Facultad de Ingeniería Laboratorio de Ingeniería de Materiales Profesor: Ing. Martin Reyes Farias Semestre 2015-2
Práctica No.8 No.8 “Tratamiento térmico” Grupo 7 Integrantes:
Grupo Teórico:
Álvarez Salazar Alan Said
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Hernández Vázquez C. Alan
3
González Aldaco Rafael
3
Vargas Hernández Luis Alejandro
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Fecha de realización de la práctica: 10/04/15
Fecha de entrega : 08/05/15
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Índice OBJETIVOS………………………………………………3 INTRODUCCION………………………………………...3 MATERIAL Y/O EQUIPO……………………………....5
DESARROLLO………………………………………...…6 RESULTADOS…………………………………………....8 ANALISIS DE RESULTADO S…………………………10
CONCLUSIONES ……………………...………………..1 1 CUETIONARIO PREVIO………………………………1 2 BIBLIOGRAFÍA…………………………………………13
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●Objetivo
El alumno conocerá los tratamientos térmicos más comunes, entendiendo su fundamento básico y sus efectos sobre los materiales y sus propiedades. ●Introducción
A través de los tratamientos térmicos es posible modificar las propiedades de los materiales, mediante alteraciones de su estructura, para así desempeñar con garantía los trabajos demandados; las aleaciones de tipo ferroso son las que mejor se prestan para ello. El tratamiento térmico consiste en calentar el acero a una temperatura determinada, mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forme la estructura deseada y luego enfriarla a la velocidad conveniente. Los factores temperatura-tiempo deben ser muy bien estudiados dependiendo del material, tamaño y forma de las piezas. Con el tratamiento térmico conseguiremos modificar microscópicamente la estructura interna de los metales, produciéndose transformaciones de tipo físico, cambios de composición y propiedades, permitiéndonos conseguir los siguientes objetivos: ●
Estructura de mejor dureza y maquinabilidad.
Eliminar tensiones internas y evitar deformaciones después del
●
mecanizado. ●
Estructura
Variar
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más homogénea, máxima dureza y resistencia posible. algunas de las propiedades físicas.
El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales fue diseñado.Este tipo de tratamiento consiste en el calentamiento y enfriamiento del material en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño de grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. 3
Algunos de los tratamientos térmicos en los metales son:
Temple
El temple se utiliza para obtener un tipo de aceros de alta dureza con microestructura martensítica. Se trata de elevar la temperatura del acero hasta una temperatura cercana a 1000ºC y posteriormente someterlo a enfriamientos rápidos o bruscos y continuos en agua, aceite o salmuera. Al obtener aceros martensíticos, en realidad, se pretende aumentar la dureza, el problema es que el acero resultante será muy frágil y poco dúctil, porque existen altas tensiones internas.
Revenido
El revenido es el tratamiento térmico que sigue al temple. Consiste en calentar la pieza templada hasta cierta temperatura, para reducir las tensiones internas que tiene el acero martensítico (de alta dureza). De esto modo, evitamos que el acero sea frágil, sacrificando un poco la dureza. La velocidad de enfriamiento es, por lo general, rápida.
Recocido
El recocido consiste en calentar un material hasta una temperatura de transformación austenítica y posteriormente enfriarlo lentamente. Se utiliza, al igual que el caso anterior, para aliviar esfuerzos internos producto del endurecimiento por deformación, los cuales son: ●
Eliminar tensiones del temple.
●
Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del acero.
Recocido se lleva a cabo de la siguiente forma: 1. Se mantiene la probeta de acero a la temperatura del horno aproximadamente entre 45 a 60 minutos. 2. Se enfría gradualmente dentro del horno hasta temperatura ambiente.
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Normalizado
Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por el material tras una conformación mecánica, tales como una forja o laminación para conferir al acero, propiedades que se consideran normales de su composición. El normalizado se practica calentando rápidamente el material hasta una temperatura crítica y se mantiene en ella durante un tiempo. A partir de ese momento, su estructura interna se vuelve más uniforme y aumenta la tenacidad del acero. El medio de enfriamiento es a la atmósfera, una vez transcurrido el tiempo dentro del horno (45 60 min). –
●Material y/o Equipo necesario Material:
Aceite para temple.
Salmuera.
Agua.
Muestras de diferentes aceros.
Lijas.
Pulidora.
Alúmina blanca y alúmina gris.
Equipo:
Horno para tratamientos térmicos.
Pinzas.
Guantes de asbesto.
Soporte de cerámica refractaria.
Devastadora.
Durómetro Rockwell.
Microscopio metalográfico.
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●Desarrollo de la práctica
Previo al tratamiento térmico, realizar las siguientes pruebas en la pieza de trabajo: determinación de la dureza, microestructura presente en el material (sin tratamiento térmico). Procedimiento para el tratamiento térmico: 1. Calentar el horno hasta alcanzar 850°C. 2. Cuando se haya alcanzado la temperatura estimada colocar dentro del horno la probeta.
3. Una vez colocadas las muestras de acero, dejar por un tiempo aproximado de 30 minutos por cada pulgada de espesor. (Figura 2)
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4. Sacar la probeta del horno una vez que haya alcanzado la temperatura de temple.
5. Introducir la probeta en aceite, agua o salmuera según sea el caso. Temple en Agua
Temple en aceite
6. Determinar con el profesor el tipo de tratamiento térmico que será aplicado en cada probeta (recocido, temple, normalizado) y aplicar el procedimiento correspondiente indicado en la introducción.
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7. Posteriormente al tratamiento térmico de la probeta, realizar nuevamente el estudio de dureza y metalografía. ●Resultados
Realizar el estudio comparativo de los resultados obtenidos en las probetas antes del tratamiento térmico y después del tratamiento térmico (Perfil de durezas y obtención de imágenes de la microestructura). Probeta temple en agua
*Antes del tratamiento térmico
A 200x después del tratamiento térmico
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Probeta con temple en aceite
*Antes del tratamiento térmico
A 200x después del tratamiento térmico
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●Análisis de los resultados
Para analizar los resultados contestar, las siguientes preguntas: 1.- ¿Cuál es el mecanismo por el cual los tratamientos térmicos cambian las propiedades mecánicas de los metales?
A partir de que se calientan las piezas, sus elementos comienzan a excitarse y tienden a moverse, lo cual causa que adquieran nuevas orientaciones cristalográficas, generando la aparición de nuevos granos, y al momento de enfriamiento se quedan en la posición última que quedaron aunque no estuvieran en equilibrio, en este sentido la velocidad de enfriado es un factor importante ya que a mayor velocidad los átomos se contraen más rápido provocando que haya más tensiones en la estructura y más fuertes, a diferencia de que sea un proceso lento de enfriamiento puesto que esto permite que los átomos quedan en los niveles de energía más bajos posibles provocando que no haya tantos tensiones internas y por lo tanto no sea tan frágil pero menos duro. 2.- ¿Qué cambios se presentan en la microestructura y por qué influyen estos en las propiedades mecánicas?
El acomodo de los granos y el número de estos, como se puede apreciar en las imágenes tomadas con el microscopio que se muestran, el número de granos aumentó considerablemente a tal grado de que no se puede distinguir bien cada grano, a diferencia de la imagen tomada anteriormente al tratamiento, en este sentido, esto influye en las propiedades mecánicas como es la dureza ya que a mayor número de granos es más difícil que se pueda desplazar las dislocaciones que es el mecanismo por el cual se deforman los materiales. Otro aspecto importante es que cambio el grado de composición dado que se ve más cantidad de martensita, que es típico del temple. Otro aspecto importante es que durante la observación en el microscopio se notó que la pieza estaba fracturada, que de igual manera es algo lógico para el
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templado ya que como aumenta la dureza del material, lo hace también la tensión interna del material lo que provoca que haya fracturas en la estructura. ●Conclusiones y/o comentarios
Elaborar de acuerdo a los resultados obtenidos las conclusiones y/o comentarios pertinentes. Alavez Salazar Alan Said
Hemos podido observar que el objetivo que se persigue con los tratamientos térmicos es el mejorar las propiedades de las piezas metálicas, mediante la modificación de su estructura interna o superficial, para soportar las condiciones de trabajo, así como prolongar la vida y seguridad de funcionamiento González Aldaco Rafael
Primeramente podemos mencionar que en esta práctica se hizo evidente el gran potencial de los tratamientos térmicos, ya que es una manera para poder hacer que un material cambie en cierto grado sus propiedades, como el grado de dureza, fragilidad, etc; que puede ser muy útil para poder adecuar a los materiales para los fines que se vayan a utilizar, además de considerar qué tipo de tratamiento térmico utilizar, ya que cada uno de estos nos da como resultado que el material adquiera un cierto grado de cambio en sus propiedades diferentes. En este sentido fue el caso del experimento que hicimos en clase, al aplicarle templado a la probeta aumentó la dureza, pero se volvió muy frágil debido a las fuerzas internas en el material Hernandez Vazquez C. Alan
Debido a la variedad de los tratamientos térmicos es importante saber y distinguir las diferencias y características que se obtienen con cada uno de los diferentes tipos de tratamientos térmicos, ya que podemos obtener mejor resultado sabiendo aplicar cada uno de ellos y entender los procedimientos básicos que este encierra para un mejor trabajo.
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●Cuestionario previo 1. ¿Qué son los tratamientos térmicos? ¿Cuál es la metodología para aplicarlos?
Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos. 2. ¿Qué aplicaciones tienen los tratamientos térmicos?
Son operaciones para mejorar las propiedades físicas y en ocasiones químicas, de un material metálico o no, usando para ello hornos de atmósfera controlada o llama directa. 3. ¿Cuál es la temperatura que se debe aplicar para el tratamiento térmico de los aceros?
Tabla de temperaturas para revenido de acero endurecido Color Grados C Tipos de aceros Paja claro 220 Herramientas como brocas, machuelos Paja mediano 240 Punzones dados y fresas Paja oscuro 255 Cizallas y martillos Morado 270 Árboles y cinceles para madera Azul oscuro 300 Cuchillos y cinceles para acero Azul claro 320 Destornilladores y resortes 4. Mencionar los principales cuidados que se deben de considerar al trabajar con hornos para tratamiento térmico.
Seguir las instrucciones impartidas por el monitor para la realización correcta de la práctica y tener conocimiento prev io del contenido de ésta.
Utilizar los elementos de protección personal asignados para esta práctica: Guantes de Carnaza, Delantal de cuero, Careta y Pinzas para manipular la pieza metálica a la cual se le va a realizar tratamiento térmico. (Éste ensayo
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se desarrolla manejando piezas y el horno a temperaturas elevadas, aproximadamente entre 500º C y 900º C).
Mantener mangas y cabellos recogidos. Evitar el uso de manillas o cualquier elemento que implique riesgo durante la r ealización de la práctica.
Identificar el tratamiento térmico que se va a realizar con anticipación: Temple, Revenido ó Recocido.
●Bibliografía
Donald R. Askeland, Ciencia
e
Ingeniería
de
los
Materiales,
Iberoamericana.
http://www.ecured.cu/index.php/Tratamiento_t%C3%A9rmico_de_los_metal es
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