1.- ENUNCIADO Se conocen las curvas T.T.T continua e isotérmica del acero con denominación U.N.E. F-1230 así como la de revenido. 1º) Calcular y representar las velocidades críticas de temple perfecto y correcto para la curva en

continuo. No se admiten simplificaciones a rectas. 2°) Se conoce de un redondo de 320 mm de Ø de dicho acero, templado en agua desde la temperatura

de austenización, la tabla siguiente:

Distancia de un punto del redondo en mm a la periferia

Velocidad de enfriamiento en ºC/seg

0 60

40 5,5

80 2,715

120 0,55

160 0,0425

Se pide: Dibujar la curva dureza-distancia al centro del redondo (Curva en U). 3º) Indicar el porcentaje de microestructuras correspondientes a Ar3, Ar", Ar" y Ar"' para los puntos de

la tabla del apartado anterior. 4º) Tratamientos térmicos posibles para que una pieza delgada de dicho acero quede con una dureza

de 6 Rc. 5°) Calcular aproximadamente la temperatura final de transformación martensítica.

2.- ENUNCIADO Al observar al microscopio una probeta de un acero al carbono hipereutectoide aparece una estructura formada por granos oscuros rodeados de una retícula blanca, si el ataque se realiza con nital. Después de un calentamiento a 1000°C y posterior enfriamiento brusco en agua, la microestructura está formada por agujas que se destacan sobre un fondo blanco, al efectuar el ataque con idéntico reactivo. Se pide: 1º) Microestructura inicial y final del acero, razonando los fenómenos ocurridos. 2°) Desde el punto de vista metalúrgico, criticar el proceso efectuado y los resultados conseguidos. 3º) Si posteriormente al enfriamiento en agua se calentara la probeta hasta los 600°C, indicar las

transformaciones que sufriría la microestructura. Si el acero tuviera elementos de aleación carburígenos ¿Qué diferencias habría en el calentamiento a 600°C con respecto al caso de que no los hubiera?

4°) Tratamiento que debería efectuarse para conseguir la mínima dureza del acero al carbono,

indicando temperaturas aproximadas de tratamiento y microestructura conseguida. 3.- ENUNCIADO Una aleación Fe-C sigue la siguiente ley que relaciona la solubilidad en carbono de la austenita que contiene con respecto a la temperatura a la que se encuentra:

θ (°C) = 575 + 190(%C A )2

Dicha aleación a temperatura ambiente tiene dos microconstituyentes monofásicos siendo la relación de ambos (en peso) de 5,0636. Si se calienta a una cierta temperatura contiene también dos microconstituyentes monofásicos, siendo ahora la relación (en peso) entre ellos de 55,7. Uno de estos es de la misma naturaleza que uno de los dos que existían a temperatura ambiente. Si se trata convenientemente la aleación se puede conseguir que la microestructura (a temperatura ambiente) esté formada por dos microconstituyentes, uno monofásico y otro bifásico, con idénticas fases y en igual proporción que la estructura descrita anteriormente (a temperatura ambiente). La relación, en peso, del microconstituyente común a ambas estructuras es de 4,76. Se pide: 1º) Porcentaje en carbono de la aleación y temperaturas de sus puntos críticos. 2º) Microestructura cualitativa y cuantitativa en los tres casos descritos así como la solubilidad en C de

la austenita para el caso descrito en la segunda forma en que se encuentra la aleación. 3°) Descripción de los tratamientos para pasar de una microestructura a la otra. 4º) Comprobación de las propiedades mecánicas de las estructuras que tenemos a temperatura

ambiente. 5º) Tratamiento que habría que dar a. la aleación para obtener el mejor compromiso entre sus

características mecánicas.

4.- ENUNCIADO Una probeta de acero al carbono presenta una microestructura formada por agujas blancas entrecruzadas sobre un fondo oscurecido, cuando atacada con nital-3 Sé observa a 100 aumentos. La relación, en peso, entre dichos microconstituyentes es de 1,5. La aleación a 740°C tiene dos fases en equilibrio, siendo la composición de una de ellas en carbono de 0,70%. La relación de ambas fases, en peso, es de 17/18. La curva temperatura-tiempo con un enfriamiento muy lento desde 780°C es la qué se representa: Se pide: 1º) Composición en carbono de la aleación así como del eutectoide. 2º) Definir la microestructura de equilibrio indicando las cantidades de fases y microconstituyentes. 3°) Microestructura del acero en el estado descrito en el enunciado y señalar el tratamiento que hay

que efectuar para obtener la microestructura de equilibrio. ¿Cuáles serían las diferencias entre los dos estados con respecto a sus características mecánicas?

4º) En la curva temperatura-tiempo indicar las fases y equilibrios que aparecen en cada zona 5º) Describir la secuencia de tratamientos que permitiera obtener un eje de 25 mm de diámetro, con el

acero dado, y que presentase la máxima resiliencia con alta resistencia al desgaste. ¿Cuál sería la microestructura en una sección transversal del eje?

5.- ENUNCIADO La observación microscópica de la sección transversal de una barra cilíndrica de un acero, previamente preparada y atacada con nital-3, permite observar una corona exterior formada por una estructura acicular y una zona central formada por una estructura granular. Sea D el diámetro de la barra y d el diámetro de la zona central. Se consideran los siguientes supuestos al realizar una macrografía del redondo: 1 - Zona acicular oscurecida y zona central blanca 2.- Zona acicular blanca y zona central oscurecida. Para los siguientes valores de D y d: a.- D = 50 mm; d = 50 mm b.- D = 50 mm; d = 40 mm c.- D = 50 mm; d = 49 mm

Se pide esquemáticamente: - Composición química del redondo. - Tratamiento que ha sufrido - Microestructura de cada zona. 6.- ENUNCIADO La figura esquemática nos muestra dos fotomicrografías numeradas como 1 y 2, obtenidas a iguales aumentos, se han obtenido de un mismo acero al carbono en dos diferentes estados. En las fotomicrografías se distinguen las huellas de microdurezas Vickers realizadas en ambas probetas. El ataque se ha realizado con reactivo nitroalcohólico. Se pide: 1°) Microestructuras de ambas probetas. Estado del material en los dos casos. ¿Cómo podría pasarse

del estado 1 al 2 y viceversa? Explicación. 2°) Características mecánicas principales del acero en los dos estados. 3º) Suponiendo que el fondo blanco de los esquemas de las micrografías suponga el 85% de la masa

total de la probeta, calcular el tanto por ciento de carbono del acero. 4º) Si después de calentar el acero a 900°C, se enfriara lentamente en el horno, ¿qué microestructura

se obtendría ahora? Representarla. Ventajas e inconvenientes de este estado con respecto al estado 1.

5º) Diferencias entre las propiedades mecánicas obtenidas al efectuar un temple a partir del estado 1 ó

del obtenido en el apartado 3º. 6º) Diferencias y analogías entre las propiedades mecánicas de este acero y uno eutectoide si a

ambos se les sometiera a un recocido de austenizació completa.

7.- ENUNCIADO La sección recta de un redondo de 40 mm de diámetro de una aleación Fe-C, previamente preparada y atacada con nital-3, muestra en observación microscópica a 500 aumentos un círculo interior de 36 mm de diámetro constituido por glóbulos blancos de contorno oscurecido sobre un fondo blanco. La relación en peso de los glóbulos al fondo blanco es de 1/6. El contorno exterior del redondo está formado por una

estructura acicular oscurecida sobre un fondo blanco. Se pide: 1º) Microconstituyentes de cada zona. 2º) Composición química de la aleación. Curva de la "S", curva Jominy y curva en "U", aproximadas,

del material. Justificación. 3º) Tratamiento que ha sufrido el redondo. 4º) Propiedades y aplicaciones que presenta. 5°) Microestructura de equilibrio del acero. Dibujarla indicando los microconstituyentes que la integran. 6°) Tratamiento a efectuar para incrementar la dureza superficial sin variar la microestructura del

núcleo central. 7°) ¿Podría obtenerse un redondo que presentando idéntica microestructura que el descrito tuviera

mayor resistencia mecánica? Describir y justificar las operaciones. 8°) ¿Podría aumentarse el espesor de capa dura sin alterar cuantitativa ni cualitativamente la

microestructura del redondo? Describir el proceso. 8.- ENUNCIADO En una aleación Fe-C, sin elementos especiales, atacada con nital-3 se observan granos oscurecidos orlados por zonas blancas. Dicha aleación calentada hasta una cierta temperatura y enfriada en un baño de aceite da una estructura acicular con un leve fondo blanquecino, siendo el porcentaje, en masa, de este último de un 6,86%. Si sometemos la misma aleación a una operación térmica resulta que su estructura a temperatura ambiente está formada por granos blancos, zonas aciculares y un leve fondo blanquecino, teniendo este último una masa sobre el total de la aleación del 10,115%. La misma aleación sometida a otro tratamiento térmico da lugar a una estructura formada por fondo blanco y glóbulos, así mismo blancos. Datos:

Austenita retenida a temperatura ambiente -------------------------------------------------------- = 20 (% de C que contiene dicha austenita)3

Siendo el % de C en el eutectoide del 0,9. Se despreciará la variación en la cantidad de austenita retenida con la temperatura y tiempo de permanencia de austenización, para un mismo porcentaje en carbono. Se pide: 1°) Tipo de aleación. 2º) Cantidad de microconstituyentes existentes así como la composición de cada uno de ellos en las

cuatro estructuras descritas en el enunciado. 3°) Operaciones que hay que efectuar para pasar de una estructura a la otra. 4°) ¿Qué operación tendríamos que efectuar para que en una pieza de esta aleación observáramos,

en dos zonas diferentes, la segunda y cuarta microestructura?

9.- ENUNCIADO Se dispone de un acero cuyas curvas T. T. T. y de revenido se adjunten y con él se desean construir unas piezas que tengan una resistencia mecánica de 130 kg/mm2. Se conoce además que el 50, 90 y 95% de la transformación martensítica tiene lugar a 75, 125 y 130°C por debajo de la temperatura Ms.

Se pide: 1º) Determinar todos los tratamientos térmicos posibles para la obtención de las piezas, definiendo en

cada uno de ellos: temperatura, tiempo y medio de enfriamiento. 2º) Dibujar sobre la curva T. T. T. la trayectoria de los diferentes tratamientos. 3º) Indicar cuál es el tratamiento de mayor garantía desde el punto de vista de seguridad y mínimo

riesgo de aparición de grietas. ¿Y el de mayor riesgo? 4°) Determinación gráfica de Mf. Datos: Velocidad de enfriamiento del núcleo de las piezas en

Sales......... 13°C/seg Aceite........ 6°C/seg Agua.......... 30°C/seg

Se considerará solamente el caso de temple perfecto y se supondrán rectas las trayectorias de enfriamiento entre cualquier temperatura y salto térmico en los tres medios. 10.- ENUNCIADO Con un acero, cuya curva T.T.T isotérmica es la que se da en la fig. 1 y la de revenido en la fig. 2, se desea construir una pieza cilíndrica de 25 mm de diámetro y 200 mm de longitud. Una vez construida, ésta debe de quedar con una resistencia a la tracción de 162 kg/mm2 equivalente a una dureza de 48 HRc. En el taller de tratamientos térmicos se dispone de dos hornos de sales que pueden alcanzar cualquier temperatura comprendida entre 200°C y 900°C así como de baños de temple de agua y aceite. Y admitiendo: 1º) Que las velocidades de enfriamiento en el núcleo de la pieza sean:

en sales....... 5°C/seg entre 900°C y 200°C en aceite...... 6°C/seg entre 900°C y 0°C en agua........ 15°C/seg entre 900°C y 0°C

2º) Que la potencia de los hornos, 15 Kw, es constante e independiente de la temperatura, siendo el precio del Kw-h de 5 pts. 3º) Que en el horno de sales el tiempo necesario para austenizar es la tercera parte del que se requiere en un horno de mufla. Se pide: 1º) Suponiendo rectas las trayectorias de enfriamiento (en el gráfico), dibujar sobre la curva T.T.T. los

tratamientos térmicos posibles para dejar la pieza con las características pedidas. Descripción de dichos tratamientos.

2º) Costo de la energía eléctrica consumida en cada tratamiento. 3º) Ventajas e inconvenientes de cada tratamiento.

11.- ENUNCIADO Para construir una pieza con grandes diferencias de masa entre unas zonas y otras se selecciona el acero cuya composición y curva T.T.T. se adjunta. La pieza se obtiene mediante moldeo resultando una dureza en bruto de colada de 41 HRc. Esta pieza está destinada a formar las mandíbulas de un molino triturador de vidrio y por tanto su dureza final debe ser la máxima posible. Las piezas, antes de su montaje, han de ser mecanizadas. Las velocidades de enfriamiento para esta pieza son (en el núcleo) las siguientes:

El espesor máximo de la pieza es de 20 mm. Se pide: 1°) Tratamiento térmico para mecanizar la pieza en las mejores condiciones. Indicar la temperatura y

tiempo del tratamiento. 2°) Tratamiento más idóneo para alcanzar la máxima dureza que puede proporcionar el material con el

mínimo riesgo de roturas y deformaciones. Duración del tratamiento. 3º) Indicar gráficamente los tratamientos sobre la curva T. T. T. 4º) Calcular (aproximadamente) por método gráfico la temperatura final de transformación

martensítica. 5º) Estructuras obtenidas al final del tratamiento de endurecimiento. 12.- ENUNCIADO Se desean fabricar una serie de discos de 100 mm de Ф y 25 mm de espesor. Estos deberán poseer como características principales 100 kg/mm2 de resistencia a la tracción y al menos 14 kgm/cm2 de resiliencia. El almacenista solamente puede suministrar dos tipos de acero, en estado normalizado, que tienen las siguientes características: Acero 1, con R=85 kg/mm2, suministrado en barras de 10 m de longitud y 115 mm de Ф.

Acero 2, con R=90 kg/mm2, suministrado en barras de 10 m de longitud y 100 mm de Ф.

El taller mecánico se opone a operar sobre piezas que posean más de 80 kg/mm2 de resistencia. La sala de tratamientos térmicos dispone de horno de mufla que alcanza los 1000°C y horno de sales cuya gama de temperaturas de trabajo está comprendida entre 200 y 700°C. Así mismo dispone de los siguientes medios de enfriamiento: agua, aceite y sales, siendo las velocidades medias de enfriamiento del núcleo correspondientes a los tres medios: 2.600, 1.450 y 1.400°C/seg. Operando en las gráficas T.T.T. isotérmicas, aunque se realicen enfriamientos continuos, y suponiendo

rectas las velocidades de enfriamiento (en el intervalo de temperaturas en el que se pueda mantener esta hipótesis) describir las secuencias de operaciones de todos los procesos posibles para obtener los discos. Datos: - El tiempo de austenización se considerará de 1 hora por pulgada de espesor y el de revenido de 2 horas, para cualquier temperatura. -100 kg/mm2 equivalen a 32 HRc y 80 kg/mm2 a 21 HRc. 13.- ENUNCIADO Se desean fabricar 10.000 ejes de 25 mm Ø , 1086,5 mm de longitud y 4kg de peso que tengan una resistencia de 90 kg/mm2, equivalentes a 26 Rc, y que deben soportar golpes en toda su masa de al menos 8 kgm/cm2. En el almacén se dispone de dos aceros distintos de igual resistencia, 50 kg/mm2, en forma de redondos de diámetro: Acero 1: 30 mm de Ø, Acero 2: 25 mm Ø. Se adjuntan las curvas T. T. T. y de revenido de ambos aceros.

Para efectuar los tratamientos se dispone de un horno de mufla calentado por resistencias cuya potencia es función de la temperatura según la ley:

P (kw) = t°C/20 También se dispone de un horno de sales que puede trabajar entre 200 y 550°C, cuya potencia viene dada por la expresión:

P (kw) = t°C/25

Como medios de enfriamiento existen baños dé aceite y agua. Se pide: 1°) Describir la secuencia de operaciones para obtener los ejes en cada uno de los posibles procesos,

y estructura final alcanzada para cada caso. 2º) ¿Cuál de los dos aceros sería el más idóneo teniendo en cuenta conjuntamente los aspectos

técnico y económico?

Datos: Capacidad del horno de mufla: 500 kg Capacidad del horno de sales: 12 kg Velocidad media de enfriam. del núcleo en aceite : 450°C/seg Idem en agua: 1.400°C/seg Idem en sales: 1.020°C seg Consumo de aceite de temple: 0,2 pts/kg de acero Ídem de agua: despreciable Ídem de sales: 1,5 pts/kg de acero Densidad del acero: 7,5 g/cm3

Coste de mecanizado: 15 pts/kg viruta arrancada Precio del kw-h: 3 pts Precio del acero 1: 55 pts/kg Precio del acero 2: 80 pts/kg Se supone los hornos a régimen, y rectas las velocidades de enfriamiento dibujadas en el diagrama T.T.T. El tiempo de revenido para ambos aceros, y a cualquier temperatura se tomará de 2 horas. 14.- ENUNCIADO A un acero del 0,567% de carbono, que ha sido templado y posteriormente, durante 2 horas y a diferentes temperaturas revenido se le han tomado los siguientes valores:

Temperatura de revenido (°C) Dureza (HRc)

100 63

200 59

300 55

400 48

500 41

600 34

700 25

La fórmula de Hollomon y Jaffe, deducida para revenidos equivalentes, establece que:

Dureza (HRc) = f (M) Siendo: M = T (c + log t) T = temperatura en °K t = tiempo en horas c = parámetro dependiente del porcentaje en carbono del acero (varía linealmente valiendo 19,5 para aceros con el 30% de C y 15 para los de 1,1%). Se pide: 1°) Construir la curva dureza-M. 2º) ¿Que temperatura habría que utilizar para conseguir una dureza de 50 HRc con un revenido de 0.5

horas? 3º) Revenido equivalente al anterior de 3 horas de duración. 4º) ¿Cuál de los dos es más aconsejable?