Curvas TTT

Capítulo 7: Diagramas de Transformación Isotérmicas

Tratamientos Térmicos

DIAGRAMAS DE TRANSFORMACIÓN ISOTÉRMICA (CURVAS TI) (Curvas TTT o curvas S)

7.5. INTRODUCCIÓN Cuando un acero es calentado y presenta en su microestructura microestructura austenita, el diagrama de equilibrio equilibrio hierro-carburo de hierro (Fe-Fe 3C), no indica los productos de transformación que se formarán a partir de la austenita, cuando cuando el enfriamiento se realiza realiza bajo condiciones fuera de equilibrio, equilibrio, como enfriamiento en aire, aceite, agua, etc. El tiempo y la temperatura de la transformación de la austenita tienen una profunda influencia en los productos de transformación y las subsecuentes propiedades del acero. La austenita es inestable por debajo de la temperatura crítica inferior a A 1 (723 °C), siendo necesario saber cuanto tiempo necesita para empezar a transformarse a una temperatura menor a la crítica inferior, cuánto tiempo precisará para estar completamente transformada y cuál será la naturaleza del producto de transformación. Los aceros hipoeutectoides (0,8 % de carbono) presentan 100 % de perlita en su microestructura a temperatura ambiente, si éste acero se le calienta y se le mantiene el suficiente tiempo por arriba de 723 °C por ejemplo 800 °C, su microestructura cambiará y estará conformada por 100 % de austenita ( ), como se visualiza en la Figura 7.17 izquierda. Si se le enfría lentamente (en equilibrio), equilibrio), la austenita se transformará en perlita gruesa; si ahora se le enfría en aire quieto la austenita se transformara en perlita fina; por ultimo, si se le enfría en agua, toda la austenita se transformará en martensita.

Dureza: HB Enfriamiento lento

100 % Austenita (AISI 1080)

Enfriamiento en aire

200

100 % Perlita gruesa

300

Enfriamiento en agua 100 % Perlita fina

700

100 % Martensita

Figura 7.17. Transformaciones que ocurren en la austenita debido a diferentes enfriamientos

285



Si el mismo acero, a partir de la austenita, se le enfría a velocidades intermedias entre un enfriamiento en aire quieto y uno rápido como lo es en agua, no sabríamos que producto se formaría a partir de la austenita. Para ello, se emplean los diagramas de transformación isotérmica (curvas TI), conocidas también como curvas temperatura-tiempo-transformación (curvas TTT) o curvas “S” por su forma, como se puede apreciar en las Figuras 7.18, 7.19, 7.21, 7.22 y 7.23.

Temperatura

Austenita estable ( )

723 °C

A1 Austenita inestable ( )

Perlita

Fin la transformación de la austenita

Inicio de la transformación de la austenita Bainita

Austenita inestable ( ) Ms

Mf

Producto de transformación Perlita gruesa (15 HRC) Perlita fina (40 HRC) Bainita superior

Bainita Inferior 60 HRC Austenita Martensita

Martensita (64 HRC) tiempo ( t ) Figura 7.18. Curva TTT de un AISI 1080 mostrando sus características La mejor forma de entender los diagramas de transformación isotérmica es partiendo del estudio de las transformaciones que ocurren en un acero eutectoide (0,8 % de carbono), como muestran las Figuras 7.18 y 7.19, pues su diagrama es el más simple de estudiar de los aceros al carbono, ya que no hay constituyente proeutectoide presente en la microestructura como: p o Fe 3Cp, los que si se encuentran en los aceros hipoeutectoides e hipereutectoides respectivamente. La Figura 7.18 muestra la curva TTT de un acero eutectoide mostrando los puntos más importantes, se aprecia que por arriba de la línea crítica inferior A 1 (723 °C) la austenita, presente en este acero, es estable y por debajo es inestable. La austenita inestable empezará su transformación cuando cruce la línea de inicio de transformación y finalizará cuando cruce la línea que indica el fin de la transformación. Dependiendo del tipo de enfriamiento, la austenita se puede transformar en: perlita gruesa, perlita fina, bainita superior, bainita inferior, martensita o en una mezcla de ellas, ello se visualiza en parte derecha de la Figura 7.18. Una vez transformada la austenita en uno de los componentes mencionados anteriormente ya no se producirá ningún cambio microestructural, pues estos componentes son estables a temperatura ambiente y ocurrirá un cambio solo si se vuelve a elevar su temperatura hasta formar austenita. 286



7.5.1. Curvas de enfriamiento y el diagrama TTT Una curva de enfriamiento se determina experimentalmente colocando un termocupla en un lugar definido en una muestra de acero y luego se mide la variación de la temperatura con el tiempo, con lo que se obtiene la curva temperatura vs tiempo (curva T-t). Como las coordenadas del diagrama TTT son las mismas que para una curva de enfriamiento, es posible sobreponer varias curvas de enfriamiento en el diagrama TTT. Esto se hizo en la Figura 7.19. La curva de enfriamiento 1 (en la Figura 7.19) muestra una velocidad de enfriamiento lenta, en equilibrio, típico del recocido convencional (recocido total). El diagrama indica que la microestructura del acero, durante su enfriamiento desde los 800 °C, estará compuesta por austenita (el acero permanecerá austenítico) por un periodo relativamente largo. La transformación se iniciará cuando la curva de enfriamiento cruce el principio de la transformación en el punto 1i. El producto de la transformación a esa temperatura será perlita muy gruesa y la transformación continuará hasta que se alcance el punto 1f, donde finalizará la transformación. Corno hay una ligera diferencia en temperatura entre el principio y el fin de la transformación, también habrá una ligera diferencia en la finura de la perlita formada, al principio será gruesa y al final será un poco más fina. Por lo tanto el producto final será perlita gruesa con bajo grado de dureza. Por debajo de la temperatura 1f, la velocidad de enfriamiento no tendrá efecto en la microestructura o en las propiedades, debido a que la perlita una vez formada ya no se transformará en otro componente. La dureza final a temperatura ambiente será aproximadamente de 15 HRC. Una vez alcanzada la temperatura 1f, el acero podrá enfriarse rápidamente sin que haya cambio alguno, lo cual es de gran valor para las compañías que realizan recocido a nivel comercial, ya que el diagrama indica que no es necesario enfriar lentamente hasta la temperatura ambiente, sino que el material puede extraerse a una temperatura relativamente alta después de la transformación y luego enfriarse en aire. La curva de enfriamiento 2 se realiza a una velocidad mayor que la del recocido total, curva 1, y puede considerarse típica de un tratamiento térmico de normalizado. El diagrama indica que la transformación empezará en el punto 2i, con la formación de perlita gruesa, en un tiempo más corto que el del recocido. La transformación estará completa en 2f al formarse perlita media. Como existe una diferencia de temperatura mayor entre 1i y 1f de la que hay entre 2i y 2f la microestructura normalizada mostrará mayor variación en la finura de la perlita y menor proporción de perlita gruesa que la microestructura recocida. La curva de enfriamiento 3, típica de un temple drástico en agua, es suficientemente rápida para evitar la transformación en la región de la nariz (ver Figura 7.19). La microestructura es austenítica hasta que la línea M s se alcanza en 3i. La transformación a martensita tendrá lugar entre las líneas Ms y M f . La microestructura final será enteramente martensita con alto grado de dureza (64 HRC). Obviamente, que para obtener una estructura por completo martensítica, es necesario evitar la transformación en la región de la nariz. Por tanto, la curva de enfriamiento 3, que es tangente a la nariz, es la velocidad de enfriamiento crítica (VEC) para este acero. Cualquier velocidad de enfriamiento menor que la VEC cortará la curva arriba de la nariz y formará algún producto de transformación más blando, en tanto que cualquier velocidad de enfriamiento mayor formará sólo martensita.

287



T °C 800

Austenita estable

1

1i

723 2i

Antenita inestable

1f

4i

Perlita Gruesa (15 HRC)

2f

4

Perlita fina (40 HRC) Bainita superior (40 HRC)

2 4’

Nariz

25 %

3 Antenita inestable

5f

5 MS

3i

Bainita inferior (60 HRC)

5i 4’’

Tratamiento Térmico Austempering MF 3f

4f

Martensita clara (64 HRC)

Tiempo, escala logarítmica

Figura 7.19. Curva TTT de un acero eutectoide: AISI 1080 La curva de enfriamiento 4, presenta una velocidad de enfriamiento intermedia, cuando alcance el punto 4i empezará la transformación de la austenita en perlita fina en un tiempo relativamente corto. La transformación a perlita fina continuará hasta que la curva sea tangente a algún porcentaje transf ormado, por ejemplo 25 % que es el que muestra el diagrama, en 4’. Por debajo de esta temperatura, la curva de enfriamiento irá en una dirección de disminución de porcentaje 288



transformado. Corno la perlita no puede formar austenita al enfriarse, la transformación deberá detenerse en 4’. La microestructura en este punto estará constituida de 25 % de perlita fina que rodea ampliamente los granos austeníticos que no se han transformado. Esta microestructura se mantendrá hasta que la línea M s se cruce en 4’’. La austenita restante ahora se transforma en martensita y la transformación finalizará cuando se cruce la línea M f . La microestructura final a temperatura ambiente consistirá en 75% de martensita y 25% de perlita fina. La línea horizontal M s marcará el inicio de la transformación de la austenita en martensita y, la línea M f indicará el fin de la transformación. En este tipo de aceros al carbono es posible formar 100% de perlita o 100% de martensita mediante un enfriamiento continuo, pero no es posible formar 100% de bainita. Una estructura bainítica completa puede formarse sólo mediante un enfriamiento a una velocidad mayor o igual que la VEC, para pasar la nariz y luego mantener la temperatura en el intervalo en el que se forma bainita, hasta que termina la transformación. Esto se consigue en la curva de enfriamiento 5, en donde se obtendrá bainita inferior con una dureza aproximada de 55 HRC. A este tipo de tratamiento térmico se le llama “austempering” , que es un tratamiento térmico isotérmico, debido a que la transformación de la austenita en bainita, generalmente, se produce a temperatura constante.

7.5.2. Microconstituyentes 7.5.2.1. Perlita La perlita esta compuesta por una mezcla de dos fases (ferrita y cementita), las que se presentan en forma de láminas alternadas. Aproximadamente esta compuesta de 88 % de ferrita y de 22 % de cementita. La distancia media entre las láminas, de ferrita y cementita, dependerá de la velocidad de enfriamiento desde la temperatura de austenización. Cuando el enfriamiento es lento, esta distancia es mayor, llamándose perlita “gruesa”. Cuando el enfriamiento se realiza en aire, la distancia disminuye y la perlita se llamará “fina”. La Tabla 7.8 muestra los valores en resistencia a la tracción y dureza de la perlita globular, fina y gruesa.

Tabla 7.8. Propiedades de la perlita globular, fina y gruesa Globular

Resistencia a la tracción (kg/mm2) < 50

Dureza Brinell (HB) < 150

Gruesa

61

200

Fina

87

300

Tipo de perlita

7.5.2.2. Bainita Conforme se aumenta la velocidad de enfriamiento de la austenita en un acero eutectoide, la perlita que se forma se hace cada vez más fina. Hasta que se produce un componente microestructural conocido como “bainita” que, como la perlita, contiene dos fases: ferrita más cementita. La microestructura es tan fina, que las partículas iniciales de ferrita y cementita en la bainita, no pueden apreciarse en un microscopio metalográfico, como ocurre con la perlita. La bainita es más dura que la perlita y más tenaz que la martensita de dureza equivalente. Para obtener 100 % de bainita se debe enfriar el acero rápidamente, con una velocidad de enfriamiento mayor o igual a la crítica de temple, hasta un intervalo de temperatura entre 550 °C y 250 °C, luego permanecer a dentro de esa temperatura durante un tiempo donde se producirá la bainita mediante una transformación isotérmica. La bainita superior se forma a temperaturas 289



comprendidas entre 550 °C y 350 °C; mientras que la inferior entre los 350 °C y 250 °C. La Figura 7.20a muestra la fotomicrografía, obtenida a través de un microscopio electrónico de barrido, de la microestructura de la bainita superior y, la Figura 7.20b la microestructura de la bainita inferior. La bainita superior presenta grandes regiones de cementita en forma de varilla, mientras que la inferior tiene partículas de cementita mucho mas finas. La Tabla 7.9 muestra las propiedades mecánicas de la bainita superior e inferior.

a

b

Figura 7.20. a) Microestructura de la bainita superior, b) microestructura de la bainita inferior Tabla 7.9. Propiedades de la bainita superior e inferior Superior

Resistencia a la tracción (kg/mm2) 88 - 140

Dureza Brinell (HB) 250 - 400

Alargamiento (%) 10 - 20

Inferior

140 - 175

400 - 500

5 - 10

Tipo de bainita

7.5.2.3. Martensita Es una solución sólida sobresaturada de carbono. El contenido en carbono es variable. Su dureza, resistencia mecánica y fragilidad aumentan con el contenido en carbono. Después de los carburos y la cementita, es el constituyente más duro de los aceros. Tiene una resistencia a la tracción que varía entre 170 kg/mm 2 y 250 kg/mm2, una dureza entre 50 HRC a 68 HRC y un alargamiento que oscila entre 0,5 % y 2,5 %. Presenta un aspecto acicular, formando agujas en zigzag, con ángulos de 60°. La martensita cristaliza en el sistema tetragonal centrado en el cuerpo, cuya estructura difiere muy poco de la cúbica centrada en el cuerpo de la ferrita. La probable posición de los átomos de carbono en la retícula tetragonal de cuerpo centrado de la martensita, se puede ver en la Figura 7.21. Se debe tener en cuenta que cuando se forma martensita a partir de la austenita se presenta una gran expansión volumétrica lo que puede generar fisuras durante el templado (Figura 7.22).

290



Fe

C

c

a Figura 7.21. Celda unitaria de la martensita

7.5.2.4. Esfuerzos residuales y fisuración Cuando el acero es templado, su superficie se enfría rápidamente transformándose en martensita expandiéndose volumétricamente, como el centro contiene austenita ésta se deformará acomodándose a los cambios impuestos por la martensita recién formada. Cuando posteriormente la austenita que se encuentra en el centro se transforma en martensita, la superficie dura queda sometida a esfuerzos de tracción, mientras que el centro queda en compresión. Si los esfuerzos residuales exceden la resistencia en la superficie dura se formarán fisuras de temple, como muestra la Figura 7.22.

Figura 7.22. Formación de fisuras de temple

7.5.3. Tratamientos térmicos desarrollados a partir del diagrama TTT 7.5.3.1. Austempering Es un proceso desarrollado a partir del diagrama TTT para obtener 100 % de bainita, como muestra la curva de enfriamiento 5 en la Figura 7.19. Primero se calienta la pieza de manera de obtener 100% de austenita, luego se la enfría hasta la temperatura del intervalo de formación de la bainita, se deja el tiempo suficiente hasta que se complete la transformación de austenita a bainita. No necesita de un revenido posterior como sucede en el caso del temple o del matempering. En la Tabla 7.10 se comparan propiedades mecánicas de un acero, AISI 1080, cuando es sometido a un tratamiento térmico de templado y revenido (bonificado) y a un austempering. Para hacer la 291



comparación, entre una estructura de martensita revenida y una de bainita, se suele realizarlo para similares valores de dureza, lo que generalmente corresponde a valores similares de resistencia a la tracción. Claramente el acero bainítico presenta mayor estricción (mayor ductilidad) y tenacidad. También, hay menos distorsión y peligro de fisuras durante el proceso del tratamiento térmico de austempering, debido a que el enfriamiento no es tan drástico como el que ocurre en un temple convencional.

Tabla 7.10. Propiedades de un acero AISI 1080 según su tratamiento térmico Propiedad

Tratamiento térmico Templado y revenido

Austempering

50

50

máx (MPa) %  (ductilidad) %  (estricción)

1785

1785

3,75

5,0

26,1

46,4

Impacto (J)

14,0

36,6

HRC

7.5.3.2. Martempering Los peligros de un temple en agua es que existe la posibilidad de distorsionar y agrietar la pieza. Una de las soluciones para obtener 100 % de martensita es mediante la aplicación de un tratamiento térmico conocido como “ martempering”. Durante el tratamiento, la velocidad de enfriamiento en la superficie será a mayor que el centro (Figura 7.23), siendo mayor la diferencia a mayor espesor de la pieza. La Figura 7.23a muestra que la formación de la martensita ocurre primero en la superficie y luego en el centro, esto generalmente produce tensiones internas que conllevan a la formación de grietas o distorsión en la pieza. superficie centro

superficie centro

Revenido

Revenido Martensita

Martensita

a) Temple convencional

b) Martempering

Figura 7.23. Comparación esquemática entre temple convencional y el martempering En cambio cuando se realiza el martempering se garantiza que la superficie y el centro se encuentren prácticamente a la misma temperatura antes de formarse martensita (Figura 7.23b). El martempering consiste en enfriar la pieza, a una velocidad mayor o igual que la V CT, hasta justo por encima de la línea M s, luego se mantiene la temperatura constante esperando que se homogenice 292



la temperatura en toda la pieza y, antes que alcance la línea de inicio de la formación de bainita inferior, se disminuye la temperatura hasta cruzar la línea M f . Después de realizado este tratamiento térmico, se debe realizar un revenido.

7.5.4. Curvas TTT de aceros hipoeutectoides e hipereutectoides La Figura 7.24 muestra la curva TTT para un acero hipoeutectoide, en este caso es el acero AISI 1050, se puede observar que aparece una tercera línea que indica el fin de la transformación de la austenita en ferrita primaria ( p). Algo similar ocurre con las curvas TTT de los aceros hipereutectoides, como muestra la Figura 7.25 para un acero AISI 10110, en donde la tercera línea indicará el fin de la transformación de la austenita en cementita primaria.

Figura 7.24. Curva TTT de un acero AISI 1050

7.5.5. Posición de las curvas TTT Si se desea obtener, en un acero, mediante un tratamiento térmico 100 % de martensita, es conveniente que su curva TTT este desplazada lo mayor posible a la derecha. Hay aceros de alta aleación que presentan una curva TTT suficientemente desplazadas a la derecha, en los que basta que se enfríen en aire para obtener una estructura 100 % martensítica. En otras palabras cuando más a la derecha este la curva, el acero deberá enfriarse a una velocidad mucho menor, para pasar la nariz y obtener una estructura martensítica. Hay dos variables que cambiarán la posición de las curvas: la composición química y, el tamaño de grano austenítico presente en el acero antes del enfriamiento. A mayor contenido de elementos aleantes, la curva estará más desplazada hacia la derecha, entre ellos tenemos: el vanadio (el más fuerte), tungsteno, molibdeno, cromo, manganeso, silicio y níquel (el más débil). Cuando el contenido de carbono aumenta hasta 0,8 % la curva se desplazará hacia la derecha, a mayor contenido ocurre lo contrario. Hacer el tamaño de grano austenítico más grande, también originará que la curva se desplace a la derecha. 293



(*) La Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Donald R. Askeland. México, 1987.

Figura 7.25. Curva TTT de un acero AISI 10110 El uso de una velocidad de enfriamiento más lenta, para producir 100 % de martensita reduce el peligro de distorsión y de agrietamiento durante el tratamiento térmico. Si se desea reducir la velocidad de enfriamiento crítica, esto se hará mejor si se cambia la composición química, en vez de hacer más grueso el grano austenítico y, es lo que se hace a nivel industrial.

7.5.6. Transformación martensítica Algunas características importantes de la transformación martensítica son: - La transformación de la austenita en martensita es sin difusión y se forma instantáneamente, por tanto, no hay cambio en la composición química. La austenita cambia instantáneamente su estructura cristalina. - La transformación depende sólo de la disminución de la temperatura y es independiente del tiempo, a este tipo de transformación se le llama “atérmica”. Por lo tanto , si la temperatura en un acero se mantiene por debajo de la línea M S la transformación a martensita se detendrá y no avanzará nuevamente, a menos que la temperatura disminuya, hasta alcanzar la línea M F. - La posición de la línea M S no variará al modificar la velocidad de enfriamiento. La Figura 7.26 muestra la influencia del carbono en las temperaturas M S y MF. - La martensita es la estructura más dura que se forma a partir de la austenita. - La martensita tiene una dureza muy elevada la que dependerá del contenido de carbono.

294



T (°C) 600

400

MS

200

MF

0 0,0

0,5

1,0

%C

Figura 7.26. Influencia del carbono en MS y MF

295



PROBLEMA RESUELTO PROBLEMA Se tiene cuatro probetas cilíndricas, de 25 mm de diámetro y de 100 mm de longitud, de un acero DIN CK 60 en estado de normalizado, las cuales son sometidas separadamente a los siguientes procesos térmicos:

Probeta A Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora y templado en agua (V enfriamiento > Vcrítica) hasta una temperatura T = M S + 10 ºC, mantenimiento a ésta temperatura durante 30 segundos (justo antes de que se inicie la transformación de la austenita) y enfriamiento en agua hasta temperatura ambiente (MF > Tambiente). Calentamiento posterior a 300 ºC durante 1 hora, seguido de un enfriamiento final en aire quieto.

Probeta B Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora y enfriamiento en agua fría (V enfriamiento > Vcrítica) hasta temperatura ambiente. Calentamiento posterior a 400 ºC durante 1 hora, seguido de un enfriamiento final en aire quieto.

Probeta C Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora, seguido de un enfriamiento en aire hasta temperatura ambiente.

Probeta D Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora, seguido de un enfriamiento lento en horno (0,5°C/minuto) durante 4 horas, luego enfriamiento en aire quieto. Con la ayuda de la curva TTT del acero DIN CK 60 que se muestra en la Figura 2:

a) Mencione el nombre del tratamiento térmico dado en el enunciado. Dibuje además los esquemas microestructurales correspondientes a su estado inicial y final después del tratamiento.

b) Compare el cambio de las propiedades mecánicas en resistencia a la tracción ( máx), dureza (HB) y ductilidad (% ), aumento, disminución o se mantienen ( ,  ó ), resultantes respecto a su estado de suministro (normalizado).

Solución Primero se debe identificar el tipo de acero, en este caso es, DIN CK 60. Esta aleación es un acero al carbono con un contenido en fósforo y azufre menor a los habituales, y que contiene en promedio 0,6 % de carbono en peso. Este acero, en estado de recocido, presentará una microestructura formada por 25 % de ferrita primaria y 75 % de perlita “gruesa” , y en estado normalizado, contendrá menor cantidad de ferrita primaria (< 25 %) y mayor porcentaje de perlita “fina” (> 75 %).

296



Perlita fina Ferrita primaria

Figura 1. Microestructura inicial del acero DIN CK 60 normalizado

(austenita estable)

+

723 °C

D

+ PFINA Bainita superior

C Bainita

MS

Martensita

MF 100 % Martensita

A

Figura 2. Curva TTT del acero DIN CK 60 297

B



Luego se tiene que graficar las curvas de enfriamiento en la Figura 2, para luego identificar el tipo de tratamiento térmico al que fue sometida cada probeta.

Probeta A Tratamiento térmico Microestructura final

: martempering y revenido : 100 % martensita revenida (fue austenizada completamente)

Propiedades mecánicas : máx , HB  y % 

Figura 3. Microestructura del acero DIN CK 60 con martensita revenida (probetas A y B)

Probeta B Tratamiento térmico Microestructura final

: templado y revenido : 100 % martensita revenida (fue austenizada completamente)

Propiedades mecánicas : máx , HB  y % 

Probeta C Tratamiento térmico : normalizado Microestructura final : ferrita primaria y perlita fina Propiedades mecánicas : se mantienen (no cambian respecto al inicial que es normalizado)

Probeta D Tratamiento térmico Microestructura final

: recocido total. : Perlita gruesa y ferrita primaria.

Propiedades mecánicas : máx  , HB  y % 

Perlita gruesa Ferrita primaria

Figura 4. Microestructura del acero DIN CK60 con recocido total

298



PROBLEMAS PROPUESTOS PROBLEMA 1 Se tiene diez probetas cilíndricas, de 12,5 mm de diámetro y de 100 mm de longitud, de un acero DIN CK 60 en estado de normalizado, las cuales son sometidas separadamente a los siguientes procesos térmicos:

Probeta A Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora, seguido de un templado en agua con una velocidad de enfriamiento mayor a la crítica, hasta una temperatura de 350 °C, mantenimiento a ésta temperatura durante 180 s (fin de la transformación de la austenita) y finalmente enfriamiento en aire quieto hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Probeta B Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora y templado en agua con una velocidad de enfriamiento mayor a la crítica, hasta una temperatura T = M S + 10 ºC, mantenimiento a ésta temperatura durante 20 segundos (justo antes de que se inicie la transformación de la austenita) y enfriamiento en agua hasta temperatura ambiente (M F > Tambiente). Calentamiento posterior a 300 ºC durante 1 hora, seguido de un enfriamiento final en aire quieto hasta la temperatura ambiente.

Probeta C Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora, seguido de un enfriamiento en aceite (velocidad de enfriamiento ligeramente menor que la crítica) hasta temperatura ambiente. Calentamiento posterior a 400 ºC durante 1 hora, seguido de un enfriamiento final en aire quieto hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Probeta D Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora y enfriamiento en agua con una velocidad de enfriamiento mayor a la crítica, hasta temperatura ambiente. Calentamiento posterior a 300 ºC durante 2 horas, seguido de un enfriamiento final en aire quieto hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Probeta E Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora, seguido de un templado en agua (velocidad de enfriamiento mayor que la crítica) hasta 500 ºC, mantener a esta temperatura durante 30 s y finalmente enfriamiento en aire hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Probeta F Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora, seguido de un enfriamiento lento (en horno) hasta 650 ºC y finalmente enfriamiento en aire hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Probeta G Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora, seguido de un enfriamiento en aire hasta temperatura ambiente.

Probeta H Calentamiento a 800 ºC durante 1/2 hora, seguido de un enfriamiento lento en horno (1°C/minuto) durante 2 horas, luego enfriamiento en aire quieto. 299



Probeta I Calentamiento a 730 ºC durante 1/2 hora, seguido de un templado en agua con velocidad de enfriamiento mayor que la crítica hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Probeta J Calentamiento a 700 ºC durante 1/2 hora, seguido de un templado en agua con velocidad de enfriamiento mayor que la crítica. Calentamiento posterior a 400 ºC durante 1 hora, seguido de un enfriamiento final en aire quieto.

a) Sobre la curva TTT (temperatura –tiempo-transformación) (Figura 1), trace en forma esquemática los enfriamientos a los que han sido sometidas las probetas. Dibuje además los esquemas microestructurales correspondientes a sus estados de suministro (inicial) y final (luego del tratamiento térmico).

b) Mencione el nombre del tratamiento térmico. Asimismo, compare el cambio de las propiedades mecánicas en resistencia a la tracción ( máx), dureza (HB) y ductilidad (% ), resultantes después del tratamiento térmico final, respecto a su estado de suministro (normalizado).

PROBLEMA 2 A cinco muestras de un acero DIN CK 110 normalizadas, con una sección cuadrada con 25 mm de lado y 12,5 mm de espesor, se les somete a diversos tipos de tratamientos térmicos:

Probeta A Se calienta a 940 °C durante 1 hora y se enfría a una velocidad mayor a la crítica hasta los 450 °C la temperatura se mantiene constante durante 50 segundos, luego se enfría al aire hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Probeta B Se calienta a 800 °C durante 1 hora y se enfría en agua a una velocidad mayor que la crítica hasta alcanzar la temperatura ambiente, luego se calienta a 300 °C durante 2 horas y por ultimo se enfría al aire hasta la temperatura ambiente.

Probeta C Se calienta a 700 °C durante 1 hora y luego se enfría en equilibrio hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Probeta D Se calienta a 700 °C durante 15 horas, a continuación se enfría lentamente hasta los 500 °C y finalmente se enfría en aire quieto hasta la temperatura ambiente.

Probeta E Se calienta a 940 °C durante 1 hora y se enfría en agua a una velocidad mayor que la crítica, luego se calienta a 200 °C durante 2 horas y por ultimo se enfría al aire hasta la temperatura ambiente. Indicar el nombre del tratamiento térmico, esquematizar la microestructura resultante señalando mediante flechas el nombre del constituyente, e indicar los cambios en propiedades mecánicas de 300



resistencia a la tracción, dureza y ductilidad, con relación al estado inicial (normalizado). Para ello rellenar la hoja de respuestas de la Tabla 2 y emplear la curva TTT de la Figura 2.

(austenita estable)

723 °C

+

(inestable)

+

Por debajo de la línea A3 la austenita es inestable.

+ PGRUESA

+P

+ PFINA Bainita superior (inestable)

Bainita

Bainita inferior

MS

Martensita

Martensita MF

100 % Martensita

Figura 1. Curva TTT del acero DIN CK 60

301



Figura 2. Curva TTT del acero DIN CK 110

302



Tabla 2. Problema 2

Probeta

TRATAMIENTO TÉRMICO

MICROESTRUCTURA

PROPIEDADES Aumento : ( ) Disminución : ( )

máx :

A

................................... HB : .............. %  : ...............

...................................

máx :

B

..............

..............

................................... HB : ..............

...................................

%  : ...............

máx :

..............

...................................

C

HB : .............. %  : ...............

...................................

máx :

D

HB : .............. %  : ...............

...................................

máx :

E

..............

...................................

..............

................................... HB : ..............

...................................

%  : ...............

303

Curvas TTT

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