UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA

LABORATORIO Nº 1

¨RECOCIDO Y NORMALIZADO DEL ACERO 1045¨

CURSO : LABORATORIO DE METALURGIA FISICA II

INTEGRANTES : BEJARANO GUEVARA , PITER

CASIMIRO CABRERA , HENRRY

CHARCAPE JIMENEZ , OMAR

SAGARDIA VERASTEGUI , PEDRO

SANCHEZ GARCIA , ALAN

DOCENTE : Ing. ISMAEL PURIZAGA FERNADEZ

CICLO : VII

TRUJILLO – PERÚ

2010

LABORATORIO Nº 01

I - TITULO :

RECOCIDO Y NORMALIZADO DEL ACERO – AISI 1045

II - OBJETIVOS :

2.1.- Obtener microestructura próxima a la del equilibrio para que el acero tenga una

dureza apropiada y útil.

2.2.- Mejorar su maquinabilidad, modificar y reducir las estructuras dendríticas de piezas

de fundición, refinar el grano y homogeneizar la microestructura (Normalizado).

III - FUNDAMENTO TEÓRICO.

3.1 INTRODUCCION

El tratamiento térmico consiste en una combinación de operaciones de calentamiento, y

enfriamiento, con tiempos determinados, aplicados a un metal o aleación en el estado sólido,

en una forma tal que producirá las propiedades deseadas.

El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas, o adaptarlas, dándole

características especiales a las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta manera se

obtiene un aumento de dureza y resistencia mecánica, así como mayor plasticidad o

maquinabilidad para facilitar su conformación

3.2 MARCO TEORICO

Todos los procedimientos de tratamientos térmicos de aceros, incluyen la transformación o

descomposición de la austenita, por lo que el primer paso en cualquier proceso de tratamiento

del acero, será el calentar el material a alguna temperatura , que como mínimo sea la del

intervalo critico que lleva a la formación de la austenita.

Los factores fundamentales que influyen en el tratamiento térmico, son la temperatura y el

tiempo ,tanto es así que el proceso del tratamiento se caracteriza por la temperatura de

calentamiento máxima tmax , que es la temperatura hasta la cual se calienta el material

durante el tratamiento , el tiempo que se mantiene a la temperatura de calentamiento, por las

velocidades de calentamiento Vcal , y de enfriamiento Venfr , las cuales se toman en su valor

medio ponderado en todo el proceso, y este valor se hace extensivo a todo el intervalo de

temperaturas deseado. Según sea esta velocidad de enfriamiento, dará una estructura cristalina

diferente, y unas propiedades físicas y químicas diferentes, para cada acabado.

El tratamiento puede ser simple, complejo (varios calentamientos y enfriamientos),

escalonado, intermitente, etc., pero todos ellos se pueden representar mediante una grafica de

la Temperatura frente al Tiempo.

Durante los tratamientos térmicos, los aceros sufren deformaciones importantes, debidas al

desigual y rápido enfriamiento de las diferentes partes de las piezas, asimismo experimentan

cambios de volumen , debidos a dilataciones térmicas ( al calentarse el acero, este se dilata

aumentando su volumen , a medida que se eleva su temperatura, según su coeficiente de

dilatación térmica, que esta del orden de 14 x 10 -6 ) y a modificaciones en la microestructura

del acero ( al calentar un acero, la zona critica se contrae , y luego al enfriarse cuando llega

aproximadamente sobre los 710º - 680º, se vuelve a dilatar, esto se produce por los cambios

de estructura, es decir, a la transformación de perlita en austenita en el calentamiento, y al

contrario en el enfriamiento), debido a estos cambios de volumen, hay que tener cuidado con

los tratamientos elegidos, ya que cuando el enfriamiento es lento (recocido), estos cambios

ocurren a alta temperatura y los cambios no son importantes, ya que el acero caliente es

plástico y admite ciertas deformaciones, pero cuando se templa un acero , la transformación

ocurre a baja temperatura y aparecen en la estructura cristalina , cristales de martensita en vez

de perlita, entonces es mas peligroso porque el acero frió no es plástico, y el aumento de

volumen suele ser bastante mayor , además algunas veces este cambio de volumen solo lo

sufren ciertas partes de las piezas, y otras no, con lo que existe un riesgo de rotura mucho

mayor.

Las variaciones de las propiedades del material, que se producen como consecuencia de los

tratamientos térmicos, deben de ser permanentes, para poder beneficiarnos constructivamente

de estos cambios, ya que si no tendría ningún sentido.

Los tratamientos térmicos se pueden clasificar en tres tipos , los cuales tienen ciertas

semejanzas, en los tres se calienta el acero a una temperatura ligeramente superior a la critica,

y luego , después de un periodo de permanencia en esta temperatura , suficiente para

conseguir el estado austenitico, se enfrían las piezas. La diferencia fundamental entre los tres

tratamientos es la velocidad de enfriamiento, que es lo que caracteriza a cada tratamiento,

siendo así que las dos primeras partes (calentamiento y permanencia), se pueden estudiar en

común para los tres tipos, que son:

- Recocido (de primer y segundo genero)

- Temple

- Revenido

En estos tratamientos hay que alcanzar una temperatura ligeramente mas elevada que la

critica superior ( excepto el recocido subcritico ), para conseguir que todo el acero pase al

estado austenitico, este exceso de temperatura es de 50 a 70 grados por encima para el

normalizado, 40 a 60 grados para el temple, y de 20 a 40 grados para el recocido.

Para conseguir que toda la masa del acero este formada por cristales de austenita. Hace falta

que el acero este a la temperatura de tratamiento cierto tiempo, que dependerá de la masa de

las piezas, de la temperatura, de la velocidad de calentamiento, de la clase de acero, y del

estado inicial y final del material , el tiempo de mantenimiento empieza cuando toda la pieza (

incluyendo la parte del interior ), ha alcanzado la misma temperatura, ya que al rebasar las

temperaturas criticas, todo el carbono forma solución con la austenita, en las cuales unas

partes pueden tener mas concentración de carbono que otras, y este porcentaje tiende a

igualarse en toda la masa, proceso este que se puede ver retardado por las fronteras de grano,

por impurezas de fósforo y oxigeno etc.

Cuando se alcanza la temperatura de austenizacion en los aceros hipoeutectoides tiene que

transcurrir un tiempo para que el carbono se difunda en las zonas que antes fueron ferriticas.

El tiempo necesario para tener una estructura de austenita homogénea, también varia con la

máxima temperatura alcanzada y con la forma de la microestructura inicial, cuanto mas alta

sea la temperatura, menos tiempo será necesario para homogeneizar la microestructura.

La duración del calentamiento depende también de la clase tratamiento que vayamos a

realizar, en los normalizados se usaran permanencias mas cortas.

En los recocidos las permanencias serán mas largas, ya que no solo hay que conseguir la

formación del estado austenitico, sino también la difusión y homogeneización de los

constituyentes.

En este tiempo de mantenimiento del acero a temperatura elevada , los cristales de austenita

se desarrollan y aumentan de tamaño , y a mas temperatura y mas duración , mas se

desarrollan y mas gruesos se hacen , y como el tamaño de los cristales del acero final

dependen del tamaño de los cristales de austenita , tendremos un producto final de cristales

gruesos , por eso para afinar un acero de granos gruesos , basta con calentarlo a una

temperatura lo mas justo por encima de la critica y luego enfriarlo al aire , siendo esto el

recocido.

RECOCIDO

En los trabajos de forja, doblado, enderezado, torneado, etc., en los aceros se desarrolla

tensiones tensiones internas que deben eliminarse antes de templar la pieza, pues en otro caso

darían origen a la formación de grietas. Para eliminar estas tensiones internas se procedo al

recocido de las piezas, que consiste en calentarlas y enfriarlas lentamente.

El recocido antes del temple se recomienda no solo para herramientas que acaban de ser

preparadas, sino también siempre que hayan de templarse las que, hallándose en uso, están

siendo sometidas a choque.

Cuando se rebasa la temperatura indicada para el recocido se dice que el acero esta

recalentado; si se exagera mas la temperatura, el acero esta quemado. El primero puede

regenerarse calentándolo de nuevo en presencia de carbono; el quemado no puede

regenerarse.

Al calentar los aceros para su temple es preciso, si se utiliza la fragua emplear carbón de

madera o coque. La temperatura del temple depende de la clase del acero por lo que se debe

consultar a la casa suministradora. Para los aceros corrientes suele ser:

Hasta el rojo cereza oscura (700ºC) para aceros duros.

Hasta cereza (800ºC) para aceros de dureza media.

Hasta cereza claro (900ºC) para aceros dulces.

Los aceros rápidos se calientan lentamente hasta el color rojo y luego rápidamente hasta el

color blanco (1200ºC).

Para enfriar, el baño mas empleado es el de agua a 15 o 20ºC, teniendo cuidado de que haya

tal cantidad que su temperatura no varié sensiblemente al templar. Para obtener temples mas

duros se adiciona al agua un 10% de sal de cocina (cloruro sodico) o ácido sulfúrico. Para

temples suaves sirven el agua de cal o los aceites. Los aceros rápidos se enfrían en una

corriente de aire, aunque también pueden emplearse sebo o aceite.

Al introducir las piezas en el baño, debe de hacerse que no haya una separación brusca entre

la parte mojada y la seca. Así, un útil de torno se entra verticalmente y se le da un

movimiento de vaivén en sentido vertical; de lo contrario, se corre el riesgo que la pieza se

rompa por la sección que separa la parte mojada y la sumergida.

TIPOS DE RECOCIDO

Según el fin perseguido, se practican varios tipos de recocido, que son los siguientes:

Recocido de homogeneización.

Se aplica a los aceros brutos de colada para destruir las heterogeneidades de tipo químico que

se han generado durante la solidificación. También se utiliza en forjados y laminados para

eliminar las heterogeneidades estructurales que perjudican los valores de tenacidad del acero.

La temperatura ha de ser muy elevada, cercana al punto de fusión, y el tiempo de

calentamiento muy largo.

Recocido total o de regeneración.

Este recocido regenera la estructura de grano grueso en otra de grano fino y se aplica a aceros

forjados a elevadas temperaturas, piezas de acero fundido, soldaduras y piezas que han

sufrido el recocido de homogenización. La nueva estructura es más tenaz y resiliente,

quedando así el acero mas blando. La temperatura de calentamiento debe ser ligeramente

superior a la de transformación, Ac1 y el enfriamiento, lento.

Recocido globular.

Se aplicas a los aceros para herramientas con un elevado porcentaje de carbono, en los cuales

hay gran cantidad de carburos muy difíciles de disolver y que dificultan el mecanizado. Su

nombre se debe a la estructura que se observa al microscopio, y en los cuales los carburos

adoptan la forma esférica o globular. Se efectúa a temperaturas ligeramente inferior a la de

transformación, Ac1.

Recocido de recristalización o contra acritud.

Se da a los aceros trabajados en frió para eliminar la acritud. Se basa en la recristalización del

acero a cierta temperatura inferior a la crítica, que permite la recuperación de la ductilidad y

la maleabilidad. Consiste en un calentamiento a 500 o 700ºC seguido de un enfriamiento al

aire en el horno.

Recocido de ablandamiento.

Se aplica aquellos aceros que, después de la forja o laminación, han quedado con durezas tan

elevadas que casi no se pueden mecanizar. Se recomienda para ablandar a los aceros aleados

de gran resistencia, al Cr-Ni o Cr-Mo. La temperatura adoptada es inferior a la critica y la

duración total es pequeña.

Este tratamiento se diferencia del revenido en que este solo se usa para aceros templados.

Recocido de cristalización.

Se da a las piezas que han sufrido un trabajo de forjado o laminado, para destruir las

tensiones internas que se hayan originado, y que podrían producirse deformaciones en las

piezas una vez acabadas. Se realiza a temperaturas no muy altas, aunque en un tiempo muy

prolongado, seguida de un enfriamiento muy lento en el propio horno.

Recocido isotérmico.

Este tratamiento consiste en calentar el acero a una temperatura superior a la critica y

enfriarlo luego rápidamente hasta una temperatura ligeramente inferior a la de austenización,

Ac1, manteniéndolo en esta el tiempo necesario para que se verifique toda la transformación

de la austerita en perlita; por fin, se deja que siga enfriándose al aire.

La estructura obtenida depende de la temperatura de austenización. Si esta es próxima a Ac1,

se logran estructuras aptas para el torneado; Si es mucho mas elevada, las estructuras serán

aptas para el fresado y el taladrado. Por otro pedazo, este recocido tiene la ventaja de que es

mucho más rápido que el enfriamiento continuo. Se aplica a piezas forjadas y aceros para

herramientas.

NORMALIZADO

Tratamientos térmicos que se da a los aceros al carbono de construcción. Se utiliza también

en piezas fundidas, forjadas, laminadas, mecanizadas, etc.; y, en general, siempre que se trate

de eliminar las tensiones producidas por cualquier método de conformación. También tiene

interés para producir los efectos de un sobrecalentamiento o un tratamiento térmico anterior,

ya que afina la estructura.

Consiste en calentar el acero a una temperatura de 30 o 50ºC superior a la critica (Ac3) y, una

vez transformado completamente, dejarlo enfriar al aire en calma. Con esto se consigue un

acero más duro y resistente que el que se obtiene con un enfriamiento más lento, en un horno

después de un recocido

La velocidad de enfriamiento es mas lenta que en el temple y mas rápida que el recocido, es

un tratamiento típico de los aceros al carbono de construcción de 0.15 a 0.40 % de carbono, y

las temperaturas normales del normalizado varia según el porcentaje en carbono, que va desde

840º a 935º, según la composición sea desde 0.50 a 0.10 % de carbono.

Debido al incremento de velocidad de enfriamiento, hay menos tiempo para la formación de

ferrita proeutectoide en los aceros hipoeutectoides y menos cementita proeutectoide en los

aceros hipereutectoides en comparación de los recocidos. En los aceros hipereutectoides el

normalizado reduce la continuidad de la red de cementita y en algunos casos la elimina, con

lo que a más velocidad de enfriamiento mas fina será la perlita resultante.

Su resultado depende del espesor de la pieza, pues la velocidad de enfriamiento es distinta,

siendo mayores en las piezas delgadas que en las gruesas.

Influencia De Los Elementos Aleantes:

El silicio, como el manganeso esta presente en todos los aceros como un desoxidador barato.

Cuando un acero contiene mas de 0.6% de silicio ,se clasifica como acero al silicio .Al igual

que el níquel , el silicio no es un formador de carburos sino que disuelve en la ferrita,

aumentando la resistencia y la tenacidad. Un acero que contiene 1 a 2 % de silicio ,conocido

como acero naval , se utiliza para aplicaciones estructurales que requieren un alto punto de

cadencia .El acero Hadfield al silicio, con menos del 0.01% de carbono y como 3% de

silicio ,tiene excelentes propiedades magnéticas para emplearlas en los núcleos y polos de la

maquinaria eléctrica.

DIAGRAMAS TTT:

Los diagramas Temperatura - Tiempo - Transformación gráficamente describen las

velocidades, tiempos y temperaturas a las cuales se producen las transformaciones de las

aleaciones a estructuras fuera del equilibrio:  

·Diagrama de Transformación Isotérmica (TI): diagrama de transformación tiempo -

temperatura que indica el tiempo necesario para que una fase se descomponga en otra fases

Isotérmicamente a diferentes temperaturas. Permite predecir estructura, propiedades

mecánicas y el tratamiento térmico en los aceros.  

·Diagrama de Transformación de Enfriamiento Continuo (TEC): diagrama de

transformación tiempo - temperatura que indica el tiempo para que una fase se descomponga

continuamente en otras fases a diferentes velocidades de enfriamiento.

DATOS GENERALES SOBRE EL ACERO AISI 1045 :

1. COMPOSICION QUIMICA: C: 0,43 % a 0,50 % y Mn: 0,60 % y 0,90%

ACERO FINO AL CARBONO DE ALTA CALIDAD

Gran pureza de fabricación y estricto control de calidad.

2. PROPIEDADES:

- Es un acero muy apropiado para piezas de pequeño tamaño que deban templarse a

inducción, obteniéndose una dureza superficial de 54-56 Rc.

-Se emplea para herramientas forjadas de todo tipo, como: hachas, azadones, rastrillos,

picas, martillos de varios usos, porras, etc.

3. APLICACIONES:

- Partes de maquinaria y repuestos sometidos a esfuerzos normales.

- Árboles de transmisión.

- Pernos

- Tuercas

- Ganchos

- Pines de sujeción

- Pasadores

- Cuñas

- Chavetas

- Ejes

- Cigüeñales

- Manivelas

- Bielas

- Engranajes

- Espárragos

- Herramientas de mano

- Portaherramientas, etc.

4. DUREZA DEL SUMINISTRO:

Estado de suministro: dureza natural 193 HB

5. TRATAMIENTO TERMICO:

Forjar: 1100 – 850 °C

Normalizar: 840 – 870 °C

Recocer: 650 – 700 °C

Enfriamiento lento en el horno

Temple: al agua 820 – 850 °C

Dimensiones menores: al aceite 830 – 850 °C

Revenido: según el uso 100 – 300 °C

Nitrurado: en baño de sal 580 °C

SOLDADURA: con soldadura especial de alta resistencia.

Según tamaño y complejidad del trabajo, se recomienda un precalentamiento.

Electrodos BOHLER UTP 6020 o 6824.

RECOMENDACIONES:

Tener cuidado al momento del desbaste tratando de lijar en un solo sentido y cambiando

de sentido cuando se cambia de lija o papel abrasivo.

Realizar un buen pulido que nos ayudara a tener un mejor ataque metalográfico y por lo

consiguiente una mejor visualización en el microscopio.

Usar el reactivo de ataque apropiado para no tener problemas en el ataque metalografico.

IV.- EQUIPO Y MATERIALES:

a) Horno eléctrico de cámara.

b) Elementos de corte, desbaste, pulido y reactivo de ataque.

c) Microscopio metalografico.

d) Termocupla hasta 1250ºC

e) Durómetro (Rc)

f) 3 Muestras de acero AISI 1045

V.- PROCEDIMIENTO:

A.- RECOCIDO DE LAS PROBETAS:

En esta práctica se realizó el tratamiento térmico de Recocido Completo de las probetas (02)

de las muestras de acero AISI 1045.

- Se midió la dureza del suministro.

- Se colocaron las muestras en el horno a la temperatura de austenización (950°C),

dejándola por espacio de una hora para que todo el acero se transforme en austenita,

luego se apaga el horno y se deja que la probeta se enfrié conjuntamente con el horno

para posteriormente examinar la microestructura y la dureza obtenida.

B.- NORMALIZADO DE LAS PROBETAS.

Las condiciones para el normalizado fueron las mismas que para el recocido. (PARA ESTE

TRATAMIENTO SOLO SE UTILIZO UNA MUESTRA DE LAS DOS TRATADAS

INICIALMENTE)

- Para realizar este tratamiento la muestra se saca del horno y se dejan enfriar y luego se

determina el tiempo de enfriamiento hasta temperatura ambiente y posteriormente se

examina la microestructura y la dureza obtenida.

CIRCUITO EXPERIMENTAL :

Esquema Del Seccionamiento De La Muestra:

Esquema De La Posición de las Probetas en el Horno:

Esquema del Desbaste:

Esquema del Pulido

Esquema de la fotomicroscopía

VI.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

- Cálculo de la velocidad de enfriamiento en el recocido:

Ti : temperatura inicial = 950°C

Tf : temperatura final = 25°C

t : tiempo de enfriamiento = 20 horas

T = Ti - Tf

T = 950 – 25 = 925 °C

V = T / t

V = 820 / 72000

V = 0.011°C / seg.

- Cálculo de la velocidad de enfriamiento en el normalizado:

Ti : temperatura inicial = 950°C

Tf : temperatura final = 25°C

t : tiempo de enfriamiento = 37 minutos

T = Ti - Tf

T = 950 – 25 = 925 °C

V = T / t

V = 925 / 2220

V = 0.417°C / seg.

DUREZA DEL ACERO 1045 ( Rockwell D )

Se midió la dureza de las 03 probetas del acero 1045

Suministro : 37.43 HRD

Normalizado (Aumenta la dureza) : 35.27 HRD

Recocido : 31.33 HRD

VII.- CUESTIONARIO:

1. Calcúlese las cantidades relativas de los constituyentes estructurales presentes en los

aceros enfriados en el horno por el acero con 0.40 %C, 1.2 %C

Acero 0.4%C: 52% Perlita y 48% Ferrita proeutectoide

Acero 1.2%C: 80% Perlita y 20% Cementita proeutectoide

2. ¿Es posible determinar el contenido aproximado de carbono de un acero normalizado

mediante un estudio microscópico? Explíquese.

Si; porque según las microfotografias correspondientes al acero de 0.6% de C en estado

normalizado se observa que en el enfriamiento al aire la cantidad de ferrita proeutectode que

se forma es muy inferior que de acuerdo con el diagrama de equilibrio, cabria esperar obtener

y en las secciones delgadas de los aceros hipereutectoides se puede llegar a suprimir

totalmente la formación de ferrita proeutectoide. A demás en el enfriamiento, fuera de

condiciones de equilibrio, el punto eutectoide se desplaza en el acero hipereutectoide hacia la

zona de mayor contenido de carbono. Todo ello da lugar a que el normalizado se obtenga una

estructura perlitica más fina y abundante que en el recocido y como consecuencia nos da una

mayor dureza y resistencia en los aceros.

3. ¿Porqué los aceros recocidos muestran en resistencia tensil cuando tienen un

contenido de carbono superior al 0.8%?

Porque tienen en su estructura al constituyente cementita como fase continua y esta estructura

es demasiado frágil lo que ocasiona una disminución en su resistencia tensil.

4. ¿Porque los aceros normalizados con carbono hasta 1.2% C muestran un incremento

en resistencia tensil y luego una disminución?

Porque hasta 1.2% C los constituyentes son ferrita en fase continua y perlita, pero a mayor de

1.2 %C aparece la cementita como fase continua (matriz) y ésta le da al material propiedades

de fragilidad, por consiguiente disminuye la resistencia tensil.

5. Utilizando las curvas TTT. Para los aceros utilizados en la práctica, suponga la curva

de enfriamiento por recocido completo y normalizado para dichos aceros y pronostique

su microestructura y dureza.

Diagrama TTT para el Acero AISI 1045

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

* CONCLUSIONES:

Podemos concluir lo siguiente:

- Se obtuvieron probetas de los aceros tratados térmicamente con durezas apropiadas y

útiles para los diferentes tipos de trabajos mecánicos a las que serán sometidos.

- Mejoramos las propiedades mecánicas de los aceros, así como refinamos su grano y

homogeneizamos su microestructura mediante el tratamiento térmico de normalizado.

* RECOMENDACIONES:

Se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones para obtener un buen

recocido:

- Calentar la pieza de manera uniforme.

- Mantener la temperatura adecuada durante el tiempo necesario para eliminar las

tensiones internas, regenerar el grano y uniformizar la estructura.

- Enfriar muy lentamente, para permitir la formación de estructuras estables.

IX. BIBLIOGRAFIA

ASDRUBAL VALENCIA. “tecnología del tratamiento Térmico de los Metales”.

Editorial Universal de Antioquia: 2da edición. 1992.

AVNER SYDNEY. “Introducción ala Metalurgia Física” 2da Ed. Editorial

Mc.GRAW Hill. 1987

Seminario, Paúl. “Informe de Prácticas Pre-Profesionales”. “Tratamientos Térmicos

de los aceros”