Primer Inform Estructura Jominy- Tinoco

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA Y METALÚRGICA-FIGMM

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ME-524R INFORME:

ENSAYO JOMINY

NOMBRE:

Tinoco Falero Junior Anderson

CODIGO:

20132220B

PROFESOR: Ing. Manuel Cruz Torres

LIMA – PERU 2017

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: ENSAYO YOMINY

INDICE Objetivos……………………………………………………………….... Pág. 2

Fundamento Teórico………………………………………………....... Pág. 3-5

Equipos y Materiales…………………………………………………... Pág. 6

Procedimiento Experimental…………..……………………….……... Pág. 7-8

Resultados…………………..………………………………………...... Pág. 9-10

Conclusiones………………………………………………………….... Pág. 11

Recomendaciones……………………………………………………… Pág. 11

Bibliografía…………………………………….………………………... Pág. 11

Cuestionario……..……………………………………………………… Pág. 12-15

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA – FIGMM - 2017-II

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OBJETIVOS I.

Determinar la curva templabilidad a partir de una probeta del acero por medio del ensayo Jominy.

II.

Conocer los pasos del procedimiento llevado a cabo en el ensayo Jominy.

III.

Definir el concepto de diámetro crítico ideal.

IV.

Identificar los elementos químicos que aumentan la templabilidad en el acero.


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FUNDAMENTO TEÓRICO I.

TEMPLABILIDAD:

La templabilidad es una medida de la profundidad a la que se endurece el acero cuando se sometió a templado a partir de su temperatura de austenización. Es medido cuantitativamente, por lo general observando el grado o profundidad de endurecimiento de un tamaño y forma estándares del espécimen de ensayo en un enfriamiento rápido estandarizado. En la prueba de enfriamiento rápido, la profundidad final de endurecimiento es la distancia a lo largo de la muestra desde el extremo templado que se correlaciona con un nivel de dureza dada.

II. ENSAYO JOMINY: Es un método usado para determinar la templabilidad de un material metálico que consiste en enfriar con un chorro de agua un extremo de una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro y la medición de la dureza como una función de la distancia desde el extremo templado. En este ensayo se mantienen constantes todos los factores que influyen en la profundidad del endurecimiento de la pieza, excepto la composición, como por ejemplo tamaño y forma de la pieza y tratamiento de temple. La probeta posee medidas ya estandarizadas para dicho ensayo. Sus dimensiones son de 1 pulgada de diámetro y 4 pulgadas de altura.

La probeta es previamente normalizada para asegurar las propiedades del producto endurecido. La muestra es sometida a la temperatura de normalizado por 1 hora y posteriormente enfriado a la interperie. Colocar la muestra en un horno que está a la temperatura de austenización especificada, y mantener a esta temperatura durante 30 min. Es importante para calentar la muestra en una atmósfera tal que prácticamente no se de un proceso de descarburación.

III.

CURVAS DE TEMPLABILIDAD

En la figura se reproduce una curva de templabilidad típica. El extremo templado se enfría más rápidamente y presenta un máximo de dureza; en esta posición y en la mayoría de los aceros, la microestructura coincide con 100 % de martensita. La velocidad de enfriamiento decrece con la distancia del extremo templado y la dureza también disminuye, como indica la figura. Al disminuir la velocidad de enfriamiento, el UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA – FIGMM - 2017-II

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carbono dispone de más tiempo para la difusión y facilita la formación de perlita más blanda, que puede estar mezclada con martensita y bainita.

Durezas de estructuras 99.9 % y 50 % martensíticas en función del contenido de carbono. La velocidad de enfriamiento (tomada a partir de 704 °C) se suele indicar en el eje horizontal de un diagrama de templabilidad; esta escala se incluye en las curvas de templabilidad. La relación entre distancia y velocidad de enfriamiento es la misma para el acero al carbono que para el acero aleado, porque la velocidad de transferencia térmica es casi independiente de la composición. A veces, la velocidad de enfriamiento térmico de la distancia Jominy: la unidad de distancia Jominy es 1/16 pulgada = 1.6 mm. Por ejemplo, la figura es un diagrama de transformación por enfriamiento continuo de un acero aleado eutectoide, donde también se han dibujado las curvas de enfriamiento a cuatro diferentes posiciones Jominy y se han indicado las microestructuras resultantes. También se incluyen las curvas de templabilidad de estos aceros.


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Correlación entre templabilidad e información del enfriamiento continuo del acero de composición eutectoide.

IV.

Cálculo DI para Aceros

Este cálculo se basa en una serie de factores de templabilidad (Tabla 1) para cada aleación elemento de la composición que, cuando se multiplica juntos, da un valor DI. Los efectos de fósforo y azufre no se consideran ya que tienden a cancelarse unos con otros. Un ejemplo DI cálculo se da como sigue para un acero SAE 4118 modificado:

Elemento C Mn Si Ni Cr Mo Cu

% 0.22 0.8 0.18 0.1 0.43 0.25 0.1

Factor de multiplicación 0.119 3.667 1.126 1.036 1.929 1.75 1.04

Donde: DI = 0.119 x 3.667 x 1.126 x 1.036 x 1.929 x 1.75 x1.04 = 1.79 in. F C = 0.478 x %C + 0.010 F Mn = 3.333 x %Mn + 1.000 F Si = 0.700 x %Si + 1.000 F Ni = 0.364 x %Ni + 1.000 F Cr = 2.160 x %Cr + 1.000 F Mo = 3.000 x %Mo + 1.000 F Cu = 0.364 x %Cu + 1.001 F V = 1.721 x %V + 1.001


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EQUIPOS Y MATERIALES Los equipos utilizados en el procedimiento experimental fueron: 1) Durómetro Rockwell

2) Probeta de acero SAE 1045.

3) Papeles abrasivos

4) Alumina

5) Horno para tratamiento térmico.


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Maquinar una pieza metálica por medio de torneado para obtener la probeta con las dimensiones estandarizadas para el ensayo: 1’’ de diámetro y 4’’ de altura. 2. Someter a tratamiento térmico de templado entre 700°C y 1000°C, siendo 860°C la temperatura media, y enfriar la probeta en el Jominy por 10 minutos, tiempo también estandarizado.

3. Se desbasta dos lados opuestos de la probeta con papeles abrasivos, terminando con un pulido con alúmina. 4. Se mide la dureza con el durómetro comenzando por el extremo que estuvo en contacto con el chorro de agua en Jominy, y luego cada 1/16 de pulgada del punto anterior.


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RESULTADOS 1. Se considera el promedio de durezas de los puntos de los lados “A” y “B”. 2. Se tomó medidas de dureza hasta que el mecanismo de soporte de la probeta no pudo avanzar más, aunque en un ensayo Jominy por lo general se puede trabajar con más puntos. Punto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

D(mm) 0 1.59 3.18 4.76 6.35 7.94 9.53 11.11 12.7 14.29 15.88 17.46 19.05 20.64 22.23 23.81 25.4 26.99 28.58 30.16 31.75 33.34

Perfil A 43 51 57 55.5 55.5 57.2 53.8 54 55.1 55 51.2 54.5 48.9 54.9 55.5 55.9 55 51.8 44 44.5 38 34


Perfil B 45 42.5 47.7 51 53 53 52 51 50.1 48 46 44 41.2 45.5 50.7 47.8 48.8 49.2 46.2 44.1 40.7 38.2

Promedio 44 46.75 52.35 53.25 54.25 55.1 52.9 52.5 52.6 51.5 48.6 49.25 45.05 50.2 53.1 51.85 51.9 50.5 45.1 44.3 39.35 36.1

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En la siguiente grafico se muestra las durezas de sus dos perfiles y su promedio

Dureza HRC vs Distancia (mm) 70 60 50 C R H40 A Z E R 30 U D

Perfil A Perfil B Perfil promedio

20 10 0 0

10

20

30

40

Distancia(mm)

En la siguiente grafica muestra las durezas promedio y su modelado

Dureza HRC vs Distancia (mm) 60 50 C 40 R H A Z 30 E R U D20

PROMEDIO

6

5

4

3

Poly. (PROMEDIO)

2

y = 2E-06x - 0.0002x + 0.0069x - 0.0981x + 0.4065x + 1.6329x + 44.049 R² = 0.9267

10 0 0

10

20

30

40

DISTANCIA (mm)

Modelo matemático: y = 2E-06x6 - 0.0002x5 + 0.0069x4 - 0.0981x3 + 0.4065x2 + 1.6329x + 44.049


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CONCLUSIONES 1. De los datos se extrae la ecuación que modela de la mejor manera el estudio de la templabilidad, el cual es:

y = 2E-06x6 - 0.0002x5 + 0.0069x4 - 0.0981x3 + 0.4065x2 + 1.6329x + 44.049 R ² = 0.9267

2. Algunos puntos no fueron considerados dentro de la curva cuando se trata de obtener un modelo matemático del decrecimiento de la dureza conforme nos alejamos de la base. 3. La dureza en todos los puntos deben de ser crecientes, pero nos damos cuenta que en algunos puntos crece y luego decrece, eso se debe a que hay una descarburación superficial (perdida de carbono). 4. La muestra la probeta después de haber culminado la experiencia, se observan los 22 puntos que se realizaron. 5. En la TABLA se puede observar la máxima y mínima dureza 55.1 y 36.1 HRC respectivamente.

RECOMENDACIONES 1. Desbastar las superficies de trabajo hasta que sean superficies horizontales para poder realizarle un estudio metalográfico. 2. La medición de la dureza debe ser realizado de preferencia solo por 1 persona capacitada en el manejo del durómetro. 3. Manipular con cuidado los equipos de trabajo debido a que la punta el cual es de un material vidrio podría romperse.

BIBLIOGRAFÍA 1. ASTM A255-99: Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel. 2. ASM Metals Handbook Volume 4: Heat Treating. 1991. 3. http://www.schmolz-. 4. bickenbach.com.mx/fileadmin/user_upload/public_images/Mexico/16PRESH5. Pdf. 5. http://www.slideshare.net/jorgefllano/materiales-ii-tratamientostrmicossemana-12.


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CUESTIONARIO 1. Graficar la dureza promedio Rockwell C vs distancia en mm. De los resultados obtenidos, se obtiene la siguiente gráfica:

Dureza HRC vs Distancia (mm) 60 50 C 40 R H A Z 30 E R U D20

PROMEDIO

Poly. (PROMEDIO)

y = 2E-06x 6 - 0.0002x5 + 0.0069x4 - 0.0981x3 + 0.4065x2 + 1.6329x + 44.049 R² = 0.9267

10 0 0

10

20

30

40

DISTANCIA (mm)

Nota: la gráfica que más se ajust a es una polinómica de grado “6”

2. Determinar la templabilidad gráficamente Se tiene un acero 1045 (con 0.43% C), el cual es un acero al carbón. En esta clase de aceros el límite entre la zona templada y la zona sin templar, suele corresponder a una estructura con 50% de martensita y a una dureza aproximada de 50 a 55 Rockwell C. Un método para hacer esta determinación, consiste en buscar el punto de inflexión de las curvas de dureza de las secciones transversales, que suele corresponder con bastante aproximación precisamente a la zona con 50% de martensita. Empleando la gráfica de dureza trazada en la pregunta anterior, se ubica el punto de inflexión aproximado.


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3. Defina diámetro crítico ideal (DCI) mencione 03 ejemplos. Es el diámetro expresado en pulgadas del mayor redondo de ese acero en cuyo centro se consigue una estructura microscópica con 50% de martensita, después de ser enfriado desde la temperatura de temple en un medio de enfriamiento teórico, cuya capacidad de absorción de calor fuese infinita. El diámetro crítico es una magnitud importante para seleccionar la calidad del acero con que debe fabricarse una pieza. Las curvas críticas de templabilidad, permiten hallar los diámetros críticos ideal y real, se toma como límite entre la zona templada y no templada la llamada capa semimartensítica que está exactamente donde se presenta el cambio brusco de la pendiente de la curva. Además de valorar el diámetro crítico ideal, la templabilidad del acero permite calcular el diámetro máximo de un acero para obtener en su centro un 50% a un 99% de martensita en un medio de enfriamiento práctico determinado, para esto es necesario conocer lo que Grossman llama severidad de temple H, que es proporcional a la energía de enfriamiento de cada medio. La gráfica de Grossman representa los valores de los diámetros críticos de los aceros enfriados en un medio práctico determinado de severidad de temple en función de los diámetros críticos ideales .

Ejemplos:

Elemento C Mn Si P S


Acero SAE 1010 Composición (%) 0.08 0.3 0.1 0.04 0.05 DCI (pulgadas) DCI (milímetros)



Factores 0.043 2 1.07 0.09202 2.33731

Factores 0.081 4.667 1.14 0.43095 10.9461

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Factores 0.253 3.5 1.105 0.97848 24.8533

4. Determine DCI mediante la composición química del ASTM A36. Para una profundidad de 9.8 mm se espera una dureza entre 50 a 55 HRC . Entonces la templabilidad en este caso corresponde a una profundidad de 9.8 mm. Primero procedemos a buscar la composición química del ASTM A36

Para esto empleamos las tablas de los factores multiplicadores de donde obtenemos: ELEMENTO CARBON SILICIO MANGANESO NIQUEL CROMO MOLIBDENO ESTAÑO COBRE FOSFORO AZUFRE

% 0.13 0.25 0.64 0.01 0.13 0.02 0.001 0.03 0.02 0.02

FACTOR 2.21 0.25 2.01 -----------------0.2 ------------------------------------

Los efectos del fósforo y del azufre no son considerados, ya que se anulan entre sí. Por lo tanto, el cálculo del DCI se determina como:  = 2.21 × 0.25 × 2.01 × 0.2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA – FIGMM - 2017-II

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 = 0.222 

5. Describa 05 elementos de composición química que mejoren la templabilidad en los aceros. Los elementos que más favorecen la templabilidad son:

1) El Manganeso (Mn): Elemento básico en todos los aceros comerciales. Actúa como un desoxidante y también neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando la laminación, moldeo y otras operaciones de trabajo en caliente. Aumenta también la penetración de temple y contribuye a su resistencia y dureza.

2) El Molibdeno (Mo): El Mo en los aceros (0.5%-2%Mo) retarda la formación de la ferrita por lo que se le aprovecha para aumentar la templabilidad.

3) El Cromo (Cr): Aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la resistencia al desgaste y corrosión.

4) El Boro (B): El B tiene el efecto retardador de formación de la ferrita más espectacular puesto que con algunas decenas de ppm se retarda la nucleación y el crecimiento de manera que en el curso del enfriamiento el tiempo de transformación de austenita a ferrita a 750 °C puede llevarse de 1 segundo a 103 segundos. lo que permite obtener bainita dentro de una gran gama de velocidad de enfriamiento.

5) El Silicio (Si): Se emplea como desoxidante y actúa como endurecedor en el acero de aleación.


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