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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA METALRGICA

METALURGIA FISICA II Pg. 1

LABORATORIO N1

I. TTULO:

RECOCIDO Y NORMALIZADO DEL ACERO AISI 4140 Y 1045

II. OBJETIVOS:

Obtener la microestructura prxima a la del equilibrio (ferrito-perlticas, que son ms blandas que las bainticas o martensticas) para que el acero tenga una dureza

apropiada til.

Ablandar el acero para poderlo mecanizar o para conformarlo en frio.

Con el normalizado obtener estructuras ferrito-perlitas normal del acero, es decir un tamao de grano ferritico igual o inferior al valor ASTM 7 y perlita laminar fina.

.

III. MATERIALES Y EQUIPOS

Materiales:

3 Muestras de acero AISI 4140 ( ).

3 Muestras de acero AISI 1045( ).

Lijas N 100 - 220 - 320 - 400 - 600 800 1000 1500

Pao de pulido (pana).

Algodn.

Alcohol

Reactivos de ataque: Nital 3%

Equipos:

Caja de difusin 120mm*120mm(1/16 espesor)

Durmetro INDENTEC.

Microscopio metalogrfico.

Cmara fotogrfica (digital y analgica).

Horno elctrico tipo mufla 5Kw (0-1200C)




IV. PROCEDIMIENTO:

1 Obtenemos 3 muestras de aceros AISI 4140 y AISI 1045(de 1.5cm de altura por

2cm de dimetro)

2 Luego procedemos al seccionamiento de estos aceros para el respectivo anlisis

metalogrfico.

3 A las 3 aleaciones se le realizan los mecanismos de desbaste con papel abrasivo

(lijas) y pulido (pana), hasta obtener una superficie adecuada.

4 Finalmente procedemos al ataque de las aleaciones con el reactivo adecuado que

ha sido previamente preparado (Nital 2%).

8 Finalmente se lleva al microscopio para as observar su microestructura y tomar

las fotos.

V. RESULTADOS

Tabla N1:

Cuadro de dureza Acero 4140

Suministro 33 HRC

Recocido 8.5 HRC

Normalizado 26 HRC

Cuadro de dureza Acero 1045

Suministro 11 HRC

Recocido 180.97HB

Normalizado 8.4 HRC




FOTOMICROGRAFAS

(a)

(b)

(c)




(

(d)

(e)

Fotomicrografia N1: Acero AISI 4140, Ataque qumico: Nital 3% , Tiempo de

ataque: 20 seg. (a) SUMINISTRO, se observa que en esta fotomicrografa existe

Martensita revenida en el cual las zonas oscuras representan la perlita y las zonas

blancas representan la ferrita. Dureza: 33HRC. Aumento 500X. (b y c) RECOCIDO. Se

observa que existe ms ferrita (zonas claras) que perlita (zonas oscuras). Dureza 8.5

HRC. (b)Aumento 200X, (c) Aumento 500X. (d y e) NORMALIZADO. Se observa poca

ferrita (zonas claras) y mayor cantidad de perlita (zonas oscuras) as como Martensita

en forma de agujas. Dureza: 26 HRC. (d) Aumento 200 X, (e) Aumento 500X.




(a)

(b)

(c)

Fotomicrografia N2: Acero AISI 1045, Ataque qumico: Nital 3%, Tiempo de

ataque: 10 seg. (a) SUMINISTRO: se observa en mayor proporcin la ferrita

(zonas claras) que la perlita (zonas oscuras). Dureza: 11 HRC. Aumento 200X. (b)

RECOCIDO: se sigue observando ms ferrita que perlita. Dureza: 180.97 HBW.

Aumento 200X. (c) NORMALIZADO: se sigue observando ms ferrita que perlita.

Dureza 8.4 HRC. Aumento 500X.




VI. CONCLUSIONES

De esta experiencia podemos concluir en base a los resultados, que los datos

recolectados experimentalmente en el laboratorio van de acuerdo a lo que la teora

formula en cuanto a las propiedades de dureza. El material se hace ms blando

despus de un tratamiento trmico de recocido.

Tambin podemos decir que esta disminucin de dureza tambin es afectada por el

tiempo de horneado, a medida que el tiempo de horneado aumenta, la diferencias de

la disminucin de dureza tambin aumenta.

Mediante el recocido se puede refinar el grano, proporcionar suavidad y aliviar

tensiones.

Se obtuvo una microestructura cercana a la de equilibrio, obtenindose como

consecuencia una dureza conveniente y a la vez til.

A travs de la observacin al microscopio pudimos notar que no es tan fcil obtener

martensita en la totalidad de la estructura sino que aparecen litigios de ferrita.

La velocidad de enfriamiento debe ser mayor que la velocidad crtica para que

ocurra transformacin.

A mayor % de elementos aleantes, los tiempos de transformacin sern mayores

VII. RECOMENDACIONES

Proteger la probeta dentro del horno con gases inertes.

Tener un buen control de tiempo de permanencia de la probeta dentro del horno.

No elevar mucho la temperatura, debido a que esta disminuye las propiedades del

acero tratado.




LABORATORIO N2

I. TTULO:

TEMPLE DE LOS ACEROS AISI 4140 Y AISI 1045

II. OBJETIVOS:

Obtener estructuras martensticas en los aceros AISI 4140 Y AISI

1045 (transformar la austenita en martensita).

Conocer correctamente los mecanismos y medios de temple de acuerdo al

tipo de acero.

Observar la influencia de la temperatura de temple sobre la estructura

y caractersticas mecnicas de los aceros.


Materiales:



Lijas N 100 - 220 - 320 - 400 - 600 800 1000 1500


Algodn.

Alcohol


Equipos:


Durmetro INDENTEC.







IV. PROCEDIMIENTO:

1 Obtenemos 5 muestras de aceros AISI 4140 y AISI 1045(de 1.5cm de altura

por 2cm de dimetro).

2 Las muestras seccionadas del acero AISI 4140 y AISI 1045 son Colocadas en el

horno y elevadas hasta la temperatura de Austenizacin 900C por un tiempo de

permanencia 1 hora para que homogenicen.

3 Transcurrida l hora se procedi a abrir la puerta del horno, se retir la tapa de la

caja donde se encontraban las probetas de amos tipos de acero (AISI 4140 y

AISI 1045) e inmediatamente se enfriaron las probetas en aceite durante 2

segundos.

4 Limpiamos y desbastamos las probetas para luego realizar la medicin de

durezas y comparar los resultados.

5 Luego las preparamos las probetas para el anlisis microestructural para lo cual

se agreg resina a un recipiente y perxido (5 gotas) formando una mezcla, se

procedi a encapsular. Seca la resina, se procedi al desbaste grueso y fino de las

probetas respectivamente hasta obtener una superficie adecuada.

6 Finalmente previamente atacadas con el reactivo Nital se lleva al microscopio

para as observar su microestructura y tomar las fotos.

V. RESULTADOS:

DUREZA DE LAS MUESTRAS

TRATAMIENTO TRMICO ACERO DUREZA

TEMPLE EN ACEITE AISI 4140 56.7 HRC 590 HB

TEMPLE EN AGUA AISI 1045 59.1 HRC 637 HB

TEMPLE EN HIELO AISI 1045 59.2 HRC 637.7 HB




FOTOMICROGRAFAS

Fotomicrografa N1: Acero AISI 4140 templado en aceite. Su microestructura muestra

Martensita ms fina tipo de cinta. Dureza: 56.7HRC - 590HB. Ataque qumico: Nital 3%.

Fig. (a) 200X, Fig. (b) 500X.

Fig. (a)

Fig. (b)




Fotomicrografa N2: Acero AISI 1045 templado en agua. Su microestructura muestra

Martensita fina tipo de cinta. Dureza: 59.1HRC - 637HB. Ataque qumico: Nital 3%. Fig.

(a) 200X, Fig. (b) 500X.

Fig. (a)

Fig. (b)




Fotomicrografa N3: Acero AISI 1045 templado en hielo. Su microestructura muestra

Martensita tipo de cintas debido al bajo contenido de carbono. Dureza: 59.2HRC

637.7HB. Ataque qumico: Nital 3%. Fig. (a) 200X, Fig. (b) 500X.

Fig. (a)

Fig. (b)




Curva de

temple al cabo

de 5 seg.

VI. ANEXOS

1. Superponer las curvas de enfriamiento sobre el diagrama TTT para cada

acero comente los resultados microestructurales tericos con los

prcticos.

ACERO AISI 1045

Para este acero tuvimos dos probetas, para las cuales les realizamos un tratamiento

de temple en agua y otra en hielo y comprobamos que lo resultados tericos son

iguales que lo experimental, obtuvimos que toda la austenita se convierte 100% en

martensita dado que el acero presenta bajo porcentaje de carbono (0.45%C).

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO (TEC)




Curva de

temple al cabo

de 5 seg.

ACERO AISI 4140

Segn los resultados microestructurales tericos estudiados nos dice que al

realizarle un tratamiento de temple en aceite se debe obtener 100% martensita,

realizamos este tratamiento experimentalmente y obtuvimos el mismo resultado

terico, esto se debe ya que el acero utilizado tiene 0.4 %C menor que 0.6 %C

adems de tener bajo porcentaje de elementos aleantes.

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO (TEC)




2. Calcule el volumen de su medio de temple.

Calcular el volumen en su medio de temple para acero 1045 templado en agua:

( )

(

) (

)

Calcular el volumen en su medio de temple para acero 1045 templado en hielo:

( )

(

) (

)

Calcular el volumen en su medio de temple para acero 4140 templado en aceite:

( )

(

) (

)




VII. CONCLUSIONES

Al medir la dureza de los aceros AISI 4140(56.7HRC) y AISI 1045(59.1HRC) de temple en aceite y en agua respectivamente se confirma de que efectivamente

aumentaron su dureza debido a la formacin de martensita en su estructura y que

estos no dependen de los elementos aleantes si no del contenido de carbono.

Se concluye que al realizar el ensayo de dureza en el acero AISI 1045 presenta mayor dureza en temple en hielo (59.2HRC) que en temple en agua (59.1HRC) esto

ocurre ya que la velocidad de enfriamiento crtica (VEM) del temple en hielo es ms

rpido.

Mientras mayor sea velocidad de enfriamiento comparada con el VEM se comprob que se obtiene 100 % Martensita.

Al observar la microestructura del acero AISI 4140 presenta martensita ms fina (en forma de cintas) que el acero AISI 1045, esto es debido a que contiene elementos

aleantes.

El medio de enfriamiento para aceros aleados es el aceite, mientras que para aceros al carbono es el agua.

Los elementos aleantes generan que las curvas TTT se desplacen hacia la derecha.

VIII. RECOMENDACIONES

Al momento de encapsular las probetas se debe hacer de tal manera que la cara donde se ha hecho el corte sea la que se observe en el microscopio para poder

visualizar mejor la microestructura de dicho material.


Antes de cada tratamiento trmico consultar con su diagrama TTT especfico para cada acero, para de esta manera saber por ejemplo la velocidad de enfriamiento.

De acuerdo al tipo de acero, seleccionar el medio de temple en funcin a la velocidad de enfriamiento y a la estructura que se requiere obtener.

No elevar mucho la temperatura, debido a que esta disminuye las propiedades del acero tratado.

Asegurarse que la austenizacin sea homognea, al igual que el temple para obtener

estructuras homogneas.




LABORATORIO N3

I. TTULO:

REVENIDO DE LOS ACEROS AISI 4140 Y AISI 1045

II. OBJETIVOS:

Trasformar la martensita (dura y frgil) a estructuras ms blandas y tenaces (se forma martensita revenida).

Observar la influencia de la temperatura de revenido sobre la estructura y caractersticas mecnicas de los aceros.

III. MATERIALES Y EQUIPOS:

Materiales:

4 Muestras de acero AISI 4140 ( ) previamente

templadas.

4 Muestras de acero AISI 1045( ) previamente

templadas.

Lijas N 100 - 220 - 320 - 400 - 600 800 1000 1500


Algodn.

Alcohol


Equipos:


Durmetro INDENTEC.







IV. PROCEDIMIENTO:

1 Preparamos 8 muestras de aceros AISI 4140 y AISI 1045 previamente

templadas que estn limpias.

2 Las muestras seccionadas del acero AISI 4140 y AISI 1045 son Colocadas en

el horno y elevadas hasta la temperaturas de 200 300 400 y 500C por un

tiempo de permanencia 1hora.

3 Seguidamente se sacan del horno y se enfran al aire a temperatura ambiente.

4 Limpiamos y desbastamos las probetas para luego realizar la medicin

de durezas y comparar los resultados.

5 Luego las preparamos las probetas para el anlisis microestructural para lo

cual se agreg resina a un recipiente y perxido (5 gotas) formando una mezcla,

se procedi a encapsular. Seca la resina, se procedi al desbaste grueso y fino

de las probetas respectivamente hasta obtener una superficie adecuada.

6 Finalmente previamente atacadas con el reactivo Nital se lleva al microscopio

para as observar su microestructura y tomar las fotos.

V. RESULTADOS

DUREZA DE LAS MUESTRAS

TEMPERATURA C ACERO DUREZA

200 AISI 1045 50.5 HRC 492 HB

AISI 4140 57.4 HRC 602.7 HB

300 AISI 1045 45 HRC 421 HB

AISI 4140 53.2 HRC 530 HB

400 AISI 1045 41.8 HRC 388 HB

AISI 4140 46.4 HRC 436.7 HB

500 AISI 1045 32.6 HRC 307.3 HB

AISI 4140 36.7 HRC 321.5 HB




FOTOMICROGRAFAS

Fotomicrografa N1: Fig. (a)Acero AISI 1045 revenido a 200C. Su microestructura

muestra Martensita revenida (oscura) y Martensita sin revenir (clara). Dureza: 56.5HRC -

492HB, 500X. Fig. (b) Acero AISI 4140 revenido a 200C. Su microestructura muestra

Martensita tipo de cinta, Martensita revenida (presenta muy poca cantidad) y Martensita

sin revenir. Dureza: 57.4HRC 602.7HB, 500X. Ataque qumico: Nital 3% .

Fig. (a)

Fig. (b)




Fotomicrografa N2: Aceros AISI 1045 y AISI 4140 revenidos a 300C. Su

microestructura muestra Martensita revenida (oscura) y Martensita sin revenir (clara).

Fig. (a) AISI 1045, Dureza: 45HRC - 421HB, 500X. Fig. (b) AISI 4140, Dureza: 53.2HRC

- 530HB, 500X. Ataque qumico: Nital 3% .

Fig. (a)

Fig. (b)




Fig. (b)


microestructura muestra Martensita revenida en mayor cantidad (oscura) y Martensita sin

revenir (clara). Fig. (a) AISI 1045, Dureza: 41.8HRC - 388HB, 500X. Fig. (b) AISI 4140,

Dureza: 46.4HRC 436.7HB, 500X. Ataque qumico: Nital 3% .

Fig. (a)





microestructura muestra Martensita revenida ms homognea tipo sorbita (oscura) y

Martensita sin revenir (clara). Fig. (a) AISI 1045, Dureza: 32.6HRC 307.3HB, 500X.

Fig. (b) AISI 4140, Dureza: 36.7HRC 321.5HB, 500X. Ataque qumico: Nital 3% .

Fig. (a)

Fig. (b)




VI. CONCLUSIONES:

Se concluye que al aumentar la temperatura de revenido la dureza de los aceros disminuye.

Se comprueba que al medir la dureza de los aceros AISI 4140 y AISI 1045

despus del tratamiento de revenido se observa que a disminuyen su dureza cuando

se aumenta la temperatura.

Al observar la microestructura de los aceros revenidos a 200C, el acero AISI 4140

presenta martensita revenida muy poca cantidad (oscura) que el acero AISI 1045.

Al observar la microestructura de los aceros revenidos a 500C, presentan

martensita revenida ms homognea tipo sorbita.

VII. RECOMENDACIONES:

Al momento de encapsular las probetas se debe hacer de tal manera que la cara donde se ha hecho el corte sea la que se observe en el microscopio para poder



Antes de cada tratamiento trmico consultar con su diagrama TTT especfico para cada acero, para de esta manera saber por ejemplo la velocidad de

enfriamiento.

No elevar mucho la temperatura, debido a que esta disminuye las propiedades del acero tratado.

Asegurarse que la austenizacin sea homognea.




VIII. ANEXOS

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO DEL ACERO AISI 1045




DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO DEL ACERO AISI 4140




LABORATORIO N4

I. TTULO:

BAINITIZADO O AUSTEMPERING DE LOS ACEROS AISI 4140 Y AISI

1045

II. OBJETIVOS:

Tranformar la austenita en bainita.

Evaluar el efecto de la temperatura de bainitizado en la formacin del tipo de

Bainita (superior e inferior).

Tener un aumento de la ductilidad y de la resilencia al impacto con valores de

dureza altos (entre 40 - 60 Re).


Materiales:



Lijas N 100 - 220 - 320 - 400 - 600 800 1000 1500


Algodn.

Alcohol


Equipos:


Durmetro INDENTEC.




Sales para bainitizado




IV. PROCEDIMIENTO:

1. Las barras de acero AISI 4140 y AISI 1045 se maquina 02 probetas de cada barra de

la siguiente medida: ( ).

2. Las muestras seccionadas del acero AISI 4140 y AISI 1045 se miden sus durezas.

3. Calentar las probetas en un horno elctrico hasta la temperatura de austenizacion

mantenindola a esta temperatura austenitica por 1 hora

4. Retirar del horno elctrico las probetas (lo mas rpido posible)

5. Agregar las probetas en un crisol con bao de sales fundidas que se encuentran a

temperatura de bainitizado (entre Bs y Ms)

6. Mantenerlo a esta temperatura un tiempo de 2 horas y media para que se de

transformacin completa (Diagrama TTT)

7. Sacar las probetas del bao de sales y enfriar en agua hasta temperatura ambiente

(con fin de ver si la transformacin a sido completa o incompleta).

8. Realizar a las muestras sus respectivos anlisis microestructurales y medir dureza.

V. RESULTADOS

DUREZA DE LA MUESTRA




VI. CONCLUSIONES:

Experimentalmente logramos trasformar parte de la austenita en martensita.

Al observar la microestructura del acero AISI 1045 a la temperatura de bainitizado

de 300C se forma Martensita, ferrita (blanco poligonales) y perlita (en forma de

manchas negras), tambin su dureza aument debido a la presencia de Martensita.

Al observar la microestructura del acero AISI 4140 a la temperatura de bainitizado

de 300C se forma Martensita, tambin su dureza aument debido a la presencia de

Martensita.


Al momento de encapsular las probetas se debe hacer de tal manera que la cara

donde se ha hecho el corte sea la que se observe en el microscopio para poder


Sacar las probetas del horno lo ms rpido posible para que ingrese al bao de sales.

Antes de cada tratamiento trmico consultar con su diagrama TTT especfico para

cada acero, para de esta manera saber el tiempo y la temperatura que se debe

realizar para obtener la estructura deseada.

No elevar mucho la temperatura de austenizacin, debido a que esta disminuye las

propiedades del acero tratado.




LABORATORIO N 05

I. TTULO:

TRATAMIENTOS TRMICOS DE LAS FUNDICIONES GRIS

II. OBJETIVOS:

Observar la influencia de la temperatura y el tiempo de permanencia en los

tratamientos trmicos de las fundiciones gris, sobre las estructuras y

caractersticas mecnicas.

Aplicar correctamente el tratamiento trmico a las fundiciones gris.


5 probetas de fundicin gris

Alcohol.

Sierra, esmeril.

Durmetro.

Tubo de plstico

Materiales para encapsulado, desbaste y pulido.

Cmara fotogrfica

Microscopio

Pao de Pana (con alumina)

Reactivos de ataque (Nital al 3%)

Agua destilada




IV. PROCEDIMIENTO:

De una barra de fundicin gris se sac 5 probetas, de las cuales uno es para el

suministro y las 4 restantes es para realizar el templado, y a 3 de ellas se le

realizar el revenido a diferentes temperaturas.

.

Calentar las 4 probetas en un horno elctrico hasta la temperatura de

austenizacin mantenindose a esta temperatura de 900C por una hora.




Retirar del horno elctrico las 4 probetas y realizamos un templado en aceite.

De las 4 probetas templadas, 3 de estas se hace el revenido a 200C, 500C y

700C, por espacio de 1 hora

Se realiza el revenir a 200C durante una hora, luego se deja enfriar al aire

(25C).

La de 500C y la de 700C se realiza el mismo procedimiento que la de 200C.




Se mide la dureza de las 5 probetas.

Despus de ello se procede al encapsulamiento de las probetas, al desbaste y

pulido con almina.

Enseguida se procede al ataque qumico de las probetas y visualizacin de su

microestructura de cada una.

V. RESULTADOS :

A. DUREZA DE LAS MUESTRAS

TRATAMIENTO

TERMICO

FUNDICION DUREZA

SUMINISTRO F.GRIS 14.4 HRC ------

TEMPLE F.GRIS 48.1 HRC 456 HB

REVENIDO(200C)

F.GRIS

44.6 HRC

416 HB

REVENIDO(500C)

F.GRIS

26.8 HRC

263 HB

REVENIDO(600C)

F.GRIS

------

145.7 HB




B. FOTOMICROGRAFAS

Fig. (a)

Fig. (b) Fig. (c)

Fotomicrografa N1: Fundicin gris perltica en estado de suministro, se observa el

grafito en forma de hojuelas tipo A (grafito laminar) y tipo B (rosetas de grafito),

Dureza 14.4 HRC. Reactivo de ataque qumico: Nital 3%. Fig. (a) 50X (sin ataque

qumico) Fig. (b) 200X (sin ataque qumico) Fig. (c) 500X (con ataque

qumico).




Fi g. (a)

Fig. (b)

Fotomicrografa N2: Observamos el grafito, tambin diferenciamos una estructura

acicular en forma de agujas llamada Martensita adicionalmente identificamos una

fase blanca que est formada por austenita retenida. Dureza 48.1 HRC. Ataque

qumico: Nital 3%. Fig. (a) 200X Fig. (b) 500X




Fig. (a)

Fig. (b)

Fotomicrografa N3: La microestructura presenta al grafito en forma de hojuelas,

tambin observamos que la Martensita acicular (en forma de agujas) ocupa menor

proporcin con respecto a la Martensita revenida que se empieza a producir. Dureza

44.6 HRC. Ataque qumico: Nital 3%. Fig. (a) 500X, Fig. (b) 200X.




Fi g. (a)

Fig. (b)

Fotomicrografa N4: Notamos que el grafito se sigue presentando en forma de

hojuelas tipo A y tipo B, presenta zonas con ferrita producto de la descomposicin de

la martensita en ferrita y cementita. Dureza 26.8 HRC . Ataque qumico: Nital 3%.

Fig. (a) 500X Fig. (b) 500X.




Fi g. (a)

Fotomicrografa N5: La estructura presenta al grafito en forma de hojuelas rodeado de

ferrita, cementita globalizada. Dureza 145.7 HB. Reactivo de ataque qumico: Nital 3%.

Aumento Fig. (a) 500X.

VI. CONCLUSIONES:

Se logr corroborar la permanencia del grafito en las fundiciones grises, ya que este siempre apareci en la matriz perltica despus de realizar los tratamientos

trmicos de temple y revenido a las probetas.

Determinamos que el tratamiento trmico ms adecuado para la fundicin gris

es el temple, obteniendo as un material con buena dureza y aliviado de

tensiones residuales.

Microestructuralmente logramos identificar a la martensita revenida, conocida tambin como sorbita, la cual se present claramente en la probeta templada y

revenida a 500C, dndole propiedades de ductilidad pero a la vez

disminuyndole la dureza.

Se reconoci microestructuralmente la fundicin gris, sin necesidad de atacar qumicamente, diferenciando las hojuelas de grafito tipo A y tipo B en la

matriz perltica.




LABORATORIO N6

I. TTULO:

EVALUACIN DE LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO AISI 4140

MEDIANTE EL ENSAYO JOMINY (MTODO DE PRUEBA POR

EXTREMO TEMPLADO)

II. OBJETIVOS:

Determinar la templabilidad o capacidad de temple del acero AISI 4140 a diversas

velocidades de enfriamiento mediante la obtencin de la profundidad y distribucin

de la dureza en el interior de la pieza.

Evaluar las curvas de templabilidad o curvas Jominy del acero AISI 4140.

Determinar el dimetro critico (Dc) y el dimetro critico ideal (Di).


Equipos para el ensayo Jominy.

Probeta Jominy de un acero.

Horno elctrico tipo mufla 5Kw (0-1200C).

Durmetro.

Elementos para el desbaste, pulido y ataque.





IV. PROCEDIMIENTO:

1. Hacer una probeta de acero 4140 con las medidas para el ensayo Jominy.

2. La probeta Jominy se coloca en un recipiente hermtico para evitar la

descarburacin o escamaduras, luego esto es introducido en un horno para ser

llevada a una temperatura de austenizacin de 900C.

25mm

30mm




3. previamente se ajuste la columna de agua libre del dispositivo Jominy a una altura

de 2,5.Luego se extrae la probeta del horno y se coloca en el dispositivo Jominy.

4. Luego se abre la llave del agua para que se enfri desde la parte baja de la

probeta y se deja correr el agua durante 10 minutos.




5. Luego de 10 minutos se saca la probeta Jominy AISI 4140 del dispositivo y se deja

enfriar.

6. Se rebaja la probeta dos superficies planas paralelas de 0.4 mm de profundidad

para luego medir la dureza en la superficie; estas medidas de dureza se realizaron

cada 1/16, luego con estos datos se har la grfica de la curva de templabilidad.




V. RESULTADOS

DUREZA DE LA MUESTRA

Distancia al extremo

templado (1/16) Dureza HRC

Distancia al extremo

templado (1/16) Dureza HRC

1 56 21 36.9

2 55.9 22 36.4

3 55.1 23 36.3

4 55.3 24 36

5 54.3 25 35.3

6 53.9 26 35.2

7 53.4 27 34.6

8 52.6 28 34.4

9 52.5 29 34.1

10 50.8 30 33.9

11 49.2 31 33.8

12 48.1 32 33.3

13 45.8 33 33.2

14 44.5 34 33

15 43 35 32.7

16 41.4 36 32.6

17 40.4 37 32.5

18 39.2 38 32.4

19 38.5 39 32.2

20 37.7 40 32.1




Analizamos nuestros resultados y comparamos nuestro acero AISI 4140 con

los datos obtenidos, con los valores estndares del acero AISI 4140.

Comparando la templabilidad del acero obtenido y la de un acero estndar, en la probeta,

encontramos una dureza de 56 HRC, que en comparacin a la dureza de un acero AISI

4140 estndar, su dureza es 57 HRC; podemos de esta manera referirnos que nuestro

acero es AISI 4140.

0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Du

reza

HR

C

Distancia al extremo templado 1/16"




VI. CONCLUSIONES:

Mediante el ensayo Jominy evaluamos la templabilidad de un acero AISI 4140, a

diferentes velocidades de enfriamiento a diferentes profundidades, y su distribucin

de la dureza en el interior de una pieza. La mxima dureza conseguida por el temple

en el ensayo es debido al contenido de carbono y es la que se obtiene precisamente

en el extremo de la probeta enfriado por el agua. La dureza obtenida en el otro

extremo corresponde aproximadamente al estado normalizado.

El ensayo Jominy es el mtodo ms ampliamente utilizado para determinar la

templabilidad de cualquier acero. La presencia de los elementos aleantes en los

aceros, permite obtener despus del temple durezas elevadas empleando bajas

velocidades de enfriamiento.

Evaluamos la curva de templabilidad o curva Jominy del acero AISI 4140. Con ello

obtenemos que la dureza disminuye mientras ms lejos es la profundidad del

extremo templado.

Determinamos el dimetro crtico y el dimetro critico ideal para el centro de la

barra de acero donde encontramos 50% martensita y 50% perlita.


Se debe tomar en cuenta en el ensayo Jominy que al momento de sacar la probeta

del horno hay que tener bien instalado el equipo, caso contrario la probeta se

enfriar rpidamente al aire y no se podrn obtener las durezas esperadas y el

grfico tendra una leve variacin.

El tiempo necesario segn la norma para la colocacin de la probeta austenizada al

equipo para el ensayo Jominy debe ser de aproximadamente de 10 segundos para

obtener los resultados esperados

El dimetro del orificio en el cual encaja la probeta calentada a la temperatura de

austenizacin debe ser un poco ms grande ya que la alta temperatura dilata la

probeta.




LABORATORIO N7

I. TTULO:

PROCESO DE CARBURIZACION DE UN ACERO ASTM A514

II. OBJETIVOS:

Aplicar y realizar correctamente el proceso de carburizacin (usando carburante

slido) en aceros de bajo carbono, para la obtencin de piezas cementadas de

ptima calidad.

Calcular el espesor de capa cementante en funcin de la temperatura y el tiempo en

permanencia.

Aplicar el tratamiento trmico (temple y revenido) correctamente a las piezas

carburizadas.

III. MATERIALES, EQUIPOS Y HERRAMIENTAS:

Materiales:

Acero ASTM A514, 3 probetas ( ).

medio difusor: carbn de madera 3-5 mm.

Caja de difusin.

Arcilla refractaria.

Lijas: 100, 180, 220, 320, 400, 600, 1000.

Resina hepoxica.

Perxido de cobalto.

Alcohol.

Algodn.

Agua destilada.

Pana.

Franela.

Abrasivo Alumina de 5 m y 3m.

Elemento de ataque Nital 3%.




b) Equipos:

Horno elctrico tipo mufla.

Durmetro INDENTEC.



c) Herramientas:

Vernier.

Sierras.

IV. PROCEDIMIENTO:

Se prepara el carbn para luego mezclar con el BACO3 en las proporciones

establecidas 20% de BACO3 Y 80% carbn de madera, para as preparar el medio

difusor.




Obteniendo las probetas se empaquetan, rociando una pequea capa de carbn y

separadas para que las probetas no se peguen a la caja luego se llena la caja con el

80% carbn de madera y el 20% de BaCO3 Carbonato de Bario en combinacin.

La caja de Cementacin fueron selladas para evitar descarburizacin, luego

introducir al horno y calentarlo hasta una temperatura de permanecia de AC3 (900-

950C).




Una vez alcanzada la temperatura de cementacin retirar las cajas a diferentes

tiempos: 3 y 5 horas.

Realizar el tratamiento trmico de temple y revenido respectivo para las muestras

carburadas.




Posteriormente se midi las durezas de la probeta suministro y la probeta

cementada, luego se procedi a su respectivo desbaste y pulido.

Finalmente las probetas 2 se atacaron con nital al 2%, para luego observar su

microestructura en el microscopio y tomar sus respectivas microfotografas.

V. RESULTADOS

Los espesores de la corona donde ocurri la difusin de carbono tomados en la

prctica con respecto a la difusin de 3 horas disminuyo y el la probeta difundida 5

horas aumento en relacin a los espesores tericos, expresados en la siguiente tabla.

Tabla N 2: Espesor de capa difundida terica a 920 C, para un acero ASTM A514.

Calculada con la segunda ley de Fick:

Probetas

Suministro 0.00

Difusin con

carbono

(3 horas)

0.075

Difusin con

carbono

(5 horas)

0.0967




Curva de penetracin del carbono hacia el interior del acero ASTM A514, difundida a

920C para un tiempo de 3 y 5 horas respectivamente

Al construir las curvas de penetracin, con los datos obtenidos, nos damos cuenta que

cuando el acero se difunde ms tiempo el porcentaje de concentracin aumenta con

respecto al espesor de la capa.

FOTOMICROGRAFA

Fotomicrografa N1: Acero ASTM A514 templado y revenido. Su microestructura muestra

bainita revenida. Dureza: 27.1 HRC. Ataque qumico: Nital 3%. A 200X.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

con

cen

tra

cio

n d

e c

arb

on

o(%

)

Espesor de capa(cm)

Curvas de penetracin

difusin de carbono t=3h

difusin de carbono t=5h




VI. CONCLUSIONES:

La difusin del carbono en hierro ocurre por el mecanismo intersticial (el carbono

se coloca en las posiciones octadricas intersticiales de la estructura) ya que a la

temperatura de 900C el Fe pasa de estructura BCC a FCC, siendo en este ltimo

mayor el radio intersticial por lo tanto hay mayor difusin de C.

Se comprueba que la 2 Ley de Fick gobierna el proceso de difusin del carbono ya

que la diferencia de la capa cementada calculada con la experimental, es mnima.

En el estado estacionario el perfil de concentracin de las sustancias que se

difunden es independientemente del tiempo y el flujo o velocidad es proporcional al

valor negativo del gradiente de concentracin de acuerdo con la 1 Ley de Fick (Va

de una concentracin mayor a una concentracin menor).

En el proceso de carburizacin del acero, el flujo de difusin y el gradiente de

concentracin varan con el tiempo generando la acumulacin o agotamiento de las

sustancias que se difunden.

El primer temple se realiz por encima de AC3 para afinar el grano, el segundo

temple se realiz por encima de AC1 para darle dureza al acero y el revenido a

200C para aliviar las tensiones y no se produzcas fisuras o grietas en el acero





Un buen desbaste y pulido mecnico de las probetas presentarn una mejor

microestructura para analizar y comprarlas de acuerdo al tiempo de difusin del

carbono en el acero.

Las cajas de las probetas donde se van a cementar siempre deben estar selladas con

arcilla refractaria, para evitar el ingreso de oxgeno al interior de la caja y as evitar

la descarburizacin del acero.

Para determinar el espesor de la capa cementada se recomienda sobre atacar la

probeta con nital, con esto ser ms visible el espesor de la capa cementada y

permitir un dimensionamiento aproximado de la misma.

La temperatura del horno debe estar entre 900C y 950C para obtener poder

realizar el bien el proceso de carbonizacin y tener mejores propiedades mecnicas




VIII. ANEXOS

Clculo del coeficiente de difusin:

T=920+273=1193k

Q=34000 cal/mol

R=1.987

El coeficiente de difusin ser:

Clculo del espesor de capa difundida tericamente

para tres horas:

t=3horas(

) 10800 s

para cinco horas:

t=5horas(

) 18000 s




Curvas de penetracin

El clculo de los puntos para trazar la curva de penetracin se realizara a travs de la

siguiente formula (solucin de la segunda ley de Fick):

(

)

Dnde:

: Concentracin en la superficie

: Concentracin al inicio del proceso, en el tiempo t=0

: Concentracin a una profundidad x de la superficie, en un tiempo t.

t: tiempo ; expresado en segundos.

D: coeficiente de difusin.

*

+ , es una variable que se expresa como fer (y); representa la funcin de

error de Gauss.

Calculo de un punto de la curva para un tiempo de difusin de carbono a

t=3horas

Sabiendo que:

: 1.2% ; : 0.18%C ; X: 0.01cm ; t: 10800 s ; D:

(

)

Como fer (0.1333) no se encuentra en la tabla se procede a interpolar utilizando los

datos de la tabla de fer(z) que se muestra ms adelante.




Z Fer(Z)

0.10 0.1125

0.1333 ?

0.15 0.1680

fer(z)=0.1495

De forma anloga se calcula las dems concentraciones para otras profundidades de

capa y para un tiempo de difusin de carbono de 5 horas

De los clculos obtenemos la siguiente tabla:

X(cm) % de carbono difundido (terico)

t= 3horas t= 5horas

0 1.2 1.2

0.01 1.038 1.073

0.02 0.877 1.038

0.03 0.729 0.827

0.04 0.596 0.714

0.05 0.478 0.611

0.06 0.384 0.519

0.07 0.306 0.437

0.075 0.276 0.400

0.080 ------------ 0.367

0.090 ------------ 0.307

0.0967 ------------ 0.276

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