UNIVERSIDAD UNIVERSID AD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO CUSCO
FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, ING. DE MINAS E INGENIERIA METALURGICA
ES CUELA PROFES IONAL IONAL DE DE INGENIER IA METALÚRGICA METALÚRGICA Practica nº2
DETERMINACION DE LA GRANULACION HEREDITARIA
CURSO: TRATAMIENTOS TERMICOS PROF: MG. GUILLERMO BARRIOS RUIZ ESTUDIANTE:
CODIGO:
QUISPE MENDOZA YAXS WILDER
124657
GRUPO: Martes 11.00am – 11.00am – 13:00pm 13:00pm SEMESTRE 2018-I CUSCO-PERÚ
I.
OBJETIVO Determinar la dureza y la resiliencia de probetas de acero (muelle, corrugado y liso), por medio del durefractómetro y durómetro de acuerdo al grano hereditario que posee cada una de ellas. Determinar el crecimiento de grano hereditario de los aceros al aumento de la temperatura. Observar visualmente el tipo de microestructuras que poseen las diferentes probetas utilizadas en la práctica. II. MARCO TEORICO 1. TRATAMIENTOS TÉRMICOS El término tratamiento térmico describe un proceso en el cual una herramienta o parte de una herramienta se somete intencionalmente a una secuencia específica de tiempo temperatura. En algunos casos, la pieza puede ser sometida adicionalmente a otras influencias químicas y/o físicas. El objetivo del tratamiento térmico es conferirle a la pieza propiedades requeridas para procesos de transformación posteriores o para su aplicación final. Un proceso de tratamiento térmico puede provocar transformaciones de los constituyentes estructurales sin modificar la composición química promedio del material. Al final del tratamiento térmico, los componentes estructurales pueden estar en equilibrio (por ejemplo, ferrita + carburos después del recocido) o no (por ejemplo, martensita después del temple). El tratamiento térmico también puede causar cambios en el tamaño, forma o distribución de los componentes estructurales sin cambiar el tipo constituyente (por ejemplo, en el recocido). El primer paso en el tratamiento térmico del acero es calentar el material por encima del intervalo crítico para formar austenita. Los materiales altamente esforzados producidos por trabajos en frio deben calentarse más lentamente que los que se hallan libre de esfuerzo para evitar distorsión, se debe tomar alguna medida para hacer más lento el calentamiento de las secciones más delgadas, de tal modo que sea posible minimizar el esfuerzo térmico y la distorsión.
Figu.N°1
El tamaño de grano tiene considerable influencia en las propiedades mecánicas de los metales y aleaciones, por eso es de gran interés conocerlo. Así pues, podemos entender que la realización de los diferentes tratamientos térmicos tenga como principal objetivo obtener el tamaño de grano deseado. Resulta evidente que dicho tamaño de grano es inversamente proporcional al número de granos presentes en la muestra. El tamaño de grano de los 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. Los primeros granos de austenita se forman en él límite entre la ferrita y la cementita, constituyendo estructuras de perlita. Como este límite es muy ramificado, la transformación comienza formándose muchos pequeños granos, cuando termina la transformación de perlita y austenita, se forman una gran cantidad de pequeños granos de austenita. El tamaño de estos granos caracteriza la magnitud llamado grano inicial de austenita. El mantenimiento a la temperatura dada, una vez terminada la transformación, provoca el crecimiento de granos de austenita. 3. Granulación hereditaria, es la tendencia del grano austenitico al crecimiento; y al tamaño del grano obtenido en el acero como resultado de un tratamiento térmico determinado es llamado grano real. Se distinguen dos tipos de acero: Cuadro N°1
El de grano fino hereditario Es poco propenso al crecimiento del grano, el paso del punto crítico va acompañado por una brusca disminución de grano. Si se sigue calentando, el grano de la austenita, en el acero de grano fino, no crece hasta los 950 – 1000 °C, después de lo cual se eliminan los factores del cual impiden el crecimiento y el grano comienza a crecer rápidamente
El de grano grueso hereditario Es muy propenso al crecimiento del grano, en este caso nada impide su crecimiento, el cual comienza inmediatamente después de pasar el punto crítico.
Se pueden distinguir tres tipos de granos en los aceros: 1) El grano inicial o tamaño de grano de la austenita, en el instante que termina la transformación perlitico – Austenitica. 2) El grano hereditario (natural) o tendencias de los granos de la austenita al crecimiento. 3) El grano real o tamaño del grano de la austenita en unas condiciones concretas y dadas. Los granos de austenita solo crecen durante el calentamiento (durante el enfriamiento siguiente no disminuye su tamaño), por esto la temperatura máxima de calentamiento del acero en estado austenítico y de granulación hereditaria determinan el tamaño definitivo del grano. Como se muestra en la figura siguiente, el tamaño del grano de perlita es igual que el tamaño de grano de la austenita inicial, lo cual no es tan exacto, la perlita se genera en los límites de los granos de austenita, por eso es evidente que cuando más fino sea el grano de esta última, tanto más pequeño serán los granos de perlita que se formen. Pero de esto no se 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. Fig. N°2
Si la estructura inicial del acero es martensitica o bainitica, la transformación de estas estructuras en austenita va acompañada del afino del grano de la austenita, como se ve en las figuras anteriores, es decir que antes de la transformación austenitica => martensitica o austenitica => bainitica, adquiere el tamaño que tenía antes.
Si la estructura inicial del acero es austenita y la transformación es en perlita, de acuerdo al mecanismo de difusión, los defectos (dislocaciones, huecos, átomos e impurezas) que antes se encontraban a lo largo de los límites de los granos de austenita se redistribuyen en los límites de los de ferrita (perlita). 4. FRACTURA: Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas. En general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta.
III.
MATERIALES Y EQUIPOS DUROFRACTOMETRO Fig. N°3
IV.
PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA
Determinar la dureza y resiliencia sin tratamiento térmico probetas
Angulo absorbido ( ) 53° 36°
Muelle Acero liso
Área y diámetro (mm) 31.93 x 5.87 10.98
Diámetro dejado por el punzón (mm) 3.24 4.24
Determinación de la Dureza Guibaru
=
B = dureza Guibaru en Kg/mm 2
…………..()
P = peso del martillo 34.5 kg
S = superficie de la huella circular dejada por el punzón en mm 2 (S =
πD
)
Hallando el área de la superficie de la huella circular dejada por el punzón: =
Muelle
: =
Acero liso
:
(.)
=
4
= .
(.)
= .
Hallando la dureza Guibaru =
Muelle
:
Acero liso
: =
=
. .
. .
= .
= .
probeta
D (mm)
=
muelle Acero liso
3.24 4.24
8.24 14.12
B ()
(mm2)
4.24 2.44
Determinación de la Resiliencia =
= Energia adsorbida para producir la fractura
= Superficie de la fratura en cm 2
= Peso del martillo 34.5 kg
= ℎ
ℎ = Altura de caída que se absorbe para ocasionar la
fractura de la probeta. Superficie de la fractura de mm a cm2
: = 31.93 x 5.87 = 187.43mm → .
Muelle Acero liso
: D=10.98mm = 0.1098cm → =
(.)
= .
Hallando la Altura de caída que se absorbe para ocasionar la fractura de la probeta
Ojo.- Por especificaciones técnicas del durefractometro. ° = .
Muelle
: 10°
→
53°
Acero liso
→
W =34.5kg (0.795) m =27.7 kg
X = 0.80m
→
: 10° 36°
0.15m
=
→
0.15m
X = 0.54m
W =34.5kg (0.54) m= 18.63kg
Finalmente hallando la resiliencia:
=
Muelle
:=
Acero liso
:=
.
−
.
= .
.6
−
0.0
= .
Calentar las dos probetas a 900ºCy enfriarlo al aire, cuantificar la dureza, resiliencia y observar los cambios microestructurales de la superficie probetas
Angulo absorbido
Área y diámetro (mm)
muelle Acero liso
35 84
31.75 x 5.8 9,42
Diámetro dejado por el punzón (mm) 3.24 4.24
Determinación de la Dureza Guibaru
=
B = dureza Guibaru en Kg/mm 2
…………..()
P = peso del martillo 34.5 kg
S = superficie de la huella circular dejada por el punzón en mm 2 (S =
πD
)
Hallando el área de la superficie de la huella circular dejada por el punzón: = (.)
Muelle
: =
Acero liso
: =
4
= .
(.)
= .
Hallando la dureza Guibaru =
Muelle
:
Acero liso
: =
=
. .
. .
= .
= .
probeta
D (mm)
=
muelle Acero liso
3.24 4.24
8.24 14.12
(mm2)
B () 4.24 2.44
Determinación de la Resiliencia =
= Energia adsorbida para producir la fractura
= Superficie de la fratura en cm 2
= Peso del martillo 34.5 kg
= ℎ
ℎ = Altura de caída que se absorbe para ocasionar
la fractura de la probeta. Superficie de la fractura de mm a cm2
Muelle
: = 31.75 x 5.8 = 184.15mm → .
Acero liso
: D=9.42mm = 0.942cm → =
(.)
= .
Hallando la Altura de caída que se absorbe para ocasionar la fractura de la probeta
Ojo.- Por especificaciones técnicas del durefractometro. ° = .
Muelle
: 10°
→
35°
Acero liso
→
: 10°
=
0.15m
W =34.5kg (0.53)m =18.29kgm
X = 0.53m
→
0.15m
W =34.5kg (1.26) m=
43.47kgm
84°
X = 1.26m
→
Finalmente hallando la resiliencia: = .
Muelle
: =
Acero liso
: =
. . 0.6
= . =
−
−
Repetir el procedimiento anterior calentando las dos probetas a 1200ºC probetas
Angulo absorbido
Área y diámetro (mm)
muelle Acero liso
6 8
33 x 5.74 9,74
Diámetro dejado por el punzón (mm) -------
Determinación de la Dureza Guibaru
=
…………..()
B = dureza Guibaru en Kg/mm 2 P = peso del martillo 34.5 kg
S = superficie de la huella circular dejada por el punzón en mm 2 (S =
πD
)
Hallando el área de la superficie de la huella circular dejada por el punzón: =
4
Determinación de la Resiliencia =
= Energia adsorbida para producir la fractura
= Superficie de la fratura en cm 2
= Peso del martillo 34.5 kg
= ℎ
ℎ = Altura de caída que se absorbe para ocasionar la
fractura de la probeta. Superficie de la fractura de mm a cm2
Muelle
: = 33 x 5.74 = 189.42mm → .
Acero liso
: D=9.74mm = 0.974cm → =
(.)
= .
Hallando la Altura de caída que se absorbe para ocasionar la fractura de la probeta
Ojo.- Por especificaciones técnicas del durefractometro. ° = .
=
Muelle
: 10°
6°
Acero liso
W =34.5kg (0.09)m =3.11kgm
X = 0.09m
→
: 10° 8°
0.15m
→
0.15m
W =34.5kg (0.12) m= 4.14kgm
→
X = 0.12m
→
Finalmente hallando la resiliencia: =
.
−
.
Muelle
: =
Acero liso
: =
= .
.
−
0.
= .
V. ANALISIS DE RESULTADOS Sin tratamiento térmico
FIERRO LISO
196.11
2.44
MUELLE GRUESO
14.81
2.24
A 900º C
FIERRO LISO MUELLE
63 9.44
A 1200°C
PROBETAS FIERRO LISO MUELLE
RESILIENCIA (kg m/cm2) 5.52 1.65
Acero liso No presenta ninguna fisura visible ya que la posibilidad de fisurarse es baja siendo el contenido de carbono que tiene de 0.2% aprox. Lo cual permite que tenga una buena conductividad térmica evitando así la formación de los gradientes térmicos uno de los causantes de las fisuras Muelle Se observa varias fisuras en comparación con los demás es el que tiene una mayor cantidad de grietas en la superficie, y era de esperarse ya que es el que tiene mayor contenido de carbono y por ende menor conductividad térmica, siendo el más propenso a la aparición de gradientes térmico. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
Se puede concluir que las probetas sin tratamiento térmico nos damos cuenta que la dureza y resiliencia varia bastante en comparación de las con tratamiento térmico. Las probetas con tratamiento a 900° tienen bastante similitud con las de 1200C°.
A mayor dureza existe menor tenacidad. A mayor gradiente térmico mayor probabilidad a fisurarse. Como se muestra e la figura anterior claramente se nota el crecimiento de grano a mas temperatura por lo cual concluimos que a mayor tamaño de grano el metal pierde sus propiedades mecánicas. A mayor tamaño de grano menor tenacidad.
Recomendar que para mayor efectividad de la práctica, observar en microscopio la evolución y propiedades que opto el metal.
1. BIBLIOGRAFIA file:///C:/Users/internet%20suarez/Downloads/3-Materiales.pdf http://monografias.umcc.cu/monos/2004/QuiMec/um04QM02.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_t%C3%A9rmico file:///E:/TRATAMIENTO%20TERMICO%20DE%20LOSACEROS.pdf http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/33040/1/cordobasolanoaron.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Pirometr%C3%ADa http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturasmecanicas2.shtml
