Laboratorio de Ciencia de los Materiales I (2013 I)

INFORME N 7-8METALOGRAFA CUALITATIVA

RECONOCIMIENTO DE MICROESTRUCTURASAUTORES:

OBJETIVOTomando en cuenta el tipo de material de la muestra y el tratamiento trmico (TT) aplicado, observar y diferenciar el tamao, la forma y el color de cada una de las fases y microestructuras resultantes en las diferentes probetas y establecer relaciones entre ellas.

INDICACIONES1. Primero, el alumno/a deber revisar cuidadosamente los archivos Informacin complementaria N 1 e Informacin complementaria N 2 (archivos en PDF ya suministrados). Tambin deber revisar el material de las clases de teora para sustentar sus observaciones. En todos los casos, deber trabajar con un diagrama Fe-Fe3C.2. El alumno/a deber resolver los tres casos propuestos haciendo los comentarios que considere necesario y realizar anotaciones en las figuras para apoyar su explicacin.RECOMENDACIN: Aumente el tamao de las imgenes al realizar sus observaciones. Se proporciona un ejemplo de referencia.3. Los alumnos/as debern nombrar al archivo correspondiente a su trabajo de la siguiente manera:

Apellidos, nombre Informe 7-84. El trabajo ser remitido al correo C11021@utp.edu.pe en DOS (02) formatos: Word y PDF.Ejemplo de referencia:

Material:AISI 1080

Tratamiento trmico (TT):Recocido de regeneracin (recocido total).

Pregunta:

Qu puede concluir sobre la efectividad del TT de recocido de regeneracin realizado en esta probeta de acero AISI 1080?

Solucin:

Se trata de un acero ordinario no aleado, con 0,80 % de C (eutectoide).

En trminos generales, al aplicarse un TT de recocido de regeneracin (para un acero en diversa condicin de entrada), buscamos obtener al final del TT una microestructura semejante a la correspondiente del diagrama de equilibrio Fe-Fe3C.Sabemos tambin que para los aceros AISI 1080 (pero enfriados en condiciones de equilibrio), la microestructura esperada debe ser 100 % perltica.

Al observar la microestructura a 200x reconocemos una microestructura compuesta por zonas oscuras (aproximadamente un 85 % del rea) y el resto zonas claras.

En la imagen a 1000x, en las zonas oscuras, se puede ver sin dificultad las fases de ferrita y cementita de manera alternada (A), que como sabemos son los constituyentes de la perlita. En las zonas claras de esta misma imagen, tambin podemos reconocer la presencia de lminas alternadas que deben corresponder a la ferrita y cementita (B). Hay sin embargo, algunas trazas de red de cementita (C).

Podemos concluir finalmente que el TT de recocido de regeneracin en este acero AISI 1080, ha modificado en un 95 % la microestructura del material transformndola al tipo perltico quedando un 5 % conformado por red de cementita.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CASO 1:

Material:AISI 1030 y AISI 1050

Tratamiento trmico (TT):Recocido de regeneracin (recocido total) para ambas probetas.

Pregunta:

En que consiste el Tratamiento de Recocido?

Solucin:Se trata de un acero hipoeutectoide aleado al 0.3 % de carbono.

Por lo tanto el acero 1030 contiene en lo ms aproximado 0.31 % de C ,0.30 % de Si, 0.62 % de Mn, 0.26 % de Cu, 0.012 % de P , 0.03 % de S , 0.21 % de Cr ,0.02 % de Sn , entre otros con menor porcentaje.

Al aplicar el TT de recocido regenerativo se busca valga la redundancia regenerar la estructura del material producido por Temple o forja. Como este es un acero hipoeutectoide con dicho tratamiento solo se busca reordenar la estructura acercndose a la original. Segn lo que observamos, este acero est conformado por perlitas y ferritas aproximadamente en 30% y 70 % respectivamente.Este acero recocido total consiste en matriz de ferrita con partculas de carburo dispersas.

Este recocido Total Consiste en calentar el acero hasta la temperatura de austenizacin (800-925 C). Se debe aplicar luego de la forja o laminacin. Es ideal para materiales que requieran una resistencia de 38 a 55 Kg/mm2. Consiste en calentar el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior.35 hasta 0. Para disminuir los efectos del temple , o cuando se desea modificar la estructura cristalina del acero. Eliminando la acritud que produce el trabajo en fro y las tensiones internas.

Pregunta:

Para ambos aceros hipoeutectoides, en base a sus observaciones, explique el tipo de microestructura y fases presentes estableciendo relaciones entre las muestras. Considere en todo momento el material y tipo de TT aplicado.

Solucin:

Se trata de un acero templado al 0.5% de carbono (C) , lo cual ha sido sometido a TT de recocido de regeneracin.Este material est conformado por perlitas y ferritas, en comparacin con el AISI 1030; el AISI 1050 tiene mayor cantidad de ferritas y las micro estructuras son relativamente ms pequeas tanto perlitas como ferritas y estn en un orden aprox. de 55% y 45% respectivamente y encontramos laminas alternadas de perlitas y cementitas.CASO 2:

Material:AISI 1050 (para ambas probetas)

Tratamiento trmico (TT):a. Templado en aceite.b. Templado en agua.

Pregunta:

Que caractersticas resaltan de la microestructura despus del tt?Solucin: Este es un acero AISI 1050 con 0.5 % C sometido al TT de Templado en aceite el cual adquiere mayor dureza Antes de endurecer el material, la microestructura del material es una estructura de grano de perlita y ferrita que es uniforme y laminar. La perlita durante este proceso de enfriamiento en aceite se convierte en martensita como una estructura fina, grano de aguja.De esta imagen podemos observar que las microestructura de martensita estn formadas por agujas relativamente grandes. En un % mayor de agujas encontramos que sus propiedades mecnicas mejoran.

Pregunta:

En este caso se trata de probetas del mismo material sometidas ambas a TT de temple; pero con diferente velocidad de enfriamiento. En base a sus observaciones, explique el tipo de microestructura y fases presentes estableciendo relaciones entre las muestras. Considere en todo momento el material y tipo de TT aplicado.

Solucin: Este es un acero AISI 1050 templado en agua el cual durante el proceso se a formado microestructura martensiticas con agujas relativamente pequeas y delgadas.De estas dos imgenes metalogrficas se concluye que el AISI 1050 templado en agua tiene microestructura perliticas ms pequeas que el AISI 1050 templado en aceite, esto es debido a que al ser templado en agua la velocidad de enfriamiento es mucho mas rpido que enfriarlo en aceite.En estas imgenes podemos observar que hay presencia de perlita y ferrita, en algunas imgenes se nota una descarburacin, propiedades mecnicas muy bajas ya que este tratamiento es para ablandar las piezas o alivianar fracturas despus de haber realizado un temple.TEMPLE Temple, en metalurgia e ingeniera, es un proceso de baja temperatura en el tratamiento trmico del acero con el que se obtiene el equilibrio deseado entre la dureza y la tenacidad del producto terminado. Es decir es un proceso de trabajo en frio que aumenta la dureza del metal, sobre todo en el caso de aceros con bajo contenido en carbono y de metales no ferrososEl temple es un proceso mecnico por el cual las aleaciones de acero y el hierro fundido se fortalecen y endurecen. Estos metales constan de metales ferrosos y aleaciones. Esto se realiza calentando el material a una cierta temperatura, dependiendo del material, y luego enfrindolo rpidamente. Esto produce un material ms duro por cualquiera de endurecimiento superficial o a travs de endurecimiento que vara en la velocidad a la que se enfra el material. El material es entonces a menudo revenido para reducir la fragilidad que puede aumentar por el rpido enfriamiento del proceso de endurecimiento. Los temas que pueden ser templados incluyen engranajes, ejes y bloques de desgaste.El siguiente paso es el enfriamiento de la pieza. El agua es uno de los medios de enfriamiento ms eficientes, donde se adquiere la mxima dureza, pero hay una pequea posibilidad de que se causen deformaciones y pequeas grietas. Cuando se puede sacrificar la dureza se utilizan aceites de ballena, de semilla de algodn o minerales. Estos tienden a oxidarse y formar un lodo, que consecuentemente disminuye la eficiencia. La velocidad de enfriamiento (velocidad de enfriamiento) de aceite es mucho menor que el agua. Para minimizar la distorsin, las piezas cilndricas largas se templan verticalmente; las piezas planas en el borde, y las secciones gruesas deben entrar primero en el bao. El bao se agita para evitar las burbujas de vapor.

Efectos del temple 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.

CASO 3:

Material:AISI 1050 (para ambas probetas)

Tratamiento trmico (TT):a. Normalizado

b. Recocido

AISI 1050

NormalizadoPREGUNTA:Que ventajas le confiere el tt de normalizado al acero AISI 1050?

SOLUCION:

El acero Aisi 1050 es un material con 0.5% de carbono, el cual posee importantes propiedades mecnicas, lo cual lo hace indispensable para trabajos que requieran altas exigencias.

En la figura podemos ver como gracias al tt de normalizado se han generado grandes zonas oscuras (Perlitas) en un 70% del total de la microestructura, y luego podemos apreciar las zonas blancas (Ferritas), las cuales no tienen forma definida, debido a que el tratamiento de normalizado no proporciona un ordenamiento definido de granos, pero si aumenta sus propiedades para la maquinabilidad.

Finalmente el tratamiento de recocido prepara al material para un acabado final previo al trabajo que realizar.

AISI 1050

Recocido de

RegeneracinPregunta:

En este caso se trata de probetas del mismo material sometidas a diferentes tratamientos trmicos. En base a sus observaciones, explique el tipo de microestructura y fases presentes estableciendo relaciones entre las muestras. Considere en todo momento el material y tipo de TT aplicado.

Solucin:

El AISI 1050 de la imagen 1 ha sido sometido a un proceso de normalizado por el cual los granos de perlita tienden a acercarse a la microestructura original, estos sufren un proceso de reordenamiento por el cual se obtiene una estructura perlitica ms fina, ms uniforme y ordenada que la estructura previa.

Se observan en la imagen granos ms pequeos de ferrita en comparacin con los granos de perlita, debido a este proceso el acero tiene mayor dureza y resistencia El AISI 1050 sometido al proceso de recocido de regeneracin por el cual la microestructura es semejante a la que se obtendra por un proceso de enfriamiento lento; se observa en la imagen microestructura de ferritas y perlitas ms gruesas el AISI 1050 sometido al proceso de normalizado posee microestructura de ferrita ms pequeas que las del AISI 1050 sometido al proceso de regeneracin, por el cual se concluye que el AISI 1050 con tratamiento normalizado es ms duro que el AISI1050 recocido debido a que los granos son ms compactos. El normalizado es un tratamiento trmico que se emplea para dar al acero una estructura y caractersticas tecnolgicas que se consideran el estado natural o final del material que fue sometido a trabajos de forja, laminacin o tratamientos defectuosos. Se hace como preparacin de la pieza para el temple.

El procedimiento consiste en calentar la pieza entre 30 y 50 grados centgrados por encima de la temperatura crtica superior, tanto para aceros hipereutectoides, como para aceros hipoeutectoides, y mantener esa temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformacin completa en austenita. A continuacin se deja enfriar en aire tranquilo, obtenindose una estructura uniforme.

Con esto se consigue una estructura perltica con el grano ms fino y ms uniforme que la estructura previa al tratamiento, consiguiendo un acero ms tenaz. Es lo que llamamos perlita fina (observar un diagrama TTT, de la fase austenita y posteriormente realizar una isoterma a una temperatura determinada).En la figura AISI 1050 Normalizado 1000X esta grafica hay presencia de perlita y ferrita, como podemos observar la micro estructura esta fina y homogenizada.200x

B

1000x

C

A

Ferrita (70%)

Perlita (30%)

AISI 1030

200x

1000x

Ferrita (45%)

AISI 1050

200x

1000x

Perlita (55%)

Perlita

Ferrita

AISI 1050

Templado en aceite

1000x

500x

1000x

500x

Martensita

AISI 1050

Templado en agua

Ferrita

Perlita

1000x

Ferrita

Lminas de ferrita y cementita

Red de cementita

1000x

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