METALÚRGICA FISICA II - 2017
Ing. Germán Rodríguez
CAPÍTULO I: Exploración del Campo de Estudio
1. Resumen En el presente trabajo se realizará el estudio de la templabilidad de una barra de acero a partir de una gráfica de dureza v/s distancia. La gráfica se obtiene a partir de una experiencia realizada en los laboratorios de la escuela de Ingeniería Metalúrgica, donde una barra de acero se calienta a la temperatura de austenización en un horno, y se somete a un temple en solo uno de sus extremos, mediante un chorro de agua. Luego se obtienen los datos de dureza y distancia de medición, y se realiza el gráfico correspondiente. Después de un análisis, se puede decir que la barra de acero analizada presenta una baja templabilidad, lo que se observa a partir de la forma de la curva del gráfico. Esto significa que su velocidad de templado es baja. De esta forma, es posible decir que este análisis es una buena forma de representar al material a partir de sus características de endurecimiento. Así, se puede tener una aproximación para comparar entre tipos de aceros cual es el que cumple las características deseadas (mayor o menor velocidad de temple).
2. Objetivos
Este informe tiene como objetivo darnos a conocer todo sobre el ensayo Jominy. Identificar qué relación existe entre las mediciones de los ensayos de dureza con respecto a las velocidades de enfriamiento para el acero SAE 1045 que es el que utilizamos en la prueba experimental desarrollada en los laboratorios de la escuela de Ingeniería Metalúrgica.
Hablarnos sobre su importancia y su innovación en los tratamientos térmicos.
Las ventajas y desventajas que nos ofrece.
Determinar la dureza de la barra y como es que está distribuida y en qué zona es más dura.
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3. Introducción
La capacidad de un acero aleado para transformarse en martensita durante un determinado temple depende de la composición química y está relacionada con un parámetro denominado templabilidad. Todos los aceros aleados tienen una relación específica entre las propiedades mecánicas y la velocidad de enfriamiento. "Templabilidad" es un término utilizado para describir la aptitud de una aleación para endurecerse por formación de martensita, como consecuencia de un tratamiento térmico. Templabilidad no es dureza, que significa resistencia a la penetración, aunque se utilizan medidas de dureza para determinar la extensión de la transformación martensítica en el interior de una probeta. Un acero aleado de alta templabilidad es aquel que endurece, o forma martensita, no sólo en la superficie sino también en su interior, es decir, la templabilidad es una medida de la profundidad a la cual una aleación específica puede endurecerse. TEMPLABILIDAD La templabilidad viene definida por la curva TTT y la penetración del temple por la interacción de esa curva con las de enfriamiento. Por tanto, si se comparan entre sí los resultados de templar una pieza de un mismo tamaño empleando igual severidad de enfriamiento, el resultado del temple dependerá exclusivamente del acero. En ello se fundamenta el ensayo Jominy.
Figura 1: Probeta de ensayo Jominy
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CAPITULO II: Marco Teórico
1. Antecedentes En un comienzo el ensayo fue creado para los aceros cementados y templados. El ensayo jominy tiene su importancia porque ha servido para aclarar algunas dudas que existía sobre la utilidad de determinados elementos de aleación sobre la eficacia de ciertas combinaciones de elementos aleados. Estudios últimos, no solamente se controlaba la composición química, sino que los c omerciantes preferían controles, tales, como la dureza, la templabilidad, etc. El ensayo Jominy ha permitido conocer rápidamente ciertas propiedades de los aceros, sirviera para fijar condiciones de recepción para el consumidor.
2. Marco Conceptual
Ensayo Jominy o
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o
o
Se trata de templar una probeta estandarizada del acero estudiado. Primero se calienta a la temperatura de austenización, enfriándola posteriormente mediante un chorro de agua con una velocidad de flujo y a una temperatura especificada, el cual sólo enfría su cara inferior. Dicha cara actúa como superficie templante y enfría la probeta de forma longitudinal hacia su extremo superior sólo por conducción, apareciendo un gradiente de velocidades de enfriamiento desde la máxima velocidad en el extremo templado (inferior), a la mínima en el extremo superior. Una vez que la probeta se ha enfriado a temperatura ambiente, se desbasta una tira de 0,4 milímetros de espesor y se determina la dureza a lo largo de los 50 mm primeros de la probeta. En los primeros 12,5 mm las lecturas de dureza se toman a intervalos de 1,6 mm y en los 37,5 mm siguientes cada 3,2 mm. Después se traza una curva de templabilidad representando los valores de dureza en función de la distancia al extremo templado. Este ensayo adoptado por la S.A.E. y la A.I.S.I. permite determinar características de suma importancia, sobre todo en estos momentos, en que se exige mayor justeza en la fijación de los límites entre las que varían las propiedades de los aceros normalizados. Mediante su empleo se puede conocer, con mucha aproximación, la dureza máxima y mínima que alcanzar· un determinado tipo de aceros con tratamientos adecuados, la templabilidad, la influencia de los elementos de aleación según su porcentaje, los posibles resultados con distintos medios refrigerantes, etc. 3
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Templabilidad:
La capacidad de un acero aleado para transformarse en martensita durante un determinado temple depende de la composición química y está relacionada con un parámetro denominado templabilidad. Todos los aceros aleados tienen una relación específica entre las propiedades mecánicas y la velocidad de enfriamiento. "Templabilidad" es un término utilizado para describir la aptitud de una aleación para endurecerse por formación de martensita, como consecuencia de un tratamiento térmico. Templabilidad no es dureza, que significa resistencia a la penetración, aunque se utilizan medidas de dureza para determinar la extensión de la transformación martensítica en el interior de una probeta. Un acero aleado de alta templabilidad es aquel que endurece, o forma martensita, no sólo en la superficie sino también en su interior, es decir, la templabilidad es una medida de la profundidad a la cual una aleación específica puede endurecerse. TEMPLABILIDAD La templabilidad viene definida por la curva TTT y la penetración del temple por la interacción de esa curva con las de enfriamiento. Por tanto, si se comparan entre sí los resultados de templar una pieza de un mismo tamaño empleando igual severidad de enfriamiento, el resultado del temple dependerá exclusivamente del acero. En ello se fundamenta el ensayo Jominy.
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CAPITULO III: Investigación y Pruebas Experimentales
Materiales
Probeta de acero 1045
Pedazo de metal para soldar a la probeta
Agua
Manguera
Baldes
Pinzas
Guantes y lentes de seguridad.
Equipos
Horno
Aparato de enfriamiento (aparato jominy)
Cortadora
Soldadora
Durómetro
Para la realización del ensayo Jominy se utiliza una probeta cilíndrica de 25 mm de diámetro y 100 mm de longitud del material a ensayar. El ensayo consiste en realizar el templado de la probeta según un proceso definido. El estudio de los resultados permite definir el comportamiento del material ante el tratamiento de temple. Veamos ahora cómo se realiza el ensayo Jominy. 5
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CAPITULO IV: ANÁLISIS DE RESULTADOS
Primero cortamos la barra de acero 1045 a las medidas indicadas para realizar el ensayo Jominy.
Luego llenamos la caja de tratamientos térmicos con carbón mineral que sacamos de Fundición Unsa.
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De ahí soldamos la probeta a un pedazo de metal el cual sirvió como soporte de la probeta al ponerla en el aparato de enfriamiento. Después de esto y de meter la probeta en la caja junto al carbón, la llevamos al horno para calentarla hasta la temperatura de austenización.
Al alcanzar dicha temperatura alrededor de 1 horas después, sacamos las probetas y rápidamente las pusimos en el aparato de enfriamiento.
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Y ni bien encajábamos la probeta en el aparato, se abrió la llave del agua, la cual alimentaba a la máquina que botaba un chorro de agua que incidía en la probeta por abajo y la iba enfriando, esto duro unos 10 min aproximadamente.
Finalmente, después de enfriarla con el chorro de agua, la enfriamos totalmente en un balde con agua, sin peligro de alterar la estructura final.
Ensayos de Dureza
Para los ensayos de dureza recurrimos al durómetro el cual es un aparato electrónico diseñado para calcular la dureza de una probeta de cualquier tipo de acero.
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Pero antes de realizar el ensayo a la probeta le planeamos dos generatrices a la probeta, situadas a 180º, una de la otra, rebajándole 5mm de profundidad.
Luego tomamos las medidas de dureza en la línea central de la superficie plana, desde el extremo que estuvo en contacto directo con el agua, hacia el otro extremo, y con estos valores se construye la curva Jominy.
Pts.
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Dist. 5
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70
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HRC 50,9 50,2 48,3 46,3 44,1 43,6 43,6 42,8 41,8 40,6 38,6 37,6 37,6
36,8 35,9 34,5 32,1
Ensayo Jominy Acero 1045 60 50 40 A Z E R U D
30 20 10 0 0
10
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40
50
60
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80
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DISTANCIA
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CAPITULO V: Conclusiones y Bibliografía
1. Conclusiones:
La velocidad de templado influye notablemente en la dureza que adquiere el material. Cuando se templa el acero mediante conducción se obtienen perfiles de dureza dependiendo de la zona en que se mida. Así, la mayor dureza se obtiene en la parte inferior, donde ocurrió el templado, y a medida que se asciende la dureza disminuye, considerablemente al principio y aproximadamente constante después. Este ensayo es importante, pues pone a prueba realmente cuán duro es un acero, para ser utilizado adecuadamente en las construcciones. Como toda experiencia, es posible que existan errores en la ejecución y en los análisis de los datos. Entre estos errores puede haber posibles fallas de la probeta, que el intervalo de distancia de medición no fuera constante, imprecisiones de medición del durómetro o pequeños errores de cálculo en los datos. Sus aplicaciones pueden darse en la construcción y en las industrias, para las herramientas hechas de acero al carbono. Este ensayo es un tratamiento práctico para encontrar la templabilidad de un acero.
2. Bibliografía:
Askeland, D. y Phulé. “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Cuarta Edición. Editorial Thomson, Colombia (2004). Rodríguez Velarde, Germán. “Metalúrgica Física II”. Perú. (2017) pp. 82-97. https://www.ucursos.cl/usuario/c1f33623c53cd7f58fd77ef459693d6c/mi_blog/r/Jominy.p df https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_Jominy https://es.slideshare.net/vlady71/informe-ensayo-jominy http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4911/html/2_ensay o_de_jominy.html
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