UNIVERSIDAD NACIONAL DE S AN ANTO ANTO N IO AB AD DEL CUSCO FAC ULT LTAD: AD: ING ING . G E O LÓG LÓ G ICA, MIN MINAS AS Y ME T A L ÚR G I C A E S CUE CU E LA PR O FE S I O N AL: ING ING . ME T A L ÚR G I C A PR AC T ICA N° 2
TRATAMIENTOS TÉRMICOS DOCENTE: ING. GUILLERMO BARRIOS RUIZ ALUMNO:
NINA ARMUTO WILMER JOSSIMAR
CODIGO:
122111
SEMESTRE: 2018-1
DETER MINACION DE LA G R ANULACION HER EDITAR IA 1. OBJETIVOS:
Observar visualmente el tipo de microestructuras que poseen las diferentes probetas utilizadas en la práctica. Determinación de la dureza y la resiliencia de probetas de acero (muelle, corrugado, liso, etc.), por medio del duro fractómetro y durómetro de acuerdo al grano hereditario que posee cada una de ellas. Determinación del crecimiento de grano hereditario de los aceros al aumento de la temperatura.
2. MARCO TEORICO: VARIACION DEL TAMAÑO DE GRANO DESPUES DE UNTRATAMIENTO TERMICO Una de las variables de comportamiento mecánico de los aceros, es el tamaño de grano de que están compuestos, prefiriéndose para trabajos de alta calidad y excelente acabado superficial al corte, además resistencia a la fatiga, los aceros de grano fino, dejando los aceros de grano grueso para aplicaciones más burdas. Los primeros granos de austenita se forman en él límite entre la ferrita y la cementita, constituyendo estructuras de perlita. Como este límite es muy ramificado (1 cm 3 de perlita), la transformación comienza formándose muchos pequeños granos, cuando termina la transformación de perlita y austenita, se forman una gran cantidad de pequeños granos de austenita. El tamaño de estos grados caracteriza la magnitud llamado grano inicial de austenita. El mantenimiento a la temperatura dada, una vez terminada la transformación, provoca el crecimiento de granos de austenita. Se distinguen dos tipos de acero: -
El de grano fino hereditario.- Es poco propenso al crecimiento del grano, el paso del punto crítico A1 va acompañado por una brusca disminución de grano. Si se sigue calentando, el grano de la austenita, en el acero de grano fino, no crece hasta los 950 – 1000 °C, después de lo cual se eliminan los factores del cual impiden el crecimiento y el grano comienza a crecer rápidamente.
-
El de grano grueso hereditario.- Es muy propenso al crecimiento del grano, en este caso nada impide su crecimiento, el cual comienza inmediatamente después de pasar el punto crítico. Por GRANULACIÓN HEREDITARIA, debe entenderse la tendencia del grano austenitico al crecimiento; y al tamaño del grano obtenido en el acero como resultado de un tratamiento térmico determinado se llama GRANO REAL.
Las dimensiones de los granos de perlita, dependen (al igualdad de temperaturas de transformación austenico – perlitica), del tamaño de los granos de austenita, tanto mayor es, por regla general, el tamaño del grano de la perlita de aquellos se forman. Los granos de austenita solo crecen durante el calentamiento (durante el enfriamiento siguiente no disminuye su tamaño), por esto la temperatura máxima de calentamiento del acero en estado austenítico y de granulación hereditaria determinan el tamaño definitivo del grano. Como se muestra en la figura siguiente, el tamaño del grano de perlita es igual que el tamaño de grano de la austenita inicial, lo cual no es tan exacto, la perlita se genera en los límites de los granos de austenita, por eso es evidente que cuando más fino sea el grano de esta última, tanto más pequeño serán los granos de perlita que se formen. Pero de esto no se deduce que de un grano de austenita se obtenga necesariamente un grano de perlita por, lo general, de un grano de austenita se forman varios de perlita, sin embargo se encuentran desviaciones que se deben mencionar someramente.
3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS.
Durómetro Pirómetro laser fragua Durefractómetro Vernier digital Probetas de acero liso Probeta de acero corrugado Probeta de muelle Carbón
4. PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA. a) Las probetas de 13 cm de longitud previamente preparadas con anticipación para experimento son limpiadas y esmeriladas hasta buscar una superficie relativamente plana para el experimento. b) Primeramente se coloca la probeta de acero liso en el durómetro, para luego pasar a la prueba en el durofractómetro, el cual el martillo debe alcanzar una altura adecuada. c) Se retira la probeta del durofractómetro para medir el orificio dejado por el equipo luego se observa y evalúa los efectos ocasionados en ella. d) Se efectúa la misma acción para las dos probetas (acero corrugado y acero de muelle).
e) Seguidamente se coloca nuevamente el acero liso, pero ahora en el durómetro de 2 a 3 mm de la zona de arrastre del equipo mecánico, se coloca el martillo a una altura de 90 grados aproximadamente, se suelta el martillo logrando romper una sección de la probeta, se observa hasta que ángulo máximo llega el martillo para evaluar los efectos ocasionados. f) Sacar la probeta afectada por el equipo para luego hacer las observaciones y evaluar el tipo de fractura y microestructura que posee.
FIG.1. g) Se realiza la medida del área fracturada para poder saber la medida de dureza en la probeta evaluada
h) Se realiza la misma acción con las dos probetas (acero corrugado y acero de muelle), observando los efectos ocasionados. i) Colocar en la fragua y calentar las probetas restantes hasta una temperatura de 900°C aproximadamente, una vez alcanzado esa temperatura sacamos las probetas y dejamos enfriarlas a temperatura ambiente. FIG.2 j) Realizamos los pasos (e, f, g, h). k) Introducimos en la fragua y calentamos nuevamente las probetas hasta alcanzar una temperatura de 1200 ºC aproximadamente, una vez alcanzado esta temperatura sacamos estas y dejamos enfriar a temperatura ambiente. l) Realizamos los pasos (e, f, g, h) nuevamente.
FIG.1
FIG.2
5. DETERMINE LA DUREZA Y RESILIENCIA DE LAS
PROBETAS SIN TRATAMIENTO TÉRMICO. DUREZA: ACERO DE MUELLE:
Diámetro de huella =2.93 mm =
=
(2.93) 4 =
=
4
= .
(2)
34.5 8.402
= .
ACERO CORRUGADO:
Diámetro de huella =3.43 mm =
4
Dureza kg /mm 2 =
(3.43) 4 =
=
= .
(2)
34.5
= . 14.25
ACERO LISO:
Diámetro de huella = 3.89 mm =
4
Dur eza kg /mm 2 =
(3.89) 4 =
= .
( )
=
34.5 10.462
= .
CALCULO DE LA RESILIENCIA: ACERO PARA MUELLE:
Lectura final 90 - 56°, fractura astillosa ligeramente tenaz porque ya perdió sus propiedades. 90° - 56° = 34° absorbidos dimensiones de fractura = L = 15,32mm A= 15.18, = 9.90mm2
Hallando mediante la regla de tres: =
=
34° 0.15 10°
31.90 + 9.90
= 0.51
13.23 = 276.51
2
Resiliencia =
(2)
Donde W = PxH
W = 17.60 kg .m
W = 34.5 x 0.51
Entonces: =
17595. = . / 276.51(m )
ACERO CORRUGADO:
Lectura final 29°, fractura astillosa ligeramente tenaz porque ya perdió sus propiedades. 90° - 29° = 61° absorbidos Diámetro de fractura = 10.02 mm
Hallando mediante la regla de tres: =
61° 0.15 10°
= 0.91
Resiliencia =
(2)
Donde W = PxH
W = 31.40 kg .m
W = 34.5 x 0.91
S acero corrugado = = S acero corrugado = =
(.)
S acero cor rug ado= 90.76mm 2 Entonces: =
31395. = . / 90.76(m )
ACERO LISO:
Lectura final 62°, fractura astillosa ligeramente tenaz porque ya perdió sus propiedades. 90° - 62° = 28° absorbidos Diámetro de fractura = 9.85mm
Hallando mediante la regla de tres: =
28° 0.15 10°
= 0.42
Resiliencia =
(2)
Donde W = PxH W = 34.5 x 0.42
W = 14.49 kg .m
S acero liso = = 4 S acero liso = (9.85) = 4
S acero lis o= 64.75mm2 Entonces: =
14490. = . / 64.75(mm2)
6. CALENTAR LAS PROBETAS A 900 °C ENFRIARLO AL AIRE Y MEDIR LA RESILIENCIA OBSERVANDO LOS CAMBIOS MICROESTRUCTURALES A LA SUPERFICIE DE FRACTURA. ACERO PARA MUELLE:
Lectura final 82°, fractura astillosa ligeramente tenaz porque ya perdió sus propiedades. 90° - 82° = 8° absorbidos dimensiones de fractura = L = 14.92, A = 3.86 mm
Hallando mediante la regla de tres: =
8° 0.15
= 0.06
10°
= 38.74 5.44 = 210.75
Resiliencia =
(2)
Donde W = PxH
W = 2.07 kg .m
W = 34.5 x 0.06
Entonces: =
2070. = . / 210.75(mm2)
ACERO CORRUGADO:
Lectura final 30°, fractura astillosa ligeramente tenaz porque ya perdió sus propiedades. 90° - 30° = 60° absorbidos Diámetro de fractura = 9.14mm
Hallando mediante la regla de tres: =
60° 0.15 10°
= 0.29
Resiliencia =
(2)
Donde W = PxH W = 34.5 x 0.29
W = 10kg .m
S acero corrugado = = S acero corrugado = =
(.)
S acero cor rug ado= 74.97mm2 Entonces: =
10000. = . / 74.97(mm2)
ACERO LISO:
El acero liso no llegó a fracturarse. 7. REPETIR EL MISMI PROCEDIMIENTO CALENTANDO LAS TRES PROBETAS A 1200°C. ACERO PARA MUELLE:
Lectura final 78°, fractura astillosa ligeramente tenaz porque ya perdió sus propiedades. 90° - 78° =12° absorbidos dimensiones de fractura = L = 22.28, A = 4.32 mm
Hallando mediante la regla de tres: =
12° 0.15 10°
= 0.06
= 25.32 4.25/2 = 53.81
Resiliencia =
(2)
Donde W = PxH W = 34.5 x 0.06
W = 2.07 kg .m
Entonces: =
ACERO CORRUGADO:
2070. 53.81(mm2)
= . /
Lectura final 42°, fractura astillosa ligeramente tenaz porque ya perdió sus propiedades. 90° - 42° = 38° absorbidos Diámetro de fractura = 10.47 mm
Hallando mediante la regla de tres: =
24° 0.15 10°
= 0.36
Resiliencia =
(2)
Donde W = PxH W = 34.5 x 0.36
W = 12.42kg .m
S acero corrugado = = 4 S acero corrugado = =
(.)
S acero cor rug ado= 74.82mm2 Entonces: =
12420. = / 74.82(mm2)
ACERO LISO:
Lectura final 40°, fractura astillosa ligeramente tenaz porque ya perdió sus propiedades. 90° - 40° = 50° absorbidos Diámetro de fractura = 8.55mm
Hallando mediante la regla de tres: =
50° 0.15 10°
= 0.92
Resiliencia =
Donde W = PxH
(2)
W = 34.5 x 0.92 W
= 31.74kg .m
S acero liso = = S acero liso = =
(.)
S acero lis o= 56.61mm2 Entonces: =
31740. = . / 56.61(mm2)
8. CON LOS DATOS OBTENIDOS ANTERIORMENTE AGÁ UN CUADRO COMPARATIVO DE VALORES Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. TABLA PROBETA
Muelle Acero corrugado Acero liso
DUREZA sin RESILIENCIA RESILIENCIA RESILIENCIA tratamiento sin 900°C 1200°C 2 térmico tratamiento kg/mm kg/mm2 Kg/mm2 térmico Kg/mm 4.41 2.42
63.63 345.91
9.82 133.39
38.47 166
3.30
223.78
---
560.68
9. CONLUSIONES Y SUGERENCIAS
El acero utilizado en muelles tiene una microestructura astillosa con buenas propiedades mecánicas, al calentarla a 900°C esta microestructura se recristalizo nuevamente al estado inicial antes de que se hicieran tratamiento térmico para su utilidad. Al calentarla a 1200°c esta microestructura creció notablemente, como se muestra
El acero corrugado con fractura con deformación de este sigue manteniendo las propiedades pero la microestructura creo moderadamente al calentarlo a 900°c, en cambio al calentarlo por encima de 1200°c esta empieza a recristalizar nuevamente. El acero liso con microestructura perlada no ocurre cambio alguno a la temperatura de 900c, pero si se nota el crecimiento de gano al calentarlo a 1200°c, esto se observa notablemente. A continuación se observa los cambios ocurridos. Los aceros que poseen una microestructura de grano hereditario grande son aquellos que crecen las con la temperatura. El muelle posee una microestructura astillosa propia de los metales con buenas propiedades plásticas y buena tenacidad.
10. BIBLIOGRAFIA.
Diagrama de fases del acerohttp://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica4/practi ca4.htm.
Metalografía http://www.monografias.com/trabajos67/metalografia/metalografia2.shtml
De Saint Basile G. Implication du trafic intracellulaire dans trois maladies
héréditaires du système
Tratamiento térmico https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_t%C3%A9rmico.
Constituyentes del acero, http://personales.upv.es/fbardisa/Pdf/Aceros.PDF.
Tratamientos térmicos del acero http://tecnologiadelacero06pm.blogspot.pe/2011/06/tratamientostermicos-del-acero.html.
