Tratamientos termicos a un acero K100

EVALUACIÓN DE  LA VARIACIÓN EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE UN ACERO K100 -AISI D3- LUEGO DE SOMETERLO A DIFERENTES TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Esteban Vélez Miranda

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PROFESOR

Harold Machado

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UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA DE MATERIALES

MEDELLÍN

2015

RESUMEN

Se estudiaron los efectos del tratamiento térmico sobre la microestructura y las propiedades térmicas de un acero K100; Las muestras fueron tratadas térmicamente bajo dos diferentes condiciones. Para garantizar la composición de este acero, las muestras fueron analisadas por medio de epectrometría de emisión. Las microestructuras de las muestras se estudiaron mediante microscopia óptica. Propiedades como la dureza mostraron un aumento notable luego de realizado el tratamiento de igual forma se notó un cambio en la microestructura de la muestra. 

INTRODUCCIÓN

El acero BöHLER K100 con alto contenido de cromo y alto contenido de carbono, que tiene aproximadamente entre 11 y 13% de cromo y 2 y 2,35% de carbono, es ampliamente utilizado en la industria para la fabricación de herramientas de corte y estampado, especialmente para matrices de cortes complejos y herramientas para la industria maderera, además gracias a su alta resistencia al desgaste es usado para la fabricación de herramientas de prensado de materiales cerámicos altamente abrasivos, moldes de ladrillos, etc.  

Los tratamietos térmicos consistieron en una combinación de operacione de calentamiento y enfriamiento con rangos de tiempo determinados, esto, para producir, un cambio en las propiedades mecanicas de este metal. Lograndose asi, un aumento notable en su dureza.

OBJETIVOS

• Someter un acero K100 -AISI D3- a varios tratamientos térmicos.
• Evaluar el cambio de las propiedades luego de los tratamientos térmicos.
• Realizar análisis microestructural en cada uno de los estados por los que pasa el acero.

METODOLOGÍA

En primera instancia, se toma una probeta testigo de un acero K100 para realizar una caracterización de su composición química. Se corta una sección pequeña de la probeta la cual se pule para lograr una superficie homogénea, a esta muestra se le realiza una espectrometría de emisión para determinar su composición y asi asegurar que se trata de un acero K100.

Se toma como referencia la ficha técnica expedida por BöHLER, ademas se realiza un estudio metalografico usando lijas 400, 600, 1000, 1500, 2000 y paño con alumina, para comprobar el estado en el que se encuentran los granos de este acero, por medio de un ataque con Nital durante 4 segundos.

Para tener un parametro se toma la medida de dureza en HRC.

Seguidamente se someten tres (3) muestras de entre 1.2 y 2.6 cm de espesor a un temple a 970°C durante 30 minutos, realizando un enfriamiento en aceite con un tiempo de permanencia de 20 minutos de acuerdo a lo establecido en su ficha tecnica. Para evitar la oxidación las muestras se pusieron en crisoles que contenian arena de silice, la cual las cubria.

Posteriormente se realiza de nuevo un estudio metalografico y de nuevo se realiza la medición de la dureza para evaluar algunos cambios generados por el temple.

Luego de realizar el temple se realiza un corte a una de las muestras para evaluar la capacidad del acero para deformarse por medio e una laminación.

A otra de las muestras se le reliza un revenido de baja temperatura (200°C) por una hora luego se dejo enfriar por 2 horas al aire, esto con del fin de aliviar tensiones, de la misma forma que en los pasos anteriores se le realizo un estudio micrografico y un analisis de dureza.

RESULTADOS Y DISCUCIÓN

Espectrometria de emisión óptica: la prueba se realizó solo una vez para ratificar la composición de la muestra, los resultados se presentan en la tabla 1.

Tabla 1. Composición Química del acero K100.

Medición de dureza inicial: Se realizó la medición de dureza por medio de un indentador con base piramidal cónica correspondiente a la escala Rockwell C, los datos se presentan en la Tabla 2.

Tabla 2. Dureza HRC inicial.

Estudio Metalografico probeta testigo

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Figura 3. Metalografía probeta testigo. Nital 2%

Esta probeta testigo, muestra una matriz perlitica con ferrita y zonas de carburos de cromo (zonas mas claras)

Se tomaron 3 cortes, de 1,23 cm, 2,0 cm, 2,06 cm de espesor, de acuerdo a la norma, el espesor máximo para el temple son 25mm = 2,5 cm

Evaluación luego del temple

De acuerdo al esquema de tratamientos termicos para el acero K100 de la Fig 1., se realizo el temple a 970 °C  con un tiempo de sostenimiento de 30 minutos, luego de un enfriamiento subito en aceite y de limpiar las muestras, se evaluó nuevamente la dureza,

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