Tratamientos_TermicosResuleto

Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos. 1. Utilizando el diagrama de transformación isotérmica del acero de composición eutectoide, especificar la natrualeza de la microestructura resultante (en términos de los microconstituyentes presentes y porcentajes aproximados) de una pequeña probeta que se ha sometido a los tratamientos tiempo- temperatura siguientes. Suponer en cada caso, que la probeta se ha calentado a 760ºC durante el tiempo suficiente para alcanzar una estructura austenítica homogénea. 4

a. Enfriamiento rápido hasta 350ºC, donde se mantiene durante 10 s y temple a temperatura ambiente. b. Enfriamiento rápido a 250ºC, donde se mantiene durante 100s y templa a temperatura ambiente. c.

Enfriamiento rápido a 650ºC donde se mantiene durante 20s, enfriamiento rápido a 400ºC 3

donde se mantiene durante 10 s y se templa a temperatura ambiente. d. ambiente.

c a b

50% Perlita (grano medio)+ 50%Bainita 100% Bainita 100% Martensita

2. Utilizando el diagrama de transformación isotérmica del acero de composición eutectoide, especificar la natrualeza de la microestructura resultante (en términos de los microconstituyentes presentes y porcentajes aproximados) de una pequeña probeta que se ha sometido a los tratamientos tiempo- temperatura siguientes. Suponer en cada caso, que la probeta se ha calentado a 760ºC durante el tiempo suficiente para alcanzar una estructura austenítica homogénea. 3

a. Enfriar rápidamente a 350ºC, donde se mantiene a 10 s y luego templar a temperatura ambiente. 100% Bainita

Tecnología de Materiales (G. Ingeniería Mecánica)

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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos. b. Enfriar rápidamente a 625 ºC, mantener a esa temperatura durante 10 s y luego templar a temperatura ambiente. 75% Perlita media y 25% Martensita c.

Enfriar rápidamente a 600 ºC, mantener a esa temperatura durante 4 s, enfriar rápidamente a 450ºC, mantener 10 s y luego templar a temperatura ambiente. 50% Perlita

Fina + 25% Bainita + 25% Martensita d. Volver a calentar a 700ºC durante 20 h la muestra del apartado b. En este caso dado que ya se ha producido la transformación en el apartado b en los componentes de equilibrio al elevar la temperatura por debajo de la crítica inferior, un largo periodo de tiempo lo que hacemos es producir una cementita esferoidal, por lo que tendríamos una estructura de ferrita y cementita esferoidal , para determinar el porcentaje tenemos en cuenta que dado que la aleación posee un 0.77 %C, por la regla de la palanca obtenemos que el porcentaje de ferrita es de 88.75% y de cementita glubular habría un 11.25% e. Enfriar rápidamente a 300ºC, mantener durante 20 s y luego templar a temperatura ambiente en agua. Volver a calentar a 450ºC durante 20 s y enfriar lentamente hasta temperatura ambiente. Martensita revenida f.

3

Enfriar rápidamente a 665ºC, mantener a esa temperatura durante 10 s y luego templar a temperatura ambiente. Perlita Media

g.

Enfriar rápidamente a 575ºC, mantener a esa temperatura durante 20 s, luego enfriar rápidamente a 350ºC,mantener durante 100 s y templar a temperatura ambiente. Perlita

Fina h. Enfriar rápidamente a 350ºC, mantener durante 150s, templar en agua hasta temperatura ambiente. 50% Bainita + 50% martensita

f

c

e

b

a

3. Utilizando el diagrama de transformación isotérmica del acero eutectoide, esquematizar y nombrar las etapas del tratamiento que original las siguientes microestructuras


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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos. a. 100% Perlita gruesa. Calentar hasta 750 para la homogenización de la estructura, enfriar 3

rápido hasta 650ºC durante 10 s y enfriar al aire. b. 50% martensita y 50% austenita . Calentar hasta 750ºC, homogeneizar y enfriar rápidamente hasta 180ºC. c.

50% Perlita gruesa, 25% bainita y 25% Martensita. Calentar hasta 750ºC

4. Utilizando el diagrama de transformación isotérmica del Acero con 1,13%C, determinar la microestructura final (en términos de los microconstituyentes presentes) de una pequeña probeta sometida a los siguientes tratamientos. En cada caso suponer que la probeta se ha calentado a 920ºC durante el tiempo suficiente para conseguir la estructura austenitica completa y homogénea. 3

a. Enfriar rápidamente a 250ºC, mantener durante 10 s y templar a temperatura ambiente. b. Enfriar rápidamente a 775ºC, mantener durante 500 s y templar a temperatura ambiente. c.

Enfriar rápidamente a 400ºC, mantener durante 500 s y templar a temperatura ambiente. 5

d. Enfriar rápidamente a 700ºC, mantener durante 10 s y templar a temperatura ambiente. e. Enfriar rápidamente a 650ºC, mantener a temperatura durante 3 s, enfriar rápidamente a 400ºC, mantener a temperatura durante 25 s y templar a temperatura ambiente. f.

Enfriar rápidamente a 350ºC, mantener durante 300 s y templar a temperatura ambiente.

g.

Enfriar rápidamente a 675ºC, mantener durante 7 s y templar a temperatura ambiente. a. ambiente.

b d f e

c

a

50% Cementita + 25% Perlita gruesa +25% Martensita 75% Cementita+25% Martensita 90% Perlita fina + 10% Bainita


70% Cementita + 30%Perlita gruesa 100% Martensita

100% Bainita Inferior

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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos. 5. Tomando el diagrama de trasformación isotérmica del acero 1,13%C, esquematizar e indicar las etapas del tratamiento térmico que permiten obtener una mi croestructura de; a. 6,1% de cementita proutectoide,y 93,9 de perlita gruesa. Calentar hasta 850 º C, para su homogeneización, enfriar rápidamente hasta 600ºC, manteniendo 10s y enfriar al aire. b. 50% Perlita fina y 50% bainita. Calentar hasta 850 º C, para su homogeneización, enfriar rápidamente hasta 560ºC , manteniendo dicha temperatura durante 1s, enfriar rápidamente 4

hasta 350ºC y mantener 10 s y enfriar al aire c.

100% martensita. Homogeneizar a 850ºC, enfriar rápidamente hasta 50ºC

d. 100% martensita revenida. Homogeneizar a 850ºC, enfriar rápidamente hasta 50ºC, volver a calentar hasta 450ºC, durante 20 s y enfriar lentamente hasta temperatura ambiente 6. La figura que se muestra a continuación, representa el diagrama de t ransformación por enfriamiento continuo de un acero con 0,35% C. Esquematizar y denominar el tratamiento que determinan las curvas de enfriamiento continuo que originan las siguientes microesturcturas: a. Perlita fina y ferrita proeutectoide. Calentar hasta homogeneización a 800ºC, enfriar al aire. Normalizado b. Martensita. Temple, calentar hasta homogeneización a 800ºC enfriar a una velocidad superior a la crítica de temple hasta temperatura ambiente c.

Martensita y ferrita proeutectoide. Templado suave. Temple en aceite

d. Perlita gruesa y ferrita proeutectoide. Normalizado e. Martensita, ferrita proutectoide y perlita fina. Temple muy suave

a

b c

d

7. Dibujar el perfil de dureza radial en los siguientes en los siguientes casos, utilizando las figuras 1 y 2 : a. Una probeta de 75 mm de diámetro de un acero 8640 templado en aceite con agitación moderada. b. En una probeta cilíndrica de 50mm de diámetro de un acero 5140 que ha sido templado en aceite moderadamente agitado c.

En una probeta cilíndrica de 90 mm de diámetro de un acero 8630 templado en agua con agitación moderada.


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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos. d. En una probeta de 100 mm de diámetro de un acero 8660 templado en agua con agitación moderada. a. Sobre la gráfica de enfriamiento en aceite con agitación moderada se determinan las distancias al extremo templado que se obtienen en el centro, medio, y tres cuartos del radio de la probeta, tomando los 75 mm de diámetro, con esto se obtiene: superficie 12.5 mm, 3/4R, 18mm, ½ R 22mm y centro Con las tablas de templabilidad del acero, determino en función de la distancia al extremo templado cual es la dureza en cada punto y con ella determino el perfil. Las durezas obtenidas son: superficie, 47 HRC; ¾ R, 42 HRC; ½ R, 38 HRC y para el centro 36 HRC. Ahora ya puedo calcular el perfil Todos los demás casos del ejercicio se realizan exactamente igual

50 HRC

45HRC

40HRC

35HRC

8. Determinar el perfil de dureza para una muestra de acero 1040 de forma cilíndrica de 50 mm de

diámetro que se ha templado en agua moderadamente agitada. Usa las figuras 1 y 2. Igual que el ejercicio anterior.

9. Una probeta cilíndrica de acero de 38 mm de diámetro se ha templado en aceite moderadamente agitado. Las durezas en la superficie y en el centro deben ser inferiores a

50 y 40 HRc,

respectivamente. ¿ Qué aceros cumplen estos requisitos entre , 1040, 5140, 4340, 4140 y 8640? Justificarlo. Usa las figuras 1 y 2. A partir de la gráfica 2 y tomando la de aceite determino para una probeta de 38 mm de diámetro cuales son las distancias al extremo templado obteniendo para el caso de la superficie 5 mm y para el centro la distancia respecto del extremo templado es de ½ de pulgada. Con esto me voy a las curvas de templabilidad y veo la dureza obtenida con los distintos aceros 1040. 48 HRc y 25 HRc, superficie y centro respectivamente 5140. 55 HRc y 43 HRc, superficie y centro respectivamente


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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos. 4340. 57 HRc y 56 HRc, superficie y centro respectivamente 4140. 57 HRc y 55 HRc, superficie y centro respectivamente 8640. 57 HRc y 49 HRc, superficie y centro respectivamente Luego el único que cumple las condiciones indicadas es el 1040

10. Se desea obtener una probeta cilíndrica de 44 mm de diámetro austenizada y templada con una microestructura que como mínimo contengan 50% de martensita en el centro. Escoger el acero idóneo de entre 4340, 4140, 8640, 5140 y 1040 si el medio de temple es: a. Agua moderadamente agitada. b. Aceite moderadamente agitado Justificar la elección o elecciones. Aceite moderadamente agitada.

En primer lugar determinamos la distancia al extremo templado para el diámetro dado. La distancia dada en el centro de la barra es de ¼ de pulgada. Ahora veo en los distintos aceros con las curvas de templabilidad, el contenido de martensita que tendría en el centro de la barra para esta distancia. 4340. 100% Martensita 4140. 1005 Martensita 8640. 95% Martensita 1040. Menos del 50% martensita Luego cualquiera de los tres primeros sería válido siendo el más adecuado el de mayor templabilidad. En agua se realiza de la misma forma 11. Se diseña una probeta de acero de 50 mm de diámetro para templaren agua con agitación moderada. Las durezas mínimas en el en la superficie y en el centro deben ser de 50 y 40 HRc, respectivamente. ¿Qué acero es el más adecuado 1040, 5140, 4340, 4140, 8620, 8630, 8640 y 8660?. Justifica la elección. Se realiza exactamente igual que el 9 12. Una probeta cilíndrica de 57 mm de diámetro debe ser austenizada y templada de forma tal que toda la pieza tenga una dureza mínima de 45 HRC. Si se dispone de los aceros 8660, 8640, 8630 y 8620 ¿con cuál de ellos se consigue esta exigencia si el medio de temple utilizado es a) agua moderadamente agitada y b) aceite moderadamente agitado? Justifica la elección Igual que los anteriores 13. Un cilindro de acero 8660 se ha austenizado y templado en aceite con agitación moderada. Si la dureza de la superficie debe ser de 58 HRc- ¿Cuál es el diámetro adecuado? Justifica la respuesta.


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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos. 14. En una cierta aplicación se requiere una resistencia a la tensión de 150 Ksi. Determine el tratamiento isotérmico para un acero 1080 que permita obtener esta propiedad y cuál es la microestructura resultante. Ten en cuenta que la dureza brinnel es el doble de la tensión en Ksi, y que la relación entre la dureza brinnel y Rockwel C viene dada por la figura 9-45 y la figura 9.31.

15. Para mismo requisito de resistencia a la tensión de 150 Ksi, determine la velocidad de enfriamiento necesario a partir de la temperatura de austenización, así como microestructura resultante, para satisfacer el requisito en: a. AISI 1040 b. AISI 1541 c.

AISI 15B40


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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos. Utiliza las diagramas que se presentan en la figura 9.33.

16. Para el acero al carbono simple 1040, determine los diámetros de barra máximos que producen: a) martensita al 100%, b) bainita al 100% en toda su sección cuando se enfría (1) por temple en agua, (2) por temple en aceite y (3) al aire a partir de la temperatura de austenización. Utiliza la figura 9.34b. 17. Un acero al carbono simple se mantuvo a cierta temperatura durante 5 horas y después se enfrió por temple. Se encontró que el espécimen templado contenía volúmenes iguales de ferrita y martensita, y que la microdureza de la martensita templada tenía un número de dureza Vickers de 870. Suponiendo que la ferrita y la martensita tienen la misma densidad determine a. La temperatura a la que se mantuvo el acero y la desisgnación AISI-SAE del material b. Considerando que la microestructura es una c ombinación, determine la dureza. c.

Especifique una secuencia de tratamiento para convertir la microestructura de ferrita y martensita en 100% martensita, ¿cuál es la dureza de la martensita enfriada por inmersión tal cual y la resistencia a la tensión en condiciones templadas y revenida?

Necesitarás tanto el diagrama de equilibrio Fe-Fe 3c, así como la figura 9.38 que me indica las durezas de las microestructuras en función del contenido de carbono. 18. Tenemos un acero con 0.4% C, 1.00 % Mn, 1.00% Cr y 0.25% Mo. Estime el diámetro máximo (crítico) que produce martensita al 50% en el centro de este acero cuando se enfría por temple en un medio H= 0.4. Suponga que el tamaño de grano de la austenita es de 7. Utiliza para la realización del problemas las gráficas 9.56, 9.57 y 9.58. 19. La composición de una aleación de acero es de 0.4%C, 0.75% Mn, 0.20% Si, 0.50% Cr, 0.60% Ni y 0.25% Mo. Con este acero se desea tener una dureza templada y revenida de 48 HRc. Determine las condiciones de revenido del acero. Ten en cuenta que el parámetro de rvenido definido por -3

Hollomon-Jaffe viene dado por la ecuación H-J = T(log t + 18) x 10 , o por la gráfica 8.42. El parámetro en el caso de aceros simples y de baja aleación (menos del 0.5% elementos de aleación), se puede determinar en función del contenido de carbona a partir de la figura 9.41, corrigiendo la dureza de la martensita revenida a través de la dureza proporcionada por los aleantes según la ecuación:   ∑     , tomando el factor Fx, de la tabla 9.4, en función del parámetro de Hollomon-Jaffe, tomado.


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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos.

Figura 1


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Seminario Problemas 4. Tratamientos térmicos.

Figura 2


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