Informe _TratamientosTermicos

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

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]


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.


- 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.


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)


RESORTE ESTADO DE ENTREGA RECOCIDO

(HV 235 - perlita y ferrita)


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)


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.




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)


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)


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)


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.



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)


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)


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


HV 470


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.


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

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