UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
Acero AISI0SAE 1234
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i"portante en a in!#stria y con "#c&as sai!as a(oraes.
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 #saro #saro &ipot/tica"ente en a in!#stria. E trata"iento t/r"ico f#e esco%i!o por nosotros para !are a "ateria as caracter'sticas $#e re$#er'a"os se%6n a nor"a. II. MARCO TEÓRICO A. Generalidades
Los "etaes $#e se e"pean en a in!#stria, son aeaciones y no "etaes p#ros co"o &ierro, oro, cro" ro"o, co(r o(re, pata etc. !e(i e(i!o a $#e s#s caracter'sticas no son apropia!as para e #so. De os "ateriaes p#ros, e &ierro es #no !e os ee"entos $#e se enc#entra en "ayor proporcin, 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:cepcionaes a ;.;8. Los aceros aceros son f#n!a"e f#n!a"enta nta"en "ente te aeaci aeaciones ones !e &ierro0car(ono, con otros ee"entos e i"p#re-as. 5ara a fa(ricacin !e os resortes !e (aesta 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 $#e e proporciona os co"ponentes !e aeacin o &ace a!ec#a!o para s# "an#fact#ra.
Este Este proyect proyectoo fina fina !e"#es !e"#estra tra os con conoci" oci"ien ientos tos a!$#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#"pi 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 in, 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 #tii-a en a fa(ricacin !e pie-as "#y soicita!as $#e re$#ieran #na ee*a!a !#re-a y tenaci!a! especia"ente en a in!#stria a#to"o a#to"otri tri-, -, (aes (aestas tas y "#ee "#eess &eico &eicoi!a i!aes es para a#to"*ies y ferrocarries. 5ie-as !e responsa(ii!a responsa(ii!a!! $#e re$#ieran re$#ieran #na cai!a! cai!a! especia, especia, co"o co"o ar(o ar(oes es !e tras" tras"is isi in, n, (arras (arras !e torsi torsin n,, %ran! %ran!es es en%rana en%rana)e )e en%ra en% rana) na)es es tra(a tra(a)a )an!o n!o sin sin c&o$#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-acin y Ta(a trata"iento !e !iferentes "ateriaes !e in%enier'a, B. Caracterización del material creaci creacin n n#e n#e*o *oss "ate "ateria riae es, s, encon encontr trar ar "e)o "e)ores res "ateriaes a #n "enor precio, en fin es a%o "#y La caracteri-acin !e "ateria se reai- por "e!io !e !iferentes ensayos, para e presente tra(a)o se
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e*aron a ca(o ensayos !e co"posicin $#'"ica, !#re-a y "etao%raf'a. C. Metalografía
Las fases !e preparacin !e "etao%r+fica son as si%#ientes<
a
pro(eta
2. Corte !e a "#estra. ;. Monta)e 7. Des(aste =. 5#i!o 1. Ata$#e $#'"ico La preparacin !e a pro(eta consiste, en %enera, en o(tener pri"ero #na s#perficie pana y se"ip#i!a, "e!iante e e"peo !e i)a !e fin#ra !e %rano creciente o reai-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 operacin es a o(tencin !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 "etao%raf'a es e e:a"en "icroscpico !e #na pro(eta a!ec#a!a"ente prepara!a, e"pean!o a#"entos $#e, con e "icroscopio ptico, oscian entre 244 y ;444 a#"entos, apro:i"a!a"ente. Taes est#!ios "icroscpicos proporcionan #na a(#n!ante infor"acin so(re a constit#cin !e "eta o aeacin in*esti%a!os. Me!iante eos se p#e!en !efinir caracter'sticas estr#ct#raes, co"o e ta"a>o !e %rano, con to!a cari!a!? se p#e!e conocer e ta"a>o, for"a y !istri(#cin !e as fases $#e co"pren!en a aeacin 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"(inacin !e operaciones !e caenta"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!aptaras, !+n!oe caracter'sticas especiaes a as apicaciones $#e se e *an a !ar a as pie-as !e esta "anera se o(tiene #n
a#"ento !e !#re-a y resistencia "ec+nica, as' co"o "ayor pastici!a! o "a$#ina(ii!a! para faciitar s# confor"acin III. MATERIALES @ METODOS A. Análisis químico
5ara a co"posicin $#'"ica se #tii- #n espectr"etro !e c&ispa UV0VIS "arca BAIRD, y se e* a ca(o e an+isis !e co"posicin $#'"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 escaa Roce 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 seccin trans*ersa, esta !ireccin 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 #tii- #n patrn $#e !es!e antes !e "e!iro 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 reai-a!o e trata"iento !e nor"ai-a!o. C. Metalografía
Foto 2. 5ie-a antes !e ser corta!a
Desp#/s !e &a(er reai-a!o e an+isis $#'"ico y !eter"ina!o a !#re-a !e "ateria se proce!i a reai-ar a "etao%raf'a, antes !e "ontar a pro(eta se cort a "#estra en #na corta!ora !e !isco, foto 2, para o(tener as !i"ensiones re$#eri!as en e "onta)e.
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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 caiente por a friccin y se pier!an as propie!a!es s#perficiaes $#e son as $#e se *an a anai-ar, en este caso e #(ricante es a%#a. Los ta"a>os !e i)a #sa!os para este "ateria f#eron en este or!en ;=4, 7;4, =44, 344.
Foto ;. Corta!ora !e !isco
5ara &acer e "onta)e se e"pe #na prensa &i!r+#ica. Se a>a!e 2 parte !e resina ep:ica protectora !e (or!e y ense%#i!a !os partes !e resina fenica *er!e Gpara reenoH, antes !e esto se !e(e "o)ar a (ase !e a "+$#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 apica a presin "+: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 caor y se cooca #na resistencia y se *#e*e a a#"entar a presin 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 sae a pro(eta ista para #sar.
Foto 7. 5rensa i!r+#ica
Foto 1. Des(asta!ora M6tipe Str#ers
5ara e p#i!o fina se apica po*o !e a6"ina o s#spensin !e 4,41 "icras a #n pa>o con peo "e!iano. Se #tii-a #na p#i!ora !e pato %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"peto, !esp#/s !e &a(er ter"ina!o no !e(e *erse ni #na soa raya en e "ateria. Co"o #(ricante se #sa a6"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"pe, en a pri"era se i)a e "ateria #nifor"e"ente y &acia #n soo a!o, as' Foto 3. 5#i!ora !e pa>o Tr#ers &asta $#e soo se *ean as rayas !e a!o &acia e $#e i)a, !esp#/s se pasa a a si%#iente i)a pero con
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=
As' no"+s no se p#e!e o(ser*ar na!a en e "ateria por eso se proce!e a &acer #n ata$#e $#'"ico $#e re*ee as propie!a!es a anai-ar. En este p#nto a pro(eta es pana y est+ p#i!a, es #n espe)o. E ata$#e $#'"ico pon!r+ !e "anifiesto a estr#ct#ra !e "eta ya $#e atacar+ os (or!es !e os %ranos y afectar+ !e "anera !iferente a as !istintas fases presentes en e "eta. 5ara ca!a "eta y aeacin se #tii-a #n reacti*o !e ata$#e !iferente. En e caso !e acero e "+s #tii-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# (rio. 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"pe es #n trata"iento t/r"ico $#e consiste en enfriar "#y r+pi!a"ente, a "e-ca a#stenitica &o"o%/nea, $#e tene"os !esp#/s !e caentar e acero, con este enfria"iento r+pi!o se consi%#e #n a#"ento !e !#re-a, ya $#e e res#ta!o "icroscpico fina es #na "e-ca "artens'tica. La te"perat#ra !e te"pe 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 soo en e inter*ao !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-ca !e ferrita y ce"entito , por enci"a !e 314 %ra!os a *eoci!a! p#e!e ser "+s enta, pero no tanto $#e per"ita a precipitacin !e ferrita o a transfor"acin !e a#stenita en perita , por !e(a)o !e os =44 %ra!os co"ien-a a -ona !e esta(ii!a! !e a a#stenita , y e enfria"iento p#e!e *o*er a ser ento, y en e inter*ao !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 caenta"iento f#e a K34C 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"pe, os aceros s#een $#e!ar ataca!a con Nita, note e acero per!i !e"asia!o !#ros y fr+%ies para os #sos a os $#e to!o s# (rio. est+n !estina!os. Esto se corri%e con e proceso !e re*eni!o, este proceso consiste en caentar e acero a #na te"perat#ra "+s (a)a $#e s# te"perat#ra critica inferior, enfri+n!oo #e%o a aire. Los fines $#e se consi%#en con este trata"iento son os si%#ientes< Me)orar os efectos !e te"pe, e*an!o a acero a #n esta!o !e "'ni"a fra%ii!a!. Dis"in#ir as tensiones internas !e transfor"acin, $#e se ori%inan en e te"pe. Mo!ificar as caracter'sticas "ec+nicas, en as pie-as te"pa!as pro!#cien!o os si%#ientes Foto K. efectos< Microscopio !on!e se reai- a Dis"in#ir a resistencia a a rot#ra por traccin, o(ser*acin !e a e '"ite e+stico y a !#re-a. pro(eta. A#"entar as caracter'sticas !e !#ctii!a!? D. Tratamiento térmico aar%a"iento estriccin y as !e tenaci!a!? resiiencia. 5ara e acero 1234 se !eci!i &acer (onifica!o, Se La "is"a pie-a !e "ateria anterior se cooc en a"a as' a acero te"pa!o y #e%o re*eni!o. &orno a 344C y se !e) !#rante 21 "in, se retir •
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!e &orno y se !e) a enfria"iento por aire &asta $#e acan-ara a te"perat#ra a"(iente en este caso 21 "in. Fina"ente se reai- e an+isis "etao%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"posicin $#'"ica !e "ateria
rafica 2. Dia%ra"a TTT Acero 1234 C. Dureza
Car%a< 214 % Roce C Tie"po< 24s 5recar%a< 24% I!enta!or !e !ia"ante 223 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. Seccin trans*ersa
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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#sin.
Foto 27. M#estra ataca!a. K44 Foto 24. M#estra ataca!a. 244
(. Seccin on%it#!ina
Foto 22. M#estra ataca!a. ;44
En a foto 2= se p#e!e o(ser*ar $#e sin &a(er reai-a!o e ata$#e $#'"ico no se re*ean as propie!a!es $#e se $#ieren anai-ar, en a foto 24 ya f#e ataca!a a pro(eta y po!e"os *er con !etaes 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 perita, esto se o(ser*a con "e)or !etae a "e!i!a $#e se #sa "+s a#"ento en e "icroscopio. Ta"(i/n *i"os $#e &ay "ayor canti!a! !e perita $#e !e ferrita.
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Se !eter"in $#e e ta"a>o !e %rano es apro:i"a!a"ente K ASTM se%6n o esta(eci!o en a nor"a ASTM E0=1.
Foto 21. M#estra ataca!a. ;44
Foto 2=. M#estra sin atacar. 244
Foto 23. M#estra ataca!a. =44
Foto 21. M#estra ataca!a. 244
Foto 29. M#estra ataca!a. K44 Se p#e!e o(ser*ar a perita Gosc#raH y a ferrita GcaraH.
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K
. Análisis Térmico
La "artensita es a "icroestr#ct#ra "+s !#ra y resistente !e os, pero a a *e- "+s fr+%i. S# !#ctii!a! es pr+ctica"ente n#a. De &ec&o, a "artensita co"o ta es inser*i(e en a "ayor'a !e apicaciones. Se e apica #n trata"iento !e re*eni!o, caentan!o a te"p. Inferior a e#tectoi!e, transfor"+n!ose en part'c#as e:tre"a!a"ente pe$#e>as !e ce"entita !ispersas en #na "atri- !e ferrita. La estr#ct#ra es si"iar a a esferoi!ita, pero !e "enor ta"a>o. La *eoci!a! !e enfria"iento para e te"pa!o f#e in"e!iata G24 "inH esto para $#e no se for"aran otros fases !#rante e enfria"iento y soo se o(t#*iera "artensita. Foto ;4. Materia ataca!o. ;44 5ara re*eni!o se caent 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 "etao%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 perita a!e"+s !e $#e en a%#nas partes se *e a#stenita reteni!a Foto 2J. Materia ataca!o. 244
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V. CONCLUSIONES a estr#ct#ra !e os "ateriaes REALES, y por tanto, para acan-ar as propie!a!es re$#eri!as E acero 1234 tiene #na (#ena prof#n!i!a! !e penetracin !e en!#reci"iento por trata"iento VI.R EFERENCIAS t/r"ico. 2 &ttp<#s#arios.fceia.#nr.e!#.arPa!r#erASM8;4Metas Es #n acero !#ro !e (#ena resistencia y 8;4an!Boo8;4Vo#"e8;4=8;408;4eat 8;4Treatin%.p!f tenaci!a! a c#a$#ier te"perat#ra. ; &ttp<.#tp.e!#.coP!&"esap!fscaseJptt.p!f Los Dia%ra"as !e Fase representan esta!os y transfor"aciones en con!iciones !e e$#ii(rio, 7 &ttp<.esc#eain%.e!#.co#poa!sa(oratorios93=7Q"etao pero no aportan infor"acin so(re e tie"po %rafia.p!f necesario para acan-ar e e$#ii(rio. Las transfor"aciones !e fase, tanto en = &ttp<.(a!es"it&sfor#".co"in!e:.p&ps&otopicJ4=J con!iciones !e e$#ii(rio co"o f#era !e este, y os trata"ientos t/r"icos apica!os para 1 &ttps<ao)a"ientos.#*a.es%#iaQ!ocente#poa!s;42;=3J=191 92Doc#"ento9.p!f o%raras, son !eter"inantes en e !esarroo !e