Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Facultad de Mecánica

Escuela de Ingeniería Mecánica

Iván Andrés Vinza Carvajal (6241)

Laboratorio de Materiales

Practica # 4

Ensayo de templabilidad (Jominy)

Probeta: Acero de construcción (AISI 1018)

Fecha de realización: 2013-10-10

Fecha de entrega: 2013-10-17

Riobamba – Ecuador

TEMA: Ensayo Jominy

OBJETIVOS:

Identificar las estructuras presentes en la muestra

Estimar el tipo de acero de la muestra

Estimar la dureza de la probeta

RESUMEN

Esta práctica se realizó en el laboratorio de materiales de la Escuela de Ingeniería

Mecánica de la ESPOCH, se sometió a una varilla de acero de construcción (AISI

1018) a ensayo Jominy, la cual fue dimensionada de acuerdo a las necesidades

para dicho procedimiento (25 mm de diámetro y 100 mm de longitud). Mediante

este ensayo se pudo obtener el diagrama de enfriamiento con lo cual se pudo

observar en la parte que se enfrió más rápidamente martensita y conforme fue

disminuyendo el enfriamiento de la probeta a lo largo de su sección se fue

observando vainita, perlita y placas de ferrita, se obtuvo también que el diámetro

ideal para este acero es de 30 mm, también se determinó la dureza Brinell a lo

largo de la probeta cada 3 mm hasta los 50mm los valores van desde 39 HRc

hasta 13,5 HRc.

INTRODUCCION

Templabilidad

Es la tendencia del acero a la formación de martensita, o a su capacidad de

endurecerse por medio del temple; pero ninguno de estos factores basta para

definir la templabilidad, el concepto de templabilidad se refiere a la penetración de

la dureza máxima adquirida en la superficie.

Es la profundidad de penetración del temple, y que está en función de la

composición química del material y del tamaño de grano. El grano es la

distribución de los micro constituyentes del material, cuando el grano es grande

existirá menor dureza, en cambio, cuando el grano es pequeño ocurre lo contrario.

El método usual de comparar acero se basa en su composición química, lo cual

permite una considerable variación en el contenido de carbono y de aleación de

acero; por ejemplo, un acero AISI 4340 tiene el siguiente intervalo de composición:

de 0.38 a 0.43% de C, de 0.60 a 0.80% de Mn, de 0.20 a 0.35% de Si, de 1.65 a

2.00% de Ni, de 0.70 a 0.90% de Cr y de .20% a 0.30% de Mo. Determínese la

variación en porcentaje de cada elemento dentro de los límites establecidos; por

ejemplo, en el caso del carbono, la diferencia entre 0.38 y 0.43 es 0.05. Si se

divide 0.05 entre el promedio que hay entre los límites o 0.40 y se expresa esto

como un porcentaje, se convertirá en 12.5%. Siguiendo el mismo procedimiento

para los demás elementos, la variación en porcentaje es aún mayor: 28.7% para

manganeso,53.8% para Si, 19.1 % para Ni, 25% para Cr y 40% para Mo. Estas

cantidades revelan que es posible tener una considerable variación en

composición química cuando se expresa con base en el porcentaje. Esta variación

en composición química dentro de un grado específico hará que varíe la rapidez

crítica de enfriamiento y, a su vez, que varíe la respuesta del acero al tratamiento

térmico. Por tanto, comprar un acero de acuerdo con su composición química no

es garantía de que su dureza total se obtendrá bajo ciertas condiciones de temple.

Como la resistencia es el factor principal en el diseño, a menos que se deseen

propiedades especiales, parecería más económico basar la especificación del

material en la respuesta del tratamiento térmico (templabilidad), en vez de su

composición química. Por tanto, en necesario tener una prueba que prediga la

templabilidad del acero. El método más ampliamente utilizado para determinar la

templabilidad es la prueba o ensayo de templabilidad por enfriamiento de la punta

o prueba Jominy.

Ensayo Jominy

La prueba ha sido estandarizada por la ASTM, la SAE, y la AISI. Al llevarse a cabo

esta prueba, una muestra de 1 pulg de diámetro y 4 pulg de largo se calienta

uniformemente a la temperatura adecuada de austenitización. Después se saca

del horno y se coloca en un sostén, donde un chorro de agua choca con la cara

del fondo de la muestra. Tanto el tamaño como la distancia del orificio al fondo de

la muestra y la temperatura y circulación del agua están estandarizados, de

manera que toda la muestra templada en este sostén recibe la misma rapidez de

enfriamiento. Después de que la muestra ha estado en el sostén durante 10

minutos, se quita de ahí y se esmerilan dos superficies planas, paralelas

longitudinalmente a una profundidad de 0.015 pulg, tomándose las lecturas en la

escala de dureza Rockwell C a intervalos de 1/16 de pulg desde el extremo

templado. Los resultados se expresan como una curva de dureza contra distancia

desde el extremo templado. La figura muestra una curva típica de templabilidad.

Cada punto sobre la pieza sometida a ensayo Jominy, templada en una forma

estándar, representa cierta rapidez de enfriamiento y, como se supone que la

conductividad térmica es la misma para todos los aceros, esta rapidez de

enfriamiento es la misma para determinada posición sobre la pieza de ensayo, sin

importar la composición del acero del cual está hecha la pieza de ensayo.

Aunque la templabilidad generalmente se expresa en términos de cambios de

dureza, los cambios de microestructura, reflejados por aquellos valores de dureza,

son de importancia en las propiedades del acero.

Fig.1

En general los elementos de aleación aumentan la templabilidad, retardando la

transformación en las regiones de perlita y de bainita, y permitiendo de este modo

que se formen rapideces de enfriamiento menores.

La figura muestra la forma de la probeta y del ensayo Jominy, en esta figura se

observa la forma de medir la distancia templada de la probeta, la misma que

corresponde a la distancia a la que se obtiene 50% martensita.

Luego de completar la transformación, de preparar desbastes paralelos y opuestos

sobre toda la longitud de la probeta y se toman medidas de dureza a intervalos de

1/16 pulg.

La severidad al temple

Fig. 2

Esto se determina por el parámetro H, cuyo valor unitario corresponde al temple

en agua. El diámetro ideal DI puede dibujarse como una función de Do para

valores determinados de H. Así, Do para cualquier medio de temple puede

determinarse a partir de DI.

Para determinar el diámetro ideal DI, se debe determinar primero la distancia J, la

misma que corresponde a la distancia desde el extremo templado hasta la

posición a la cual la barra contiene 50% de martensita. Esto se obtiene

determinando la dureza de un acero que contiene 50/50 por ciento de perlita y

martensita para nivel de concentración de carbono, cabe indicar que la dureza de

la martensita es una función del contenido de carbono.

La templabilidad de algunos aceros se muestra en la siguiente figura

Fig.3

EXPERIMENTACION

1. Lo primero que se debe hacer es preparar la probeta con las dimensiones

especificadas para el ensayo, las cuales deben ser 25 mm de diámetro y

100 mm de largo.

2. Cada vez que se tenga que ver la microestructura se debe pulir y atacar

con nital a la probeta.

3. Hay que visualizar la microestructura a 3, 9, 15, 21, 24, 36, 50 mm, de

acuerdo a las especificaciones de la norma.

4. Posteriormente hay que realizar el ensayo de dureza a 3, 6, 9, 12, 15, 18,

21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45, 48, 50 mm.

5. Se debe hacer las respectivas comparaciones con los diagramas.

6. Graficar la curva dureza vs distancia y estimar la curva S.

EQUIPOS Y MATERIALES

Cámara Fotográfica

Durómetro

Probeta (AISI 1018)

Lijas de acuerdo a la norma (200, 320, 400, 600, 1200, 1500)

Microscopio

Alcohol

Nital al 4%

Agua

ANALISIS DE RESULTADOS

Fotografía 1

50 mm del extremo

PM-IAVC-6241-2013 Escala: 1cm es a 68um

Fotografía a 100x, de un acero de construcción (AISI 1018),

atacado con nital al 4%

Aquí podemos observar que el enfriamiento es el más lento en comparación el

resto de imágenes y se pueden ver composiciones de vainita, perlita y ferrita.

Fotografía 2

36 mm del extremo

PM-IAVC-6241-2013 Escala: 1cm es a 68um

Fotografía a 100x, de un acero de construcción (AISI 1018),

atacado con nital al 4%

Aquí podemos observar una composición de ferrita retenida, perlita y bainita.

Fotografía 3

24 mm del extremo

PM-IAVC-6241-2013 Escala: 1cm es a 68 um

Fotografía a 100x, de un acero de construcción (AISI 1018),

atacado con nital al 4%

Aquí podemos observar una composición de perlita y de bainita fin.

Fotografía 4

21 mm del extremo

PM-IAVC-6241-2013 Escala: 1cm es a 68 um

Fotografía a 100x, de un acero de construcción (AISI 1018),

atacado con nital al 4%

Aquí podemos observar una composición de perlita y bainita.

Fotografía 5

15 mm del extremo

PM-IAVC-6241-2013 Escala: 1cm es a 68um

Fotografía a 100x, de un acero de construcción (AISI 1018),

atacado con nital al 4%

Aquí podemos observar que la velocidad de enfriamiento es más rápida que en la

anterior por lo cual encontramos una composición de bainita en menor cantidad.

Fotografía 6

9 mm del extremo

PM-IAVC-6241-2013 Escala: 1cm es a 68 um

Fotografía a 100x, de un acero de construcción (AISI 1018),

atacado con nital al 4%

Aquí podemos observar que la velocidad de enfriamiento es aún más rápida que la

anterior por lo cual encontramos una composición de perlita y ferrita pero también

comienza aparecer martensita.

Fotografía 7

3 mm del extremo

PM-IAVC-6241-2013 Escala: 1cm es a 68 um

Fotografía a 100x, de un acero de construcción (AISI 1018),

atacado con nital al 4%

Aquí podemos observar una composición de perlita y ferrita en una cantidad muy

baja, pero en cambio la martensita aumento en gran cantidad

Análisis de Dureza

E n el respectivo análisis pudimos ver como varia la dureza mientras se va

alejando del extremo de la probeta.

El diámetro ideal de esta probeta es de 1,12’’, que corresponde a una profundidad

de 30 mm, debido a que es un acero de 18% de carbono con un 50% de

martensita y una dureza de 31 HRc.

Distancia

(mm) HRc

3 39

6 37

9 31

12 29

15 27

18 26,5

21 26

24 25,2

27 24,5

30 22

33 21,5

36 19

39 17

42 16

45 15

48 14

50 13,5

50; 13,5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50 60

Du

reza

(H

Rc)

Distancia (mm)

Dureza vs Distancia

Ayudándonos con esta tabla podemos encontrar la velocidad de enfriamiento en

función del tiempo, pero primeramente debemos encontrar el tiempo.

(

)

Seguidamente utilizamos el diagrama cct y podemos tratar de graficar esta línea

en el diagrama con lo cual podemos ver que nos queda algo como lo que se

observa a continuación

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

log t (s)

F/S

x(pulg) F/s

0,25 130

0,5 33

0,75 56

1 12

1,25 5,6

1,5 2,2

1,75 1,8

2 1,6

2,25 1,4

2,5 0,8

F/s log (t(s))

350 0,8

300 0,9

250 1,1

200 1,7

150 2,1

100 2,4

50 2,8

CONCLUSIONES

- La composición del acero estudiado fue de martensita, ferrita, bainita y perlita.

- En este diagrama a medida que aumenta el porcentaje de carbono la curva s

se mueve hacia la izquierda.

- Al realizar el ensayo Jominy encontramos cada composición en cada

distancia.

- La dureza de la probeta del ensayo Jominy es alta en el extremo templado y

disminuye a medida que se aleja de este extremo, siendo esto causado por la

velocidad de enfriamiento.

- El diámetro ideal es la distancia del extremo hacia donde haya un 50% de

cementita en nuestro caso fue de 30 mm

REFERENCIAS

SMITH, (cuarta edicion). Fundamentos de la ciencia e ingenieria de

materiales. Mc Graw Hill.pag. 398,399

M.A. Linaza, S. Martin, I. San Martin, J.L. Romero, ensayo jominy en el

acero acero, vol. 11. 200-207ps. 1994

S.H. AVNER, Introducción a la Metalurgia Física, Editorial McGraw-Hill,

(segunda edición), México, México 1979, pág.. 297-303.

César Nunura, Tecsup. Ensayo jominy. 1era ed. Peru. 1-9ps

M.A. Linaza, S. Martin, I. San Martin, J.L. Romero, ensayo jominy en el

acero acero, vol. 11. 200-207ps. 1994

P.M.SOLA, Tratamientos térmicos de los metales, Marcombo, España,

Barcelona, pág. 48