ESPOL

Escuela Superior Politecnica del Litoral

Facultad de Ingenierıa Mecanica y Ciencias de la

Produccion

Nombre:

Jimmy Edison Gomez De la Cruz

Seccion/Paralelo:

Jueves, 7:30-9:30, P105

Materia:

Laboratorio de Materiales de Ingenierıa

Tıtulo de la Practica:

Ceramicos

Profesor:

Ing. Jose Manuel Pilataxi Sislema

Fecha de Experimento:

4 de Agosto del 2016

Fecha de Entrega:

14 de Agosto del 2016

Periodo:

I Termino 2016

Lista de Contenidos

1. Teorıa 11.1. Temple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Normalizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3. Recocido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3.1. Recocido Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3.2. Esferoidizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3.3. Alivio de tensiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.4. Revenido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Procedimiento Experimental 5

3. Analisis de Resultados 6

4. Conclusiones 7

5. Preguntas Evaluativas 95.1. Describir detalladamente la practica realizada(tiempos, tempera-

turas, medios de enfriamiento, etc.) . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.2. Describir las fases encontradas en las metalografıas de las mues-

tras correspondientes a los diferentes medios de enfriamiento uti-lizados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5.3. Usando el diagrama CCT correspondiente al tipo de acero utili-zado en la practica, trazar las curvas de enfriamiento sugeridaspara los tratamientos termicos realizados, basandose en las fasesencontradas en las metalografıas obtenidas. . . . . . . . . . . . . 9

5.4. Describir las diferentes curvas y regiones encontradas en los dia-gramas TTT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5.5. Describir y comparar los siguientes tratamientos termicos: . . . . 105.5.1. Temple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.5.2. Revenido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.5.3. Recocido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.5.4. Normalizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5.6. Describir el comportamiento mecanico de aleaciones de Fe-C deacuerdo al contenido de: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.6.1. Ferrita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.6.2. Cementita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.6.3. Perlita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.6.4. Bainita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.6.5. Martensita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

5.7. Describa como y bajo que condiciones(temperaturas) ocurren lassiguientes transformaciones de fase: . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.7.1. Transformacion de Austenita a Perlita . . . . . . . . . . . 125.7.2. Transformacion de Austenita a Bainita . . . . . . . . . . . 125.7.3. Transformacion de Austenita a Martensita . . . . . . . . . 12

6. Anexos 136.1. Determinacion de velocidades de enfriamiento . . . . . . . . . . . 136.2. Mediciones de dureza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136.3. Imagenes obtenidas por el microscopio . . . . . . . . . . . . . . . 146.4. Fotos de la practica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Lista de Figuras

1. Diagrama TTT del Acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Diagrama CCT del Acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23. Variacion de parametros de red Vs. porcentaje de carbono . . . . 24. Desplazamiento del punto eutectoide para aceros hipereutectoi-

des y hipoeutectoides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35. Diferentes tratamientos termicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36. Recocido Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47. Temple y revenido del acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58. Variacion de la dureza con respecto al tratamiento termico . . . . 149. Microestructura de temple en aceite . . . . . . . . . . . . . . . . 1410. Microestructura de temple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1411. Microestructura del recocido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1512. Microestructura de la muestra de referencia . . . . . . . . . . . . 1513. Banco de lijas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1514. Temperatura del horno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1515. Envase con agua y hielo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1516. Enfriamiento en aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1517. Banco de lijas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1618. Microscopio optico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Lista de Tablas

1. Datos velocidad de enfriamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132. Mediciones de dureza Rockwell C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Resumen

En esta practica se trato al mismo material con diferentes medios deenfriamiento, tomando como referencia una de las cuatro muestras de ace-ro 1020, otra se enfrio con agua permitiendo que esta se temple, la terceramuestra se enfrio en aceite dando lugar al tratamiento termico de templeen aceite y la ultima muestra se dejo que se enfrıe en el horno, siendoesta la del enfriamiento mas lento, se obtuvo como resultado una mues-tra recocida, seguidamente se preparo la muestra para realizar el analisismetalografico y comparar que diferencias existen con respecto a la du-reza y micro-estructura que se obtiene en cada tratamiento termico, seuso lijas de diferentes tamanos empezando por las mas gruesas y termi-nando con las mas finas, posteriormente se procedio a realizar el pulidofino con alumina hasta obtener una superficie translucida, se concluyo lapreparacion de la muestra con el ataque quımico con nital al 2 % y se lodetuvo con metanol, luego se observo por microscopio que cada muestratiene diferente tamano de grano y se hizo la medicion de dureza obtenien-do diferentes valores, siendo el temple con agua la de mayor dureza y elrecocido de mayor tenacidad.

1. Teorıa

Los tratamientos termicos son importante para la obtencion final del materiala fabricarse, es la fase final de transformacion de la materia prima [1], tiene comoobjetivo modificar las propiedades del material. Los tratamientos termicos sondisenados con enfriamientos y calentamientos establecidos

Figura 1: Diagrama TTT del Acero

a determinadas temperaturas y por un tiem-po dado de permanencia en una temperaturaestablecida, para ası dar lugar a las transfor-maciones de fases de la austenita en cualquierotra fase ya sea martensita, perlita o baini-ta, los diagramas TTT Fig.1 se determinanpor temperatura constante, es decir, fuerondeterminados de forma experimental al ca-lentar una muestra a una determinada tem-peratura y la mantenıan durante un tiempohasta completar su transformacion en otra fa-se, otra forma conocida para determinar estetipo de diagramas es por medio de las cur-vas de enfriamiento continuo, cuyas lıneas detransformacion se encuentran desplazadas ala derecha con respecto al diagrama TTT Fig.2, este diagrama conocido comoCCT por sus siglas en ingles Cooling Curve Transformation es el que mas seasemeja a los procesos usados en la industria, puesto que consiste en la disposi-cion de un cuerpo en medio de enfriamiento de forma continua, dando lugar auna velocidad de enfriamiento constante.

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Los factores principales que determinan un tratamiento termico son la trans-formacion de fases durante el calentamiento, el efecto de la tasa de enfriamientoen los cambios estructurales durante el enfriamiento y el efecto del contenido decarbono y de los elementos aleantes.

Figura 2: Diagrama CCT del Acero

Los diferentes tratamientos termicos se di-ferencian por la velocidad de calentamien-to, la velocidad de enfriamiento, la atmosfe-ra con la que se desarrolla el tratamiento,entre otros, se conocen diferentes tratamien-tos termicos como el recocido, normalizado,temple, revenido y endurecimiento superfi-cial.

1.1. Temple

El temple del acero consiste en el calentamiento hasta la temperatura deaustenizacion y posteriormente el enfriamiento rapido en diferentes medios dedisipacion de calor como agua, aceite, salmuera o aire [2], cuando el enfriamien-to es rapido, los nucleos no alcanzan a formarse completamente por lo tanto ensu microestructura se debe observar una distribucion de granos mas pequenosque de una muestra no templada, adicionalmente se produce una distorsion ensu estructura cristalina, y como resultado pasa de fcc a tbc, siendo de mayorvolumen, dura y fragil.El fenomeno que tiene lugar en la transformacion de fcc a tbc es conocida co-mo la distorsion de Bain [3], que consiste en la transformacion de dos celdasunitarias en fcc a una sola celda unitaria en tbc, siendo posible incluso calcularel porcentaje volumetrico en que varia, ya que existe un estudio realizado ex-perimentalmente que relaciona los parametros de red tanto tbc como fcc con elporcentaje de carbono que contiene el acero Fig.3.

Figura 3: Variacion de parametrosde red Vs. porcentaje de carbono

Es posible observar en la Fig.1 que exis-te un intervalo de velocidades de enfriamien-to para las que es posible realizar el tem-ple,siendo la menor la que se encuentra tan-gente a la nariz perlıtica, conocida como lavelocidad crıtica de temple.Como resultado del temple se obtiene un por-centaje de martensita de alrededor del 90 %conjuntamente con un 10 % de austenita re-tenida que no es posible su transformacion enmartensita

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1.2. Normalizado

Este tratamiento termico consiste en el calentamiento de la muestra hastauna temperatura indicada que depende de sus medidas, y luego se enfrıa en aire,en el diagrama TTT Fig.5 se observa la curva tıpica de normalizado, como resul-tado de este tratamiento termico se tiene una disminucion de la perlita laminar,aumento del contenido de perlita y aumento de dureza, resistencia mecanica ymaquinabilidad. Un fenomeno que ocurre luego de realizar el normalizado es eldesplazamiento del punto eutectoide

Figura 4: Desplazamiento del puntoeutectoide para aceros hipereutectoi-des y hipoeutectoides

ligeramente hacia la derecha o hacia la iz-quierda dependiendo del tipo de acero, si esun acero hipoeutectoide este punto se despla-za hacia la izquierda del diagrama dando co-mo resultado una disminucion del porcentajede ferrita y un aumento en el porcentaje deperlita, en cambio para aceros hipereutectoi-des el punto eutectoide se desplaza ligeramen-te hacia la derecha dando lugar a un aumen-to de perlita y una disminucion de cementitaFig. 4, como resultado del normalizado se obtiene perlita fina a partir de laperlita gruesa [4].

Figura 5: Diferentes tratamientos termicos

1.3. Recocido

Existen tres tipos de recocido conocidos, entre estos se tiene el recocido total,la esferoidizacion y el alivio de tensiones, teniendo como objetivo la restauracionde propiedades luego de haberse realizado el trabajo en frıo en la pieza.

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1.3.1. Recocido Total

Consiste en calentar hasta una temperatura superior a la temperatura crıti-ca inferior, mantener durante un tiempo a dicha temperatura y finalmente seenfrıa lentamente como en la figura 6, dejando que la pieza se enfrie junto con elhorno, tiene como objetivo restaurar la microestructura distorsionada y endu-recida por el trabajo mecanico en frıo por una estructura libre de deformaciones.

��������

HHHHH

Tc

t

Figura 6: Recocido Total

El recocido total del acero consta de tres eta-pas, la primera es la recuperacion que tienelugar en bajas temperaturas, sin modificar sumicroestructura y su utilidad se presenta aleliminar esfuerzos elasticos, seguidamente setiene la recristalizacion siendo esta la etapamas importante presentandose la nucleacionde granos sin deformar, esta temperatura derecristalizacion es aproximadamente el 40 %de la temperatura de fusion, aproximadamen-te 540◦C para el acero, esta temperatura tam-bien depende del porcentaje de trabajo en frıo que tenga la pieza, ya que senecesitara menor cantidad de energıa al ser mayor el porcentaje de trabajado,y finalmente se produce el crecimiento de grano en la etapa final del recocidototal, dependiendo de diversos factores como la temperatura de calentamientoy las impurezas presentes.

1.3.2. Esferoidizacion

Es similar al recocido total con la unica variante que la temperatura a laque se mantiene luego del calentamiento es una temperatura superior y muyproxima a la tempera crıtica inferior.

1.3.3. Alivio de tensiones

Se realiza a temperaturas inferiores a la temperatura crıtica, es decir, se haceel calentamiento hasta una temperatura inferior a la temperatura crıtica, luegose mantiene la temperatura durante un tiempo establecido y al final se enfrıadentro del horno.

1.4. Revenido

Es un tratamiento termico que por lo general se realiza despues del templeFig.7, cuando un acero ha sido tratado por ambas formas, templado y revenidose lo denomina bonificado, este tratamiento tiene como objetivo el disminuir ladureza y aumentar su tenacidad, esto se realiza en diferentes etapas, la primeraetapa es el calentamiento hasta una temperatura proxima a los 200◦C dandolugar a la formacion de carburos y aumento de dureza, la segunda etapa con-siste en calentar hasta 400◦C para transformar la austenita retenida en bainitainferior, la siguiente etapa se calienta hasta 650◦C y como resultado se tienela transformacion de la martensita de tbc a bcc, la disolucion de carburos y la

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formacion de troostita, en la cuarta etapa se mantiene a la temperatura crıticainferior, permitiendo la transformacion de la cementita en sorbita y la cementitalaminar en globular blanda.

Figura 7: Temple y revenido del acero

A partir de resultados experimentales obtenidos previamente e investigacionbibliografica [5], se conoce que la variacion de la dureza es directamente pro-porcional a la velocidad de enfriamiento, mientras mayor sea la velocidad deenfriamiento mayor sera la medicion de dureza, por lo tanto se espera que elacero templado con enfriamiento en agua y hielo sea la pieza con mayor dureza,y la muestra que fue enfriada en el horno sea la de menor dureza, tambien existeuna relacion con respecto al tamano de grano en cada microestructura, puestoque la nucleacion es interrumpida sin dejar que crezcan los granos, mayor sera ladureza cuando menor sea el tamano de granos, ya que al ser enfriado de manerabrusca no se completa su formacion, por lo tanto cuando el enfriamiento es lentosucede lo contrario obteniendo granos de tamano mayor.Existen dos escalas disponibles para realizar la medicion de dureza, escala vic-kers y rockwell, la primera me permite determinar la dureza de cada una delas fases involucradas, ya que es un microdurometro, en cambio el durometrorockwell me permite obtener la dureza promedio de una region, en esta practicase uso el durometro Rockwell en escala C.

2. Procedimiento Experimental

Se tiene cuatro muestras de acero 1020 con 20.5 mm de diametro, cada unade estas es sometida a un diferente tratamiento termico, la primera de las cuatromuestras se la considerara de referencia, ya que a partir de esta se podra realizarlas comparaciones y las diferencias que existen al ser sometidas a un tratamien-to termico, la segunda sera sometida a temple que consiste en calentar hastala temperatura de austenizacion aproximadamente 600◦C en el horno, luego se

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procede a retirar la muestra e inmediatamente se la coloca dentro de un reci-piente que contenga agua y hielo Fig.15 para ası dar lugar a un enfriamientorapido durante dos minutos aproximadamente, luego se realiza un procedimien-to similar a la tercera muestra pero con diferente medio de enfriamiento, en unenvase con aceite durante cuatro minutos de enfriamiento Fig.16, en cuanto ala preparacion de la ultima muestra ya que tardarıa demasiado para llevarseacabo, se nos fue otorgada una muestra que que ya habıa sido sometida a estetratamiento termico, en el diagrama TTT de la Fig. 5 se puede apreciar lascurvas de enfriamiento aproximadas de cada uno de los tratamientos termicoscitados.Luego se preparo la muestra para su observacion en el microscopio optico, sehizo el pulido grueso con lijas de 220, 320, 400, 600 y 1000 granos por pulgadacuadrada (Marca: Fandelli) Fig. 13, para hacer el desbaste de la superficie aobservarse, luego se continuo con el pulido fino untando alumina en el discogiratorio de la pulidora universal Fig.17 (Marca: Struers), este procedimiento seconcluye cuando se observa la superficie translucida y sin marcas apreciables.Posteriormente se hizo el ataque quımico con nital al 2 % para corroer la superfi-cie, ya que esta compuesta por diversas fases, cada una reacciona con velocidaddiferente, y ası poder diferenciarlas en el microscopio en escala de grises, paradetener el ataque quımico se aplico metanol sobre la superficie, de esta formase logro disminuir la velocidad de corrosion hasta anularse completamente.Luego se midio la dureza de cada una de las muestras, para lograr diferenciarlos efectos que ocasionan los tratamientos termicos empleados, finalmente serealizo las observaciones en el microscopio y con las imagenes obtenidas Sec.6.3,se puede inferir en comparaciones entre cada uno de los tratamientos termicos,y con las mediciones de dureza obtener graficas de dureza vs. velocidad de en-friamiento.

3. Analisis de Resultados

A partir de los resultados obtenidos de dureza Tabla.2 y la tendencia quepresentan con respecto al tratamiento termico Fig.8, de forma experimental seobtuvo que la dureza es directamente proporcional a la velocidad de enfriamien-to, el temple en agua mejora la resistencia mecanica aumentando la dureza, eltemple en aceite ocasiona el mismo efecto pero en menor grado, esto se debe aque la velocidad de enfriamiento es menor que con agua, y como resultado delrecocido se obtuvo una menor dureza en comparacion a la muestra de referen-cia, se debe a que su velocidad de enfriamiento es mucho menor y permite laformacion de granos grandes.En las imagenes obtenidas por el microscopio optico Sec.6.3 se observa las dife-rentes microestructuras despues de aplicar cada uno de los tratamientos termi-cos, para el templado en agua y hielo Fig.10 se observa un tamano de granopequeno, segun datos obtenidos previamente [6], la martensita con un conteni-do de carbono menor al 0,6 % tiene una microestructura denominada martensitaen cintas, comparando ambas se puede notar que tienen una microestructuramuy similar, por lo tanto es martensita la microestructura luego del temple alagua. Al observar de forma detallada la microestructura del acero templado alaceite Fig.9 y comparando con imagenes obtenidas previamente [8] se nota una

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gran similitud en sus estructuras, por lo tanto la microestructura del la muestrade acero templado en aceite es martensita y perlita.En base a datos obtenidos por referencias [7], comparando con la imagen obte-nida Fig.11, se nota similitud entre las microestructuras, por lo tanto la muestraque fue recocida tiene perlita gruesa en su microestructura.Con respecto a la microestructura obtenida para cada tratamiento termico, enel temple se obtuvo martensita, en el temple en aceite se obtuvo martensita ybainita, y en el recocido se obtuvo perlita gruesa, todos estos datos concuerdancon la dureza que tiene cada una de las fases involucradas.

4. Conclusiones

Los diagramas CCT y TTT fueron de vital importancia para monitorearcada uno de los tratamientos termicos analizados y comparados, como resulta-do se tiene que el temple en agua aumenta en mayor cantidad la dureza queen aceite, en cambio el recocido aumenta su tenacidad, por lo tanto se cumpleel triangulo que relaciona la microestructura, las propiedades y los procesos,puesto que al querer variar las propiedades mecanicas fue necesario usar diver-sos procesos segun el objetivo perseguido por el fabricante, si fuese mejorar laresistencia mecanica un proceso requerido seria el temple en agua, si lo que sedesea es aumentar la tenacidad, puede ser el recocido el proceso que se necesite,cada proceso se puede disenar con respecto a que propiedades se quiere variar,para ello primero se recurre a los diagramas de transformacion del material encuestion.

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Referencias

[1] Facultad de Ingenierıa Mecanica y Ciencias de la Produccion, Area de Ma-teriales, (2016). Laboratorio de Materiales de Ingenierıa, Practica 3: Diagra-mas TTT y CCT para los tratamientos termicos del acero.

[2] Serrano, O., (2015). Escuela Superior Politecnica del Litoral., Guayaquil,Guıa de Estudio del Curso de Materiales de Ingenierıa.

[3] Universidad Politecnica de Valencia, Hipotesis que justifica la transforma-cion de la martensita.,[Fecha de consulta: 23 Julio 2016]. Disponible en:http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm07/pfcm7 4 3.html

[4] Tecnologıa Industrial. Tratamientos Termicos. [Fecha de consul-ta: 23 Julio 2016]. Disponible en: http://www.tecnosefarad.com/wp-content/archivos/bach 2/materiales/T3 tratamientos termicos.pdf

[5] Universidad Autonoma de Madrid, Laboratorio de Materiales, Efectos delenfriamiento, (2004)[Fecha de consulta: 24 Julio 2016]. Disponible en:https://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica4/efectos %20del %20enfriamiento.htm

[6] Universidad Autonoma de Madrid, Laboratorio de Ma-teriales, Transformacion de Austenita en Martensita,(2004)[Fecha de consulta: 24 Julio 2016]. Disponible en:https://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica4/Martensita.htm

[7] Universidad de Sevilla, Departamento de Ingenierıa y Ciencia de los Mate-riales, Acero de un 0.35 % de C, (2000)[Fecha de consulta: 25 Julio 2016].Disponible en: http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-19.html

[8] Universidad Libre de Colombia, Caracterizacion Microestructu-ral de un acero AISI-SAE 1045 Tratado Termicamente en el in-tervalo crıtico [Fecha de consulta: 24 Julio 2016]. Disponible en:http://repository.unilibre.edu.co/bitstream/handle/10901/7839/Caracterizaci%C3 %B3n %20Microestructural %20de %20un %20Acero %20AISISAE %201045 %20Tratado %20T %C3 %A9rmicamente %20en %20el %20Intervalo %20Intercr %C3 %ADtico.pdf?sequence=1

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5. Preguntas Evaluativas

5.1. Describir detalladamente la practica realizada(tiempos,temperaturas, medios de enfriamiento, etc.)

En esta practica se realizo dos tratamientos termicos el temple en agua y enaceite, para ambos casos es necesario medir la temperatura ambiente, aproxima-damente 23◦C, y la temperatura de las muestras que es igual a la temperaturadel horno de 547◦C Fig.14, para el temple el medio de enfriamiento fue aguay hielo Fig.15 durante dos minutos, para el temple en aceite Fig.16 el enfria-miento fue durante cuatro minutos, para el tratamiento termico de revenido setomo como tiempo dos horas de enfriamiento, ya que por falta de tiempo no fueposible realizarse.

5.2. Describir las fases encontradas en las metalografıas delas muestras correspondientes a los diferentes mediosde enfriamiento utilizados.

Se puede observar en la figura 10 la fase involucrada es martensita, tienenun tamano de grano mas pequeno que la referencia Fig.12, esto se debe almedio de enfriamiento ya que no permite la formacion de granos grandes, encuanto al tratamiento de temple en aceite Fig.9 tiene martensita y perlita comofases involucradas, el tamano de grano es mayor en comparacion al temple,ademas tienen formas dendrıticas, es decir, presentan ramificaciones, finalmenteel recocido Fig.11 es el de mayor tamano de grano de todos los procesos, estose debe al enfriamiento, ya que es un enfriamiento lento y se observa que tienegranos redondos que se conocen como perlita gruesa, lo que confirma que fuesometido a recocido de esferoidizacion.

5.3. Usando el diagrama CCT correspondiente al tipo deacero utilizado en la practica, trazar las curvas deenfriamiento sugeridas para los tratamientos termicosrealizados, basandose en las fases encontradas en lasmetalografıas obtenidas.

En figura 5 se observa cada uno de los tratamientos termicos y su productofinal, para el temple en agua se obtiene 100 % martensita, para el temple enaceite se obtiene martensita y perlita y para el recocido resulta perlita gruesa.

5.4. Describir las diferentes curvas y regiones encontradasen los diagramas TTT.

Se observa en la figura 1 las diferentes regiones que conforman un diagramaTTT, los principales puntos a recalcar son la velocidad crıtica de temple que estangente a la nariz perlıtica, las lıneas de transformacion que denotan el tiempoque tarda la austenita en pasar a ser bainita, ferrita o perlita, a temperaturasaltas se observa que se transforma en cementita y algo de austenita, a tempe-raturas proximas a los 600◦C se tiene la cementita y perlita, a temperaturas

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menores en cambio se obtiene bainita, se observa ademas que entre los 200◦C y100◦C se tiene dos fases, martensita y austenita.

5.5. Describir y comparar los siguientes tratamientos termi-cos:

5.5.1. Temple

Tratamiento termico que consiste en enfriamiento rapido a partir de la aus-tenita, se caracteriza por modificar las propiedades mecanicas, mejorando suresistencia y dureza a cambio de una disminucion de su tenacidad y ductilidad,su estructura metalografica es de granos mas pequenos que antes de temple, detodos lo procesos termicos citados aquı, es el de mayor dureza.

5.5.2. Revenido

Tratamiento termico que normalmente se lleva a cabo luego del temple,cuando un acero es templado y revenido se conoce como acero bonificado, tienecomo objetivo mejorar la ductilidad, ya que luego del temple se tiene bajaductilidad, su microestructura es de granos mas grandes, y tiene menor durezaque el templado.

5.5.3. Recocido

Consiste en la recuperacion de las propiedades mecanicas del material, cuan-do este ha sido trabajado en frıo, sus propiedades mecanicas depende de las tem-peraturas de operacion de cada etapa del recocido, en esta practica la muestrarecocida tiene menor dureza de todos los tratamientos termicos.

5.5.4. Normalizado

Tiene como objetivo formar perlita fina, mejorando su resistencia mecanica,esto se debe al desplazamiento del punto eutectoide, de todos los tratamien-tos termicos al aplicar este se obtiene una dureza promedio, menor que la deltemplado y mayor que la del recocido.

5.6. Describir el comportamiento mecanico de aleacionesde Fe-C de acuerdo al contenido de:

5.6.1. Ferrita

Las ferritas se producen a menudo en forma de polvo, con el cual se pue-den producir piezas de gran resistencia y dureza, previamente moldeadas porpresion y luego calentadas, sin llegar a la temperatura de fusion, dentro de unproceso conocido como sinterizacion. Mediante este procedimiento se fabricannucleos para transformadores, inductores/bobinas y otros elementos electricoso electronicos.

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5.6.2. Cementita

La cementita es muy dura, de hecho es el constituyente mas duro de losaceros al carbono, con una dureza de 68 HRc. La cementita destaca por ser unconstituyente fragil, con alargamiento nulo y muy poca resiliencia. Su tempe-ratura de fusion es de 1227◦C. como la cementita es muy dura y fragil no esposible utilizarla para operaciones de laminado o forja debido a su dificultadpara ajustarse a las concentraciones de esfuerzos.

5.6.3. Perlita

Hay dos tipos de perlita, la perlita fina que es dura y resistente, y la erlitagruesa que es menos dura y mas ductil. La razon de este comportamiento radicaen los fenomenos que ocurren en los lımites de fases (α y cementita). En primerlugar, hay un alto grado de adherencia entre las dos fases en el lımite. Por lotanto, la resistencia y la rigidez de la fase cementita restringe la deformacionde la fase (ferrita), mas blanda, en las regiones adyacentes al lımite; es decir,la cementita refuerza a la ferrita. Este grado de reforzamiento es mas elevadoen la perlita fina porque es mayor la superficie de lımites de fases por unidadde volumen del material. Ademas, los lımites de fases sirven de barrera para elmovimiento de dislocaciones, del mismo modo que los lımites de grano. En laperlita fina y durante la deformacion plastica las dislocaciones deben cruzar maslımites de fases que en la perlita gruesa. De este modo el mayor reforzamientoy restriccion del movimiento de las dislocaciones en la perlita fina se traducenen mayor dureza y resistencia mecanica. La perlita gruesa es mas ductil quela perlita fina a consecuencia de la mayor restriccion de la perlita fina a ladeformacion plastica.

5.6.4. Bainita

Es una mezcla entre las fases ferrita y cementita, comunmente esta formadopor una matriz ferrıtica y tiene cementita en forma alargada, existen dos formasde bainita, la superior e inferior, se diferencian por la temperatura a la que seobtienen. Los aceros bainıticos son mas duros y resistentes que los perlıticos por-que tienen una estructura mas fina a base de partıculas diminutas de cementitaen una matriz ferrıtica. Por este motivo exhiben una interesante combinacionde resistencia y ductilidad.

5.6.5. Martensita

Los aceros con microestructura martensıtica son los mas duros y mecanica-mente resistentes, pero tambien los mas fragiles y menos ductiles. La dureza deestos aceros depende del contenido en carbono; aun ası, son mas tenaces que losaceros perlıticos. La martensita es una solucion solida sobresaturada de carbonoy austenita.

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5.7. Describa como y bajo que condiciones(temperaturas)ocurren las siguientes transformaciones de fase:

5.7.1. Transformacion de Austenita a Perlita

Despues de calentar la pieza a una temperatura mayor a la temperaturade austenizacion, se procede al enfriamiento lento, solo bajo condiciones deenfriamiento muy lento se puede obtener perlita, en este caso se obtiene untamano de grano mas grande ya que la nucleacion no es interrumpida. El rangode temperaturas aproximado para una transformacion isotermica esta entre los500◦C y 700◦C.

5.7.2. Transformacion de Austenita a Bainita

Luego de ser calentado a una temperatura mayor a la de austenizacion,se enfrıa hasta una temperatura ligeramente inferior a la nariz perlıtica, semantiene a temperatura constante y se deja expuesta a un enfriamiento lento. Elrango de temperaturas aproximado para su transformacion isotermica esta entrelos 450◦C y 260◦C.

5.7.3. Transformacion de Austenita a Martensita

La pieza al ser llevada a una temperatura mayor a la temperatura de auste-nizacion, aproximadamente 740◦C, luego se procede a enfriar de forma severala pieza con lo que no se permite el crecimiento de granos de forma completa,para la transformacion de la austenita en martensita no se requiere tiempo, estoocurre siempre y cuando la velocidad de enfriamiento sea mayor a la velocidadcritica de temple. El rango de temperaturas aproximado donde coexisten lasfases austenita y martensita esta entre los 100◦C y 200◦C.

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6. Anexos

6.1. Determinacion de velocidades de enfriamiento

Para determinar la velocidad de enfriamiento de cada una de las muestras setoma la diferencia entre la temperatura del horno y la temperatura ambiente, yse divide para el tiempo total de enfriamiento, como resultado se tiene;

Tratamiento Termico Temple Agua Temple Aceite RecocidoT. Ambiente (◦C) 23 23 23T. Muestra (◦C) 547 547 547

Tiempo (seg) 120 240 7200*V. Enfriamiento 4.367 2.183 0.073

Tabla 1: Datos velocidad de enfriamiento*Tiempo estimado, no realizado en la practica

6.2. Mediciones de dureza

Para poder hacerse la comparacion es necesario que en todas las muestras seaplique la misma cargar (100kgf) y el mismo identador (1/16 in. punta redonda).

Referencia Agua+Hielo Aceite Recocido87.3 96.6 85.9 82.387.7 97.4 85.3 83.587.6 96.9 86.3 83.886.9 97.5 85.7 82.987.9 97.6 85.5 82.887.4 96.9 85.7 83.4

Tabla 2: Mediciones de dureza Rockwell C

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Figura 8: Variacion de la dureza con respecto al tratamiento termico

6.3. Imagenes obtenidas por el microscopio

Imagenes con aumento de 500x.

Figura 9: Microestructura de temple enaceite

Figura 10: Microestructura de temple

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Figura 11: Microestructura del recocidoFigura 12: Microestructura de la muestrade referencia

6.4. Fotos de la practica

Figura 13: Banco de lijas Figura 14: Temperatura del horno

Figura 15: Envase con agua y hielo

Figura 16: Enfriamiento en aceite

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Figura 17: Banco de lijas Figura 18: Microscopio optico

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