INFORME 5 REVENIDO (2)
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8 de Marzo de 2013 INFORME N° 5: TRATAMIENTO TERMICO DE REVENIDO Johan Steve Estévez --- Cód: 2090613 Universidad Industrial De Santander, Facultad De Ingenierías Fisicoquímicas Ingeniería Metalúrgica y Ciencia De Los Materiales Bucaramanga, Santander, Colombia II Periodo Académico 2012 1. INTRODUCCIÒN El revenido consiste en aplicar al acero templado o normalizado un ciclo térmico por debajo de la temperatura de transformación AC1 para obtener propiedades mecánicas específicas, o con el fin de adecuar el acero para ulteriores procesos de fabricación o maquinado. Generalmente, aunque no siempre, el revenido produce sus mejores resultados cuando se aplica al acero en condiciones mertensíticas. En este caso, el proceso comprende la segregación del carbono a los defectos de red y la precipitación de los carburos, la descomposición de la austenita retenida y la recuperación y recristalización de estructuras mertensíticas. Sin embargo, la microestructura inicial puede estar compuesta por bainita y perlita en proporciones variables, o más aún, puede contener ferrita y carburos después del temple. Además, independientemente de la composición y del método de temple, la estructura endurecida está bajo grado de tensión interna debido a los gradientes de temperatura en la sección de la pieza, a los cambios de volumen que acompañan la transformación de la austenita o a una combinación de los dos. Los esfuerzos internos pueden ser benéficos pero, a menudo, y muy particularmente en los aceros de alto carbono y alta templabilidad, pueden ser de una magnitud suficiente como para causar el agrietamiento del acero. Por consiguiente, uno de los propósitos del revenido es proporcionar algún alivio de tensiones al acero calentado, al menos hasta 120°C. De otro lado, el revenido produce cambios microestructurales y de las propiedades que están relacionadas con la estructura existente cuando empieza el revenido y con el ciclo de temperaturas que se aplique. 1 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general Observar la variación de la microestructura y dureza en función de la temperatura y tiempo en el revenido del acero 2.2 Objetivos específicos Determinar la influencia del tiempo y temperatura de revenido en la dureza microestructura del acero AISI-SAE 4140. Analizar el cambio de dureza y microestructura para diferentes tiempos de sostenimiento sobre 300°C (media, una y dos horas); y diferentes temperaturas de revenido con igual tiempo de permanencia (150, 450, 600 y 850°C por media hora) en el acero AISI-SAE 4140. 1 Valencia, tecnología del tratamiento térmico de los metales. Ed, Universidad de Antioquia, Medellín, 2009.
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8 de Marzo de 2013
INFORME N° 5: TRATAMIENTO TERMICO DE REVENIDO Johan Steve Estévez --- Cód: 2090613
Universidad Industrial De Santander, Facultad De Ingenierías Fisicoquímicas
Ingeniería Metalúrgica y Ciencia De Los Materiales
Bucaramanga, Santander, Colombia
II Periodo Académico 2012
1. INTRODUCCIÒN
El revenido consiste en aplicar al acero templado o normalizado un ciclo térmico por debajo de la
temperatura de transformación AC1 para obtener propiedades mecánicas específicas, o con el fin de adecuar el acero para ulteriores procesos de fabricación o maquinado. Generalmente, aunque no
siempre, el revenido produce sus mejores resultados cuando se aplica al acero en condiciones
mertensíticas. En este caso, el proceso comprende la segregación del carbono a los defectos de red y
la precipitación de los carburos, la descomposición de la austenita retenida y la recuperación y recristalización de estructuras mertensíticas. Sin embargo, la microestructura inicial puede estar
compuesta por bainita y perlita en proporciones variables, o más aún, puede contener ferrita y
carburos después del temple. Además, independientemente de la composición y del método de temple, la estructura endurecida
está bajo grado de tensión interna debido a los gradientes de temperatura en la sección de la pieza, a
los cambios de volumen que acompañan la transformación de la austenita o a una combinación de los dos. Los esfuerzos internos pueden ser benéficos pero, a menudo, y muy particularmente en los
aceros de alto carbono y alta templabilidad, pueden ser de una magnitud suficiente como para
causar el agrietamiento del acero. Por consiguiente, uno de los propósitos del revenido es
proporcionar algún alivio de tensiones al acero calentado, al menos hasta 120°C. De otro lado, el revenido produce cambios microestructurales y de las propiedades que están
relacionadas con la estructura existente cuando empieza el revenido y con el ciclo de temperaturas
que se aplique.1
2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general
Observar la variación de la microestructura y dureza en función de la temperatura y tiempo
en el revenido del acero
2.2 Objetivos específicos
Determinar la influencia del tiempo y temperatura de revenido en la dureza microestructura
del acero AISI-SAE 4140.
Analizar el cambio de dureza y microestructura para diferentes tiempos de sostenimiento
sobre 300°C (media, una y dos horas); y diferentes temperaturas de revenido con igual
tiempo de permanencia (150, 450, 600 y 850°C por media hora) en el acero AISI-SAE 4140.
1 Valencia, tecnología del tratamiento térmico de los metales. Ed, Universidad de Antioquia, Medellín, 2009.
8 de Marzo de 2013
3. EQUIPO
Siete probetas cilíndricas de acero AISI-SAE 4140
Horno eléctrico: Mufla
Equipo para realización de temple Equipo de protección personal
Durómetro: Escala Rockwell C.
Microscopio metalográfico.
Desbastadoras: lijas 80, 120, 180, 240, 320, 400 y 600. Pulidoras: Paño verde y blanco
Pulimento sílice β de 15 µm y sílice de 0,1 – 0,3 µm.
Reactivos químicos: Nital. Secadora industrial.
Alcohol y algodón.
Pinzas.
TRATAMENTOS TERMICOS 8 de Marzo de
2013
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4. PROCEDIMIENTO
5.
6.
Partimos de 7 probetas
cortados de acero AISI-
SAE 4140
Horno Introducimos las 7
probetas en el horno
Extraemos las probetas
Probeta 1. A una T de
300° y t= 0.5 hora
Probeta 2. A una T de
300° y t= 1 hora Probeta 3. A una T de
300° y t= 2 horas
Probeta 4. A una T de
150° y t= 0.5 horas
Probeta 5. A una T de
450° y t= 0.5 horas
Probeta 6. A una T
de 600° y t= 0.5 h
Se extraen y se dejan enfriar al aire
Una probeta se utilizo
como referencia
(probeta 7)
Probeta 7
Preparar las probetas
metalográficamente (norma
ASTM E 03-01
Observar al microscopio y
analizar la microestructura
Medida de dureza escala Rockwell C (norma ASTM E 18-08B)
Austenización a una T de 850°C
Templamos en aceite
Y proseguimos a recocer 6 probetas a diferentes
temperaturas y distinto tiempo de enfriamiento en el horno
TRATAMENTOS TERMICOS 8 de Marzo de
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6. DATOS
Temperatura de revenido [°C]
Tiempo [h] Dureza Promedio
[HRC]
150 0,5 48,1
300 0,5 43,83
300 1 45,66
300 2 47
450 0,5 38,66
600 0,5 35,16
Referencia 0 49,33
6.1 Tabla 1. Tabla de datos obtenida en la Práctica. Durezas tomadas a las muestras recocidas a
temperaturas y tiempos diferentes, escala Rockwell C
7. ANALISIS DE RESULTADOS
a. Análisis metalográfico
7.1 Probeta 1. A una T de 300°C y t= 0.5 hora: esta probeta AISI-SAE 4140 fue templada
inicialmente en aceite y posteriormente se le aplico una etapa de revenido a una temperatura
de 300°C durante media hora. Podemos observar una microestructura con matriz
martensítica de carácter fino con algunos sectores de bainita, la cual se formó a partir de la austenita retenida.
2
3
a. b.
2 a. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada inicialmente en aceite y posteriormente se le aplico una etapa de revenido
a una temperatura de 300°C durante media hora. tomada a 1000X 3 b. probeta de acero AISI-SAE 4140. tomada a 2000X
Martensita
bainita
TRATAMENTOS TERMICOS 8 de Marzo de
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7.2. Probeta 2. A una T de 300°C y t= 1 hora: esta probeta AISI-SAE 4140 fue templada inicialmente en aceite y posteriormente se le aplico una etapa de revenido a una temperatura de 300°C durante una hora. Se observa una cantidad uniforme y homogénea de martensita revenida,
acompañada de algunos óxidos además de la formación del microconstituyente bainítico c.1000X, d. 2000X.
4
5
c. d.
7.3 Probeta 3. A una T de 300°C y t= 2 horas: esta probeta AISI-SAE 4140 fue templada
inicialmente en aceite y posteriormente se le aplico una etapa de revenido a una temperatura de
300°C durante dos horas. En la microestructura se observa una matriz martensítica de carácter fino con algunos sectores de bainita, la cual se formó a partir de la austenita retenida. Como es
costumbre, se alcanzan a deslumbrar algunos óxidos. e.1000X, f. 2000X
6 e
7 f
4 c. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada con aceite y posteriormente revenido a una temperatura de 300°C
durante una hora..tomada a 1000X 5 d. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada con aceite y posteriormente revenido a una temperatura de 300°C durante una hora. tomada a 2000X 6 e. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada con aceite y posteriormente revenido a una temperatura de 300°C
durante dos hora. tomada a 1000X 7 f. probeta de acero AISI-SAE 4140 una temperatura de 300°C durante dos hora tomada a 2000X
oxidos
Martensita
bainita
Martensita oxidos
TRATAMENTOS TERMICOS 8 de Marzo de
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7.4 Probeta 4. A una T de 150°C y t= media hora: esta probeta AISI-SAE 4140 fue templada
inicialmente en aceite y posteriormente se le aplico una etapa de revenido a una temperatura de
150°C durante media hora. Podemos observar una estructura de martensita fina y la presencia de algunos óxidos. g.1000X, h. 2000X
8
9
g. h.
7.5 Probeta 5. A una T de 450°C y t= media hora: esta probeta AISI-SAE 4140 fue templada
inicialmente en aceite y posteriormente se le aplico una etapa de revenido a una temperatura de 450°C durante media hora. Podemos observar una estructura de martensita fina y la presencia de
algunos óxidos además de presencia de sectores de bainita. i.1000X, j. 2000X
10
11
8 g. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada con aceite y posteriormente revenido a una temperatura de 150°C durante media hora. tomada a 1000X 9 h. probeta de acero AISI-SAE 4140 revenida a una temperatura de 150°C durante dos horas tomada a 2000X 10
i. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada con aceite y posteriormente revenido a una temperatura de 450°C durante media hora. tomada a 1000X 11
j. probeta de acero AISI-SAE 4140 revenida a una temperatura de 450°C durante dos horas tomada a 2000X
Martensita
oxidos
Martensita
oxidos
bainita
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7.6 Probeta 6. A una T de 600°C y t= media hora: esta probeta AISI-SAE 4140 fue templada
inicialmente en aceite y posteriormente se le aplico una etapa de revenido a una temperatura de
600°C durante media hora. La microestructura presente después del procedimiento de revenido, observamos una matriz martensítica homogénea y libre de tensiones. Además, la presencia de
óxidos metálicos característicos de estas probetas. k.1000X, l. 2000X
12
13
k. l.
7.7 Probeta 7 referencia. Esta probeta de acero AISI-SAE 4140 fue tomada como referencia, solo
fue templada en aceite a una temperatura ambiente y se empleara como base para determinar las propiedades que obtendrá el acero después del revenido. Se pueden observar carburos (zonas
negras) a lo largo de agujas martensíticas, además de óxidos. m 1000X. n. 2000X
14m
15 n
12 K. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada con aceite y posteriormente revenido a una temperatura de 600°C durante media hora. tomada a 1000X 13
l. probeta de acero AISI-SAE 4140 revenida a una temperatura de 450°C durante dos horas tomada a 2000X 14 m. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada con aceite. Pobreta de referencia. tomada a 1000X 15
n. probeta de acero AISI-SAE 4140 templada con aceite. Pobreta de referencia. tomada a 2000X
Martensita
oxidos
Martensita
oxidos
Carburos
TRATAMENTOS TERMICOS 8 de Marzo de
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b. Análisis de durezas
7.7 Tabla 2. Valores obtenidos de dureza [HRC] para las probetas sometidas a tratamiento de revenido a una temperatura constante (300C) y diferentes tiempos de sostenimiento.
Temperatura de revenido [°C]
Tiempo [h] Dureza Promedio
[HRC]
300 0,5 43,83
300 1 45,66
300 2 47
Tabla 2. Tomas de dureza obtenidas por medio de un durómetro en una escala Rockwell C
7.8 Gráfica 1. Variación de la dureza en función del tiempo de sostenimiento a temperatura
constante de un tratamiento térmico de revenido aplicado a un acero AISI-SAE 4140.
Grafica 1. Variación de la dureza en función del tiempo de revenido a una temperatura de
sostenimiento constante.
Podemos observar una variación de la dureza para el mismo acero y con una misma temperatura de
sostenimiento pero con variación en el tiempo de enfriamiento en el horno (0.5, 1 y 2 horas), notamos que a mayor tiempo de sostenimiento a una temperatura constante (300°C) la dureza se
incrementara
7.9 Tabla 3. Valores obtenidos de dureza [HRC] para las probetas sometidas a tratamiento de
revenido a un tiempo de sostenimiento constante (30 min) y diferentes temperaturas de revenido.
42
44
46
48
0,5 1 2
Du
reza
[H
RC
]
Diferentes tiempos de sostenimiento temperatura constante [h]
Dureza vs Diferentes tiempos de sostenimiento a temperatura constante [300°C]
TRATAMENTOS TERMICOS 8 de Marzo de
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Temperatura de revenido [°C]
Tiempo [h] Dureza Promedio
[HRC]
150 0,5 48,1
300 0,5 43,83
450 0,5 38,66
600 0,5 35,16
Tabla 3. Tomas de dureza obtenidas por medio de un durómetro en una escala Rockwell C
7.10 Gráfica 2. Variación de la dureza en función de la temperatura de revenido de un tratamiento
térmico aplicado a un acero AISI-SAE 4140.
Grafica 2. Variación de la dureza en función de la temperatura de revenido a un tiempo de
sostenimiento constante.
Por medio de esta grafica podemos observar que para un tiempo constate y a diferentes
temperaturas de revenido, la dureza es inversamente proporcional al aumento de temperatura de
revenido. Este aspecto lo pudimos notar en las micrografías en las cuales notamos que a menor
temperatura y a un tiempo constante la estructura martensitica era más fina y por ende el acero
presentaría una mayor dureza. A mayor temperatura el acero aliviara las tensiones pero se
ablandara.
c. curva de hollomon y jaffe
Se debe determinar la mejor combinación entre las variables temperatura y tiempo usando la
siguiente ecuación.
( ) ( ( )) Dónde: T = temperatura [k]
C = constante =16,5
t = tiempo [sg]
0
10
20
30
40
50
150 300 450 600
Du
reza
[H
RC
]
Diferentes temperaturas de revenido a tiempo constante [C]
Dureza vs Diferentes temperaturas de revenido a tiempos de sostenimiento constante [Media hora]
TRATAMENTOS TERMICOS 8 de Marzo de
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7.11 Tabla 4. Valores obtenidos del factor H a través de la relación de Hollomon y Jaffe para
diferentes medidas de durezas de los tratamientos de revenido aplicados en la práctica.
Temperatura de recocido [°C]
Tiempo [sg] Dureza Promedio
[HRC] H
150 1800 48,1 2963,29
300 1800 43,83 5926,58
300 3600 45,66 6016,89
300 7200 47 6107,20
450 1800 38,66 8889,87
600 1800 35,16 11853,16
Tabla 4. Valores obtenidos del factor H a través de la relación de Hollomon y Jaffe para diferentes medidas
de durezas
Gráfica 3. Variación de la dureza en función del factor H derivado de la ecuación de Hollomon y
Jaffe.
Grafica 3. Relación de Hollomon y Jaffe
0
10
20
30
40
50
60
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Du
reza
[H
RC
]
Factor H
Curva Hollomon y Jaffe para el acero 4140
TRATAMENTOS TERMICOS 8 de Marzo de
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8. CONCLUSIONES
Notamos que durante el revenido, la dureza como la resistencia mecánica
disminuye con el aumento de la temperatura mientras que la plasticidad aumenta.
Esta es una variable de gran importancia en el revenido.
El tratamiento térmico de revenido del acero se realiza después del temple para
obtener valores especificados de las propiedades mecánicas, también para aliviar
tensiones y asegurar la estabilidad dimensional.
Las principales variables asociadas con el revenido y que afectan la microestructura
y las propiedades mecánicas del acero revenido son: temperatura, el tiempo a esa temperatura y la composición, que incluye contenido de carbono, aleantes y
elementos residuales.
Para un tiempo constate y a diferentes temperaturas de revenido, la dureza es
inversamente proporcional al aumento de temperatura de revenido. Este aspecto lo
pudimos notar en las micrografías en las cuales notamos que a menor temperatura
y a un tiempo constante la estructura martensitica era más fina y por ende el acero
presentaría una mayor dureza. A mayor temperatura el acero aliviara las tensiones
pero se ablandara.
Existe una variación de la dureza para el mismo acero y con una misma
temperatura de sostenimiento pero con variación en el tiempo de enfriamiento en el
horno (0.5, 1 y 2 horas), notamos que a mayor tiempo de sostenimiento a una temperatura constante (300°C) la dureza se incrementara.
Pudimos notar en la estructura, martensita más fina a menor temperatura de
revenido, lo cual es acorde a la dureza mayor que presentaba.
9. REFERENCIAS
Valencia, tecnología del tratamiento térmico de los metales. Ed, Universidad de Antioquia, Medellín, 2009.
D. Askeland, Ciencia e Ingeniería de los Materiales, México, Internacional Thomson Editores, 1999.
CALLISTER JR, WILLIAM D.”INTRODUCCION A LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES “. Editorial Reverté S.A. Volumen 2. Barcelona, España. Junio 2007.
APRAIZ BARREIRO, JOSÉ. “TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS”. Editorial Dossat 2000. Volumen 10. Madrid, España.1953.
http://webpagues.ull.es/users/mhdezm/Transparencias/TRATAMIENTOS-TERMICOS.pdf
