Tratamiento térmico de aleaciones

Materiales. Aleaciones. Metales. Calentamiento. Aceros. Dureza de metales. Ensayo Brinell. Recocido. Templado del acero

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OBJETIVOS

Familiarizarse con los diferentes tratamientos térmicos aplicados a los metales y aleaciones.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar tratamientos térmicos de:

  • Recocido

  • Temple.

INTRODUCCION TEORICA

El tratamiento térmico es una operación que comprende el calentamiento de una aleación a una temperatura definida, la que se mantiene por un tiempo determinado y dejando enfriar a una velocidad adecuada que permita obtener un propósito definido por sus propiedades físicas y mecánicas.

Los principales tipos de tratamientos térmicos son:

  • Recocido

  • Normalizado

  • Temple

  • Temple y Revenido.

Recocido:

Es un tratamiento que provoca un ablandamiento del material por un proceso de calentamiento y enfriamiento. El enfriamiento se realiza regulando el descenso de temperatura de la muestra, bien dentro del horno o colocándola en a arena seca o cal apagada. El objetivo principal del recocido es obtener un material blando y fácilmente trabajable.

Normalizado:

Difiere del recocido en que el metal es enfriado en aire tranquilo.

Temple:

Calentamiento del acero a una temperatura dentro de la región austenítica y luego enfriado rápidamente en un medio apropiado para producir un endurecimiento mayor que el de un acero no templado.

Revenido:

Calentamiento de un acero previamente templado; a una temperatura apropiada seguido de un enfriamiento relativamente lento.

PROCEDIMIENTO

En esta oportunidad se realizaran 2 tipos de tratamientos térmicos a 2 metales de diferente dureza.

PROCEDIMIENTO DE RECOCIDO:

Se mide la dureza del metal con el durómetro mediante un ensayo BRINELL, usando una carga de 187,5[Kgf] y una bola de 2,5[mm], obteniendo así la dureza Brinell del metal y sus equivalencias, por tabla de dureza Rockwell C. Luego con esta información podemos saber el tipo de acero con el cual estamos trabajando y además saber, por medio de una tabla de tratamientos térmicos, la temperatura adecuada que debe tener el metal (acero) al salir del horno; esta temperatura se puede medir a través del pirómetro, al sacar el metal del horno con la temperatura indicada por la tabla se deja enfriar lentamente en arena seca. Después de haber efectuado el tratamiento térmico pulimos y limpiamos la pieza y nuevamente volvemos a medir su dureza Brinell lo cual nos indicará su dureza natural, que por cierto será mucho menor que la anterior.

Es necesario volver a indicar que el recocido es para disminuir la dureza del metal, para así hacer más fácil su mecanizado. En consecuencia se sabe con anticipación que la dureza del metal, que va a ser sometido al tratamiento térmico del recocido, es alta.

En particular:

El diámetro de la huella es de 0.58 mm.

187.5

HB = ----------------------------------- = 700.342

­ 2.5 (2.5 - (2.52 - 0.582))

2

El metal trabajado por nosotros tiene una dureza inicial de 700 H.B o equivalente a 62 dureza Rockwell C. La dureza nos indica que corresponde a una acero SAE 3215 recomendado especialmente para grandes solicitaciones mecánicas, sus usos típicos son: Engranajes, piñones de ataque, ruedas dentadas en general, etc.

Por tabla tenemos que la temperatura adecuada para el recocido es de 650 a 700° C.

Después de haber puesto el acero en el horno y haberlo sacado a la temperatura indicada, se coloca en arena seca hasta que se enfríe; posteriormente a esto nuevamente se le mide la dureza (dureza natural).

Diámetro de la huella 1.09 mm.

187.5

HB = ----------------------------------- = 190.98

­ 2.5 (2.5 - (2.52 - 1.092))

2

El metal trabajado bajo su dureza de 700 a 190 H.B. la que demuestra la efectividad del tratamiento térmico de Recocido.

NOTA: Estos valores de dureza; que aunque no concuerdan puntualmente con los datos de la tabla de tratamientos térmicos; son muy aproximados a ellos.

El acero después del tratamiento baja su dureza y es posible mecanizarlo más fácilmente.

PROCESO DE TEMPLADO:

Al igual que en el proceso de recocido, lo primero que se hizo fue medir la dureza con un durómetro, obteniendo así la dureza Brinell del material, pero al ser esta muy baja solo se pudo transformar, según tablas, a la escala Rockwell B. Además de la misma tabla podemos sacar el valor de el punto de tracción máxima para ese material según la ecuación solo para aceros:

TMAX=1*HB

3

Con el valor de TMAX podemos saber el tipo de acero al que corresponde el material analizado, y además con el tipo de acero, el valor de la dureza natural y el valor de TMAX, podemos saber la temperatura a la cual se debe templar, en este caso al aceite (punto que se aclarara más adelante).

Valores iniciales obtenidos:

Diámetro de la huella:

  • 1.485[mm]

  • 1.495[mm]

  • Esto es aproximadamente 1,5[mm], y según esto se tiene por tabla que HB=9560 RB y su TMAX=37[Kgf/mm2]. El valor de la dureza Brinell se puede corroborar en la siguiente formula:

    187.5

    HB = ----------------------------------- = 95.5495

    ­ 2.5 (2.5 - (2.52 - 1.52))

    2

    y se tiene que

    TMAX=HB/3=31,6[Kgf/mm2].

    Con estos datos se logra saber el tipo de acero al que corresponde el material, de lo cual se obtiene de tabla que es un acero SAE 1015. Al tratar de obtener el valor de la temperatura de temple en aceite en la tabla de tratamientos térmicos para un SAE 1015, con 95 HB; no se encuentra ningún tipo, por lo que se aproxima a un SAE 1020, pero el que solo se puede templar al agua a 800 °C; por lo cual y después de consultar con el profesor, se cambia el temple al aceite por un temple al agua y en vez de hacerlo a 800 °C se hará a 900 °C.

    Después de elevar la temperatura del horno a mas de 900 grados, se comienza a medir la temperatura del material hasta alcanzar la temperatura establecida, la cual se mide a través del pirómetro. Una vez terminado el proceso, y enfriado la pieza en agua muy rápidamente, se procede a pulirla y limpiarla para volver a medir la dureza de la pieza, de la cual se obtienen los siguientes diámetros dejados por la huella en dos zonas del material:

  • 1,06[mm]

  • 1,18[mm]

  • Sacando un promedio entre estos dos valores, se tiene que es igual a 1,12[mm] 1.1[mm], por lo que de la tabla se tiene que HB=187,y esto es igual a 20 RC, y siendo su TMAX=76[Kgf/mm2]

    Al igual que antes esto se puede comprobar en la ecuación:

    187.5

    HB = ----------------------------------- = 187.33187

    ­ 2.5 (2.5 - (2.52 - 1.12))

    2

    De este resultado se puede observar que la dureza de la pieza aumento al realizarle el temple al agua, cosa que no debió haber ocurrido, ya que la pieza era de un acero SAE 1015, el cual no se templa, las causas de este fenómeno se analizaran mas adelante en el trabajo.