ENSA EN SAYYO JOMI JOMINY NY Profesora Balbina Ojeda Ramírez Departamento de Ingeniería Metalúrgica
Tratamientos Térmicos
Aguirre Henonet León Fragoso Martínez Grecia Naomi Guerrero Medina Gerardo Hernández Ávila Efraín Eduardo Miranda Cordero Aída
TABLA DE CONTENIDO 1. Introducción 2. Dureza y templabilidad 3. Curvas Jominy
4. Bandas de templabilidad 5. Determinación de la curva Jominy en función de la composición y el tamaño de grano 6. Determinación del diámetro crítico ideal de un acero por medio del ensayo ens ayo Jominy Jominy 7. Un procedimiento para determinar la penetración de temple en los redondos de acero con ayuda de las curvas cur vas Jominy 8. Importancia del grado de agitación del medio de enfriamiento 9. Determinación de las durezas y resistencias en los redondos de acero después del temple y revenido 10. Determinación por medio del ensayo Jominy Jominy de las temperaturas de transformación t ransformación de los aceros en el enfriamiento continuo
TABLA DE CONTENIDO 1. Introducción 2. Dureza y templabilidad 3. Curvas Jominy
4. Bandas de templabilidad 5. Determinación de la curva Jominy en función de la composición y el tamaño de grano 6. Determinación del diámetro crítico ideal de un acero por medio del ensayo ens ayo Jominy Jominy 7. Un procedimiento para determinar la penetración de temple en los redondos de acero con ayuda de las curvas cur vas Jominy 8. Importancia del grado de agitación del medio de enfriamiento 9. Determinación de las durezas y resistencias en los redondos de acero después del temple y revenido 10. Determinación por medio del ensayo Jominy Jominy de las temperaturas de transformación t ransformación de los aceros en el enfriamiento continuo
GENERALIDADES 1940 Composiciones
Perfiles
químicas
numerosos
Ensayos Parámetros
Templabilidad, Templabilidad,
tamaño de grano
CARACTERÍSTICAS Velocidad
crítica
Elementos
aleantes
Medios
de temple
Propiedades
mecánicas
Microestructura Dureza Figura 1. Probeta de acero para ensayo Jominy.
Aceros con menos de 0.6% de carbono 25
mm diámetro
100
mm longitud
Agua
20 a 25°C
Perfiles Evitar
28 mm (espesor)
capas descarburadas (viruta de carbono)
Normalizado 5
segundos
Metodología Agua – 10 Velocidad Corte
minutos
333°/s – 2.2°/s
long. 05mm
Temperatura – 100°C Dureza: Altura
1/16 in
2.5 in Figura 2. Esquema de un ensayo Jominy, se muestra el
Aceros Baja
templabilidad – L Disminución menos brusca
Figura 3. Imagen real de un ensayo Jominy.
Resistencia a la penetración que opone el material. á = %
Y = (% . , ñ )
Capacidad de endurecimiento de un acero por la formación de martensita y de penetración de dicha transformación. Profundidad y distribución de la dureza en la pieza. •
Depende de
•
Composición química (elementos de aleación) Tamaño de grano austenítico
Conocimiento de propiedades de los después del temple. Ordenadas: generalmente HRC
las aceros Dureza,
Abscisas: Distancia al extremo templado de la probeta (Distancia Jominy) Figura 4. Curva Jominy, Dureza Rockwell C en función de
1. DUREZA MÁXIMA Función del contenido de carbono.
Se encuentra en el extremo de la probeta en contacto con el agua.
Figura 5. Curvas Jominy de varios aceros de 0.40 % C y diferentes elementos de aleación
2. ELEMENTOS DE ALEACIÓN Durezas elevadas aun a bajas velocidad de enfriamiento Curvas ”S”
o TTT
Velocidad crítica de enfriamiento Figura 6. Curva “S” o TTT para un acero al carbono.
Obstrucción o barrera en la difusión del carbono
Disminución de la rapidez crítica de enfriamiento Figura 7. Diagramas TTT para dos aceros con 0.35% C, el de la izquierda presenta 0.37% Mn y el de la derecha 1.85% Mn.
Composiciones no químicas no fijas (Rangos)
Durezas variables
Curvas Jominy máximas y mínimas para cada clasificación de aceros
Extremo en contacto con el agua: Dureza máxima (Mayor cantidad de martensita) Rapidez de enfriamiento aumenta al disminuir la distancia Jominy
Eje de velocidad de enfriamiento Curvas de templabilidad para cinco diferentes aceros aleados que contienen 0.4 %C. Las composiciones aproximadas (% en peso) son: •
•
•
Figura 8. Distancia al extremo templado (Distancia Jominy)
4340- 1.85 Ni; 0.80 Cr; 0.25 Mo 4140- 1.0 Cr; 0.20 Mo 8640- 0.55 Ni; 0.50 Cr; 0.20 Mo
•
5140- 0.85 Cr
•
1040 es un acero al carbono.
Figura 9. Bandas de templabilidad de dos aceros al manganeso y dos aceros cromo-
DETERMINACIÓN DE LA CURVA JOMINY EN FUNCIÓN DE LA COMPOSICIÓN Y DEL TAMAÑO DE GRANO Método de Grossmann (1942)
Determinar
la templabilidad base de los
aceros
Buenos
resultados para aceros ordinarios y de baja aleación con contenido de carbono de 0.3 a 0.5%
Resultados poco exactos para aceros de alto C y de alta templabilidad Durezas muy elevadas para aceros de 0.2 a 0.3% de carbono.
-Con base en este trabajo se han desarrollado diversos métodos donde siempre se empieza por determinar el diámetro crítico.
El diámetro de una barra templada en un medio dado que presenta un núcleo no endurecido después del temple, se conoce como diámetro crítico.
La dureza que separa un núcleo endurecido de otro no endurecido de una barra está asociada con una microestructura que contiene sólo 50% de Martensita.
¿POR QUÉ 50% M? Zona
de transición de durezas
Cambios
en el tipo de fracturas
Diferencias
sumamente claras en el
ataque
Figura 10. Transición de una microestructura martensítica a perlítica entre zonas endurecidas y no endurecidas de un acero templado.
MÉTODO PRÁCTICO DE FIELD (EJEMPLO) La composición del acero cuya curva Jominy se quiere determinar es la siguiente:
C = 0.40% Ni = 0.50%
Mn = 0.80% Cr = 0.50%
Tamaño de grano = 7
Si = 0.25% Mo = 0.25%
En la tabla – se halla la templabilidad base base correspondiente a 0.40% de C y tamaño de grano 7 y los factores de multiplicación para los diversos elementos de aleación Tabla 1. Determinación del diámetro crítico ideal y la dureza alcanzada en la probeta Jominy a 1/16´´ de la base
C
Tamaño de grano
%
#5
#6
#7
#8
Mn
Si
Ni
Cr
Mo
HRC (1/16’’)
0.25
0.198
0.182
0.1678
0.156
1.833
1.175
1.091
1.54
1.75
47.5
0.40
0.2492
0.23
0.213
0.1976
2.333
1.28
1.146
1.864
2.2
56.0
0.50
0.28
0.258
0.238
0.22
2.667
1.350
1.182
2.08
62.0
0.80
0.356
0.326
0.303
0.278
3.667
1.560
1.291
2.728
%Mo*3 +1
= 0.213 ∗ 3.667 ∗ 1.175 ∗ 1.182 ∗ 2.080 ∗ 1.750 = .
65.0
La dureza que se obtiene a 1/16´´ de la base de la probeta Jominy templada es de 56 Rockwell-C.
Utilizando la tabla 2, a partir del diámetro ideal, se hallan los factores para cada punto de la probeta Jominy.
La dureza correspondiente a los diversos puntos, se halla dividiendo la dureza inicial que se obtiene en la base (56HRC) por el factor correspondiente a cada punto.
Tabla 2. Determinación de factores y durezas para las distintas distancias Jominy
Distancia a la base templada (in) 1/16
1/4
1/2
3/4
1
1 1/4
1 1/2
1 3/4
2
1.73
1.82
1.895
1.94
32.5
31
29.5
29
Factores 1
1.022
0.202
1.397
1.59 Durezas
56
55
46.5
40
35.5
El
procedimiento que se acaba de describir, ofrece una idea muy aproximada de la templabilidad de los aceros pero no es rigurosamente exacto.
Las
discrepancias entre estos resultados y los obtenidos experimentalmente, provienen del efecto multiplicador de cada elemento aleante, pues estos son fijos e independientes del contenido de otro elementos de aleación, por lo tanto, no es constante este factor de multiplicación para las diversas combinaciones de composición.
DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO CRÍTICO DE UN ACERO POR MEDIO DEL ENSAYO JOMINY
Hallar la dureza correspondiente al 50% de martensita en función del cotenido de Carbono (figura 11)
Con ayuda de la gráfica de la figura 12, hallaremos el diámetro crítico.
Figura 11. Promedio de durezas obtenidas en a ceros al carbono después del temple en
Figura 12. Diámetro crítico en función de l a distancia Jominy cuya
función del contenido de carbono y según el porcentaje de martensita obtenida.
estructura posee 50%M
Determinar en la curva Jominy la distancia a la que se ha
UN PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA PENETRACIÓN DE TEMPLE EN LOS REDONDOS DE ACERO CON AYUDA DE LAS CURVAS JOMINY
Es posible determinar con aproximación, la dureza que se consigue en el interior de probetas de aceros templados relacionado los resultados del ensayo Jominy y diversos estudios.
La dureza y las propiedades físicas con las que queda un acero después del temple efectuado en condiciones normales, está función del proceso de enfriamiento.
Si se conoce la dureza que adquiere un acero después del temple, se conocerá también la de cualquier pieza del mismo acero que haya sido enfriado de manera análoga
Han surgido investigadores que este problema, discrepancias
entre estudian ciertas
Teoría de Grossmann: El tiempo que tarda en descender la temperatura del acero desde la del temple, hasta una temperatura media, es constante.
Teoría de Jominy: La velocidad de enfriamiento al llegar a los 704°C es la misma
Aunque los resultados que se obtienen empleando ambos métodos se aproximan a los que se obtienen experimentalmente, no son rigurosamente exactas.
Teoría de Grossmann funciona para redondos menores de 30 mm de diámetro. Teoría de Jominy son más exactas para redondos de 30 a 15 mm de diámetro.
IMPORTANCIA DEL GRADO DE AGITACIÓN DEL MEDIO DE ENFRIAMIENTO
Esquema del proceso de enfriamiento
GRADO DE SEVERIDAD O VALOR DE “H” DE GROSSMANN =
2
Donde: M= Valor promedio del coeficiente de conductividad térmica de la intercara K= conductividad térmica del acero
El grado de agitación tiene influencia en las velocidades de enfriamiento
DETERMINACIÓN DE LAS DUREZAS Y RESISTENCIAS EN LAS PIEZAS REDONDAS DE LOS ACEROS DESPUÉS DEL TEMPLE Y REVENIDO
Una
característica muy importante del ensayo Jominy es que cada posición de la probeta corresponde a una velocidad de enfriamiento conocida.
Es
la velocidad de enfriamiento el parámetro que determina la cantidad de martensita y, por lo tanto, el grado de dureza.
Por
lo tanto, si se conocen las velocidades de enfriamiento en función de la posición en varias geometrías, es posible usar las curvas Jominy para graficar perfiles de dureza en el elemento en cuestión
Temple
Revenido
DETERMINACIÓN POR MEDIO DEL ENSAYO JOMINY DE LAS TEMPERATURAS DE TRANSFORMACIÓN EN LOS ACEROS EN EL ENFRIAMIENTO CONTINUO
CON MUCHO ESFUERZO, PACIENCIA, SUDOR Y LÁGRIMAS…
