Granulacion Hereditaria Del Acero

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULT ACULTAD DE D E INGENIERIA ING ENIERIA GEOLOGICA, GEOLOGICA , MINAS MINA S Y METALURGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA

TEMA ACERO

:

GRANULACION HEREDITARIA DEL

ASIGNATURA :

TRATAMIENTOS TERMICOS DE METALES

ESTU ESTUDIA DIANTE NTE

:

ROME ROMERO RO GARC GARCIA, IA, Jimmy Jimmy Octav Octavi i

CODIGO

:

!"!#$" SEMESTRE %$!& ' %

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PRACTICA " DETERMINACION DE LA GRANULACION HEREDITARIA HEREDITARIA DEL ACERO !( OBJE OBJETI TIVO VOS: S: •

•

•

Determ Dete rmin inac ació ión n del del crec crecim imie ient nto o de gran grano o here heredi dita tario rio de los los aceros al aumento de la temperatura. Determinación de la dureza y la resiliencia de probetas de acero (muelle, corrugado, liso, etc.), por medio del durefractómetro y durómetro de acuerdo al grano hereditario que posee cada una de ellas. Observar visualmente el tipo de microestructuras que poseen las diferentes diferentes probetas probetas utilizadas en la práctica.

%( MARCO MARCO TEORIC TEORICO: O:

TRAT TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO.

l estudio de los procesos de !ratamiento t"rmico del acero comenzó por D.#hernov de los puntos cr$ticos del acero en %&'&. l postulado de #her #herno nov v acer acerca ca de que las pro propied piedad ades es de los los acer ceros se determinan por la estructura y que esta depende de la temperatura de calentamiento y de la rapidez del enfriamiento, fue generalmente recon reconoci ocido do y durant durante e los deceni decenios os siguie siguiente ntes, s, los invest investiga igador dores es establecieron la relación entre la estructura y las condiciones de su formac formación ión (princ (principa ipalme lmente nte la temper temperatu atura ra de calent calentami amient ento o y la velo veloci cida dad d de enfr enfria iami mien ento to). ). n los los aos aos * y +* de este este sigl siglo o investigado investigadores res como el sovi"tico sovi"tico .teinber .teinberg, g, los norteameri norteamericanos canos -ell y ain y los alemanes /eber, 0annerman y sser, con sus numerosas y profundas investigaciones establecieron la cin"tica de las las tran transfo sform rmac acio ione ness del del acer acero o en sus sus dife difere rent ntes es comp compos osic icio ione ness qu$micas. 1ara el estudio de las transformaciones de fase del acero se utilizará el acero eutectoide es decir, aquel que tiene *,&2# y %**2 de perlita. Durante las transformaciones de fase del resto de los aceros, habrá que tener en cuenta la presencia de otros constituyentes estructurales como lo son la ferrita y la cementita. l comienzo de la transformación de 1erlita en 3ustenita solo puede efec efectu tuar arse se si el cale calent ntam amie ient nto o es muy muy lento lento n las las cond condic icio ione ness









grado de sobrecalentamiento en la austenita. l tiempo entre el inicio y 5nal 5nal de la tran ransfor sforma maci ció ón se deno denom mina ina de incu incuba baci ció ón. 4a tran transf sfor orma maci ción ón se cara caract cter eriz iza a por por la form formac ació ión n de aust austen enit ita a y la desaparición de la perlita. 1ara homogeneizar la composición qu$mica despu"s despu"s que ocurra la transform transformación ación es necesario necesario dar un tiempo de mante anten nimie imien nto para ara que media ediant nte e los los proc proces esos os dif difusiv usivos os la comp compos osic ició ión n en carb carbon ono o de la mism misma a sea sea la mism misma a en toda toda la austenita. !"ngase en cuenta que la austenita se origina de la ferrita que que tien tiene e *,* *,*2# 2# y de la ceme cement ntit ita a que que pres presen enta ta ','6 ','62# 2#.. 4a composición composición en carbono carbono de ambas ambas fases es muy dis$mil. ste tiempo de mantenimiento debe tenerse siempre en cuenta desde el punto de vista tecnológico. Cre Crecim cimient iento o del grano rano aust ustenít enític ico o: 7na vez 5nalizada la transformación de perlita en austenita se forma una gran cantidad de granos pequeos de austenita. l tamao de estos granos caracteriza la magnitud llamada grano inicial de la austenita. l calentamiento ulterior o el mantenimiento a la temperatura dada, una vez terminada la transforma transformación ción provoca provoca el crecimient crecimiento o de los granos de austenita. austenita. ste ste es un proc proces eso o que que se desar desarro roll lla a espo espont ntán ánea eame ment nte. e. n ese ese sentido se distinguen dos tipos de acero8  3ceros

de grano 5no hereditario (poco propensos al crecimiento).  3cero ero de grano grueso eso hereditario (muy propensos sos al crecimiento). e conoce como tratamiento t"rmico el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temp temper erat atur uras as de5n de5nid idas as,, mant manten eni" i"nd ndol olas as a esa esa temp temper erat atur ura a por por su5c su5cie ient nte e tiem tiempo po,, segui seguido do de un enfr enfria iami mien ento to a las las velo veloci cida dade dess adecuadas con el 5n de me9orar sus propiedades f$sicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. 4os materiales a los que se aplica el tratamiento t"rmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. !ambi"n se aplican tratamientos t"rmicos diversos a los sólidos cerámicos. l trat ratamiento t"rm "rmico en el material es uno de los pasos sos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. ste tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para









reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las las alea aleaci cion ones es no f"r f"rreas, eas, y ocur ocurrren dura durant nte e el proc proces eso o de cale calent ntam amie ient nto o y enfr enfria iami mien ento to de las las piez piezas as,, con con unas unas paut pautas as o tiempos establecidos. 1ara conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reci reciba ba un trat tratam amie ient nto o t"rm t"rmic ico o es reco recome mend ndab able le cont contar ar con con los los diagramas de cambio de fases como el de hierro;carbono. n este tipo de diagramas se especi5can las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. 4os 4os trat tratam amie ient ntos os t"rm t"rmic icos os han han adqu adquiri irido do gran gran impo import rtan anci cia a en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. 4os principales tratamientos t"rmicos son8  T)m*+): u 5nalidad es aumentar la dureza y la resistencia del

acer acero o. 1ara ara ello ello,, se cali calien enta ta el acer acero o a una una temp temper erat atur ura a ligeramente más elevada que la cr$tica superior 3c (entre <**; <=* >#) y se enfr$a luego más o menos rápidamente (seg:n caracter$sticas de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc"tera.  R)v)i-: ólo ólo se aplica aplica a acero aceross previ previame amente nte templa templados dos,, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando part parte e de la dur dureza eza y aume aument ntar ar la tena tenaci cida dad. d. l reven evenid ido o cons consig igue ue dism dismin inui uirr la dur dureza eza y resis esiste tenc ncia ia de los los acer aceros os templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se me9ora la tenacidad, de9ando al acero con la dureza o resistencia deseada. e distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura má?ima y velocidad de enfriamiento.  R)cci-: #onsiste básicamente en un calentamiento hasta temp temper erat atur ura a de auste austeni niza zaci ción ón (&** (&**;< ;<= = >#) >#) segu seguido ido de un enfriamiento lento. #on este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. !ambi"n facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, a5nar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el traba9o en fr$o y las tensiones internas.  N.ma+i/a-: !iene por ob9eto de9ar un material en estado norm normal al,, es deci decir, r, ausen ausenci cia a de tensi tension ones es inte intern rnas as y con con una una dist distri ribu bució ción n unif unifor orme me del del carb carbon ono. o. e suel suele e empl emplea earr como como









l tamao tamao de grano grano tiene un notable notable efecto en las propiedades propiedades mecánicas mecánicas del del meta metal. l. 4os efec efecto toss del del crec crecim imie ient nto o de gran grano o prov provoc ocad ados os por por el trat tratam amie ient nto o t"r t"rmico mico son son fáci fácilm lmen ente te pred predec ecibl ibles es.. 4a temperatura temperatura,, los elementos aleantes y el tiempo tiempo de de impregnación t"rmica afectan el tamao del grano. n metales metales,, por lo general, es preferible un tamao de grano pequeo que uno grande. 4os metales de grano pequeo tienen mayor resistencia resistencia a a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, as$ como tambi"n son menos susceptibles al agrietamiento. l grano 5no es me9or para herramientas herramientas y dados. in embargo, en los aceros el grano grueso incr increm emen enta ta la endu endurrecib ecibil ilida idad, d, la cual cual es dese deseab able le a menu menudo do para para la carburización y tambi"n para el acero que se someterá a largos procesos procesos de de traba9o traba9o en en fr$o. !odos !odos los metales e?perimentan e?perimentan crecimiento de grano a altas temperaturas. in embargo, e?isten algunos aceros que pueden alcanzar temperaturas rela elativa ivamente nte alta ltas (alre lrededo dedorr de %&** %&** @ o <& <& #) con muy poco poco crecimiento de grano, pero conforme aumenta la temperatura, e?iste un rápido crecimiento de grano. stos aceros se conocen como aceros de grano 5no. n un mismo acero puede producirse una gama amplia de tamaos de grano.

!ARIACION DEL TAMAÑO DE RANO DE"#$E" DE $NTRATAMIENTO TERMICO

7na de las variables de comportamiento mecánico de los aceros, es el tamao de grano de que están compuestos, pre5ri"ndose para traba9os de alta calidad y e?celente acabado super5cial al corte, además resistencia a la fatiga, los aceros de grano 5no, de9ando los aceros de grano grueso para aplicaciones más burdas. l tamao de grano de los l os aceros depende en gran medida de los niveles de temperatura alcanzados durante la austenización, y en menor medida del tiempo en que han estado sometidos a altas temperaturas. temperaturas. 4os primeros granos de austenita se forman en "l l$mite entre la ferrita y la cementita, constituyendo estructuras de perlita. #omo este l$mite es muy rami rami5c 5cad ado o (% cm+ de perlit perlita) a),, la transf transfor orma mació ción n comien comienza za formá formándos ndose e muchos pequeos granos, cuando termina la transformación de perlita y austenita, se forman una gran cantidad de pequeos granos de austenita. l









l manten ntenim imie ient nto o a la tem temper peratura ura dada, da, una vez ter termina inada la transformación, provoca el crecimiento de granos de austenita. e distinguen dos tipos de acero8 ;

l de grano 5no hereditario.; hereditario.; s poco propenso al crecimiento del grano, el paso del punto cr$tico 3 % va acompaado por una brusca disminución de grano. i se sigue calentando, el grano de la austenita, en el acero de grano 5no, no crece hasta los <=* A %*** >#, despu"s de lo cual se eliminan los factor factores es del del cual cual impide impiden n el creci crecimie miento nto y el grano grano comien comienza za a crece crecerr rápidamente.

;

l de grano grano grueso grueso heredita hereditario. rio.;; s muy propenso propenso al crecim crecimiento iento del gran grano, o, en este este caso caso nada nada impi impide de su crec crecim imie ient nto, o, el cual cual comi comien enza za inmediatamente inmediatamente despu"s de pasar el punto cr$tico. 1or BC3743#EF 0CDE!3CE3, debe entenderse la tendencia del grano austenitico al crecimientoG y al tamao del grano obtenido en el acero como resultado de un tratamiento t"rmico determinado se llamaBC3O C34. e pueden distinguir tres tipos de granos en los aceros8 aceros8

%)

l grano grano inicial inicial o tamao tamao de grano grano de la austen austenita ita,, en el instan instante te que termina la transformación perlitico A 3ustenitica.

)

l grano grano hereditario hereditario (natural) (natural) o tendencias tendencias de de los granos de la austenita al crecimiento.

+)

l grano grano real real o tama tamao o del grano grano de la austen austenita ita en unas unas condicio condicione ness concretas y dadas. 4as 4as dimen dimensi sion ones es de los los gran granos os de perl perlit ita, a, depe depend nden en (al (al igua iguald ldad ad de temperaturas de transformación austenico A perlitica), del tamao de los granos de austenita, tanto mayor es, por regla general, el tamao del grano de la perlita de aquellos se forman. 4os granos de austenita solo crecen durante el calentamiento (durante el enfriamiento siguiente no disminuye su tamao), por esto la temperatura má?ima de calentamiento del acero en estado austen$tico y de granulación hereditaria determinan el tamao de5nitivo del grano. #omo se muestra en la 5gura siguiente, el tamao del grano de perlita es igual que el tamao de grano de la austenita inicial, lo cual no es tan











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.

a)

Brano grueso de austenita austenita originado por el el calentamiento calentamiento (hasta alta temperatura temperatura %+** >#). b) Brano grueso de la austenita despu"s del calentamiento calentamiento secundario (hasta <** >#)G el calentamiento por encima del punto cr$tico no produce disminución del grano. i la estruc tructu turra inic inicia iall del del acero ero es martens ensitic itica a o bain bainit itic ica a, la transformación de estas estructuras en austenita va acompaada del a5no del grano de la austenita, como se ve en las 5guras anteriores, es decir que antes de la transformación austenitica HI martensitica o austenitica HI bainitica, adquiere el tamao que ten$a antes.









E%$I#O": • • • • •

Durómetro smeril fragua Durefractómetro Jernier digital

MATERIALE" $TILI&ADO": • • • •

1robetas de acero liso 1robeta de acero corrugado 1robeta de muelle carbón

1( PROCEDIM PROCEDIMIENTO IENTO E2PERIMEN E2PERIMENT TAL(

a) 4as probetas probetas de %+ cm de longitud longitud previamen previamente te preparada preparadass con antici anticipac pación ión para para e?per e?perime imento nto son limpia limpiada dass y esmeri esmerilad ladas as hast hasta a busc buscar ar una una supe super5 r5ci cie e relat elativ ivam amen ente te plan plana a para para el e?perimento. b) 1rim rimeramente se coloca la probeta de acero liso en el durómetro, para luego pasar a la prueba en el durefractómetro, el cual el martillo debe alcanzar una altura adecuada. c) e retira retira la probe probeta ta del durefr durefract actóme ómetr tro o para medir el ori5cio ori5cio de9ado por el equipo luego se observa y eval:a los efectos ocasionados en ella. d) e efec efect: t:a a la mism misma a acci acció ón para ara las las dos prob probet eta as (acer acero o corrugado y acero de muelle). e) eguid eguidame amente nte se coloca coloca nuevame nuevamente nte el acero acero liso, liso, pero pero ahora ahora en el durómetro de  a + mm de la zona de arrastre del equipo mecá mecáni nico co,, se colo coloca ca el mart martill illo o a una una altu altura ra de <* grad grados os apro?imadamente, se suelta el martillo logrando romper una sección de la probeta, se observa hasta que ángulo má?imo









esa temperatura sacamos las probetas y de9amos enfriarlas a temperatura ambiente. 'I.) 9) Cealizamos Cealizamos los pasos (e, f, g, h). K) Entr Entro oduci ducim mos en la frag ragua y cale calent ntam amo os nuev uevamen amente te las las prob probet etas as hasta hasta alca alcanz nzar ar una una temp tempera eratu tura ra de %** %** grad grados os apr apro?ima ?imada dame ment nte, e, una una vez vez alca alcanz nzad ado o esta esta temp temper erat atur ura a sacamos estas y de9amos enfriar a temperatura ambiente. l) Cealiza ealizamos mos los los pasos pasos (e, (e, f, g, g, h) nuev nuevame amente nte..

'I.( #( ANALISIS ANALISIS DE DA DATOS( DURE3A: ACERO DE MUELLE: MUELLE: •

Diámetro de huella H+.6m S=

πD

2

4

Dure*a +g,mm) -giaru/ 2

S=

π ( 3.27 ) 4

P

=8.40 mm 2

'I.)









Diámetro de huella HL.' mm

•

S=

πD

2

4


S=

π ( 4.26 mm )

B=

B=

4

=14.25 mm 2

P S ( mm 2 ) 34.5 kg 14.25 mm 2

=2.42

kg ( gibaru ) mm 2

ACERO LISO: •

Diámetro de huella H +.'= mm S=

πD

2

4


S=

B=

π ( 3.65 mm ) 4

P S ( mm 2 )

=10.46 mm 2









<*> ; ='> H +L> absorbidos absorbidos dimensiones de fractura H 4 H %+.+, %+.+, 3% H +%.<*, +%.<*, 3 H <.<*mm

• •

0allando mediante la regla de tres8 X =

34 ° x 0.15 m 10 °

S=

31.90

=0.51 m

+9.90

2

x 13.23= 276.51 mm

Resiliencia R=

W S ( cm 2 )

Donde W = PxH W = 34.5 x 0.51

Etc)4:

R=

0 1 (2.34 +g.m

17595 kg.mm 276.51

( mm 2 )

=63.63 kg / mm

ACERO CORRUGADO: CORRUGADO: •

• •

4ectura 5nal <>, fractura astillosa ligeramente liger amente tenaz porque ya perdió sus propiedades. <*> ; <> H '%> absorbidos absorbidos Diámetro de fractura H %*.6=mm

0allando mediante la regla de tres8











S ae!o o!!"#ado =

S=

πD

2

4

2


S=

π ( 10.75 mm ) 4

" acero corrugado1 74.23mm) Etc)4:

R=

31395 kg.mm 90.76

( mm 2 )

=345.91 kg / mm

ACERO LISO: •

• •

4ectura 5nal '>, fractura astillosa ligeramente liger amente tenaz porque ya perdió sus propiedades. <*> ; '> H &> absorbidos absorbidos Diámetro de fractura H <.*&mm

0allando mediante la regla de tres8









" acero liso1 36.28mm) Etc)4:

R=

14490 kg.mm 64.75

( mm 2 )

=223.78 kg / mm

CALENTAMIENTO A 5#$6C ACERO PARA PARA MUELLE:

4ectura 5nal &'>, fractura astillosa ligeramente liger amente tenaz porque ya perdió sus propiedades. <*> ; &'> &'> H L> absorbidos dimensiones de fractura H 4 H +&.6L, +&.6L, 3 H =.LLmm =.LLmm

•

• •


4 ° x 0.15 m 10 °

= 0.06 m

S =38.74 x 5.44 =210.75 mm

Resiliencia R=

W S ( cm 2 )









Resiliencia R=

W S ( cm 2 )

Donde W = PxH W = 34.5 x 0.$9 .$9 0 1 (4+g.m


S=

πD

2

4

2


S=

π ( 9.77 mm ) 4

" acero corrugado1 26.72mm) Etc)4: ACERO LISO:

R=

10000 kg.mm 74.97

( mm 2 )

=133.39 kg / mm









S=

S ae!o %&'o =

πD

2

4

2

S ae!o %&'o =

S=

π ( 8.45 mm ) 4

" acero liso1 83mm) Etc)4:

R=

20182.5 kg.mm 56

( mm 2 )

=360.40 kg / mm

CALENTAMIENTO A !%$$6C ACERO PARA PARA MUELLE: •

• •

4ectura 5nal &'>, fractura astillosa ligeramente liger amente tenaz porque ya perdió sus propiedades. <*> ; &'> &'> H L> absorbidos dimensiones de fractura H 4 H =.+, =.+, 3 H L.=mm L.=mm


4 ° x 0.15 m 10 °

= 0.06 m









•

• •

4ectura 5nal ''>, fractura astillosa ligeramente liger amente tenaz porque ya perdió sus propiedades. <*> ; ''> H L> absorbidos absorbidos Diámetro de fractura H <.6'mm


24 ° x 0.15 m 10 °

=0.36 m

Resiliencia R=

W S ( cm 2 )

Donde W = PxH W = 34.5 x 0.3( 0 1 ().6)+g.m

S=


πD

2

4

2


S=

π ( 9.76 mm ) 4











Resiliencia R=

W S ( cm 2 )

Donde W = PxH W = 34.5 x 0.9$0 1 5(.26+g.m S ae!o %&'o =

S=

πD

2

4

2

S ae!o %&'o =

S=

π ( 8.49 mm ) 4









'I.) 'I.8 •

'I.6

l acero corrugado con fractura con deformación de este sigue mant manten enie iend ndo o las las prop propie ieda dade dess pero pero la micr microe oest stru ruct ctur ura a creo creo moderadamente al calentarlo a <=*>c, en cambio al calentarlo por encima de %**>c esta empieza a recristalizar nuevamente. 3 continuación se observa esta en las 'I: 3.









<( DISC DISCUS USIO IONE NES( S(

•

4os acero eros que poseen una micro croestr structura de grano hereditario grande son aquellos los que crecen las con la temperatura. l muelle muelle posee posee una una micro microestr estruct uctura ura astill astillosa osa propi propia a de los metales con buenas propiedades plásticas y buena tenacidad. 'I.9.









'I.(4 =( BI BIBL BLIO IOGR GRAF AFIA( IA(

 Diagrama de fases del acero >art$culo en internet), (e?tra$do el

*' de nero del *%6) Disponible8 http8MMNNN.uam.esMdocenciaMlabvfmatMlab http8MMNNN .uam.esMdocenciaMlabvfmatMlabvfmatMpracticasMpracti vfmatMpracticasMpracti

Granulacion Hereditaria Del Acero

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