Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Tratamientos Térmicos Informe 3 “Determinación de la temperatura de austenización”
Vásquez García Edgar Fernando Grupo: 01 Profesora: Ing. Sonia López Maldonado.
Objetivo: Determinar la temperatura de austenización para un acero 4140 Metodología i. ii. iii.
iv. v. vi. vii. viii. ix. x. xi. xii. xiii. xiv. xv.
xvi. xvii.
Calcular la temperatura de austenización para un acero 4140, con ayuda de la fórmula de Andrews correspondiente. Un juego de 6 probetas para impacto Charpy se introducirán en tres muflas a diferentes temperaturas. (ver tabla 1). Introducir rápidamente y dar un tiempo de permanencia a cada una de las probetas dentro de la mufla, antes de empezar a medir el tiempo correspondiente (30 min) Sacar las probetas correspondientes a las temperaturas de 700°C, 800°C y 900°C. Hacer el temple lo más rápido posible, agitando para evitar la burbuja de vapor dentro del liquido. Aumentar los 50°C a cada una de las muflas e introducir lo más rápidamente las probetas restantes. Después del tiempo estipulado, sacar las probetas y realizar el temple obligado. Aplicar el ensayo Charpy correspondiente. Dar lectura a la energía absorbida por cada una de las probetas. Anotar los resultados obtenidos. Comparar cada una de las fracturas con el patrón correspondiente. Discutir el tipo de fractura obtenida. Realizar la operación de desbaste siguiendo la secuencia de lijas 240, 320, 400 y 600. Posteriormente realizar el pulido en paño grueso y paño fino, utilizando el abrasivo correspondiente, (Alúmina Al 2O3). Realizar el ataque de la muestra con Nital 3, con ayuda de un algodón, cuidando el tiempo de ataque. Tomar dureza HRb y HRc según sea el caso que se requiera (por triplicado para trabajar con los resultados promedio). Registrar los datos obtenidos, analizar los mismos y concluir.
Tabla 1: Temperatura de cada una de las muestras, presentando una variación de +(-) X°C tomando como base la temperatura de austenización calculada.
Variación Temperatura 0 +50 +100 +150 -50 -100
Temperatura (°C) 800 850 900 950 750 700
Resultados Tabla 2: Resultados obtenidos de Fuerza, %Ductilidad, Dureza para cada una de las probetas de trabajo
Temperatura (°C) 25 (llegada) 700 730 800 850 900
Energía Absorbida (ft/lbs) 32.3 45 4.3
%Ductilidad
10
Dureza (promedio) HRC y HRB (según sea el caso) 88.17 (HRB) 88.83 (HRB) 50.33
2.4
30
60.67
3
50
62.33
2.2
20
64.33
950
3.1
60
64.66
85 70
Propiedades vs Temperatura 90 80 70 60 s e d50 a d e i p40 o r P
Energía Absorbida (ft/lbs) %Ductilidad Dureza (HRC)
30 20 10 0 0
200
400
600
800
1000
Temperatura (°C)
Gráfica 1: Propiedades vs Temperatura utilizando los puntos correspondientes a la probeta patrón a temperatura de 25°C.
Propiedades vs Temperatura 90 80 70 60 s e d50 a d e i p40 o r P
Energía Ansorbida (ft/lbs) %Ductilidad Dureza (HRC)
30 20 10 0 650
700
750
800
850
900
950
Temperatura (°C)
Gráfica 2: Propiedades vs Temperatura, omitiendo los puntos correspondientes a la temperatura de 25°C, para realizar el análisis pertinente y así determinar la temperatura de austenización. Nota: para el trazo de las gráficas anteriores no se consideró el valor de dureza correspondiente a la temperatura de llegada y 700°C debido a que tienen valor de HRB y la escala corresponde a una HRC.
Análisis de resultados Como sabemos este acero (4140) puede considerarse como un acero de mediano carbono, el cual se encuentra aleado con cromo y molibdeno, como observamos cuenta con una muy alta templabilidad. Realizando las comparaciones pertinentes para los resultados arrojados por cada una de las probetas utilizadas durante esta práctica, nos damos cuenta de que:
La energía absorbida por cada una de las probetas tiende a disminuir con forme se aumenta la temperatura de trabajo (ver gráfica 2). La dureza (HRC) aumenta proporcionalmente a la temperatura (ver gráfica 2) La ductilidad no posee una tendencia proporcional, esto debido a varios factores, por ejemplo, no se realizó el temple rápidamente, el acero de
llegada no era como se esperaba, o por una mala interpretación al comparar la fractura obtenida con el patrón de la misma (gráfica 2). Es importante mencionar que para el trazo de la curva correspondiente a la dureza (ver gráficas 1-2), no se consideraron los resultados arrojados para las probetas de llegada y a temperatura de 700°C debido a que los resultados se encontraban en HRB por tanto provocarían una variación en la interpretación de las gráficas. Así mismo para el trazo de la gráfica 2 se omitieron todos los resultados obtenidos para la probeta de llegada, simplemente para observar la tendencia de las curvas y ver de mejor manera la variación de los puntos arrojados. Entonces si el objetivo principal es determinar la temperatura de austenización para este acero, comparando cada una de las temperaturas trabajadas, con respaldo de la literatura la cual nos dice que la dureza para este acero a T ambiente es de 275-320 HB (29-34 HRC) y una reducción de área mínima del 50%, entonces al aplicarle un tratamiento de temple la dureza debe aumentar considerablemente y su área disminuirá, por tanto como se observar en la tabla 1 y gráfica 2, el resultado arrojado para la probeta trabajada a temperatura de 850°C tanto de dureza (62.33HRC), ductilidad (50%) y la energía absorbida durante el ensayo Charpy (3 ft/lbs), se encuentran en un punto máximo en la tendencia de los resultados obtenidos, y a partir de esto dicha tendencia disminuye al aumentar la temperatura de trabajo (%ductilidad y energía absorbida). Entonces las propiedades mecánicas del acero se ven afectadas por el cambio de temperatura de trabajo, y por la manera inadecuada en la en ocasiones se aplican los tratamientos térmicos.
Conclusiones La temperatura de austenización para el acero 4140 es la de 850°C, de acuerdo a los resultados obtenidos en los cuales nos damos cuenta que las propiedades del acero mejoraron considerablemente.
Bibliografía Andrews, K.W. Empirical Formulae for the Calculation of Some Transformation Temperatures Journal of the Iron and Steel Institute, 203, Part 7, 1965, p.p. 721727. Askeland, D.R., La ciencia y la ingeniería de los materiales , Iberoamérica, México, 1997, p.p. 108-109. http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%204140.pdf (consultado 13 septiembre 2012)
