Microestructura y Tratemientos Termicos

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Ciencia de los Materiales IV Ciclo Guía de Laboratorio N°4 Microestructura y Tratamientos térmicos Profesor: Ing. Alex Maguiña T. 2015 – II

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El tratamiento térmico es una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento, de tiempos determinados y aplicados a un metal o aleación en el estado sólido para obtener propiedades deseadas. Los tratamientos térmicos no modifican la composición química, estos involucran cambios en la microestructura y trae como con- secuencia, una modificación en las propiedades mecánicas.

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Ciencia de los Materiales

IV Ciclo

Guía de Laboratorio N°4

Microestructura y Tratamientos térmicos

Profesor: Ing. Alex Maguiña T.

2015 – II

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5.1.Objetivos

1. Distinguir la microestructura de aceros de bajo y medio carbono

2. Distinguir la microestructura de aceros tratados térmicamente

3. Interpretar los diagramas de fase Fe-Fe 3C y de enfriamiento

continuo.

5.2.Materiales

Herramientas y equipo Materiales

- Equipo de pulido Struers 0.3 y 1 um. - Microscopio óptico Olympus GX51

- Probetas de acero AISI 1020 con tratamiento de normalizado y temple

- Probetas de acero AISI 1045 con tratamiento de normalizado y temple

5.3. Fundamento teórico

El tratamiento térmico es una combinación de operaciones de calentamiento

y enfriamiento, de tiempos determinados y aplicados a un metal o aleación en el

estado sólido para obtener propiedades deseadas. Los tratamientos térmicos no

modifican la composición química, estos involucran cambios en la

microestructura y trae como con- secuencia, una modificación en las propiedades

mecánicas. Los tratamientos térmicos pueden aplicarse a la totalidad de la pieza

o a una parte de esta. Además, una pieza puede tratarse antes del proceso de

formado (para ablandar el material y facilitar su formado), durante el proceso

(para aliviar tensiones debido a procesos de formado) y al final del proceso (para

obtener propiedades de resistencia y dureza elevadas).

Etapas del tratamiento térmico

Consta de tres etapas,

1. Calentamiento: Activa el proceso. En la mayoría de los tratamientos será hasta la temperatura de austenización. Se calientan las piezas por encima de A1, A3 o Acm.

2. Permanencia: se mantiene la temperatura. Su valor es función del

espesor de la pieza, de la temperatura de calentamiento y de la

composición del acero.

3. Enfriamiento: se caracteriza por la velocidad de enfriamiento.

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Figura 5.1: Diagrama Fe-Fe3C [3]

Tipos de tratamientos térmicos

Existen varios tipos de tratamientos térmicos, en esta guía nombraremos

cuatro tipos básicos: Recocido, normalizado, temple, revenido.

Recocido: Consiste en calentar el material a la temperatura de recocido, se

man- tiene a esta temperatura por un tiempo determinado y se deja enfriar

lentamente. El objetivo es eliminar tensiones internas, aumentar la ductilidad,

plasticidad y tenaci- dad del material. Se utiliza para facilitar el mecanizado o

posterior moldeado y evitar grietas y fragilidad en el material. Existen diversos

tipos, en esta guia presentaremos el recocido de generación. Recocido de

regeneración (recocido total): Tiene como objetivo obtener una

microestructura como la que se observa en el diagrama de equilibrio Fe-Fe3C.

Este tratamiento se aplica generalmente a aceros de bajo carbono (C<0,25 %) y

medio carbono (C<0,55 %) para ordenar su microestructura. La micro-

estructura obtenida está conformada por perlita gruesa, blanda y dúctil y tiene

granos pequeños y uniformes.

Calentamiento: El material se debe austenizar completamente (Tc = (A3 o

Acm) + 50◦C)

Permanencia: hasta obtener austenita homogénea

Enfriamiento: lento, aproximadamente 10◦C/hora (se le deja enfriar en el horno)

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Figura 5.2: Recocido total

Normalizado: Tiene como objetivo obtener un acero de mayor dureza y

resistencia que la obtenida por recocido de regeneración. Este tratamiento afina

el grano y homogeniza la microestructura, a la vez que mejora sus propiedades

para el mecanizado y reduce esfuerzos residuales. Se realiza tanto a aceros

hipoeutectoides como hipereutectoides, para obtener una microestructura

conformada por ferrita y perlita fina.

Calentamiento: El material se debe austenizar completamente (Tc = (A3 o

Acm) + 50oC)

Permanencia: hasta obtener austenita homogénea

Enfriamiento: medio, el enfriamiento se realiza al aire en reposo

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Figura 5.3: Normalizado

Temple: El objetivo es endurecer y aumentar la resistencia de los aceros

mediante la transformación martensítica. A la vez que se incrementa su

resistencia, se incre- menta su fragilidad. Generalmente se realiza a aceros de

medio y alto carbono. El temple obtiene una microestructura conformada por

martensita y se obtiene la mayor dureza para un acero con una composición

determinada. La templabilidad caracte- riza la profundidad de penetración de

la dureza desde la superficie hasta el interior de la pieza templada y se define

como la facilidad de un acero a formar martensita. Elementos como el Si, Mn,

Cr, Ni, Mo y W incrementan la templabilidad.

Calentamiento: El material se debe austenizar completamente (Tc = (A3 o

Acm) + 50oC)

Permanencia: hasta obtener austenita homogénea

Enfriamiento: rápido, se realiza en distintos medios (agua, salmuera, aceite)

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Figura 5.4: Temple

Revenido: Se aplica a aceros previamente templados para disminuir los

efectos del temple. Su objetivo es aumentar la tenacidad conservando la dureza

obtenida en el temple, además se eliminan las tensiones creadas durante el

temple.

Calentamiento: El material se calienta por debajo del punto crítico (Tc

<(A3 o Acm))

Permanencia: hasta obtener una temperatura homogénea

Enfriamiento: rápido o lento, depende de Tc y de los resultados esperados

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Figura 5.5: Revenido

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El análisis metalográfico:

El examen estructural de los materiales y aleaciones por vía microscópica es una de las armas principales que posee el metalurgista, ya sea en investigación científica como en el control de la calidad de los materiales, teniendo en cuenta la conocida relación estructura – propiedades. Pese a las nuevas técnicas e instrumental aparecidos durante los últimos tiempos, tales como el microscopio electrónico y el de emisión, el microscopio metalográfico óptico no ha sido desplazado en modo alguno y conjuntamente con los medios indicados y los Rayos X, puede dar un panorama bastante completo del estado estructural del metal o aleación en estudio.

La importancia de la observación micrográfica está dada por la influencia que ejercen los componentes químicos de una aleación que pueden encontrarse en forma de una solución sólida homogénea, en forma de un compuesto inter- metálico de composición química definida, dispersa en el seno de una solución sólida, en forma de una mezcla eutéctica, etc.

Estos componentes reciben el nombre de constituyentes metalográficos y de sus proporciones, formas y estados dependen las propiedades físicas de una aleación. Por lo tanto, el desarrollo de la técnica que nos permite observar dichos constituyentes deberá ser objeto de un trabajo consciente y criterioso. El primer paso dentro de esta área técnica metalográfica será la zona micrográfica a estudiar y que deberá ser representativa del fenómeno a observar, teniendo en cuenta la forma, función y origen del material.

La obtención de una superficie perfectamente plana y pulido especular, nos permitirá llegar a conclusiones exactas y ello dependerá exclusivamente de la prolijidad y esmero con que se realice esa tarea, siguiendo las técnicas usuales.

La elección de los reactivos de ataque y de los aumentos a los que serán observados los distintos constituyentes, están dentro de las variables que juegan en un análisis metalográfico, como son la calidad de lo que se quiere observar y la dimensión apropiada de su magnificación para interpretar el problema que se desea estudiar.

Se puede concluir entonces, que el objetivo de la preparación de una muestra metalografía es la revelación de la estructura verdadera (ver Figura 2.1), llamando en teoría estructura verdadera a la cual no posea deformaciones, rayas, arranques de material, elementos extraños, aplastamientos, relieves, bordes redondeados y daños térmicos. Esto se logra con la realización de un método sistemático de preparación.

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(a)

(b)

Figura 2.1 Micrografía de aceros, con relativamente bajo (a) y alto (b) contenido de carbono.

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5.4. Desarrollo

a) Los ensayos se realizarán en grupos. b) Las probetas entregadas serán lijadas con diferentes lijas, partiendo desde lijas más

gruesas hasta lijas más finas (1200). c) Se procede a pulir las probetas para obtener mejores resultados en cuanto a

planitud (se utiliza un lubricante). d) La superficie preparada se ataca con un químico específico para el material a

inspeccionar. e) Se procede a inspeccionar la probeta ya preparada

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Bibliografía

[1]Callister, William D., Materials science and engineering: an introduction., New York:

wiley, 5th edition, 2000.

[2]Kalpakjian, S.; Schmid, S., Manufactura, Ingeniería y Tecnología, México: Prentice

Hall, 4ta edición, 2002.

[3]Munawir, K., Diagram Fe-Fe 3C, http://sekolah007.blogspot.ca/2013/04/diagram-fe-

fe3c.html, September 19, 2012