Universidad Nacional de Mar del PlataFacultad de Ingeniera

Materiales Mecnicos

Trabajo Prctico N 4

Templabilidad

Integrantes de la comisin:

APELLIDO Y NOMBREMATRCULA

Ganim Esteban11653

Perez Cristian11834

Solis Etchegoin Leandro12459

INDICE

Objetivo de la prctica de laboratorio 3

Metodologa experimental4

Procedimiento del ensayo Jominy5

Ensayo microgrfico7

Ensayo de dureza de las piezas8

Clculo de Dimetro Crtico Ideal12

Conclusin del trabajo de laboratorio17

Objetivo de la prctica de laboratorio:

En esta prctica de laboratorio se tomar contacto con el proceso de un ensayo Jominy, a travs del cual se obtendr la informacin necesaria para poder obtener la templabilidad de los materiales a ensayar. Se busca obtener la templabilidad de los materiales como parmetro ya que esta propiedad por definicin determina la profundidad y distribucin de durezas inducidas en el temple. Se utiliza el ensayo Jominy pues el mismo utiliza una metodologa normalizada de trabajo con el fin de independizarse en todo momento de las condiciones de enfriamiento de la pieza, es decir que este ensayo solo tomar como variable el tipo de material. Para relacionar todos estos conceptos se utilizarn adems de las normas del proceso de medicin, las curvas Jominy y de Lamont que se encuentran tabuladas y relacionan distintas variables involucradas en el proceso, pero quedar como anlisis de quien realice la experiencia el reconocer todas las variables para poder determinar cul grfica es la adecuada y que datos se relacionan entre ellas. El material solo podr aportar como dato para la determinacin de la templabilidad, su Dimetro Crtico Ideal Di el cual se podr obtener de dos maneras:

Forma terica: Se realizar un clculo terico utilizando factores que ponderan la influencia de los elementos de aleacin y del tamao de grano del acero, sobre la posicin de las curvas de transformacin. El producto de estos factores da como resultado el Di.

Forma prctica: Se obtiene el Di mediante el uso del ensayo de templabilidad, conocido como Ensayo Jominy.

Metodologa Experimental

Para obtener el Di del material se utilizar el mtodo prctico que consiste en realizarle a la pieza un ensayo de templabilidad, tambin llamado Ensayo Jominy. Este ensayo se caracteriza por estar normalizados tanto sus procedimientos como las piezas que componen del dispositivo. La normalizacin otorgar a todo el proceso una total independencia de las condiciones de enfriamiento y por lo tanto los resultados obtenidos solo dependern del material sobre el que se realice dicho ensayo.

Este ensayo reproduce en una probeta normalizada un rango amplio de velocidades de enfriamiento. Para lograrlo, se coloca la probeta en un dispositivo de ensayo como se observa en la figura de arriba, y es enfriada por un extremo con un chorro de agua. Se podr observar que la Ve es mxima en el extremo inferior y que dicha velocidad disminuyo al alejarse del mismo.

En cuanto a los detalles constructivos del dispositivo, a continuacin se expresan las medidas de probeta, soporte y boquilla de agua junto con sus distancias relativas.

Se puede observar en la imagen que la calibracin del caudal de agua para el ensayo exige que la altura libre del chorro debe ser de aproximadamente 65 mm.

Procedimiento de ensayo Jominy de la pieza:

Una vez preparada la probeta con las dimensiones especificadas, se deber colocar la probeta en un horno que est a la temperatura especificada por la norma, la cual se basa en la temperatura de austenizado del material a ensayar. Hay que recordar que dicha temperatura no podr superar notablemente la temperatura de austenizado ya que comenzara a crecer grano en el material y no es el resultado deseado.Antes de colocar la probeta se deber contar con un sistema para controlar la atmosfera del horno, ya que como se analiz en trabajos anteriores, el acero se vuelve muy reactivo a esas temperaturas y tiene a reaccionar con el oxgeno presente en el horno y pierde porcentaje de carbono que se libera en forma de dixido de carbono a la atmosfera. En este caso la atmosfera se controlar colocando la probeta en una caja con carbonilla y viruta rica en carbono, saturando la atmosfera de carbono y afectando de manera casi despreciable la composicin qumica de la probeta.Una vez colocada la probeta en el horno se deber mantenerla a esta temperatura constante por 30 minutos, ya que en ese tiempo puede considerarse de que solo una pequea capa poco profunda de la misma podra perder carbono, pero que en caso de suceder o no se corregir luego a travs del mecanizado.

Una vez alcanzado el tiempo se deber contar con todos los elementos preparados para comenzar rpidamente el proceso, ya que la norma exige que para que la pieza no sufra cambios, deber transcurrir como mximo 5 segundos desde que se abre el horno hasta que se coloca en el dispositivo.

Durante el ensayo se considerar que la extraccin de calor por la superficie lateral se desprecia, y solo se produce por la cara inferior o extremo templado. El gradiente de temperatura se podr evidenciar como un frente oscuro avanzando sobre la pieza al rojo. Luego con las mediciones de dureza se podr corroborar que la Ve disminuye con la distancia al extremo templado o distancia Jominy (dj), la cual se adopta como hiptesis (siguiendo las normas ASTM) resultar independiente del material.La pieza deber permanecer en el dispositivo al menos 10 minutos, ya que pasado este tiempo se considera que el enfriamiento no tendr ms efecto sobre el parmetro a medir.Una vez retirada la probeta del dispositivo se deber realizarle un mecanizado para quitar la posibilidad de un cambio en la composicin de carbono en la superficie. Luego se realiza un plano de 4 mm a lo largo de una generatriz de la probeta. Una vez mecanizada se proceder a obtener un perfil de durezas o curva Jominy dependiente de la dj y del acero empleado. Recordar que la norma expresa que entre dos planos paralelos no se puede diferir ms de 4 HRC uno de otro. De producirse esta diferencia se debern ensayar los planos ubicados a 90 de estos, y si se volviese a obtener esta diferencia, la norma exige en volver a realizar de nuevo la experiencia.

Ensayo de micrografa:

En este ensayo se realizar un contraste entre la teora y la prctica para corroborar si los resultados propuestos por las tablas se asemejan a la realidad. Para ello se realiza a la probeta Jominy un pulido metalogrfico el cual deja la pieza con un acabado espejo y se le realiza un ataque qumico para poder diferenciar las fases en el microscopio. El resultado deber evidenciar el efecto de la variacin de la velocidad de enfriamiento dada por las condiciones de ensayo, la cual afectar la dureza de distinta manera dependiendo del material y en funcin de la distancia del extremo templado.

SAE 1045:

Al colocar la pieza en el microscopio hay que tener en cuenta que la visualizacin ser complicada justo en el extremo templado de la pieza ya que los bordes suelen estar redondeados debido al mecanizado. Para evitar lecturas incorrectas del material se comienza a analizar 1 mm ms adentro aproximadamente.En la pantalla se puede observar M (martensita) hasta los 2.5 mm para adentro (siempre distancias relativas al extremo templado), donde empieza a aparecer bainita. Pasando los 3.5 mm ya queda muy poca martensita, y llegando los 5 mm se puede observar que el material es casi todo perlita y ferrita pro eutectoide. La martensita se distingue en la pantalla ya que por lo general se hace presente formando ngulos de 60 y 120.Los cambios notables se pudieron observar en los primeros 5 mm del material, como se corresponde con un acero de baja templabilidad como es el SAE 1045.

SAE 4340:

Aqu se comenz a analizar a los 2 mm del extremo templado y se puede observar 100% de martensita, situacin que se repite en cada visualizacin hasta los 7 mm.Recin llegando a los 7.5 mm se comienza a observar la bainita pero en pequea cantidad en relacin al porcentaje de martensita presente.A 20 mm del extremo templado se encuentra que la estructura es prcticamente toda bainita con algunas colonias de fases que sin conocer la historia del material es difcil de predecir.Como se puede observar los cambios en la estructura aparecieron mucho despus que en acero 1045, como era de esperarse de un material de alta templabilidad.

Ensayo de dureza de las piezas:

La metodologa de la toma de durezas de un ensayo Jominy consiste en tomar la primera medicin a 1 mm del extremo templado, luego se realizan cada 2 mm hasta llegar a alejarse 25 mm del extremo. Luego se contina tomando una medida cada 5 mm hasta llegar a alejarse a 50 mm del extremo libre (aproximadamente 2).

Se analiz la dureza de dos piezas medida en HRC, ya que se trata de material templado y se necesitarn medir altas durezas y Rockwell C se realiza con una punta de diamante. Los valores que se obtuvieron son:

Dj [mm]HRCDj [mm]HRC

153151

352352

553533

752730

952928

11521128

13521327

15521526

17521725

19521923

21522123

23512322

25502521

30513020

35503518

40504017

45484516

50505015

Es importante aclarar que en la tabla de la izquierda se descartar la medida a los 45 mm de dj ya que se produjo una medicin erronea. Un error tambin se present en la tabla de la derecha en las primeras mediciones ya que al ensayar se levantaba el extremo libre, pudiendo haber alterado (o no) la dureza de la pieza.A pesar de que no se hizo referencia a que tipo de pieza se le estaba realizando el ensayo de dureza, luego del anlisis de microscopa que se ensay, se puede concluir que la tabla de la izquierda corresponde a un acero del tipo AISI 3635, ya que su dureza prcticamente no presenta cambios en el tramo analizado, tal cual anunciaba cuando se analiz en el microscopio y se clasificaba como un acero altamente templable. Por otro lado se encuentra el SAE 1045 el cual presenta una gran variacin en sus durezas a medida que aumenta la distancia Jominy, esto como se dijo anteriormente es una caracterstica comn de los aceros de baja templabilidad.

Para corroborar si est bien el acero que se propuso se analizar la curva de dureza en funcin de la distancia Jominy que se asemeje a los resultados obtenidos.

Los valores de dureza caen dentro de la banda de templabilidad de un acero SAE 4340, pero no se cuenta con las del AISI 3635 para comprar. Se corresponden los valores ya que se podra suponer que los aleantes del AISI 3635 podran aportar propiedades que asemejen a los del SAE 4340. Se toma como referencia una banda de templabilidad y no una curva ya que las composiciones normalizadas de los aceros se encuentran dadas por intervalos, es decir que pueden variar, y con ellas vara la dureza de los mismos.

Se puede contrastar ahora los valores de dureza obtenidos con los de la banda de templabilidad de un 1045 y salvando el extremo templado, los dems valores se corresponden, por lo que se supone un error en la medicin ya que uno de los extremos se levantaba en el proceso de medicin de las durezas en dicho extremo.

Calculo del dimetro crtico de los materiales:

El dimetro crtico ideal del redondo se define como el dimetro mayor del redondo para el cual se asegura que se tendr en el centro del mismo un mnimo de 50% martensita.

Para obtenerlo se utilizarn las curvas que relacionan Dureza en funcin del porcentaje de carbono del acero estudiado y con distintas curvas, cada una correspondiente a un un porcentaje de martensita, la cual variar segn el criterio tomado.

SAE 4340:

Para un 0.4% de Carbono se obtuvo una dureza de 44 HRC aproximadamente, por lo tanto ahora se busca con la curva relevada en la prctica a que dj corresponde esa dureza. Pero como no se lleg a relevar una distancia Jominy para esa dureza, se utiliza la curva terica para encontrarla:

Como se observa, la dureza se va a obtener a una dj = 38 mm. Para continuar se aclara que como el dimetro buscado es el ideal, por definicin el mismo corresponde a un medio ideal, es decir H (severidad del medio) = infinito. Por lo que entrando con las Curvas de Lamont para una relacin de R/r = 0 (ya que se analiza el centro de la pieza) se obtiene que el dimetro crtico ideal para el SAE 4340 para un mnimo de 50% de martensita en el centro se encuentra a aproximadamente 146 mm.

SAE 1045:

Se realiza el mismo proceso que el caso anterior:

Para un 0.45% de Carbono se obtuvo una dureza de 46 HRC aproximadamente, por lo tanto ahora se busca con la curva relevada en la prctica a que dj corresponde esa dureza:

Se observa que la distancia Jominy obtenida fue de aproximadamente 5 mm. Por lo tanto se analiza la curva de Lamont correspondiente para encontrar su dimetro crtico idea:

Como se observa, en este caso el dimetro crtico ideal del SAE 1045 se encuentra aproximadamente a los 44 mm.

Conclusin del trabajo de laboratorio

Si bien se entiende que se produjeron errores en la toma de datos de la dureza, se puede concluir que el ensayo fue exitoso del punto de vista que los resultados obtenidos en la experiencia se correspondieron en todo momento con los de la teora. En cuanto a los aceros se pudo comprobar con un gran margen de seguridad de que tipo de acero se estaba estudiando, comprobando que el ensayo Jominy solo depende del material. Se pudo observar tambin como se distribuyen las durezas en funcin de la distancia relativa al extremo templado en una probeta Jominy normalizada y que como se evidenci, la misma depende de la velocidad de enfriamiento. La templabilidad de los aceros tambin result ser un excelente parmetro para diferenciarlos, ya que en este caso se analizaron dos aceros de muy similar porcentaje de carbono, y aun as las caractersticas de templabilidad mostraron las grandes diferencias que pueden existir entre un acero poco templable (SAE 1045) y uno de alta templabilidad (4340), principalmente se pudo observar esta notable diferencia en su dimetro crtico, los cuales dieron con una diferencia de mas de 100mm.

TP4: TemplabilidadPgina 11