite y salmuera), también puede hacer una análisis comparativo de cada uno de los diferentes medios de enfriamiento pero a diferente tempera, (agua 0◦C, T a mbiente, 70◦C) o (Aceite T ambiente, o 70 ◦ C).
En el caso de las probetas enfriadas en agua, se puede evidenciar que a menor temperatura este al agua, mayor va a ser la formación de martensita, es decir más rápido va suprimirse la difusión de la austenita a perlita para pasar a transformarse en perlita, esto es bastante lógico, teniendo como base los principios termodinámicos, ya que al haber una gran diferencia de temperatura entre las superficies, mayor va a ser la rapidez de transmisión de calor, el calor se disipa en el agua que está más fría, más rápidamente. El principio de la termodinámica es evidente en este caso ya que al estar las dos superficies con una diferencia de calor, estas dos buscan nivelarse y obtener la misma temperatura, buscan estar a la misma temperatura. “La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado
de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta”. En el caso de las probetas enfriadas en aceite, es bastante apreciable la diferencia de dureza entre la probeta enfriada en aceite a T◦ ambiente y la probeta enfriada a 70◦C, esto también es lógico al
tener bases teórica de fenómenos del transporte del calor, se sabe que el aceite es un liquido bastante viscoso, debido a esto es más difícil facilitar la transferencia del calor, caso contrario ocurre en la probeta enfriada a 70◦C, ya que la probeta al estar enfriada a esta te mperatura va
a transferir más rápido el calor, debido a que el aceite al estar a 70◦C tiene menos viscosidad, facilitando la transmisión de calor, dando lugar a tener una probeta con mayor martensita, mayor dureza que la probeta enfriada en aceite a T◦ ambiente.
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA: tabla representativa de composiciones y usos de aceros expuesta en el laboratorio http://hermandaddelyunque.foroactivo.net/t68-informacion-de-tratamiento-termico-en-acero
