Ensayo de templabilidad Jominy

        Práctica # 3        

Ensayo de templabilidad Jominy

Natalia Machado1

1 Escuela Colombiana de Carreras Industriales, Coordinación de Ingeniería Mecánica, Bogotá D.C., Colombia

Resumen — Este informe documenta el análisis de la templabilidad de una barra de acero a partir de una gráfica de dureza v/s distancia. La gráfica se obtiene a partir de una experiencia realizada en el laboratorio de materiales, en donde se calentó esta barra a la temperatura de austenización en un horno, y se sometió a un temple en uno de sus extremos.

De este proceso se obtiene datos de dureza y distancia de medición, por lo que podemos concluir que este ensayo permite representar al material a partir de sus características de endurecimiento, lo que permite comparar tipos de aceros y definer cual de ellos tiene una mayor o menor velocidad de temple.

Abstract — This report documents an analysis of the hardenability of a steel bar from a plot of hardness v / s distance. The graph is obtained from a laboratory experiment conducted in the material, wherein this bar to austenitization temperature in an oven heated, and subjected to quenching in one end.

This process hardness data and measuring distance are obtained, so we can conclude that this assay can represent material from its hardening characteristics, which allows comparing types of steel and definer which of them has more or less quench rate.

Palabras Clave  —  Acero, dureza, durómetro, mufla, probeta, temperatura, temple, recocido y revenido.

Index Terms — Steel, hardness, durometer, flask, specimen, temperature, tempering, annealing and tempering

1. ^[1] INTRODUCCIÓN

Este laboratorio es realizado con el fin de conocer el procedimiento y la base teórica de un ensayo por tratamientos térmicos en piezas metálicas, y así, estar en capacidad de medir las propiedades obtenidas al realizarlo, tales como cambios en la dureza del material y efectos sobre el material, entre otros; así mismo se documenta la capacidad de desarrollar habilidades para manejar los instrumentos requeridos en la práctica tales como el durómetro y el horno para el calentamiento de la probeta de acero.

Es importante que como estudiantes tengamos clara la importancia de las propiedades de los materiales en el momento de usarlos, así mismo debemos conocer y diferenciar cada uno de los tratamientos termicos a realizar con el fin de llevarlos a cabo de la mejor manera y así lograr los resultados esperados.

1. ^[2]  INTRODUCTION

This laboratory is done in order to know the procedure and the theoretical basis of a trial by heat treatments on metal parts, and thus be able to measure the properties obtained to do this, such as changes in material hardness and effects the material, among others; Likewise the ability to develop skills to handle the required instruments in practice such as durometer and the furnace for heating the steel specimen is documented.

It is important that as students we clear the importance of the properties of materials at the time of use, so we must know and differentiate each of the heat treatment to be performed in order to carry them out in the best way and achieve the expected results.

1. DESARROLLO EXPERIMENTAL

1. MARCO TEÓRICO

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Operaciones a las que se somete el acero a calentamiento y enfriamiento a determinadas temperaturas y condiciones para obtener mejores propiedades y características adecuadas para su transformación que no modifican su composición química pero si, sus propiedades mecánicas.

El objetivo de estos tratamientos es estudiar el efecto de la temperatura sobre la dureza y microestructura de los materiales.

Las transformaciones de fase en estado sólido tienen un efecto profundo sobre la estructura y propiedades de un material que solo se pueden controlar mediante tratamientos térmicos adecuados, que en el caso de los aceros buscan la trasnformación o descomposición de la austenita.

EL EFECTO DEL CALOR SOBRE LOS METALES

La temperatura ejerce gran importancia sobre la estructura cristalina de algunos metales y aleaciones. Además del fenómeno de alotropía, existen otros fenómenos dependientes de la temperatura, entre los que destacan:

• Difusión
• Termofluencia
• Transformación de fase

Las propiedades de cada material siempre seràn afectados por dichos fenómenos.

• Difusión:

Se puede definir como el movimiento o transporte de átomos a través de la estructura cristalina que forma el metal. Este movimiento de átomos se lleva a cabo de una posición reticular a otra o de una posición intersticial a otra. El movimiento de los átomos de un metal puro o del elemento base o solvente se conoce como “difusión propia”, mientras que la difusión de un metal como elemento de aleación en otro metal (base), se conoce como “difusión sustitucional” (si la solución que forman ambos elementos es del tipo sustitucional) o “difusión intersticial” (si la solución formada es del tipo intersticial). El movimiento de los átomos dentro de un sólido metálico, en el caso de difusión propia y difusión sustitucional, depende de la existencia de “sitios vacantes o vacancias”, las cuales son un tipo de defecto que posee todo metal y el cual es dependiente de la temperatura, su dependencia es de forma exponencial, por lo que a mayor temperatura mayor concentración de sitios vacantes, con el consecuente aumento en la difusión atómica, además de que a mayor temperatura mayor energía poseen los átomos, aumentando por tanto la frecuencia de salto de los mismos de un sitio vacante a otro.

Las transformaciones alotrópicas del hierro y otros metales, la formación de constituyentes como la ferrita y la formación de distintas fases que aparecen en sistemas de aleación según los distintos diagramas de equilibrio, están asociados a fenómenos de transporte en estado sólido, que requieren del movimiento de los átomos a través de la estructura cristalina del sólido, es decir, requieren del fenómeno de difusión para llevarse a cabo. Tomando en consideración la importancia que tienen las aleaciones Hierro - Carbono dentro de la industria metal - mecánica, es de esperarse que la temperatura jugará un papel de suma importancia en el estudio de las transformaciones en el acero, ya que es el primer parámetro de influencia sobre la difusión^[3]

• Termofluencia:

Es una deformación de tipo plástico, se puede definir como la deformación lenta y progresiva de un material conforme transcurre el tiempo, bajo un esfuerzo constante y en presencia de una cierta temperatura. El fenómeno de la termofluencia se observa en metales, cristales iónicos y covalentes y en materiales amorfos tales como vidrios y polímeros superiores. Los metales exhiben termofluencia a una temperaturaT T ≥ 0 4. m donde Tm es la temperatura de fusión del metal en grados absolutos. Los materiales amorfos son muy sensibles a la temperatura para la termofluencia.

El problema de la termofluencia se presenta principalmente en los aceros llamados refractarios, los cuales se utilizan a temperaturas elevadas y por lo tanto deben de resistir el ataque de gases corrosivos (oxidación) y no deben deformase demasiado bajo la influencia de cargas mecánicas. El fenómeno de la termofluencia tiene relación directa con fenómenos de difusión, por lo tanto a mayor temperatura mayor tendencia a la termofluencia.

El método usual de realizar una prueba de termofluencia consiste en sujetar la probeta a un esfuerzo tensil constante, mientras se mantiene una temperatura constante y se mide la deformación producida conforme el tiempo transcurre. La termofluencia también se determina para compresión, corte y flexión.

[pic 1]

Figura 1.1 Termofluencia a tempertaura y esfuerzo constantes

De la figura 1.9 se puede ver que cuando se aplica una carga al inicio de la prueba de termofluencia, la deformación instantánea AB, es seguida por la termofluencia primaria BC; en éste primer periodo de la termofluencia la razón o velocidad de termofluencia disminuye debido al proceso de endurecimiento por trabajo, dando por resultado una deformación de la probeta.

El segundo período de la curva de termofluencia es considerado como una termofluencia de estado estacionario, dado por CD. Éste período llamado “de velocidad mínima de termofluencia” se considera como un resultado del equilibrio logrado entre el proceso de endurecimiento y los efectos de la temperatura, lo que se refleja como un recocido del material. Finalmente, el tercer periodo de termofluencia, conocido como período de termofluencia acelerada, representa un proceso de daño progresivo en la pieza, llevando a una inminente ruptura del material. La velocidad mínima de termofluencia, ∆ε ∆t , está determinada por la pendiente vo de la curva en el periodo de termofluencia secundaria, (CD en la curva de la figura 1.9). La termofluencia total a cualquier tiempo t se puede determinar a partir de la relación v t t = 0 + 0 ε ε donde εo es la intercepción de la línea CD con el eje de deformación.

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