INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUEL ESCUEL A SUPERIOR DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO
CIENCIA DE LOS MATERIALES I
PRÁCTICA PRÁCTICA 6: “TRATAMIENTOS TERMICOS: CEMENTADO, TEMPLADO Y REVENIDO DE AISI/SAE 1018 (DIÁMETRO (DIÁMETRO DE 1”)” PROFESOR: Dr. PROFESOR: Dr. José Rubén Aguilar Sánchez GRUPO: 3MM6
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EQUIPO 4: Martínez Corona Sócrates Eduardo Ramírez Álvarez Sandra Elizabeth Roa López Emmanuel Santiago Rodríguez Rodríguez César Uriel Sánchez González Omar Adrián Trejo García Edmundo Alejandro
I. OBJETIV OBJ ETIVO O
Realizar los tratamientos térmicos de cementado, templado y revenido a una probeta de 11 mm de espesor y 25.4 mm de diámetro, del material AISI/SAE 1018 (Acero grado maquinaria con una composición química de manganeso con un 0.75%, fosforo con un 0.040%, azufre con un 0.050% y un contenido de carbono del 0.18%), para generar una capa superficial de alto contenido de carbono y aumentar su dureza superficial. II. JUSTIFICACIÓN
Se denomina tratamiento térmico a la operación o combinación de operaciones que comprende el calentamiento y enfriamiento de un metal o de una aleación en el estado sólido, con el fin de obtener condiciones o propiedades convenientes (Definición de Manual Manual del in geniero Mecánic Mecánico o MARKS, Tomo 1, 9ª Ed, Ed, Añ o 2009, 2009, B. Avallone ). En materiales ferrosos con bajo contenido de carbono es de mayor eficiencia realizar el tratamiento térmico de cementado, ya que la cementación es la adición de carbono a la superficie de aceros de bajo contenido de carbono a temperaturas (generalmente entre 815 y 955° C o 1500 y 1750 ° F) en el que la austenita, con su alta solubilidad para el carbono, es la estructura cristalina estable. El endurecimiento se logra cuando la capa de superficie con alto contenido de carbono se apaga para formar martensita, de modo que una carcasa martensítica de alto carbono con buen desgaste y resistencia a la fatiga se superpone a un núcleo duro de acero con bajo contenido de carbono ( ASM Handbook Handbook Vol. 4 Heat treating , Año 1991, 1991, ASM Handbook Handbook Committee Committee Nosotros haremos este ensayo para el material AISI 1018 ( Acero grado maquinaria maquinaria con una composición química de manganeso con un 0.75%, fosforo con un 0.040%, azufre con un 0.050% y un contenido de carbono del 0.18%) ya que la dureza de los aceros carburizados es
principalmente una función del contenido de carbono. Cuando el contenido de carbono del acero excede aproximadamente 0.50%, el carbón adicional no tiene ningún efecto sobre la dureza, pero mejora la capacidad de endurecimiento. Por lo tanto, nuestro material al ser de bajo contenido de carbono se le dará una dureza mayor dureza a la superficie con una profu ndidad d e 1.5 1.5 mm y una dureza Rockwell C de 50 a 63 esto según El manual ASM Handbook Handbook Vol. Vol. 4 Heat Heat treating . III. EQUIPO UTILIZADO 1. Probeta d e acero AISI 1018 1018 (dimensiones ver ilustración 3.1 y 3.2. Propiedades ver tabla 3.1):
Ilustración 3. 1. Dimensiones de la probeta utilizada para tratamientos térmicos
Ilustración 3. 2. Probeta utilizada para realizar tratamientos térmicos
I. OBJETIV OBJ ETIVO O
Realizar los tratamientos térmicos de cementado, templado y revenido a una probeta de 11 mm de espesor y 25.4 mm de diámetro, del material AISI/SAE 1018 (Acero grado maquinaria con una composición química de manganeso con un 0.75%, fosforo con un 0.040%, azufre con un 0.050% y un contenido de carbono del 0.18%), para generar una capa superficial de alto contenido de carbono y aumentar su dureza superficial. II. JUSTIFICACIÓN
Se denomina tratamiento térmico a la operación o combinación de operaciones que comprende el calentamiento y enfriamiento de un metal o de una aleación en el estado sólido, con el fin de obtener condiciones o propiedades convenientes (Definición de Manual Manual del in geniero Mecánic Mecánico o MARKS, Tomo 1, 9ª Ed, Ed, Añ o 2009, 2009, B. Avallone ). En materiales ferrosos con bajo contenido de carbono es de mayor eficiencia realizar el tratamiento térmico de cementado, ya que la cementación es la adición de carbono a la superficie de aceros de bajo contenido de carbono a temperaturas (generalmente entre 815 y 955° C o 1500 y 1750 ° F) en el que la austenita, con su alta solubilidad para el carbono, es la estructura cristalina estable. El endurecimiento se logra cuando la capa de superficie con alto contenido de carbono se apaga para formar martensita, de modo que una carcasa martensítica de alto carbono con buen desgaste y resistencia a la fatiga se superpone a un núcleo duro de acero con bajo contenido de carbono ( ASM Handbook Handbook Vol. 4 Heat treating , Año 1991, 1991, ASM Handbook Handbook Committee Committee Nosotros haremos este ensayo para el material AISI 1018 ( Acero grado maquinaria maquinaria con una composición química de manganeso con un 0.75%, fosforo con un 0.040%, azufre con un 0.050% y un contenido de carbono del 0.18%) ya que la dureza de los aceros carburizados es
principalmente una función del contenido de carbono. Cuando el contenido de carbono del acero excede aproximadamente 0.50%, el carbón adicional no tiene ningún efecto sobre la dureza, pero mejora la capacidad de endurecimiento. Por lo tanto, nuestro material al ser de bajo contenido de carbono se le dará una dureza mayor dureza a la superficie con una profu ndidad d e 1.5 1.5 mm y una dureza Rockwell C de 50 a 63 esto según El manual ASM Handbook Handbook Vol. Vol. 4 Heat Heat treating . III. EQUIPO UTILIZADO 1. Probeta d e acero AISI 1018 1018 (dimensiones ver ilustración 3.1 y 3.2. Propiedades ver tabla 3.1):
Ilustración 3. 1. Dimensiones de la probeta utilizada para tratamientos térmicos
Ilustración 3. 2. Probeta utilizada para realizar tratamientos térmicos
Propiedades del material 1. Composición química. 2. Resistencia Resistencia a la tensión. 3. % de elongación. 4. Dureza Brinell (HB). 5. % de reducción de área 6. Temperatura de fusion 7. Peso específico (Densidad) (Densidad) 8. Límite elástico
Datos cuantitativos cuantitativ os de norma 0.18 C, .90 Mn, 0.04 P 0.05 S 64 ksi 15% 126 HB 40% 1539 °c 7.85 g / cm 54 ksi
Tabla 3. 1. Parámetros técnicos del acero AISI/SAE 1018
2. Pirómetro DT320 (ilustración 3.3 y 3.4).
Legibilidad: 0,1° C Marca: STEREN Rango: -32°C a 350°C
1 3 2
Numero 1 2 3
Parte Láser Gatillo Pantalla de LED Tabla 3. 2. Partes del pirómetro marca STEREN
3. Calib rador Vernier (Ilustración 3.5). Marca: Scala Inox Legibilidad: 0.05mm/0.025” Alcance: 160mm ó 6 pulgadas 3
4
5
2 6 7 1 Ilustración 3.5: Vista frontal de calibrador Vernier.
Número 1 2 3 4 5 6 7
Parte de la herramienta Palpadores externos Palpadores internos Nonio en mm Nonio en milésimas de pulgadas. Escala principal (Parte superior en Cm y parte inferior en Pulgadas). Palpadores para profundidades Muelle Tabla 3. 3. Partes del calibrador vernier marca Scala Inox.
4. Flexómetro (Ilustración 3.6). Marca: WOLFOX Alcance: 5 m o 16 ft Legibilidad: 1 mm y 1/16”
Ilustración 3.6: Flexómetro marca Wolfox
5. Horno de tratamientos térmicos (Ilustración 3.7 y 3.8) Marca: THERMOLYNE Medidas interiores: 10x12x23 cm Alcance de temperatura: 1200° C
1
2
3
4
7
6
5
Ilustración 3.7. Vista frontal de Horno ThermoLyne encendido.
Numero 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Ilustración 3.8. Vista lateral izquierda de horno ThermoLyne cerrado.
Parte Puerta Resistencias de nicromel Crisol refractario Protección refractaria Interruptor Panel de control de temperatura y lectura Potenciómetro para aumentar/disminuir temperatura Tabla 3.4: Partes de horno marca ThermoLyne
6. Durómetro TESTOR HT 1ª (Ilustración 3.9 y 3.10) Marca: SUSSEN-Wolpert Capacidad: Max-250 kg Min-15.625 kg Legibilidad en carátula: 1 en dureza Rockwell C y B Pruebas que puede realizar: Rockwell C y B
1 2
3
4 5 6 7 8
9
Ilustración 3.9: Vista isométrica de durómetro TESTOR HT 1a SUSSEN-Wolpert.
Número 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Ilustración 3.10: Vista frontal de durómetro TESTOR HT 1a SUSSENWolpert.
Parte Chasis Carátula Portador con rosca en el interior para penetrador Mesa de trabajo Teclas de carga Husillo porta mesa de trabajo Volante para elevar husillo Palanca de carga Palanca de descarga Tabla 3.5: Partes del durómetro TESTOR HT 1a SUSSEN-Wolpert
7. Pinzas (tenazas) para tratamientos térmico s (ilustración 3.11)
Ilustración 3.11: Vista superior de pinzas (tenazas) para sujetar metales en tratamientos térmicos
8. Guantes y peto aluminizados (Ilustración 3.12 y 3.13)
Ilustración 3.12: Guante para altas temperaturas
Ilustración 3.13: Peto para altas temperaturas
9. Cubeta con agua a temperatura ambiente (ilustración 3.14)
Ilustración 3.14: Cubeta con agua
10. Careta para pro tecció n de radiación térmi ca (Ilustración 3.15) Marca: Cabel
Ilustración 3.15. Careta marca Cabel.
11. Carbón Vegetal
Marca: Golden Hills
Ilustración 3.16. Carbón vegetal
12. Molino (ilustracion 3.17 y 3.18)
Marca: Molino de mano Azteca S.A de C.V.
Ilustración 3. 27. Vista lateral izquierda de Molino
Ilustración 3. 18. Vista superior de Molino
13. Caja para cementado (Ilustración 3.19)
Medidas: 12 x 8.5 x 18 cm
Ilustración 3. 39 Vista frontal de caja contenedora de carbón para cementado.
Ilustración 3. 20. Interior de caja contenedora de carbón para cementado, con las 6 probetas dentro
14. Arci lla Verde
Marca: SIAL Composición: 33.72% Si, 48.55% Al, 4.37% Ca, 5% Cu, 1.11% Fe, 3.68% Sulfatos.
Ilustración 3. 21. Bolsa de arcilla verde
IV. DATOS TÉCNICOS PREVIOS
Ilustración 4.1: ASM Handbook Vol. 1 digital edición, página 701, Año 2002
Ilustración 4.2: Manua Acerosl Fortuna digital edición 1997, página 32, Año 1997
Ilustración 4.3: Manua Acerosl Fortuna digital edición 1997, página 11, Año 1997
Ilustración 4.5 Manual del ingeniero mecánico Marks año 2001 4ta edición Propiedades de tensión del AISI/SAE 1018.
Ilustración 4.8 Manual del ingeniero mecánico Marks, año 2001, 9a edición. Curvas de enfriamiento AISI/SAE 1018.
Ilustración 4.4 manual Carpenter aceros fortuna edición digital parámetros de tiempo y temperaturas para cementado, templado y revenido.
Ilustración 4.6: ASM Handbook Vol. 2. Año 1991. Curvas del efecto de la duración del cementado en la profundidad de la capa de carbono.
Ilustración 4.7: ASM Handbook Vol. 2. Año 1991. Efecto del templado en la dureza para aceros cementados AISI/SAE 1018
Ilustración 4.9: ASM Handbook Vol. 2. Año 1991. Curvas de enfriamiento para diferentes tratamientos.
V. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PREVIO AL ENSAYO. A) Elaborar una probeta de AISI/SAE 1018 (acero Grado Maquinaria con un 0.18% de contenido de Carbono) con medidas de 2.54 cm (1”) d e diámetro y 1.79 cm de espesor (ver ilustración 3.1) B) La probeta debe ser rectificada y posterior a esto debe ser pesada y marcada con golpe estos datos. El peso es de 71.37g ( Ilustración 5.1 y 5.2)
Ilustración 5.1 Probeta rectificada.
Ilustracion 5.2 Probeta marcada.
C) Para realizar el cementado se debe preparar una caja en la cual se introducirán las probetas. Esta caja tiene las siguientes dimensiones 7.31 cm de altura ,8.31 cm de ancho y 15 cm de largo. (Ilustración 5.3 y 5.4)
Ilustracion 5.3
Caja para cementado
Ilustracion 5.4 Se verificó que el tamaño de la caja sea adecuado.
D) Se prende el horno a una eficiencia del 100% durante 4 horas previas al ensayo, esperando alcanzar una temperatura de entre 950° y 1000° C, tal como lo indica el Manual de Aceros Fortuna para un cementado de AISI/SAE 1018.
E) Se prepara el grafito que se usara en el cementado. Éste se hace triturando carbón en un molino de manera que quede con un grano muy fino. (ilustración 5.5 y 5.6)
Ilustración 5.5 Molino en el cual se tritura el grafito. Ilustración 5.6 Trituración del grafito.
ENSAYO 1. En la caja (ya especificada anteriormente) se coloca una cama de grafito de aproximadamente 1 cm de espesor. Posteriormente se introducen las probetas encima del grafito de manera que queden con un espacio e separación entre ellas de 1cm y que queden cubiertas en su totalidad. (Ilustración 5.7)
Ilustración 5.7. Se muestra como se ubicaron las probetas dentro de la caja encima de la cama de grafito molido. Nota: Después de cubrió de grafito molido en su totalidad.
2. Se cerró la caja con su correspondiente tapa y se preparó arcilla verde con agua, la cual se utilizó para sellar la caja evitando que exista alguna fuga de carbono. (Ilustración 5.8 y 5.9 )
Ilustración 5.8. Arcilla usada para el sellado de la caja.
Ilustración 5.9. Caja cerrada y sellada con las probetas dentro.
3. Una vez que se ha alcanzado la temperatura ideal se debe colocar la vestimenta adecuada para la protección contra altas temperaturas, y una pinza que permita tomar la probeta para meterla en el horno de forma segura. Teniendo la caja lista se procede a meterla al horno para hacer el cementado. El horno se encuentra a una temperatura de 925 °C y la caja se introduce a las 8.40 am (Ilustración 5.10)
Ilustración 5.10 Se introduce la caja en el horno a una temperatura de 925°C
4. Transcurridas 5 horas a la 1:40 pm se apaga y se abre el horno y se deja enfriar la caja junto con las probetas. Una vez fría se puede sacar la caja. (ilustración 5.11 y 5.12)
Ilustración 5.11. Horno enfriándose con la caja dentro.
Ilustración 5.12. Caja fuera del horno después del tratamiento.
5. Se procede a abrir la caja, sacar las probetas y ahora iniciar con el templado. En este tratamiento el horno se encuentra a una temperatura de 850°C y el tiempo que duraran las probetas en el horno será de 15 min. (Ilustraciones 5.13, 5.14)
Ilustración 5.13. Caja abierta para proceder a sacar las probetas del grafito.
Ilustración 5.14. Se introduce la probeta en forma de canto sin tocar las paredes, con el horno a una temperatura de 850°C
6. Durante el tiempo en el que se mantenga la probeta en el horno, se procede a realizar mediciones de temperatura del ambiente, y temperatura y volumen del agua en la cubeta, para esto se utiliza un pirómetro y se toma nota de la temperatura del agua y del aire. Se mide con un flexómetro los diámetros y altura del agua y se obtiene su volumen mediante cálculos geométricos. Los valores arrojados por el pirómetro fueron de 16.5° C de ambient e y 15.9° C en el agua , con un volumen de 3306.5262 cm 3. 7. Se coloca nuevamente la vestimenta de protección contra altas temperaturas y se toma la probeta con las pinzas sujetándola firmemente, pero sin hacer mucha presión e inmediatamente se introduce en una cubeta previamente llenada con agua (ilustración 5.10) (en este punto se debe medir el tiempo que duró el horno abierto y el tiempo que tardó en salir del horno a entrar al agua) y se agitará fuertemente sin tocar las paredes de la cubeta para evitar el derretimiento de la misma, hasta que el sonido que provoca el enfriamiento deje de escucharse.
Ilustración 5.10: Salida de la probeta del horno.
Ilustración 5.11: Enfriamiento rápido de la probeta en agua durante 15.5 seg. La
temperatura del agua subio de 15.9° C a 16.6° C.
8. Dejar en una superficie hasta que alcance la temperatura ambiente, moviéndola de lugar constantemente para evitar la nube de calor que se forma a su alrededor y lograr un enfriamiento más rápido y uniforme. Verificar constantemente su temperatura con un pirómetro. Se procede a realizar un revenido.
Ilustración 5.12: Probeta enfriándose en el suelo
Ilustración 5.13: Probeta (enfriada) después del tratamiento térmico
9. Como la temperatura estaba muy alta se apagó el horno y se esperó a que bajara la temperatura a aproximadamente a 500 °C se volvieron a introducir las probetas con el horno apagado por 1 hora, revisando que la temperatura no bajara de los 150 °C. Si esto sucedía se debía encender el horno y mantener esa temperatura. (Ilustraciones 5.16, 5.17, 5.18 y 5.19)
Ilustración 5.16 Probetas dentro del horno, acomodadas sin importar la posición.
Ilustración 5.17 Temperatura a la cual se encontraba el Horno al momento de apagarlo.
Ilustración 5.18 Pasados 15 min más se volvió a revisar y solo había bajado 50 °C menos.
Ilustración 5.19 La temperatura bajaba de manera lenta. En esta imagen la temperatura era de 400°C
10. Pasada 1 hora del revenido se apaga el horno y se retira la probeta del horno utilizando el equipo de seguridad adecuado. Posteriormente se deja en el suelo para que se enfrié a temperatura ambiente, girando la probeta y moviéndola constantemente de lugar, evitando la acumulación de una nube de calor alrededor de ella.
Ilustración 5.20 Probeta después de cementado + Templado + Revenido
11. Con la probeta ya fría, se retira la cascarilla sin lijar y pulir, pues en caso de realizar este paso, se perdería la pequeña capa de carbono del cementado (Ilustración 5.20). Hecho esto, pasamos a tomar la dureza. Con una carga de 150Kg y un penetrador de punta de diamante de 0.02 mm de grosor en la punta. Se tomó de canto debido a que la cascarilla no permitía una correcta medición de la dureza (Ilustración 5.21).
Ilustración 5.22. En Esta imagen se muestra la Dureza la cual es de 34 HRC en la escala negra.
Ilustración 5.21. Medición de la dureza Rockwell de la probeta de AISI/SAE 1018
VI. CÁLCULOS, RESULTADOS Y GRÁFICAS CEMENTADO
En el cementado la temperatura del horno era de 950°C y al apagar el horno la temperatura descendió hasta los 900°C en un tiempo de 2 minuto s a la hora de finalizar. Gradiente de temperatura del horno= -50° C en 2 minutos
TEMPLADO
En el templado la temperatura del horno era de 825°C y aumentara su temperatura a 875°C en el transcurso de 15 minuto s . Gradiente de temperatura del horno= 50° C en 15 minutos *condición de temperatura ambiente 18°C Por otro lado, la temperatura del agua en la cual se enfrió la probeta era originalmente de 15,9°C, al introducir la probeta por 15,5 segun dos la temperatura subió a 16.6 °C. Gradiente de temperatura del agua= +1.1°C en 15.5 segundos
PORCENTAJE DE PÉRDIDA EN VOLUMEN DEL AGUA Antes del enfriamiento:
El volumen del agua dentro de la cubeta tenía como dimensiones: Altura (h) =19 cm Radio mayor (R) = 26.1cm Radio menor (r) = 19 cm Realizando el cálculo del volumen de un cono truncado:
• h (R2 + r 2 + Rr)
x 19 (26.1 2 + 192 + (26.1 x 19) = 30,603.4 cm Volumen inicial del agua = 30,603.4
Después del enfriamiento:
Al enfriar la probeta en el agua las dimensiones y el volumen cambiaron en un tiempo de 15.5 segundos , quedando de la siguiente manera. Altura (h) = 18.3 cm Radio mayor (R) = 25.8cm Radio menor (r) = 19 cm
Realizando el cálculo del volumen de un cono truncado:
• h (R2 + r 2 + Rr)
x 18.3 (25.8 2 + 18.32 + (25.8 x 18.3) = 28,221.8 cm Volumen final del agua = 28,221.8
% de pérdida de volumen =
−
(100) =
,. −. ,.
(100) = 7.78%
% de pérdida de volumen del agua= 7.78%% REVENIDO:
Una vez terminado el templado se procedió a someter la probeta a un revenido de 1hr Con un gradiente de temperaturas
la temperatura del horno era de 950°C y al abrir la cámara la temperatura descendió hasta los 750°C en un tiempo de 3 minutos 44 segund os . Gradiente de temperatura del horno= -50° C en 3 minutos 44 segundos Con una regla de 3 obtenemos el tiempo de enfriamiento de nuestro horno a temperatura ideal para revenido 50----------3min 800--------16min
Temperatura ideal del horno para revenir = en 16 minutos
*condición de temperatura ambiente 18°C
DESPUÉS DE LOS TRATAMIENTOS Porcentaje de pérdi da en masa y volu men de la pro beta Peso teorico:71.2g
0.23% de diferencia
Peso real: 71.37g
Antes del tratamiento:
Peso real = 71.37 g Radio (r) = 1.27 cm Altura (h) = 1.8 cm Realizando el cálculo del volumen de un cilindro: • r 2 • h x 1.272 x 1.8 = 9.12
Volumen de la probeta = 9.07 cm 3 Después de los tratamientos:
Peso = 71.17g Radio (r) = 1.27 cm Altura (h) = 1.8 cm *El volumen se mantuvo igual, pues no se creó suficiente cascarilla para medir diferencia con un calibrador vernier* % de pérdida de masa =
−
(100) =
. −. .
(100) = 0.28%
% de pérdida de masa de la probeta=0.28 % OBTENCIÓN DE DUREZA Antes del tratamiento:
Dureza = 84 HRB Después del tratamiento:
Dureza = 34 HRC ………….108 HRB NOTA: La dureza obtenida se encuentra sólo en escala C, por lo que su equivalente en RockWell B seria de 108 HRB
% de pérdida de masa =
−
(100) =
−
% de obtención de dureza de la probeta=22.22 %
(100) = 22.22%
GRAFICAS
Ilustración 6.1. Diagrama del procedimiento de cementado contraponiéndose la real a la ideal con parámetros de tiempo y temperatura.
CURVA DE ENFRIAMIENTO TEMPLADO
Ilustración 6.2. Diagrama TTT (tiempo, temperatura y transformación) procedimiento de templado y sus fases cristalinas de austenitica a martensita.
Ilustración 6.3. Diagrama del procedimiento de revenido contraponiéndose la real a la ideal con parámetros de tiempo y temperatura.
VII. NORMAS UTILIZADAS
Ilustración 7.2.: Tabla de equivalencia de durezas. Se muestra en rojo la equivalencia de la dureza obtenida en el material AISI/SAE 1018
Ilustración 7.3: Tabla de aplicación de las diferentes escalas de dureza Rockwell. Se muestra en rojo el or ué se utiliza la escala C.
Norma ASTM 037-03ª
Título: Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products Alcance: These test methods2 cover procedures and definitions for the mechanical testing of wrought and cast steels, stainless steels, and related alloys. The various mechanical tests herein described are used to determine properties required in the product specifications. Variations in testing methods are to be avoided, and standard methods of testing are to be followed to obtain reproducible and comparable results. In those cases in which the testing requirements for certain products are unique or at variance with these general procedures, the product specification testing requirements shall control. Página: 18 Descripción: 17. Rockwell Test 17.1 17.1.1 In this test a hardness value is obtained by determining the depth of penetration of a diamond point or a steel ball into the specimen under certain arbitrarily fixed conditions. A minor load of 10 kgf is first applied which causes an initial penetration, sets the penetrator on the material and holds it in position. A major load which depends on the scale being used is applied increasing the depth of indentation. The major load is removed and, with the minor load still acting, the Rockwell number, which is proportional to the difference in penetration between the major and minor loads is determined; this is usually done by the machine and shows on a dial, digital display, printer, or other device. This is an arbitrary number which increases with increasing hardness. The scales most frequently used are as follows: Scale Symbol
Penetrator
Major Load, kgf
Minor Load, kgf
B
1⁄16-in. steel ball
100
10
C
Diamond brale
150
10
VIII. CONCLUSIONES TECNICAS OBJETIVO
El material AISI 1018 ( Acero grado maquinaria con una composición química de manganeso con un 0.75%, fosforo con un 0.040%, azufre con un 0.050% y un contenido de carbono del 0.18%) al cual se le realizó los tratamientos térmicos de cementado, templado y revenido, tiene aplicaciones en la industria automotriz para las flechas de transmisión, pernos para asientos, y en general en partes donde no se requiere una alta resistencia. Este acero es considerado de bajo contenido de carbono (como ya se mencionó anteriormente puede llegar a contener de un 15 hasta un 20 % de carbono), presenta excelente forjabilidad, así como buena formabilidad en frío. La maquinibilidad es menor comparada con la de las series 11xx y 12xx, la mayor cantidad de manganeso provee un incremento en la resistencia en la condición de normalizado o recocido. JUSTIFICACIÓN
El acero 1018 puede ser sometido a pruebas de endurecimiento y temple, pero no se puede suavizar debido a poseer un porcentaje bajo de carbono. Dicha afirmación se pudo comprobar en la prueba dureza. Se pudo notar que, al cementar, templar y revenir el acero, su dureza incrementó notablemente respecto al material base, la cual inicialmente era de 84 RHB (Rockwell B) y que después de los tratamientos térmicos fue de 34 HRC (Rockwell C), pero además de aumentar la dureza en nuestro material se eliminaron las tensiones internas provocadas por el temple con el revenido, ya que los aceros al ser templados (815 a 870 ° C (1500 a 1600 ° F) para acero) se revienen (en este caso a una temperatura de 150 mediante recalentamiento después del endurecimiento para obtener valores específicos de propiedades mecánicas y también para aliviar tensiones de enfriamiento y para garantizar la estabilidad dimensional. Cuando se utilizan tiempos de cementación prolongados para las profundidades de las cajas profundas, un alto potencial de carbono produce una alta superficie de carbono contenido, lo que puede dar como resultado una austenita retenida excesiva o carburos libres. Estos dos elementos microestructurales pueden tener efectos adversos sobre la distribución de la tensión residual en la parte endurecida. En consecuencia, un alto potencial de carbono puede ser adecuado para tiempos cortos de cementación, pero no para la cementación prolongada. La selección del potencial de carbono también depende en la respuesta cementante de un acero en particular. EQUIPO UTILIZADO
El horno de tratamientos térmicos nos permitió hacer llegar a 950 °C por un lapso de 5 horas a la probeta de AISI 1018 contenida dentro de una caja con Carbono, temperatura a la que se debe realizar el cementado según la norma ASM y realizar este tratamiento térmico que consiste en aumentar la dureza superficial de un acero con bajo contenido de carbono y estudiar el fenómeno químico de la difusión. En este caso no se puede controlar la profundidad que las moléculas de carbono penetran en el material. Posterior mente se sometió la probeta de AISI 1018 a un templado que nos apoyamos en el horno de tratamientos térmicos para hacer la llegar a la temperatura de 850°C durante 20 minutos e inmediatamente fue sumergida en una cubeta con agua a temperatura ambiente durante 15.5 s.
Finalmente, se le dio un revenido para eliminar las tensiones internas a una temperatura de 150°C durante 1 hora y dejándose enfriar en la nube. Después de todo este procedimiento nos apoyamos con ayuda del durómetro para medir la dureza final que obtuvo la probeta la cual fue de 34 HRC que en comparación con la inicial de 84 HRB se puede notar un aumento en la dureza superficial de la probeta de un 22.22%. DATOS TÉCNICOS PREVIOS
El acero seleccionado fue: el AISI/SAE 1018, un acero para cementación aleado grado maquinaria con Cromo-Níquel-Molibdeno para cementación de aceptable templabilidad, que en el estado cementado y templado ofrece buena dureza. El proceso de cementación que se llevará a cabo no tendrá control sobre el espesor de la capa enriquecida con carbón debido a las condiciones del tratamiento. El cementado se realizará por un tiempo de cin co horas de 870°C a 955°C según el manual Carpenter aceros fortuna edición 1997 pagina 11 año 1997
El manual ASM Handbook Vol. 4 Heat Treating pagina 151 en su versión digital en formato PDF, indica que el templado es un tratamiento térmico destinado a endurecer metales y aleaciones . El proceso consiste en el calentamiento, mantenimiento y enfriamiento de manera súbita cerca de la línea de transformación de manera austenitica para aumentar su dureza y una descripción adecuada del proceso debe incluir: la velocidad de calentamiento, la temperatura, el tiempo a la temperatura, la atmósfera y la velocidad de enfriamiento Según el manual ASM Vol. 4 en la página 1991 la temperatura ideal para el templado del AISI 1018 también en el manual Carpenter aceros fortuna edición 1997 pagina 11 año 1997 es: se aprovechan las temperaturas austeniticas del cementado por un tiempo de cin co h oras de 870°C a 955°C. El revenido se realiza generalmente después del temple y a veces se considera como el mismo proceso ya que una acero templado y no revenido es poco utilizable debido a su alta fragilidad y sirve para eliminar los esfuerzos internos almacenados producidos mediante tratamientos térmicos y esfuerzos físicos. Este será a una temperatura de 150°C durante una hora según el manual Carpenter aceros fortuna edición 1997 pagina 11 año 1997. Se observarán las diferencias de durezas que se obtuvieron antes de los tratamientos térmicos y después de los tratamientos térmicos para comprobar si nuestro material adquirió dureza superficial. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
El ensayo consta de hacer 3 tratamiento térmicos al AISI 1018 el cual es un acero Grado Maquinaria con un 0.18% de contenido de carbono, los cuales son Cementado +Templado +Revenido. Primeramente se hace el Cementado el cual se realiza a una temperatura de 925°C durante 5 horas pasado este tiempo se apaga el horno y se deja enfriar. Posteriormente se hace el templado el cual es a una temperatura de 850°C por 15 minutos ,pasado ese tiempo se abre el horno y se templa en agua y después de esto se deja enfriar a temperatura ambiente se hace el Revenido ,el cual se realiza a una temperatura de 150°C por 1 hora . A la hora de hacer los tratamientos nos encontramos con el problema del horno, el cual no se podía regular la temperatura tan fácilmente. Y esto complico los tratamientos ya que debíamos
tener mucho cuidado en que la temperatura no se pasara o en el caso del Revenido estuviera por debajo de los 150°C ya que el horno se encontraba apagado. El conjunto de estos 3 tratamientos nos va a generar una dureza superficial mayor, y esta dureza se adquiere gracias a la difusión del carbono, y se hace para aceros con bajo contenido de carbono. CÁLCULOS RESULTADOS Y GRÁFICAS
Con los datos obtenidos se realizaron cálculos correspondientes los porcentajes de disminución de volumen, peso y dureza del material, y también de disminución de volumen en el agua usada para enfriar el material, y de igual manera, los gradientes de temperatura del agua y del horno marca ThermoLyne. Estos datos se obtuvieron: Gradiente de temperatura en agua Gradiente de temperatura en horno Volumen inicial del agua Volumen final del agua % de pérdida de volumen del agua Volumen inicial de la probeta Volumen Final de la probeta % de pérdida de volumen de la probeta Peso inicial de la probeta Peso final de la probeta % de pérdida de masa Dureza inicial Dureza final % de aumento de dureza
Cementado+Templado+Revenido +1.1° C en 15.5 segundos -50.6° C en 15 segundos 4196.64cm3 4532.37cm3 0.07% 9.07cm3 9.07cm3 N/A 71.37 g 71.17 g 0.28 % 84 HRB 108 HRB 22.2%
NORMAS UTILIZADAS
Se utilizó en primera instancia la tabla de equivalencias de dureza proporcionada por la empresa Japonesa Mitutoyo, la cual está basada en la norma ASTM E18 - 17e1, que contiene estandarizaciones para las mediciones de la dureza Rockwell en todas las escalas que ésta tiene. Se utilizó la norma ASTM 037 – 03ª que contiene normas de estandarización sobre métodos de prueba y definición para materiales de acero, entre ellas la determinación de la dureza Rock y sus escalas básicas para medir la dureza, además de las cargas máximas y mínimas que se pueden utilizar para cada escala. FUENTES DE INFORMACIÓN
Tomamos como fuente s libros como “Marks, Manual del ingeniero mecánico , año 1995 ” utilizando la página 5-3; “ASM HandBook Vol 1 año 1991 utilizando las páginas 349 y 347 ” y “Handbook of Materials Selection año 1999 ” página 149; por ser fuentes muy confiables en el cual encontramos los datos del material AISI/SAE 1018. También se utilizó el ASM Handbook Vol. 4 Heat Treatening, año 1991, 4 ed en formato digital, páginas 749-754, donde se encontró información general sobre las especificaciones del cementado de empaquetado.
