Caracterizacion de Acero 5160

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA   

Acero AISI0SAE 1234

2

i"portante en a in!#stria y con "#c&as sai!as a(oraes.

Gerley José alcedo Pérez !ge"salcedo#e$unal%edu%co& 'scar (ván )edina *o"as !oimedinar$unal%edu%co&

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Grupo B - Grupo 6 Diciembre de 201

 —  Abstract   Abstract 

Metallography is the discipline that studies the microscopic structural characteristics of a metal or an alloy loy. Undou doubte btedly dly, the microscope is the most impo mportant tool met metallu allurg rgis istt fro from both both scie scient ntif ific ical ally ly and and technica tech nically lly.. Is possibl possiblee to dete determi rmine ne the grain grain size, size, shape shape and distribu distribution tion of various various phases and and incl inclus usio ions ns havin aving g gre great effec ffectt on the the mechanical properties of metal. The micr micros ostr truc uctu ture re reve reveal al the the mech mechan anic ical al and and thermal treatment of metal and, under a given set of condi conditio tions, ns, can pred predic ictt the their ir expec expecte ted d behavior. Palabras claves: Tratamiento térmico, dureza, caracterización, análisis químico, bonificado, martensita, metalografia

I. INTRODUCCIÓN

E o( o()e )etti*o i*o !e !e pres presen ente te es o( o(ttener ener cier cierttas caracte caracter'st r'stica icass en #n "ateria "ateria para po!e po!err #saro #saro &ipot/tica"ente en a in!#stria. E trata"iento t/r"ico f#e esco%i!o por nosotros  para !are a "ateria as caracter'sticas $#e re$#er'a"os se%6n a nor"a. II. MARCO TEÓRICO  A. Generalidades

Los "etaes $#e se e"pean en a in!#stria, son aeaciones y no "etaes p#ros co"o &ierro, oro, cro" ro"o, co(r o(re, pata etc. !e(i e(i!o a $#e s#s caracter'sticas no son apropia!as para e #so. De os "ateriaes p#ros, e &ierro es #no !e os ee"entos $#e se enc#entra en "ayor proporcin, y e car(ono es e $# $#ee e)er e)erce ce inf inf#e #enci nciaa "+s "+s !eci !ecisi si*a *a en as as  propie!a!es, caracter'sticas y trata"ientos. E conteni!o !e car(ono !e os aceros *ar'a !es!e 4.47 4.4718 18 a 2.98 2.98,, e% e%an an!o !o en a%# a%#no noss caso casoss e:cepcionaes a ;.;8. Los aceros aceros son f#n!a"e f#n!a"enta nta"en "ente te aeaci aeaciones ones !e &ierro0car(ono, con otros ee"entos e i"p#re-as. 5ara a fa(ricacin !e os resortes !e (aesta es frec frec#e #ent ntee e #so #so !e !e acer aceroo SAE SAE 12 1234 34,, c#y c#yas  propie!a!es "ec+nicas $#e e proporciona os co"ponentes !e aeacin o &ace a!ec#a!o para s# "an#fact#ra.

Este Este proyect proyectoo fina fina !e"#es !e"#estra tra os con conoci" oci"ien ientos tos a!$#iri!os a o ar%o !e se"estre o c#a o &ace "#y "#y i"po i"port rtan ante te por$ por$#e #e a$#' a$#' se !e"# !e"#es estr traa si c#"p c#"pi i"o "oss con con os os o()e o()eti ti*o *oss !e !e c#rs c#rso. o. En e  presente infor"e se "#estra e proceso !e an+isis, carac caracte teriri-ac aci in, n, ensay ensayos os &ec&o &ec&oss y trat trata" a"ie ient ntos os t/r"icos !e #n acero espec'fico $#e es e AISI0SAE 1234. Este acero se #tii-a en a fa(ricacin !e  pie-as "#y soicita!as $#e re$#ieran #na ee*a!a !#re-a y tenaci!a! especia"ente en a in!#stria a#to"o a#to"otri tri-, -, (aes (aestas tas y "#ee "#eess &eico &eicoi!a i!aes es para a#to"*ies y ferrocarries. 5ie-as !e responsa(ii!a responsa(ii!a!! $#e re$#ieran re$#ieran #na cai!a! cai!a! especia, especia, co"o co"o ar(o ar(oes es !e tras" tras"is isi in, n, (arras (arras !e torsi torsin n,, %ran! %ran!es es en%rana en%rana)e )e en%ra en% rana) na)es es tra(a tra(a)a )an!o n!o sin sin c&o$#e, en%rana)es en %enera, etc. Este tra(a)o es "#y i"portante p#es a partir !e a$#' Ta(a 2. 5ropie!a!es "ec+nicas !e acero AISI SAE 123 e"pe-are"os e ca"ino &acia a caracteri-acin y Ta(a trata"iento !e !iferentes "ateriaes !e in%enier'a,  B. Caracterización del material  creaci creacin n n#e n#e*o *oss "ate "ateria riae es, s, encon encontr trar ar "e)o "e)ores res "ateriaes a #n "enor precio, en fin es a%o "#y La caracteri-acin !e "ateria se reai- por "e!io !e !iferentes ensayos, para e presente tra(a)o se

  

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

;

e*aron a ca(o ensayos !e co"posicin $#'"ica, !#re-a y "etao%raf'a. C. Metalografía

Las fases !e preparacin !e "etao%r+fica son as si%#ientes<

a

pro(eta

2. Corte !e a "#estra. ;. Monta)e 7. Des(aste =. 5#i!o 1. Ata$#e $#'"ico La preparacin !e a pro(eta consiste, en %enera, en o(tener pri"ero #na s#perficie pana y se"ip#i!a, "e!iante e e"peo !e i)a !e fin#ra !e %rano creciente o reai-an!o este !es(aste con !iscos a!ec#a!os so(re os $#e se !eposita #n a(rasi*o, ter"inan!o con #n p#i!o fino y fina so(re !iscos  pro*istos !e pa>os. E fina !e a operacin es a o(tencin !e #na s#perficie espec#ar $#e es a re$#eri!a para, !esp#/s, efect#ar e ata$#e y o(ser*ar a!ec#a!a"ente a estr#ct#ra. E ata$#e $#'"ico para aceros %enera"ente se &ace con Nita a ;8. Sin !#!a a%#na, a parte "+s i"portante !e a "etao%raf'a es e e:a"en "icroscpico !e #na  pro(eta a!ec#a!a"ente prepara!a, e"pean!o a#"entos $#e, con e "icroscopio ptico, oscian entre 244 y ;444 a#"entos, apro:i"a!a"ente. Taes est#!ios "icroscpicos proporcionan #na a(#n!ante infor"acin so(re a constit#cin !e "eta o aeacin in*esti%a!os. Me!iante eos se  p#e!en !efinir caracter'sticas estr#ct#raes, co"o e ta"a>o !e %rano, con to!a cari!a!? se p#e!e conocer e ta"a>o, for"a y !istri(#cin !e as fases $#e co"pren!en a aeacin y !e as inc#siones no "et+icas, as' co"o a presencia !e se%re%aciones y otras &etero%enei!a!es $#e tan prof#n!a"ente  p#e!en "o!ificar as propie!a!es "ec+nicas y e co"porta"iento %enera !e #n "eta.  D. Tratamiento térmico

E trata"iento t/r"ico consiste en #na co"(inacin !e operaciones !e caenta"iento, y enfria"iento, con tie"pos !eter"ina!os. E o()eto !e os trata"ientos es "e)orar as  propie!a!es "ec+nicas, o a!aptaras, !+n!oe caracter'sticas especiaes a as apicaciones $#e se e *an a !ar a as pie-as !e esta "anera se o(tiene #n

a#"ento !e !#re-a y resistencia "ec+nica, as' co"o "ayor pastici!a! o "a$#ina(ii!a! para faciitar s# confor"acin III. MATERIALES @ METODOS  A. Análisis químico

5ara a co"posicin $#'"ica se #tii- #n espectr"etro !e c&ispa UV0VIS "arca BAIRD, y se e* a ca(o e an+isis !e co"posicin $#'"ica so(re e "ateria en esta!o !e s#"inistro. En a ta(a ; se p#e!e o(ser*ar os res#ta!os y se co"pro( $#e si se trata !e #n acero 1234.  B. Dureza

Se to" !#re-a en escaa Roce C en #n !#r"etro "arca OL5ERT 50;444. Las "e!i!as !e !#re-a se to"aron en a s#perficie !e "ateria en seccin trans*ersa, esta !ireccin f#e to"a!a para tener #n pro"e!io "+s rea !e a ect#ra !e !#re-a, ya $#e as inc#siones tipo s#f#ros est+n !e p#nta. Se *erific $#e a "a$#ina f#ncionara (ien para eso se #tii- #n patrn $#e !es!e antes !e "e!iro se sa('a $#e !e(e !ar 34 RC. Desp#/s se to" a !#re-a !e a pie-a !e acero, en tota se to"aron 1 "e!i!as y se sac #n pro"e!io, ta(a 7. #i+n!onos !e os res#ta!os conc#i"os $#e a "ateria e &a('an reai-a!o e trata"iento !e nor"ai-a!o. C. Metalografía

Foto 2. 5ie-a antes !e ser corta!a

Desp#/s !e &a(er reai-a!o e an+isis $#'"ico y !eter"ina!o a !#re-a !e "ateria se proce!i a reai-ar a "etao%raf'a, antes !e "ontar a pro(eta se cort a "#estra en #na corta!ora !e !isco, foto 2, para o(tener as !i"ensiones re$#eri!as en e "onta)e.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

7

a pro(eta %ira!a J4 y se proce!e a i)ar &asta $#e as rayas &ayan !esapareci!o as' &asta ter"inar as = i)as. D#rante e i)a!o se !e(e #sar #n #(ricante  para $#e a "#estra no se caiente por a friccin y se pier!an as propie!a!es s#perficiaes $#e son as $#e se *an a anai-ar, en este caso e #(ricante es a%#a. Los ta"a>os !e i)a #sa!os para este "ateria f#eron en este or!en ;=4, 7;4, =44, 344.

Foto ;. Corta!ora !e !isco

5ara &acer e "onta)e se e"pe #na prensa &i!r+#ica. Se a>a!e 2 parte !e resina ep:ica  protectora !e (or!e y ense%#i!a !os partes !e resina fenica *er!e Gpara reenoH, antes !e esto se !e(e "o)ar a (ase !e a "+$#ina y e "ateria a "ontar  con aca, esto para pre*enir $#e se $#e!e pe%a!o a a prensa y sea !if'ci !e retirar. Se ase%#ra a tapa, y se e apica a presin "+:i"a !e a prensa Gesta *a (a)an!o enta"enteH y se !e)a !#rante 24 "in a 214 C. L#e%o !e &a(er transc#rri!o ese tie"po se retira e caor y se cooca #na resistencia y se *#e*e a a#"entar a presin Gesta se "antiene est+ticaH y se !e)a !#rante 21 "in, a fina !e to!o esto se retira a resistencia, se $#ita a tapa y sae a pro(eta ista  para #sar.

Foto 7. 5rensa i!r+#ica

Foto 1. Des(asta!ora M6tipe Str#ers

5ara e p#i!o fina se apica po*o !e a6"ina o s#spensin !e 4,41 "icras a #n pa>o con peo "e!iano. Se #tii-a #na p#i!ora !e pato %iratorio, a 214 rp", se sostiene e "ateria &acien!o "o*i"ientos para $#e no $#e!e "a e p#i!o. Se "antiene a&' !#rante ;4 "in o o $#e re$#iera para e p#i!o co"peto, !esp#/s !e &a(er ter"ina!o no !e(e *erse ni #na soa raya en e "ateria. Co"o #(ricante se #sa a6"ina y a%#a.

Foto =. 5ro(eta ter"ina!a

5ara e i)a!o !e a pro(eta se #s #na !es(asta!ora a c#a tiene = i)as con ta"a>o !e %rano !iferente, e proce!i"iento es si"pe, en a pri"era se i)a e "ateria #nifor"e"ente y &acia #n soo a!o, as' Foto 3. 5#i!ora !e pa>o Tr#ers &asta $#e soo se *ean as rayas !e a!o &acia e $#e i)a, !esp#/s se pasa a a si%#iente i)a pero con

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

=

As' no"+s no se p#e!e o(ser*ar na!a en e "ateria  por eso se proce!e a &acer #n ata$#e $#'"ico $#e re*ee as propie!a!es a anai-ar. En este p#nto a pro(eta es pana y est+ p#i!a, es #n espe)o. E ata$#e $#'"ico pon!r+ !e "anifiesto a estr#ct#ra !e "eta ya $#e atacar+ os (or!es !e os %ranos y afectar+ !e "anera !iferente a as !istintas fases presentes en e "eta. 5ara ca!a "eta y aeacin se #tii-a #n reacti*o !e ata$#e !iferente. En e caso !e acero e "+s #tii-a!o es e NITAL, $#e se prepara !iso*ien!o +ci!o n'trico G;8H en etano. 5ara e ata$#e se s#"er%e a pro(eta en Nita !#rante #nos pocos se%#n!os. Desp#/s !e ata$#e e "ateria per!er+ to!o s# (rio. A fina se o(ser* e "ateria por "e!io !e "icroscopio a !iferentes a#"entos !e ac#er!o a o $#e se $#iera o(ser*ar.

E te"pe es #n trata"iento t/r"ico $#e consiste en enfriar "#y r+pi!a"ente, a "e-ca a#stenitica &o"o%/nea, $#e tene"os !esp#/s !e caentar e acero, con este enfria"iento r+pi!o se consi%#e #n a#"ento !e !#re-a, ya $#e e res#ta!o "icroscpico fina es #na "e-ca "artens'tica. La te"perat#ra !e te"pe para os aceros &ipoe#tectoi!es son !e 74014 %ra!os, por enci"a !e esta te"perat#ra, e %rano !e a#stenita crece "#c&o, o(teni/n!ose a#stenita (asta !e (a)a tenaci!a!. E tie"po !e enfria"iento !e(e !e ser r+pi!o pero soo en e inter*ao !e te"perat#ra !e 3140=44 %ra!os, $#e es !on!e a a#stenita es "enos esta(e , y es !on!e se for"a a "e-ca !e ferrita y ce"entito ,  por enci"a !e 314 %ra!os a *eoci!a! p#e!e ser  "+s enta, pero no tanto $#e per"ita a  precipitacin !e ferrita o a transfor"acin !e a#stenita en perita , por !e(a)o !e os =44 %ra!os co"ien-a a -ona !e esta(ii!a! !e a a#stenita , y e enfria"iento p#e!e *o*er a ser ento, y en e inter*ao !e ;440744 %ra!os, e enfria"iento !e(e !e ser ento para e*itar tensiones t/r"icas res#tantes !e #n enfria"iento r+pi!o. Se #s #na "#estra !e ;1 "" !e a!o para este trata"iento, e caenta"iento f#e a K34C y se "ant#*o a&' !#rante 21 "in#tos, se retir y con Foto 9. 5ro(eta %ran rapi!e- se s#"er%i en aceite !#rante 24 "in. !esp#/s !e &a(er si!o Desp#/s !e te"pe, os aceros s#een $#e!ar  ataca!a con Nita, note e acero per!i !e"asia!o !#ros y fr+%ies para os #sos a os $#e to!o s# (rio. est+n !estina!os. Esto se corri%e con e proceso !e re*eni!o, este proceso consiste en caentar e acero a #na te"perat#ra "+s (a)a $#e s# te"perat#ra critica inferior, enfri+n!oo #e%o a aire. Los fines $#e se consi%#en con este trata"iento son os si%#ientes< Me)orar os efectos !e te"pe, e*an!o a acero a #n esta!o !e "'ni"a fra%ii!a!. Dis"in#ir as tensiones internas !e transfor"acin, $#e se ori%inan en e te"pe. Mo!ificar as caracter'sticas "ec+nicas, en as  pie-as te"pa!as pro!#cien!o os si%#ientes Foto K. efectos< Microscopio !on!e se reai- a Dis"in#ir a resistencia a a rot#ra por traccin, o(ser*acin !e a e '"ite e+stico y a !#re-a.  pro(eta. A#"entar as caracter'sticas !e !#ctii!a!?  D. Tratamiento térmico aar%a"iento estriccin y as !e tenaci!a!? resiiencia. 5ara e acero 1234 se !eci!i &acer (onifica!o, Se La "is"a pie-a !e "ateria anterior se cooc en a"a as' a acero te"pa!o y #e%o re*eni!o. &orno a 344C y se !e) !#rante 21 "in, se retir •

•

•

•

•

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

!e &orno y se !e) a enfria"iento por aire &asta $#e acan-ara a te"perat#ra a"(iente en este caso 21 "in. Fina"ente se reai- e an+isis "etao%r+fico !e as "#estras !esp#/s !e &a(er &ec&o e trata"iento t/r"ico.

1  B. Transformación de Fase

IV. RESULTADOS @ DISCUSION  A. Análisis químico % en % en peso peso Fe 96,989 Co 0,01 Si 0,275 B 0,0001 Mo 0,023 P 0,022 Al 0,004 Cr 0,948 C 0,547 Ti 0,002 Cu 0,15 Pb 0,01 W 0,012 S 0,006 Nb 0,002 V 0,012 Mn 0,925 Sn 0,006 Ni 0,054 Mg 0,001 Ta(a ;. Co"posicin $#'"ica !e "ateria

rafica 2. Dia%ra"a TTT Acero 1234 C. Dureza

Car%a< 214 % Roce C Tie"po< 24s 5recar%a< 24% I!enta!or !e !ia"ante 223 in HRC

1 2 30 29 3 4 30 30 5 29,8   Promed io Ta(a 7. D#re-a !e a "#estra !e acero 1234 30

 D. Análisis metalográfico

a. Seccin trans*ersa

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Foto J. M#estra sin atacar 244

3

Foto 2;. M#estra ataca!a. =44

Los o()etos ne%ros $#e se o(ser*an en a foto J son :i!os %o(#ares, $#e es #n tipo !e inc#sin.

Foto 27. M#estra ataca!a. K44 Foto 24. M#estra ataca!a. 244

 (. Seccin on%it#!ina

Foto 22. M#estra ataca!a. ;44

En a foto 2= se p#e!e o(ser*ar $#e sin &a(er  reai-a!o e ata$#e $#'"ico no se re*ean as  propie!a!es $#e se $#ieren anai-ar, en a foto 24 ya f#e ataca!a a pro(eta y po!e"os *er con !etaes a estr#ct#ra !e acero. En a foto 21 o(ser*a"os $#e a parte (anca es ferrita y a parte osc#ra es perita, esto se o(ser*a con "e)or !etae a "e!i!a $#e se #sa "+s a#"ento en e "icroscopio. Ta"(i/n *i"os $#e &ay "ayor canti!a! !e perita $#e !e ferrita.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

9

Se !eter"in $#e e ta"a>o !e %rano es apro:i"a!a"ente K ASTM se%6n o esta(eci!o en a nor"a ASTM E0=1.

Foto 21. M#estra ataca!a. ;44

Foto 2=. M#estra sin atacar. 244

Foto 23. M#estra ataca!a. =44

Foto 21. M#estra ataca!a. 244

Foto 29. M#estra ataca!a. K44 Se p#e!e o(ser*ar a perita Gosc#raH y a ferrita GcaraH.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

K

 . Análisis Térmico

La "artensita es a "icroestr#ct#ra "+s !#ra y resistente !e os, pero a a *e- "+s fr+%i. S# !#ctii!a! es pr+ctica"ente n#a. De &ec&o, a "artensita co"o ta es inser*i(e en a "ayor'a !e apicaciones. Se e apica #n trata"iento !e re*eni!o, caentan!o a te"p. Inferior a e#tectoi!e, transfor"+n!ose en part'c#as e:tre"a!a"ente  pe$#e>as !e ce"entita !ispersas en #na "atri- !e ferrita. La estr#ct#ra es si"iar a a esferoi!ita, pero !e "enor ta"a>o. La *eoci!a! !e enfria"iento para e te"pa!o f#e in"e!iata G24 "inH esto para $#e no se for"aran otros fases !#rante e enfria"iento y soo se o(t#*iera "artensita. Foto ;4. Materia ataca!o. ;44 5ara re*eni!o se caent a #na te"perat#ra "enor, 344 y e enfria"iento f#e a aire i(re G24"inH esto  para $#e a "artensita se transfor"ara en ferrita y ce"entita. a. An+isis "etao%r+fico

Foto ;2. Materia ataca!o. =44

Foto 2K. Acero (onifica!o sin atacar. 244

Foto ;;. Materia ataca!o. K44

En as fotos se *e $#e &ay "artensita re*eni!a y  perita a!e"+s !e $#e en a%#nas partes se *e a#stenita reteni!a Foto 2J. Materia ataca!o. 244

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

•

•

•

•

J

V. CONCLUSIONES a estr#ct#ra !e os "ateriaes REALES, y por  tanto, para acan-ar as propie!a!es re$#eri!as E acero 1234 tiene #na (#ena prof#n!i!a! !e  penetracin !e en!#reci"iento por trata"iento VI.R EFERENCIAS t/r"ico. 2 &ttp<#s#arios.fceia.#nr.e!#.arPa!r#erASM8;4Metas Es #n acero !#ro !e (#ena resistencia y 8;4an!Boo8;4Vo#"e8;4=8;408;4eat 8;4Treatin%.p!f  tenaci!a! a c#a$#ier te"perat#ra. ; &ttp<.#tp.e!#.coP!&"esap!fscaseJptt.p!f  Los Dia%ra"as !e Fase representan esta!os y transfor"aciones en con!iciones !e e$#ii(rio, 7 &ttp<.esc#eain%.e!#.co#poa!sa(oratorios93=7Q"etao  pero no aportan infor"acin so(re e tie"po %rafia.p!f  necesario para acan-ar e e$#ii(rio. Las transfor"aciones !e fase, tanto en = &ttp<.(a!es"it&sfor#".co"in!e:.p&ps&otopicJ4=J con!iciones !e e$#ii(rio co"o f#era !e este, y os trata"ientos t/r"icos apica!os para 1 &ttps<ao)a"ientos.#*a.es%#iaQ!ocente#poa!s;42;=3J=191 92Doc#"ento9.p!f  o%raras, son !eter"inantes en e !esarroo !e