Post on 14-Nov-2015
INFORME DE LABORATORIO IV: PROPIEDADES MECANICAS TRAS TRATAMIENTOS TERMICOS 1
Resumen - En la prctica de laboratorio que se llevo a cabo
se busco el anlisis de la variacin de las propiedades
mecnicas que presentan los materiales tras ser sometidos a
tratamientos trmicos. Por medio del presente informe se har
una descripcin especfica sobre el proceso y los datos
tomados de la prctica anteriormente enunciada.
Abstract- In the lab carried out was sought analysis
variation of mechanical properties of materials present after
being subjected to heat treatments. By means of this report
will be a specific description of the process and the data taken
from the practice previously stated
Palabras clave- Tratamientos trmicos, estructuras mecnicas,
recocido, templado, revenido, dureza, Resistencia al desgaste,
tenacidad y maquinabilidad, patentado.
I. OBJETIVOS
Objetivo General:
Analizar la influencia que tienen los tratamientos
trmicos sobre las propiedades mecnicas de los
materiales que son sometidos a dichos tratamientos.
Objetivos especficos:
Identificar los diferentes mtodos de aplicacin de los
tratamientos trmicos sobre los aceros.
1 Kevin Javier Guevara Gutirrez. Estudiante de la Universidad Nacional
de Colombia. Facultad de Ingeniera. Ingeniera Industrial. 2 Cristian Fabin Hernndez Guevara. Estudiante de la Universidad
Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniera. Ingeniera Industrial. 3 Keyni Yulieth Tllez Garavito. Estudiante de la Universidad Nacional de
Colombia. Facultad de Ingeniera. Ingeniera Industrial. 4 Shirley Alejandra Velandia Cantor. Estudiante de la Universidad
Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniera. Ingeniera Industrial.
Estudiar el comportamiento de cambio sobre los aceros
sometidos a algn tratamiento trmico
Observar la variacin de las propiedades mecnicas de
los materiales de objeto de estudio en la prctica.
II. INTRODUCCION
Los tratamientos trmicos son una combinacin de
operaciones de calentamiento y enfriamiento, a temperaturas y
en condiciones determinadas, a las cuales se someten los
aceros con el fin de obtener propiedades y caractersticas
determinadas deseadas. Estas operaciones no modifican la
composicin qumica pero si los constituyentes estructurales y
por ende las propiedades mecnicas.
La naturaleza, la forma, el porcentaje y la distribucin de los
constituyentes de los metales y aleaciones conforman la
microestructura del material metlico considerado. La
microestructura, consecuencia de las reacciones en estado
solido generadas entre las fases existentes a lo largo de los
tratamientos trmicos, es responsable de las propiedades
fsicas, qumicas y mecnicas del metal.
En este laboratorio se busca analizar las relaciones entre las
propiedades finalmente obtenidas y los tratamientos trmicos a
los que fueron sometidas las muestras.
III. BASE TERICA
Tratamiento trmico
Se conoce como tratamiento trmico el proceso que
comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en
estado slido a temperaturas definidas, mantenindolas a esa
temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento
a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus
PROPIEDADES MECANICAS TRAS
TRATAMIENTOS TRMICOS
Kevin Guevara1, Cristian Hernndez
2, Keyni Tllez
3, Alejandra Velandia
4
Universidad Nacional de Colombia
Bogot, Colombia
kjguevarag@unal.edu.co
cfhernandezg@unal.edu.co
kytellezg@unal.edu.co
savelandiac@unal.edu.co
INFORME DE LABORATORIO IV: PROPIEDADES MECANICAS TRAS TRATAMIENTOS TERMICOS 2
propiedades fsicas y mecnicas, especialmente la dureza, la
resistencia y la elasticidad. Las caractersticas mecnicas de un
material dependen tanto de su composicin qumica como de
la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos trmicos
modifican esa estructura cristalina sin alterar la composicin
qumica, dando a los materiales unas caractersticas mecnicas
concretas, mediante un proceso de calentamientos y
enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina
deseada. Entre estas caractersticas estn: Resistencia al
desgaste, tenacidad, maquinabilidad y dureza.
Las propiedades mecnicas de las aleaciones de un mismo
metal, reside en la composicin qumica de la aleacin que los
forma y el tipo de tratamiento trmico a los que se les somete.
Los tratamientos trmicos modifican la estructura cristalina
que forman los aceros sin variar la composicin qumica de
los mismos, por lo tanto las diferentes estructuras de grano
pueden ser modificadas. Estas propiedades varan de acuerdo
al tratamiento que se le d al acero dependiendo de la
temperatura hasta la cual se lo caliente y de cmo se enfra el
mismo.
Algunos de los tratamientos trmicos ms usados y justamente
trabajados en la prctica de laboratorio son:
Temple
Es un tratamiento trmico para el cual el acero se calienta
hasta una temperatura determinada, se mantiene a esta
temperatura y luego se enfra rpidamente la pieza para
obtener determinadas propiedades mecnicas. Como resultado
del templado, se eleva la resistencia y la dureza y se reduce la
plasticidad de los aceros y aleaciones. La calidad del temple
depende de la temperatura y la velocidad de calentamiento, el
tiempo de exposicin y enfriamiento. Los parmetros
principales del temple son: la temperatura de calentamiento y
la velocidad de enfriamiento.
Es comnmente utilizado para endurecer el acero mediante la
introduccin de martensita, en cuyo caso el acero debe ser
enfriado rpidamente a travs de su punto eutectoide, la
temperatura a la que la austenita se vuelve inestable.
Antes de endurecer el material, la microestructura del material
es una estructura de grano de perlita que es uniforme y
laminar. La perlita es una mezcla de ferrita y
cementita formada cuando el acero o hierro fundido se
fabrican y se enfra a una velocidad lenta. Despus de
enfriamiento rpido endurecimiento, la microestructura de la
forma material en martensita como una estructura fina, grano
de aguja.
Recocido
Cuando se tiene que maquinar a un acero endurecido, por lo
regular hay que recocerlo o ablandarlo. El recocido es un
proceso cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperacin de
la estructura o la eliminacin de tensiones internas
generalmente en metales. El proceso consiste en calentar al
acero por arriba de su temperatura crtica y dejarlo enfriar con
lentitud en el horno cerrado o envuelto en ceniza, cal, asbesto,
etc. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura
ambiente. Mediante la combinacin de varios trabajos en fro
y varios recocidos se pueden llegar a obtener grandes
deformaciones en metales que, de otra forma, no podramos
conseguir. Su funcin es la de afinar y ablandar el grano,
eliminando las tensiones y la acritud producida por la
conformacin del material en fro. Adems, busca aumentar la
plasticidad, la ductilidad y la tenacidad del material
Algunas clases de recocido son:
- Recocido de regeneracin: Tiene por objeto afinar el grano
de los aceros sobrecalentados.
- Recocido globular: Se realiza para lograr una ms fcil
deformacin en fro.
- Recocido contra la acritud: Se recuperan las propiedades
perdidas en la deformacin enfro (acritud).
- Recocido de ablandamiento: Se ablanda piezas templadas
con anterioridad para su mecanizacin.
- Recocido de estabilizacin: Elimina las tensiones de las
piezas trabajadas en fro.
INFORME DE LABORATORIO IV: PROPIEDADES MECANICAS TRAS TRATAMIENTOS TERMICOS 3
- Recocido isotrmico: Mejoramos la maquinabilidad de las
piezas estampadas en caliente.
- Doble recocido: Para lograr una estructura mecanizable en
aceros de alta aleacin
Revenido
Tratamiento trmico posterior al temple, que tiene por objeto
reducir el nivel de tensiones residuales, generadas
principalmente por trabajos de mecanizado profundo o la
aplicacin de soldadura. Como consecuencias de la alteracin
estructural que se verifica en el acero templado se tienen la
mejora de la ductilidad, la reduccin de los valores de
resistencia a la traccin y dureza, al tiempo que se alivian o
eliminan las tensiones internas y la fragilidad.
Con este tratamiento eliminamos la fragilidad y las tensiones
creadas en la pieza. Siempre hay que realizarlo despus del
temple. Consiste en calentar las piezas a una temperatura
inferior a la del temple, consiguiendo que la martensita se
transforme en una estructura ms estable, terminando con un
enfriamiento rpido, dependiendo del tipo de material. La
temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que
ms influyen en el resultado del revenido. Hay que tener muy
en cuenta que el revenido es fundamental para conseguir el
adecuado temple y una buena tenacidad en las piezas.
Bonificado
Es un tratamiento trmico que consiste en una fase de
revenido despus de una de temple, ya que tras el temple se
generan algunas tensiones internas que hacen al material frgil
a los golpes y el revenido justamente reduce dichas tensiones.
Despus que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o
frgil lo que impide su manejo pues se rompe con el mnimo
golpe debido a la tensin interior generada por el proceso de
endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda
el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le
llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace
ms tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de
dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo
para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver
tabla), para despus enfriarla al intemperie en el mismo medio
que se utiliz para endurecerla.
Patentado
Tratamiento trmico que consiste en calentar el alambre hasta
950 C, y una vez alcanzada dicha temperatura; enfriarlo
bruscamente en un bao de plomo a 500 C. Este tratamiento
tiene por objeto dar al alambre una estructura dctil que
permite el trefilado.
Patentado o patenting. En aceros de 0,3 a 0,85 % C para el
estirado en alambres. (Se suele acompaar este tratamiento de
un recocido de regeneracin cuando comienza a aparecer
acritud en el proceso de trefilado).
IV. PROCEDIMIENTO
Los materiales sobre los cuales se
observaron las variaciones en sus
propiedades mecnicas tras determinados
tratamientos trmicos fueron resortes.
En primera medida se trabajo con resortes ya sometidos a
tratamientos trmicos, y lo que se hizo fue estudiar su
comportamiento de elongacin. Para ello, el proceso llevado a
cabo para cada uno fue:
1. Para el alargamiento de los resortes se uso una maquina
de alargamiento creada por unos estudiantes con fines de
practicas similares. Dicha, cuenta con un dinammetro
para medir las cargas proporcionadas sobre las muestras
y un metro que meda las longitudes tomadas por el
resorte tras ser sometidas a determinadas fuerzas.
Los resortes fueron colocados entre un dinammetro y
un gancho que ejerca la fuerza para alargar el resorte.
INFORME DE LABORATORIO IV: PROPIEDADES MECANICAS TRAS TRATAMIENTOS TERMICOS 4
2. Se tomaron datos de las elongaciones mostradas por
el resorte al ser sometido a diferentes fuerzas
determinadas. Esto, con el fin de poder crear una
grafica de elongacin en funcin de la carga o de la
fuerza ejercida sobre las muestras.
De manera practica se realiza un tratamiento de temple a un
resorte en estado de entrega anteriormente analizado con la
maquina de alargamiento. La prctica consisti en llevar el
resorte a un horno de atmsfera no controlada (MUFLA)
durante 5 minutos a una temperatura de 820C.
Despus de transcurridos los 5 minutos se saca el resorte del
horno con una pinzas de acero 1070 con el fin de enfriarlo
rpidamente, para lo que se sumerge en un recipiente con
agua. Con ello culmina el proceso del temple.
A este resorte tratado por medio del temple, se le realiza el
mismo procedimiento anteriormente mencionado en la
maquina de alargamiento.
V. ANLISIS Y RESULTADOS
A partir de los datos tomados en la prctica de laboratorio se
realizaron tablas y grficas que permitan la comparacin entre
las caractersticas mecnicas que confiere el proceso trmico a
los resortes.
Adems gracias al anlisis micro estructural tambin se puede
hacer una comparacin en cuanto a la composicin fsica de la
estructura y cmo se relaciona sta con el cambio de sus
propiedades.
A continuacin se presentan los datos tomados en la prctica
tabulados de forma tal, que permita la construccin de las
graficas de elongacin en funcin de la carga
RESORTE EN ESTADO DE ENTREGA
PATENTADO (HV 525 - bainita)
Carga (gr) Elongacin (cm)
0 29,4
500 32,6
1000 34,6
1500 37,3
2000 40,2
2500 42,5
300 45
3500 47,7
Como se puede observar la deformacin del resorte es
proporcional a la carga a la que es sometido. Por lo que se
deduce a partir de la grafica construida, que se presenta
nicamente deformacin elstica, y adems teniendo en cuenta
que el resorte trabajado despus de retirada la carga volvi a
su estado inicial.
0
10
20
30
40
50
60
0 1000 2000 3000 4000
Elo
nga
cio
n (
cm)
Carga o Fuerza ejercida (gr)
Elongacion en funcion de la carga (Patentado)
INFORME DE LABORATORIO IV: PROPIEDADES MECANICAS TRAS TRATAMIENTOS TERMICOS 5
RESORTE ESTADO DE ENTREGA RECOCIDO
(HV 235 - perlita y ferrita)
Carga (gr) Elongacin (cm)
0 29,4
500 31,6
1000 34,7
1500 80
2000 no alcanz, se deform plsticamente
La grafica nos muestra dos fases en el proceso de elongacin
del resorte, la primera es la elstica, como se observa despus
de los 1000 gr de carga, el alargamiento se da rpidamente por
lo que se deduce que el resorte entro en una etapa de
deformacin plstica, Adems de ello, porque al ser sometida
la muestra a este tratamiento trmico, se volvi mas dctil.
RESORTE ESTADO DE ENTREGA TEMPLADO
(HV 730 - martensita)
Carga (gr) Elongacin (cm)
0 30,3
500 33,4
1000 36,1
Esta fue la muestra que se trato trmicamente de manera
prctica en el laboratorio. Despus del proceso llevado a cabo
para realizar el temple, se generaron grandes tensiones
internas por lo que al realizarle la prueba a este resorte, el
mismo se fractur de manera casi que inmediata.
RESORTE ESTADO DE ENTREGA BONIFICADO
(HV 620 - martensita revenida)
Carga (gr) Elongacin
(cm)
0 27,7
500 28,9
1000 29,9
1500 30,9
2000 31,9
2500 32,8
3000 33,8
3500 34,7
En la grafica construida a partir de los datos tomados en el
laboratorio, se evidencia que el cambio de elongacin es
tambin proporcional al de carga ejercida sobre la muestra.
Por lo que se concluye que solo se alcanz una deformacin
elstica, y adems, teniendo en cuenta que el resorte volvi a
su estado original tras retirar la carga.
RESORTE ESTADO DE ENTREGA BONIFICADO
(HV 470 - martensita revenida)
Carga (gr) Elongacin (cm)
0 29,5
500 30,4
1000 31,4
1500 32,3
2000 33,3
2500 34
3000 35
3500 35,8
0
20
40
60
80
100
0 500 1000 1500 2000
Elo
nga
ci
n (
cm)
Carga o Fuerza ejercida (gr)
Elongacin en funcion de la carga (recocido a 820C)
30,0
32,0
34,0
36,0
38,0
0 500 1000 1500
Elo
nga
ci
n (
cm)
Carga o Fuerza ejercida (gr)
Elongacin en funcion de la carga (templado a 820C)
0
10
20
30
40
0 1000 2000 3000 4000
Elo
nga
ci
n (
cm)
Carga o fuerza ejercida (gr)
Elongacin en funcion de la carga (Templado 820C - Revenido 300C)
INFORME DE LABORATORIO IV: PROPIEDADES MECANICAS TRAS TRATAMIENTOS TERMICOS 6
En esta grafica tambin se observa que la pendiente es una
recta por lo que se concluye que se llego nicamente a una
fase de deformacin elstica. Y que el alargamiento que tuvo
el resorte es directamente proporcional a la carga que le fue
ejercida.
RESORTE ESTADO DE ENTREGA BONIFICADO
(HV 352 - martensita revenida)
Carga (gr) Elongacin
(cm)
0 29,3
500 30,4
1000 31,3
1500 32,3
2000 33,2
2500 34
3000 34,9
3500 35,8
Como se puede observar en este caso como en los dos
anteriores, la deformacin del resorte es proporcional a la
carga a la que es sometido. Se deduce a partir de la grafica
construida, que se presenta nicamente deformacin elstica,
teniendo en cuenta tambin que inmediatamente despus de
retirada la carga el resorte volvi a su estado original.
Efecto del tratamiento trmico en las propiedades micro
estructurales del resorte
Estado de entrega (patentado)
HV (dureza) 525
En estado vaintico se puede observar una estructura uniforme
con una dureza promedio
Recocido 820 C
HV 235
Para el tratamiento de recocido podemos observar una
disminucin en la dureza por prdida de carbono ya que el
oxgeno penetra en el material y lo oxida formando una mayor
cantidad de ferrita que perlita.
Templado a 820C
HV 730
0
10
20
30
40
0 1000 2000 3000 4000
Elo
nga
ci
n (
cm)
Carga o Fuerza ejercida (gr)
Elongacin en funcion de la carga (Templado 820C- Revenido 450C)
0
10
20
30
40
0 1000 2000 3000 4000
Elo
nga
ci
n (
cm)
Caraga o Fuerza ejercida (gr)
Elongacin en funcion de la carga (Templado 820C - Revenido 600C)
INFORME DE LABORATORIO IV: PROPIEDADES MECANICAS TRAS TRATAMIENTOS TERMICOS 7
Podemos presenciar un aumento notable en la dureza del
material, lo que concuerda con el anlisis antes realizado sobre
el rompimiento del resorte sometido a este tratamiento en la
prctica de laboratorio. Adems se puede notar la aparicin de
martencita en la estructura.
Templado a 820C Revenido a 300C
HV 620
Templado a 820C Revenido a 450C
HV 470
Templado a 820C Revenido a 600C
HV 352
Las tres ultimas imgenes, son de resortes sometidos al
tratamiento trmico de bonificado, Por medio del cual, en
primer lugar, en todos los casos se aumento la dureza del
material por medio del temple y, en segundo lugar, por medio
del revenido se consigui eliminar las tensiones internas con
lo que adems se redujo tambin la fragilidad al impacto y por
ende, se logro una mejora bastante optima en las propiedades
mecnicas y micro estructurales del material.
VI. CONCLUSIONES
Los tratamientos trmicos son un medio por el cual, se
busca mejorar las propiedades micros estructurales y
mecnicas de los materiales sometidos a dichos, en busca
de las caractersticas deseadas para su funcionamiento y
utilidad.
Dependiendo de las cualidades o caractersticas especficas
que se le quieran otorgar al material en pro de su uso en
aplicaciones especificas, debe someterse al material a
diferentes tratamientos trmicos.
Es recomendable siempre hacer un tratamiento de temple
seguido del revenido, ya que en el primero, no solo se
aumenta la dureza, sino que como consecuencia de ello
tambin se generan tensiones internas que aumentan su
fragilidad al impacto, y es justamente el segundo
procedimiento el que permite eliminar dichas tensiones.
Los tratamientos trmicos aplicados en los resortes,
generan diferentes propiedades que los vuelven adecuados
para ser sometidos a cierta tensin.
Luego de someter los resortes a los estiramientos en el
soporte, el nico que se rompi fue el que se haba
templado y enfriado en agua esto se debe a que es el que
ms dureza adquiere pero al mismo tiempo se vuelve ms
frgil.
La relacin entre dureza y fragilidad es inversamente
proporcional en los resortes ya que la elasticidad de un
resorte disminuye cuando se somete a un tratamiento que
le confiere una estructura ms rgida y se vuelve propenso
a la fractura.
VII. REFERENCIAS
SMITH, William y HASEHEMI, Javad. (2006). Fundamentos
de la Ciencia de Materiales (Cuarta ed.). . Mxico D.F:
Revert S.A.
INFORME DE LABORATORIO IV: PROPIEDADES MECANICAS TRAS TRATAMIENTOS TERMICOS 8
R.L. BERNAU. Elementos De Metalografia y de Acero al
Carbono Editorial Andres Bello. Pg. 23
DOUKOVA, SOFKA. Lombana, Edwin. Materiales
Laboratorio Gua Para Practicas. Capitulo IV, Tratamientos
trmicos, pg. 77-96.
KOZLOV, YU. Ciencia de los materiales. Capitulo V,
Fundamentos del tratamiento trmico, pg. 79-97.
PERE MOLERA SOL, Tratamientos Trmicos de los
Metales. Editorial Prodctica 51