DIFUSIÓN EN ACEROS 1.OBJETIVO: •
•
•
Describir el fenómeno de la difusión de átomos de carbono sobre la red del hierro gamma a temperaturas mayores a la crítica AC3 del diagrama de FeC. Reconocer la nueva microestructura obtenida en el acero como como cons consec ecue uenc ncia ia del del incr increm emen ento to del del por porcent centa ae e de carbono de !".#$% ".&$'( ".&$'( a !".)%".*$( de C. +nterpr +nterpretar etar el endur endurecimien ecimiento to de la capa capa super,cial super,cial del del acero.
2.MARCO TEÓRICO: C-/+D0RAC+-0/ C-/+D0RAC+-0/ /-1R0 2A D+F/+4 0 /42+D-/ 2a difusión puede ser de,nida como el mecanismo por el cual la materia es transportada por la materia. 2os átomos de gases5 lí6uidos y sólidos están en constante movimiento y se despla7an en el espacio tras un período de tiempo. 0n los gases5 el movimiento de los átomos es relativamente velo75 tal efecto se puede apreciar por el rápido avance de los olores desprendidos al cocinar o el de las partículas de humo. 0n los lí6uidos5 los átomos poseen un movimiento más lento5 esto se pone en evidencia en el movimiento de las tintas 6ue se disuelven en agua lí6uida. 0l transporte de masa en lí6uidos y sólidos se origina generalmente debido a una combinación de convección !movili7ación de 8uid 8uido( o( y difus ifusió ión n. 0n los sóli sólid dos5 os5 est estos movi movimi mie entos tos atóm atómic icos os 6ued 6uedan an restr estrin ingi gido doss !no !no e9is e9iste te conv convec ecció ción( n(55 debido a los enlaces 6ue mantienen los átomos en las posiciones de e6uilibrio5 por lo cual el :nico mecanismo de tran transp spor orte te de masa masa es la difu difusi sión ón.. /in /in emba embarrgo las las vibraciones t;rmicas 6ue tienen lugar en sólidos permiten 6ue algunos átomos se muevan. 2a difusión de ;stos en metale metaless y aleaci aleacione oness es particu particular larmen mente te import importan ante te si cons consid ider eram amos os el hech hecho o de 6ue 6ue la mayo mayorr part parte e de las las reacciones en estado sólido llevan consigo movimientos atómicos< como eemplo se pueden citar la formación de n:cleos y crecimiento de nuevos granos en la recrist istali7 li7ación de un met metal trabaado en frío y la
R-=A/
precipitación de una segunda fase a partir de una solución sólida. 0l proceso de difusión comien7a comien7a al calentar el acero acero entre >$" a *$" c5 es decir con el acero al estado austenitico5 cuyo estado cristalino es fcc en forma de hierro gamma5 !estado !estado de mayor capacidad capacidad de disolución(5 disolución(5 el carbono carbono prove proveni nien ente te de la mescl mescla a ceme cement ntan ante te?? carb carbón ón vege vegeta tall @1aC-3 @1aC-3 se insert inserta a en los inters interstic ticio io de los atamos atamos del solvente Fe. 2as dure7as dure7as de un acero pueden pueden alcan7ar alcan7ar de " a $ rocBell. 0n el proc proces eso o las las reacc eaccio ione ness ocur ocurrren de la sigu siguie ient nte e manera? 1aC-3 @ CA2-R 1a- @ C-& C-& @ &C&C-%%%%%" C@ C-&
3.MATERIALES 3.MATERIALES Y EQUIPOS: • • • • • • • •
Erobetas de acero /A0#"&" Caa de acero Carbón de madera 1aC-3 allas de &%G mm Reactivo Reactivo nital al $' Horno mu8a icroscopio metalográ,co
4.PROCEDIMIENTO: a( Reali7ar el desba sbaste ste y pulido ata6ue 6uímico determinar la microestructura. microestructura. b( Erepa repara rarr la me7cla me7cla cemen cementa tant nte e !&$' !&$' de 1aC-3 1aC-3 y )$' de carbón( c( Coloca Colocarr las probe probetas tas con el cemen cementan tante te dentro dentro de la caa. d( +ntroducir +ntroducir la caa caa dentro dentro del horno. horno. e( Calentar el el horno hasta la temperatura de *"" c. f( ant anten ener er a esa tempe emperratur tura por por un tiem tiempo po de G horas. R-=A/
g( 09traer 09traer la probeta probeta para hacer hacer un templado templado h( Reali eali7a 7arr el desb desba aste ste 5 puli pulido do55 ata6 ata6ue ue 6uím 6uímic ico o las las probetas i( -bservar al microscopio para determinar la microestructura. ( Reali7ar Reali7ar las pruebas de dure7a dure7a a la lima B( Iomar fotografías fotografías de las microestructuras microestructuras
5. INFORME:( ANÁLISIS INTERPRETACIÓN
DE
DATOS
E
! D"#$%&' D"#$%&'&% &% ! )%!$*&$ )%!$*&$! ! P%")!%!$&+, -" -" -" "-&/ -&0#/% -&0#/% ( )%/'"*! -" !$"%/ /e obtuvo la probeta de un tamaJo de & pulgadas !acero /A0 #"&"(5 y a continuación co ntinuación se reali7ó el desbaste5 pulido y un ata6ue 6uímico .la microestructura de la probeta se observó en el microscopio. m icroscopio. /e preparó la mescla cementante &$ gramos de 1aC-3 !carbonato de bario( y )$ gramos de carbón carbón de madera. P%")!%!$&+, -" $!!# -" $"",*!$&+, cuadrada de apropiadamente apropiadamente na caa metálica de forma cuadrada de )cm 9 )cmse agrega una parte de la me7cla cementante como base se coloca las & probetas5 tratando de 6ue no cho6uen .se prepararon dos G probetas y se usaron & caas. 0n seguida se sella cada una de las de las caas con arcilla refrctaria5 evitar la entrada del o9ígeno y 6ue los gases carb carbur ura antes ntes esca scapen5 pen5 lo cua cual ocas ocasio iona narra un mayo mayorr consumo de la me7cla. P%/$"#/ -" $!%'/,&!$&+,
R-=A/
/e introduce las & calas dentro del horno. 0l horno se calienta hasta una temperatura de *"" C5 una ve7 alcan7ado la temperatura de austeni7acion controlamos G horas.
T")!-/
09traer las probetas para hacer el proceso de templado 2uego se reali7a reali7a el desbaste5 desbaste5 pulido y ata6ue 6uímico 6uímico de las probetas con la ,nalidad de observar al microscopio para determinar la microestructura. microestructura.
M"-&$&+, -" -%"!
Finalmente se reali7a las pruebas de dure7a a la lima.
' R"#*!-/#: $/)!%! !# &$% &$%/" /"#* #*% %$* $*%! %!# # !,*" !,*"# # -"#) -"#) # # -" )%/$"#/ Fotografías de microestructura antes del proceso
la Fotografías de microestructura despu;s del proceso
la
Describir Describir las caracterí características sticas de Describir Describir las las caracterí características sticas de R-=A/
la microestructura la microestructura AC0R-/ /A0 #"&" A$"%/# SAE 1626 Acero de bao carbono5 blando5 responde bien al /e pued puede e obse observ rvar ar la trabao en frío y al estructura 6ue este tratamiento t;rmico de acero tiene mayor ceme cement ntac ació ión. n. Iiene iene un alto alto contenido de carbono y índice de soldabilidad5 y por por lo tanto mayor su alta tenacidad y baa dure7a y los 6ue tienen resistencia mecánica es presente presente mayor fase de adecuado para elementos de cementita. ma6uinaria y usos convencionales de baa fase hipereutectoide e9igencia. •
•
•
•
Iodas Iodas las propiedades en su estr estruc uctu tura ra se pued puede e observar en la ,gura #. fase hipoeutectoide
Figura #
F0I0? https?KKpre7i.comKcoatf9h>ug>Kanalisis%metalogra,co% de%los%aceros%#"&"%#"G$K
$ D&#$# D&#$#&+, &+, -" /# /# %"#*!%"#*!-/# /# 2a probeta probeta de acer acero o /A0 #"&" antes antes de ser carburi7 carburi7ada ada por G horas es un acero de bao carbono5 blando5 responde bien al trabao en frío y al tratamiento t;rmico de cementación. Iiene R-=A/
un alto índice de soldabilidad5 y por su alta tenacidad y baa resist istencia mecánica ica es adecua cuado para elementos de ma6uinaria y usos convencionales de baa e9igencia. Despu;s de la cementación cementación y al proceso de temple aumenta la dure7a y su tenacidad cambiando de fase. !De hipoeutectoide a hipereutectoide(
- C/,$ C/,$ #& #&/, /,"# "# •
•
2a dure7a en las probetas tratadas t;rmicamente aumentó en la misma medida 6ue se aumentó la temperatura de temple y su tiempo de permanencia en el horno5 evidenciándose los cambios microestructurales. microestructurales. 0l temple es un proceso t;rmico por el cual las aleaciones de acero y el hierro fundido se fortalecen y endurecen. 0stos metales constan de metales ferrosos y aleaciones. 0st 0sto se reali eali77a cale calen ntand tando o el mater ateria iall a una cier cierta ta temperatura5 dependiendo del material5 y luego enfriá enfriándo ndolo lo rápida rápidamen mente. te. 0sto 0sto produ produce ce un mater material ial más dur duro por por cual cual6u 6uie iera ra de endu endurrecimi ecimien ento to supe super, r,ci cial al o a trav;s de endurecimiento 6ue varía en la velocidad a la 6ue 6ue se enfr enfría ía el mat materia erial. l. 0l mate materrial ial es enton tonces ces a menu menudo do reven evenid ido o para para reduc educir ir la frag fragili ilida dad d 6ue 6ue pued puede e aume aument ntar ar por por el rápi rápido do enfr enfria iami mien ento to del del proc proces eso o de endu endurrecim ecimie ient nto. o. 2os 2os tema temass 6ue 6ue pued pueden en ser ser temp templa lado doss incluyen engranaes5 ees y blo6ues de desgaste.
" A)&$!$&/,"# A)&$!$&/ ,"# -" ! $"",*!$&+, $"",*! $&+, ", " $!)/ &,-#*%&!# C"",*!$&+,: 2a cementación tiene por obeto endurecer la super,cie de una pie7a sin modi,car su n:cleo5 originando una pie7a formada por dos dos mate materi rial ales es?? la del del n:cl n:cleo eo de acer acero o !con !con bao bao índi índice ce de R-=A/
carbono( tena7 y resistente a la fatiga5 y la parte de la super,cie !de !de acer acero o con con mayo mayorr conc concen entr trac ació ión n de carb carbon ono( o( "5&' "5&' de carbono. Consiste en recubrir las partes a cementar de una mate materi ria a rica rica en carb carbon ono5 o5 llam llamad ada a ceme cement ntan ante te55 y some somete terr la pie7a durante varias horas a altas temperaturas !típicamente5 *"" LC(. LC(. 0n esta estass condi ondici cion ones es55 el carbo arbono no pen penetra tra en la super,cie 6ue recubre a ra7ón de "5# a "5& mm por hora de trat tratam amie ient nto. o. A la pie7 pie7a a ceme cement ntad ada a se le da el trat tratam amie ient nto o t;rmico correspondiente5 temple y revenido5 y cada una de las dos 7onas de la pie7a5 ad6uirirá las ccualidades ualidades 6ue corresponden corresponden a su porcentae de carbono.
A)&$!$&/,"#:
R-=A/
BIBLIO7RAFIA: • •
•
•
https?K Kes.iBipedia https?KKes.i Bipedia.orgKiBi .orgKiBiKKC"",*!$&+, https?KKpre7i.comKeMb>f96briemKtratamiento%termico% $"", $" ",*!$ *!$&/, &/, K ttps?KK.scribd.comK...K#%LABORATORIO%DIFUSION%D0% CAR1--%0%02%A Difusion de Carbono en 0l Hierro Hierro % /cribd https?KKes.scribd.comKdocumentK)>G)3)KDifusion%de% Carbono%en%0l%Hierro
FOTOS TOMADOS:
R-=A/
UNIVERSIDAD NACIONAL ANTONIO ABAD D DEL EL CUSCO R-=A/
DE
SAN
FAC ACUL ULT TAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, GEOLOGICA, MINAS Y METALURGIA ESCUELA PROFESIONAL METALURGICA
DE
INGENIERIA
LABORATORIO CURSO: 0IA2RN+A FO/+CA ++ DOCENTE: +N. =2+- FARFA ARFA TEMA:
D+F/+4 0 AC0R-/
ESTUDIANTE: ROJAS 8UAMAN 7ERARDO CODI7O:
13669
CUSCO;2619 P+/+IA N+ADA A2meteorológico? C0IR- 0I0R0-2-N+CAltitud? Datos del 33$ centro m.s.n.m. Qona? Coordenadas Coordenada #* 2a!grKcm&( sprecipitación5 I? #)*&".#* m 05humedad5 >$"3333.# del personal nos e9isten proporcionó la estación comen7ó de,nir la climatología yt;cnico la meteorología? determinado atmosfera cambios determinad de o oel clima. cl ima. ella aire vientos5 sean etc.m /. temperatura5 presión5 sigte instrumento? termómetro solar en uno e9poniendo debe coincidir con la yael base bulbos divididos entre coe,ciente del e6uipo.
R-=A/
