Universidad Don Bosco.

Facultad de Ingeniería.

Escuela de Mecánica.

Asignatura: Ciencias de los Materiales.

Ciclo II/2014.

Tema:

Reporte de Práctica #4 de laboratorio

“Tratamientos térmicos y cambio en las propiedades de los aceros”

Catedrático:

Ing. Saturnino Gámez.

Presentado por:

Rubio Torres Samael RT110307

Castaneda Jiménez Nelson Enrique CJ130377

Parras Bonilla Emerson Eduardo PB10228

Ortez López Edgardo Antonio OL111748

Grupo de laboratorio:

01L

Fecha de entrega:

24 de septiembre de 2014.

San Salvador, 22 de Septiembre de 2014.

OBJETIVOS

General

Comprobar los cambios en las propiedades de los aceros por efecto de los tratamientos térmicos.

Específicos

Medir la dureza en aceros sometidos a tratamientos térmicos de temple, recocido y normalizado.

Comparar la dureza de estado de entrega con la dureza después del tratamiento térmico y obtener

conclusiones.

Estimar la resistencia mecánica de los aceros a partir de la dureza.

Investigar la composición química de los aceros sometidos a tratamientos térmicos, los cambios

esperados con los tratamientos térmicos efectuados; comparar con los resultados obtenidos y

obtener conclusiones.

Indicar las aplicaciones de los aceros.

ANALISIS DE RESULTADOS

Tabla con lista de materiales y temperaturas a las que se sometieron en la práctica de tratamiento

térmico.

N° Acero Temperatura ( °C)

1 AISI 1020 800

2 AISI 1045 860

3 AISI 01 (AMUTIT) 950

4 AISI 4340 (VCN) 800

1. Investigar las propiedades de ESTADO DE ENTREGA de los aceros listados en la tabla 1.

Dureza (trasformada a Rockwell B o C), resistencia de fluencia, resistencia última tenacidad,

ductilidad, módulo de elasticidad. Elabore una tabla.

Tipo

de

acero

Dureza

(HRC o

HRB)

Resistencia

de fluencia

Resistencia

ultima Tenacidad

Ductilidad

(%RA)

Módulo de

elasticidad

AISI

1020 65HRB 205 MPa 380 MPa 124 J 50% 205 GPa

AISI

1045 85HRB 310 MPa 565 MPa Baja 40% 200 GPa

AISI

01 60 HRC 1500 MPa 1690 MPa 41 J 35% 207 GPa

AISI

4340 95 HRB 472 MPa 1400 MPa Alta 40% 205 GPa

2. Investigar las aplicaciones de tales aceros.

AISI 1045

Descripción: Es un acero utilizado cuando la resistencia y dureza son necesarias. Este acero de

medio carbono puede ser forjado con martillo. Responde al tratamiento térmico y al

endurecimiento por llama o inducción, pero no es recomendado para cementación o cianurado.

Cuando se hacen prácticas de soldadura adecuadas, presenta soldabilidad adecuada. Por su dureza

y tenacidad es adecuado para la fabricación de componentes de maquinaria.

Usos: Los usos principales para este acero son piñones, cuñas, ejes, tornillos, partes de maquinaria,

herramientas agrícolas y remaches.

Tratamientos térmicos: Se da normalizado a 900°C y recocido a 790°C

AISI 1020

Descripción: Acero de mayor fortaleza que el 1018 y menos fácil de conformar. Responde bien al

trabajo en frío y al tratamiento térmico de cementación. La soldabilidad es adecuada. Por su alta

tenacidad y baja resistencia mecánica es adecuado para elementos de maquinaria.

Usos: Se utiliza mucho en la condición de cementado donde la resistencia al desgaste y el tener un

núcleo tenaz es importante. Se puede utilizar completamente endurecido mientras se trate de

secciones muy delgadas. Se puede utilizar para ejes de secciones grandes y que no estén muy

esforzados. Otros usos incluyen engranes ligeramente esforzados con endurecimiento superficial,

pines endurecidos superficialmente, piñones, cadenas, tornillos, componentes de maquinaria,

prensas y levas.

Tratamientos térmicos: Se puede cementar para aumentarle la resistencia al desgaste y su dureza

mientras que el núcleo se mantiene tenaz. Se puede recocer a 870 °C y su dureza puede alcanzar los

111 HB, mientras que con normalizado alcanza los 131 HB.

AISI O1 (AMUTIT)

Descripción: Acero grado herramienta de alto carbono con adecuada resistencia al desgaste para

producciones cortas, presenta distorsión dimensional media tras el tratamiento térmico. Dureza

típica de uso 57 – 62 HRc, medio susceptible a la descarburación, con buena maquinabilidad, con

resistencia baja al desgaste y de baja tenacidad.

Usos: Se utiliza en punzones, herramientas de doblado, embutido y conformado, dado para moldes

de plástico, tijeras y otras aplicaciones de corte a baja temperatura.

Tratamientos térmicos: Mecanizado en bruto – alivio de tensiones (650 °C) – mecanizado de

acabado – precalentamiento (650 – 700°C) para piezas de geometría complicada – austenizado (790

– 815 °C) – temple en aceite – revenido para lograr la dureza requerida – rectificado.

AISI 4340 (VCN)

Descripción: Este acero es uno de los mejores aceros grado maquinaria por su alto contenido de

aleación, posee una excelente y profunda templabilidad, buena tenacidad y ductilidad y por su

elevada resistencia a la tensión puede usarse en piezas sujetas a severos esfuerzos.

Acero de especial resistencia a la tracción y torsión. Muy buena resistencia al desgaste y al impacto.

Utilizable a temperaturas hasta de 500ºC sin perder su bonificación, se utiliza para partes y

repuestos sometidos a muy altos esfuerzos dinámicos como cigüeñales ejes de leva, arboles de

transmisión, barras de torsión, ejes cardan, tuercas de alta tensión, piñones, ruedas dentadas, moldes

para inyección de plásticos.

Usos: En todo tipo de partes sujetas a severos esfuerzos tales como flecha de transmisión

automotrices, ejes, dados, engranes, barrenadoras, partes de perforación, cuchillos, tijeras para corte

en caliente, etc.

3. Investigar los tratamientos térmicos o termoquímicos a que se someten para cambiarles las

propiedades.

El estudio de los procesos de T.T del acero comenzó por

D. Chernov de los puntos críticos del acero en 1868. El

postulado de Chernov acerca de que las propiedades de

los aceros se determinan por la estructura y que esta

depende de la temperatura de calentamiento y de la

rapidez del enfriamiento, fue generalmente reconocido y

durante los decenios siguientes, los investigadores

establecieron la relación entre la estructura y las

condiciones de su formación (principalmente la

temperatura de calentamiento y la velocidad de

enfriamiento).

TRATAMIENTOS TERMICOS Y TERMOQUÍMICOS A REALIZAR

1. TRATAMIENTO TÉRMICO DE TEMPLE

Consiste en un calentamiento entre 30 – 50 °C por encima de Ac3 para los aceros hipoeutectoides y

30-50°C por encima de Ac1 para los aceros eutectoides e hipereutectoides, seguido de un

enfriamiento enérgico en un medio adecuado , con velocidad mayor que la crítica de Temple para

obtener una estructura martensítica , dureza y resistencia en el acero.

Finalidad:

Aumentar la resistencia a tracción, dureza.

Disminuir: Plasticidad, tenacidad.

Modificar: Propiedades física: aumento del magnetismo y la resistencia eléctrica; Propiedades

químicas: aumento de la resistencia a la corrosión.

Para templar una pieza se calienta hasta una temperatura superior a la crítica. Manteniendo el

tiempo suficiente hasta lograr la total trasformación de la austenita y enfriando rápidamente. El fin

que se pretende generalmente en este ciclo es transformar toda la masa de acero con el

calentamiento en austenita y después, por medio de un enfriamiento suficientemente rápido,

convertir la austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados.

Factores que influyen en el temple

La composición química del acero a templar, especialmente la concentración de carbono.

La temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento de acuerdo con las características

de la pieza.

La velocidad de enfriamiento y los líquidos donde se enfría la pieza para evitar tensiones internas

y agrietamiento.

Características generales del temple

Es el tratamiento térmico más importante que se realiza.

Hace el acero más duro y resistente pero más frágil.

La temperatura de calentamiento puede variar de acuerdo a las características de la pieza y

resistencia que se desea obtener.

En enfriamiento es rápido.

Si el temple es muy enérgico las piezas se pueden agrietar.

Calentamiento

Depende del contenido de carbono.

La velocidad de calentamiento es moderada, se requiere una hora de calentamiento por 2mm de

espesor o dimensión transversal media de la pieza.

Hipoeutectoides y eutectoides: solo austenita, destruyendo la ferrita que es blando.

Hipereutectoides: austenita y cementita (es duro y aumenta la resistencia y dureza de la pieza).

Temperaturas recomendadas:

Hipoeutectoides: Ac3 +50°C

Eutectoides: Ac1 + 50°C

Hipereutectoides: Ac1 +50°C

Tiempo de calentamiento:

Depende del espesor de la pieza.

Homogeneidad en la austenita (hipoeutectoides y eutectoides).

Homogeneidad en la austenita y cementita (hipereutectoides).

Enfriamiento

Tiene por objeto transformar la totalidad de la austenita formada en otro constituyente muy duro

denominado martensita.

El factor que caracteriza esta fase es la velocidad de enfriamiento mínima para que tenga lugar la

formación de martensita, ésta se denomina velocidad crítica de temple.

Velocidad de enfriamiento:

Muy elevada.

Depende de la composición y tamaño de grano del acero.

Medios de enfriamiento en el temple.

El fluido ideal de temple será aquel que produzca una velocidad de enfriamiento superior a la crítica

hasta temperaturas inferiores a las de transformación de la perlita y vainita, y más baja en el

intervalo de la transformación martensítica. De esta forma se evitará la transformación de la

austenita en los constituyentes más blandos y se conseguirá que se transforme con uniformidad en

martensita, sin peligro a que se formen grietas y deformaciones.

Algunos medios utilizados son:

En agua

En aceites minerales

En metales y sales fundidas

En aire en calma a presión

2. TRATAMIENTO TERMICO DE RECOCIDO

Se puede entender el recocido como el calentamiento del acero por encima de las temperaturas de

transformación a la fase aunstenítica seguida de un enfriamiento lento. El resultado de este lento

enfriamiento es el de obtener un equilibrio estructural y de fase en los granos del metal.

Dependiendo del porcentaje de carbono; luego del recocido se pueden obtener diversas estructuras

tales como Ferrita+ Cementita en los aceros Hipoeutectoides; Perlita en los aceros Eutectoides; y

Perlita + Cementita en los aceros Hipereutectoides.

El fin último del recocido del acero es tener baja dureza y resistencia.

En general, tiene como finalidad una temperatura que permita obtener plenamente la fase estable a

falta de un enfriamiento lo suficientemente lento como para que se desarrollen todas las reacciones

completas.

Se emplea para ablandar metales y ganar tenacidad, generalmente en aceros.

Se obtienen aceros más mecanizables.

Evita la acritud del material.

La temperatura de calentamiento está entre 600 y 700°C.

La eliminación de las tensiones generada en el temple.

Aumentar la plasticidad ductilidad y tenacidad del material.

Fases del recocido

El proceso de recocido puede dividirse en tres fases: restauración o recuperación, recristalización y

crecimiento de grano.

La recuperación: La restauración consiste fundamentalmente en la eliminación de tensiones

internas y se realiza con simples calentamientos a bajas temperaturas.

La recristalización: Al aumentar la temperatura de restauración se hacen perceptibles en la

microestructura nuevos cristales diminutos. Estos tienen la misma composición y presentan la

misma estructura cristalina que los granos originales sin deformar, y su forma no es alargada, sino

que son aproximadamente de dimensiones uniformes (equiaxiales).

El crecimiento del grano: La energía libre de los granos grandes es inferior a la de los granos

pequeños. Esta disminución de energía se asocia a la reducción de superficies de contorno de grano.

Por lo tanto, en condiciones ideales, el mínimo estado energético de un metal será el

correspondiente al monocristal.

Etapas del recocido

Las etapas de un recocido son:

1. Calentamiento del material a una temperatura prefijada.

2. Mantenimiento del material durante un cierto tiempo a la temperatura anterior.

3. Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente a una velocidad determinada.

1. Calentamiento: Las piezas de poco espesor y de formas sencillas se pueden introducir

directamente en los hornos calientes a unas temperaturas entre 750 y 850°C. Cuando las piezas son

gruesas, el calentamiento debe de ser progresivo y uniforme para dar tiempo a que el corazón de la

pieza también alcance la temperatura de recocido.

2. Permanencia a la temperatura de recocido: Para que se forme una

austenita homogénea es necesario que el porcentaje de carbono deba

de ser el mismo en toda la masa de la pieza. La difusión del carbono

es más rápida cuando aumenta la temperatura.

3. Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente a una velocidad

determinada. Cuando se mantiene el acero a una temperatura más

elevada que la temperatura crítica superior, los cristales de austenita

tienden a aumentar de tamaño tanta cuanta más alta sea la

temperatura mayor y mayor la duración del calentamiento.

3. TRATAMIENTO TÈRMICO DE NORMALIZADO

El tratamiento térmico de normalizado del acero se lleva a cabo al calentar aprox. A 20°C por

encima de la línea de temperatura crítica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la

temperatura ambiente.

Propósito: Producir un acero más duro y más fuerte que con el recocido total, de manera que para

algunas aplicaciones éste sea el tratamiento térmico final. Puede utilizarse para mejorar la:

Maquinabilidad

Modificar y refinar las estructuras de piezas de fundición

Refinar el grano

Homogenizar la microestructura

El efecto neto de la normalización es que produce una estructura de perlita más fina y más

abundante que la obtenida por el recocido, resultando un acero más duro y más fuerte.

4. TRATAMIENTO TÈRMICO DE REVENIDO

El revenido, es un tratamiento térmico que se aplica a los aceros endurecidos para reducir su

fragilidad, incrementar su ductilidad y tenacidad y aliviar los esfuerzos en la estructura de la

martensita.

El tratamiento de revenido consiste en calentar el acero después de normalizado o templado, entre

la temperatura ambiente y la transformación de AC1 (Apróx 730°C), seguido de un enfriamiento

controlado en aceite o agua.

El objetivo del revenido es disminuir la elevada fragilidad producida por el temple anterior, así

como proporcionar a los aceros una cierta tenacidad, a la vez que se eliminan o disminuyen las

tensiones producidas por el temple.

Generalmente se puede decir que con la temperatura ascendente de revenido, aumentan la

elasticidad y alargamiento y disminuyen la resistencia y la dureza (a excepción de los aceros

rápidos).

El efecto del revenido depende de la aleación del acero, del temple, del espesor de la pieza y del

tratamiento aplicado.

TRATAMIENTO TERMOQUÍMICOS DEL ACERO

Son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se

producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos

químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento

y enfriamiento controlados en atmósferas especiales.

¿En qué consiste?

Consiste en enriquecer las capas superficiales de la pieza de acero con elementos: Carbono

(cementación), Nitrógeno (nitruración), Carbono y Nitrógeno (Carbonitruración o Cianuración),

Aluminio (Calorización), Cromo (Cromado) y otros, para elevar la resistencia al desgaste, la

resistencia a la corrosión y otras propiedades.

Objetivos:

Aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el

núcleo más blando y tenaz.

Disminuir el rozamiento aumentando el poder lubricante.

Aumentar la resistencia al desgaste.

Aumentar la resistencia a la fatiga.

Aumentar la resistencia a la corrosión.

Etapas para los tratamientos termoquímicos

La disociación: Consiste en la descomposición de las moléculas y la formación de átomos activos

del elemento que difunde.

La absorción: Es cuando los átomos del elemento que difunden se ponen en contacto con la

superficie de la pieza de acero formando enlaces químicos con los átomos del metal.

La difusión: Es decir la penetración del elemento de saturación hacia la zona interior del metal, al

penetrar los que se difunden en la red del disolvente la velocidad de difusión será más alta , siempre

y cuando en la reacción se formen disoluciones solidas de sustitución.

4. Describa el tratamiento térmico aplicado a cada uno de los aceros e indique que tipo de

tratamiento es, el medio de enfriamiento y la temperatura a la que se retiró del horno.

Acero Tratamiento

Térmico

Medio de Enfriamiento Temperatura a

la cual se retiró

°C

AISI 1020 Templado en agua y

aceite, recocido y

normalizado

Agua, Aceite y Temperatura

Ambiente

800

AISI 1045 Templado en agua y

aceite, recocido y

normalizado

Agua, Aceite y Temperatura

Ambiente

860

AISI 01

(AMUTIT)

Templado en agua y

aceite, recocido y

normalizado

Agua, Aceite y Temperatura

Ambiente

950

AISI 4340 (VCN) Templado en agua y

aceite, recocido y

normalizado

Agua, Aceite y Temperatura

Ambiente

990

5. Citar los nombres y las direcciones de tres empresas que distribuyan localmente los aceros

mencionados en el listado.

Nombre de distribuidora

Dirección

Acavisa de C.V.

25 Av. Sur #763, Apartado Postal 439.San Salvador, El

Salvador , C.A

Aceros Inoxidables de

Centroamérica S.A. de C.V.

El Salvador, San Salvador, 1° Av. Norte #530, entre Alameda

Juan Pablo II y 9° a .C Pte.

Mapa: http://1965.sv.all.biz/contacts#map

Abasteinsa de C.V.

Boulevard Santa Anita, Colonia Gerardo Barrios N° 1213 , San

Salvador , El Salvador

Conclusiones

El tratamiento térmico se utiliza para cambiar las propiedades de los materiales en estado

sólido.

Los tratamientos térmicos más utilizados en los aceros son: Temple, normalizado, revenido

y recosido.

La dureza aumenta cuando se le aplica el tratamiento térmico de temple a un material.

El tratamiento térmico de normalizado deja un material sin tensiones internas y con

distribución uniforme de carbono.

Se necesita equipo adecuado para aplicar un tratamiento térmico a un material.

En el tratamiento térmico de temple la dureza va a ser mayor si se templa en agua que en

aceite.

Recomendaciones

Hay que tener sumo cuidado cuando se le va a aplicar un tratamiento térmico a un material,

debido a que pueden ocurrir accidentes si no se toman las medidas de seguridad necesarias.

Se debe cubrir el cuerpo con ropa de seguridad para que no hallan quemaduras en la

persona que saca el material del horno en caso de accidente.

Se debe sacar la probeta tratada del honro lo más rápido posible, ya que sino la temperatura

bajara rápidamente en el horno, dando como consecuencia resultados diferentes a los

esperados.

Bibliografía

http://www.cad-cae.com/PDF_CAD_CAE/Aceros_para_mecanizado.pdf

http://www.mecanicaargentina.com/Mecanica/TratTerm.html

http://matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=5bc026c8ca2345cabec2a33de2c4bf8

c

http://matweb.com/

http://matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=408cfbb2c2504d44b43524b301d48a

09

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201020.pdf

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201045.pdf

http://sisa1.com.mx/pdf/Acero%20SISA%20O1.pdf

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%20420.pdf

Anexos

Fotografía del horno utilizado para la práctica de

tratamientos térmicos.

Compañero sacando la primera tanda de piezas, en este caso de acero AISI 1020 a una temperatura

de 800 ° C (aproximadamente se sacó a los 803 °C).

Piezas ya enfriadas de acero AISI 1020 luego de ser

colocadas en aceite, a temperatura ambiente y en

agua, orden de izquierda a derecha respectivamente.

Tiempo en donde se sacó la segunda tanda de materiales, este es el caso del acero AISI 1045, a una

temperatura de 860 °C (aproximadamente se sacó a una temperatura de 865 °C para< evitar que en

la manipulación de las piezas se enfriara mucho el horno)

Piezas colocadas en aceite, agua y a temperatura ambiente (al aire) para su enfriamiento.

Tiempo en donde se sacó la tercera tanda de materiales correspondiente al acero AISI 01 o

AMUTIT, a una temperatura de 950 °C.

Dejándolas enfriar en los diferentes medios de enfriamiento, agua, aceite (falta) y a temperatura

ambiente.

Piezas de acero AISI 01 (AMUTIT) ya frías en el

orden siguiente:

Izquierda: A temperatura ambiente.

Al centro: En agua.

A la derecha: En aceite.

Tiempo al que se sacaron las últimas piezas del horno, correspondientes al acero AISI 4340 (VCN)

el cual estaba a una temperatura aproximadamente de 990 °C. Dejando así dos piezas de cada una

de las muestras (acero 1020, 1045, 01 y 4340) dentro del horno para su tratamiento térmico de

recocido.

Colocándolas en los medios enfriadores (faltando el de aceite)

Probetas que se dejaron el horno para el tratamiento térmico de recocido, finalizando la práctica #4.