Materia: Ciencia de los Materiales Complemento (Gráficos ...

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Material preparado por: Ing. Diego F. Zalcman

CIENCIA DE LOS MATERIALESCIENCIA DE LOS MATERIALES20102010

ACEROSACEROS

Ciencia de los MaterialesIngeniería Industrial

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Buenos Aires

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TRANSFORMACIONES DE FASESTRANSFORMACIONES DE FASESCURVAS TTT Y CCTCURVAS TTT Y CCT

TRATAMIENTOS TÉRMICOSTRATAMIENTOS TÉRMICOS


DIAGRAMAS TTTDIAGRAMAS TTT

• Consideraremos el caso de un Acero Eutectoide (0,80 % C)

• Supongamos tener una serie de pequeñas probetas delacero que calentamos hasta el rango austenítico. Se tomauna primer muestra y se enfría rápidamente hasta unatemperatura T1 < A1

• Se deja transcurrir un cierto tiempo y seguidamente se



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j p y gvuelve a enfriar rápidamente, pero esta vez hastatemperatura ambiente

• Finalmente la muestra se preparametalográficamente y se observaal microscopio

T

Log t

Tγ

A1

Austenita Estable

T1



• Se repite el mismo procedimiento para otras probetas a lamisma temperatura, pero manteniendo diferentes tiempos. Encada caso se analiza la microestructura a temperatura ambiente

• De esta manera, se puede determinar el tiempo en quecomienza y en que finaliza la transformación de la Austenita ala temperatura T1

T



3

T

Log t

Tγ A

1Austenita Estable

T1

Materia: Ciencia de los MaterialesComplemento (Gráficos) - Clase de Transformaciones Fases, Curvas TTT y CCT y Trat. Térmicos

Transformaciones de FasesCurvas TTT y CCTTratamientos TérmicosMaterial preparado por: Ing. Diego F. Zalcman 1 de 14

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• Se repite el procedimiento con otro grupo de probetas delmismo material, pero a diferentes temperaturas demantención. Para cada temperatura, se determinan los tiemposde inicio y fin de transformación



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Restricciones de estos diagramas:

• Composición fija (cada acero tiene su

propia curva TTT)

• Referidos a transformaciones isotérmicas

(Temp. = Cte.)





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Descomposición de la austenita en unAcero Eutectoide

Trayectorias arbitrarias sobreel diagrama TTT



Diagrama de transformación isotérmicapara un acero que contiene 0,35 % C y0,37 % Mn.



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3



Diagrama de transformación isotérmicade un acero que contiene 0,33 % C,0,45 % Mn y 1,97 % de Cr



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DIAGRAMAS DE TRANSFORMACIÓNDIAGRAMAS DE TRANSFORMACIÓNPOR ENFRIAMIENTO CONTINUOPOR ENFRIAMIENTO CONTINUO

Diagramas sobreimpresos de transformac. isotérmica y de enfriamiento continuo de un Acero Eutectoide



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DIAGRAMAS DE TRANSFORMACIÓNDIAGRAMAS DE TRANSFORMACIÓNPOR ENFRIAMIENTO CONTINUOPOR ENFRIAMIENTO CONTINUO

Velocidad Crítica d E f i i t

Temperatura Eutectoide

800

700

600

500

400eratu

ra [

°C] Recocido completo

Normalizado

Templado en aceite

Variación de la microestructura enfunción de la velocidad de enfriamientopara un Acero Eutectoide



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de Enfriamiento

Martensita Martensita y Perlita

300

200

100

0

0.1 1 10 100 103 104 105

Tiempo [seg.]

Tem

pe

Ms

PerlitaGruesa

Perlita Fina

en aceite

Templado en agua



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• Parámetros

• Tiempo de calentamiento tc

• Temperatura máxima del tratamiento Tt

• Tiempo de permanencia tp , a la temp. del tratamiento

• Tiempo de enfriamiento te, si la velocidad es constante, ó lavelocidad real de enfriamiento si esta es variable V = (dT/dt)



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velocidad real de enfriamiento si esta es variable. Ve = (dT/dt)

T

t

tc tp te

Tt

dT/dt


TRATAMIENTOS TÉRMICOSTRATAMIENTOS TÉRMICOS• Clasificación según la temperatura máxima alcanzada en el Ciclo Térmico

T t i t

HipercríticoT > Ac3 ó Acm

I t íti

Sin cambio de Composición Química

Volumétrico

Local



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Tratamientos Térmicos

IntercríticoAc1 < T < Ac3 ó Acm

SubcríticoT < Ac1

Con modificación de Composición Química (Trat. Termoquímicos)



• Recocido de Regeneración

(Recocido Total, Recocido Hipercrítico, Austenización Completa)

• Consiste en un calentamiento hasta una temperatura deaustenización, la mantención de la misma un tiempoadecuado para asegurar la homogeneidad de la Austenita, yluego un enfriamiento lento (en horno)



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T

t

Ac3

Ac1

Transformación de la Austenita

Inicio

Fin

Ciclo térmico de un recocido total para aceros hipoeutectoides



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• Recocido Isotérmico

• Consiste en realizar la transformación de la Austenita a unatemp. constante y relativamente cercana a la de equilibrio.Es más rápido, pero en ciertos casos puede dejar al acerocon una dureza mayor que el ciclo normal de recocido

• Por otro lado, requiere de un horno de sales para efectuarlo



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T

t

Acm

Ac1

Ciclo térmico del recocido isotérmico para aceros hipereutectoides

T

t

Ac3

Ac1

Ciclo térmico del recocido isotérmico para aceros hipoeutectoides



• Comparación del ciclo de enfriamiento de un Recocido Total y unRecocido Isotérmico

Temperatura[°C]

Dureza

Recocido Total

Recocido Isotérmico



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SAE 4140



• Recocido Parcial ó de Austenización Incompleta

• En este caso, el tratamiento es intercrítico para evitar laprecipitación de láminas de Fe3C en los bordes de grano dela Austenita

TAcm

Ac1

• En este tipo de aceros, esmucho más frecuente el uso de



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tCiclo térmico de recocido parcial

para aceros hipereutectoides

un recocido de globulización

• Aplicaciones

• En la industria bulonera se usapara mejorar la aptitud delmaterial para el recalcado enaceros de medio C



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• Normalizado

T

Ac3

Ac1Inicio



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t

Transformación de la Austenita

Fin



• Efecto del Normalizado

Excesivo tiempo y/ó temperatura de calentamiento

Austenita



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Ferrita

Cale

nta

mie

nto

Enfr

iam

iento



• Recocidos Subcríticos

• Consiste en un calentamiento hasta una temperatura pordebajo a la temperatura crítica inferior (AC1

), la mantenciónde la misma un tiempo adecuado para disminuir lastensiones residuales y luego un enfriamiento lento(normalmente al aire)



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7



• Recocidos Subcríticos

T

Ac3

Ac1

Enfriamiento al Aire



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t(1)Ablandamiento

(2)Recristalizaciónó Contra Acritud



• Recocidos Globulares ó de Esferoidización

Ac3

T

Ac1

TAcm

Ac1

TAc3

ó Acm

Ac1



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t(1)Subcrítico Globular

(2)Intercrítico ó

Austenización Incompleta

t (3)Oscilante

t



• Temple

• Consiste en austenizar al acero en forma total ó parcial,para luego enfriarlo a una velocidad suficientemente altacomo para obtener una fracción significativa de martensitaen la estructura, en general no menos del 50%

T



21t

Temp. Crítica

Permanencia

Transformación de la Estructura



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• Velocidad Crítica de Temple

• Es la mínima velocidad de enfriamiento en un punto, queasegura la obtención de una estructura 100 % martensítica

• Es una propiedad característica del acero que dependefuertemente de la composición química y del tamaño degrano austenítico T



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Log t

Ms

FP

B

M

A3

A1

Velocidad Crítica de Temple

• Si bien en general, no seobtiene 100 % de Martensitaen un temple real, el conceptode veloc. crítica de temple esútil para indicar la capacidadque tiene el acero para obtenerMartensita



• Efecto de Masa

• Es la variación de la velocidad de enfriamiento entre distintospuntos de una pieza a causa de la “inercia térmica”

• A igualdad de propiedadestérmicas, el efecto es mayor amedida que aumenta el

Temp. [°C]

800



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ed da que au e ta etamaño de la pieza

• Este efecto también puede seracentuado por la complejidadgeométrica de la pieza(cambios de sección, agujeros,entrantes, salientes, etc.)

Tiempo [Seg.]

800

410

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Curvas de enfriamiento para distintos puntos de

la sección de una barra de 25 mm de diámetro



• Severidad de Temple (H)

AGITACIÓNMEDIO

AIRE ACEITE AGUA SALMUERA

Ninguna 0.02 0.25 – 0.30 0.9 – 1.0 2.0

Moderada ----- 0 30 – 0 40 1 0 – 1 3 2 0 – 2 2



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Moderada 0.30 0.40 1.0 1.3 2.0 2.2

Acentuada ----- 0.40 – 0.50 1.4 – 1.5 -----

Fuerte 0.05 0.50 – 0.80 1.6 – 2.0 -----

Violenta ----- 0.80 – 1.10 4.0 5.0



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Variación de Ms y Mf con la

concentración de C en el acero

Efecto del Carbono sobre la

dureza de la Martensita


TEMPLABILIDADTEMPLABILIDAD

Dureza de la Martensita

Dureza en un punto cualquiera

de una pieza templada Medio de Temple

(Severidad de Temple)

Cantidad de C disuelto en la

Austenita

Cantidad y tipo



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Fracción de Martensita

(Severidad de Temple)y pde elementos

aleantes

Velocidad de Enfriamiento

Tamaño y geometría de la pieza

Difusividad Térmica



• Concepto de Templabilidad

• H igual para ambos redondos

• dA = dB

• Acero A ≠ Acero B

• Si ∆HR < ∆HR decimos que:



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Comparación de la templabilidad de aceros

de distinta composición

• Si ∆HRA < ∆HRB , decimos que:

El acero A tiene mayor

templabilidad que el acero B



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• Tabla de Diámetros Críticos Ideales (Di) para diferentes Aceros alCarbono y de Baja Aleación

Acero Di [Pulg.] Acero Di [Pulg.] Acero Di [Pulg.]

1045 0.9 a 1.3 4135 H 2.5 a 3.3 8625 H 1.6 a 2.41090 1.2 a1.6 4140 H 3.1 a 4.7 8627 H 1.7 a 2.7

1320 H 1.4 a 2.5 4317 H 1.7 a 2.4 8630 H 2.1 a 2.81330 H 1.9 a 2.7 4320 H 1.8 a 2.6 8632 H 2.2 a 2.91335 H 2.0 a 2.8 4340 H 4.6 a 6.0 8635 H 2.4 a 3.41340 H 2.3 a 3.2 X4620 H 1.4 a 2.2 8637 H 2.6 a 3.62330 H 2.3 a 3.2 4620 H 1.5 a 2.2 8640 H 2.7 a 3.72345 2.5 a 3.2 4621 H 1.9 a 2.6 8641 H 2.7 a 3.7

2512 H 1.5 a 2.5 4640 H 2.6 a 3.4 8642 H 2.8 a 3.92515 H 1 8 a 2 9 4812 H 1 7 a 2 7 8645 H 3 1 a 4 1



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2515 H 1.8 a 2.9 4812 H 1.7 a 2.7 8645 H 3.1 a 4.12517 H 2.0 a 3.0 4815 H 1.8 a 2.8 8647 H 3.0 a 4.13120 H 1.5 a 2.3 4817 H 2.2 a 2.9 8650 H 3.3 a 4.53130 H 2.0 a 2.8 4820 H 2.2 a 3.2 8720 H 1.8 a 2.43135 H 2.2 a 3.1 5120 H 1.2 a 1.9 8735 H 2.7 a 3.63140 H 2.6 a 3.4 5130 H 2.1 a 2.9 8740 H 2.7 a 3.73340 8.0 a 10.0 5132 H 2.2 a 2.9 8742 H 3.0 a 4.0

4032 H 0.6 a 2.2 5135 H 2.2 a 2.9 8745 H 3.2 a 4.34037 H 1.7 a 2.4 5140 H 2.2 a 3.1 8747 H 3.5 a 4.64042 H 1.7 a 2.4 5145 H 2.3 a 3.5 8750 H 3.8 a 4.94047 H 1.8 a 2.7 5150 H 2.5 a 3.7 9260 H 2.0 a 3.34050 H 1.7 a 2.4 5152 H 3.3 a 4.7 9261 H 2.6 a 3.74053 H 2.1 a 2.9 5160 H 2.8 a 4.0 9262 H 2.8 a 4.24063 H 2.2 a 3.5 6150 H 2.8 a 3.9 9437 H 2.4 a 3.74068 H 2.3 a 3.6 8617 H 1.3 a 2.3 9440 H 2.4 a 3.84130 H 1.8 a 2.6 8620 H 1.6 a 2.3 9442 H 2.8 a 4.24132 H 1.8 a 2.5 8622 H 1.6 a 2.3 9445 H 2.8 a 4.4



• Relación entre el Diámetro Crítico Ideal (Di) y el Diámetro Crítico Real(D0) para diferentes medios de temple (Severidad de Temple H)



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• Medición de la Templabilidad - Ensayo Jominy

• Permite reproducir en una sola probeta diferentes ysucesivas velocidades de enfriamiento



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Dispositivo de enfriamiento Vista de conjunto del dispositivo JominyProbeta para el ensayo



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• Ensayo Jominy - Etapas

I. CALENTAMIENTO

Colocar la probeta protegida dentro del horno.

60 °C más elevado que el punto Ac3 / Acm , durante 30minutos.

II. ENFRIAMIENTO

15 minutos mínimo en el dispositivo.

Caudal constante



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Caudal constante.

Altura libre del chorro de agua 65 ± 10 mm.

III. EVALUACION

Rectificar generatrices a 0.4 mm de profundidad.

Tomar durezas hasta cubrir ≈ 50 mm (2 primeras: cada1.5 mm, las 6 siguientes a 2 mm y las restantes a 5 mm).

Representar en un sistema de ejes los valores de durezavs. distancia.



• Medición de la Templabilidad - Ensayo Jominy

HRc

di j

HRc

di jHRc

Acero A

Acero C

Acero B



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Curvas Jominy de 3 aceros diferentes

JC > JA > JB

“Un acero tendrá más Templabilidad cuanto menor sea su caída

de dureza en la curva Jominy”

di j



• Curvas Jominy de Aceros al C y Aleados



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• Curvas y Tablas para los Cálculos de Templabilidad

• Los cálculos de Templabilidad permiten determinar:

• La dureza ó el porcentaje de Martensita que se obtieneen cualquier punto de una pieza luego del temple encondiciones establecidas y para un acero determinado

• La severidad de temple necesaria para lograr una



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• La severidad de temple necesaria para lograr unadeterminada dureza ó porcentaje de Martensita en unacero y una pieza definidos

• El ó los aceros que cumplen con los requerimientos dedureza y/ó porcentaje de Martensita en determinadospuntos de una pieza de geometría dada



• Banda de Templabilidad ó Curvas Jominy



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• Curvas de Lamont

• Relaciona las distancias al extremo templado de unaprobeta Jominy y los puntos interiores de un redondo deacero que se enfría con igual velocidad a distintasseveridades de temple

• Sirven para que los datos

Hdo



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extraídos de las curvas Jominyse puedan aplicar a seccionesredondas cuando éstas setemplan sumergiéndolas en unmedio líquido

• Existen diferentes curvas deLamont para cada relación r/R

Distancia al extremo templado

Severi

dad

de t

em

ple

Diá

metr

o d

el re

do

nd

Curva de Lamont correspondiente al centro del redondo



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• Curvas de Lamont

• Cuando el punto crítico no es el núcleo



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• Diagrama que relaciona la dureza, el contenido de Carbono delacero y la cantidad de Martensita



38Dureza vs. % Carbono y % de Martensita



• Relación entre el Diámetro Crítico Ideal (Di) y el Diámetro Crítico Real(D0) para diferentes medios de temple (Severidad de Temple H)



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Correlación de los diagramas detransformación isotérmica y los deenfriamiento continuo con datos deun ensayo de templabilidad Jominy,para un acero del tipo 8630



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• Martempering ó Temple Escalonado

Revenido

SuperficieNúcleo

Ae1



41

Log. t

TransformaciónMf

Ms



• Austempering

SuperficieNúcleo

Ae1



42

Log. t

Transformación

Bainita

Mf

Ms



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