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INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES Laboratorio de Tecnologa de las Aleaciones Metlicas. CM-4202

PROFESOR: Ing. Luis Eduardo Cordero Arias

INFORME N 3 AUSTENIZADO Y TEMPLE

Autor lvaro Alvarado Leiva 200841539 Jos Fabio Martnez Hernndez 200816179

1 DE OCTUBRE DE 2010

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CAPTULO I. DESCRIPCIN DEL EQUIPO Y ACCESORIOS

Horno Marca Sentry Electric Furnace Modelo: AY Size 6 Serie: B17617 Potencia 42 KW Voltaje: 220 Vac, trifsico Corriente: 111 A

Palanca, su funcin es abrir y cerrar la puerta

Figura 1. Horno

Compuerta del horno

Controles del horno se utilizan para programar el tiempo y la temperatura

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Horno 2 Sentry Electric Furnace Modelo: AY-SP Size: 4 Serie: B19080 Potencia: 20 KW Voltaje: 220 Vac, trifsico. Corriente: 52 A

Controles del horno para programar tiempo y temperatura

Figura 2.Horno 2

Palanca para abrir y cerrar compuerta Compuerta del horno

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Prensa hidrulica Modelo: 20-1310-115 S/N: 661-FN-7575 Fecha: enero 8, 2009

Palanca que ejerce presin

Molde donde se coloca la probeta con la resina Figura 3. Prensa hidrulica

Manmetro

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Figura 4. Calentador elctrico, calienta la resina para montar la metalografa.

Figura 5. Enfriador, sirve para sujetar y enfriar el cilindro que contiene la metalografa.

Figura 6. Resina para montar metalografa

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Lijas y pao Marca BUEHLER Lijas de 240, 320, 400 y 600. Modelo: 391572 S/N: 669-HRG-0177

Figura 7. Pulidoras Perilla que regula la salida del agua Lijas de 240, 320, 400 y 600

Perilla que controla la velocidad con que gira la pulidora Modelo: DLPA 3.8 Polishing APPAR

Pao con en el cual se agrega almina. Dispersor de agua, tiene velocidad alta y baja

Figura 8. Pulidora y pao

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Microscopio metalogrfico Modelo: CK40M-F200 SN: 5A15329 220/230-240 V~50/60Hz 0.3 A

Visores

Ajuste de la metalografa para observar en microscopio

Aumentos

Ajuste de luz

Ajuste de enfoque Figura 9. Microscopio metalogrfico

Microscopio con cmara

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P. 120 V, 50-60 S. 6 V, 5 A Modelo: 500829 Cmara Visores Ajuste de enfoque Ajuste de luz

Figura 10. Microscopio con cmara

Figura 11. Identador punta de diamante, para anlisis de dureza Rockwell C.

Figura 12. Identador punta de acero, para anlisis de dureza Rockwell B.

Durmetro digital

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Leco P. 120 V, 50-60 Hz Panel de control Ajuste de indentador

Escala de dureza

Volante para ajuste de carga Encendido y apagado Figura 13. Durmetro digital

Figura 14. Lpiz elctrico de 120V a 60Hz

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Figura 15. Nital con 5% de concentracin.

Figura 16. Mascara de proteccin.

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Delantal

Mangas

Polainas

Figura 17. Equipo de seguridad para el tratamiento trmico

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CAPTULO II. PROCEDIMIENTO DE OPERACIN DE LOS EQUIPOS Y ACCESORIOS, Y PREPARACIN DE LOS MATERIALES.

Horno Presione el botn de encendido del horno. Seleccione la temperatura a la cual se va a realizar el tratamiento trmico. Espere que el indicador de temperatura real alcance la temperatura seleccionada. Abra la puerta del horno, no se debe olvidar el equipo de seguridad adecuado. Introduzca las probetas. Cierre la puerta. Espere a que trascurra el tiempo establecido, se puede aumentar o disminuir la temperatura dependiendo de las condiciones. Apague el horno. Saque las probetas. Durmetro digital Encender el durmetro. Programar la escala a utilizar con el panel digital. Coloque el identador dependiendo de la escala. Seleccione el soporte u apoyo, donde va a colocar la probeta. Posicione la probeta en el durmetro, de forma que las dos caras horizontales sean lo mas paralelas posibles. Ajuste el volante de forma que la probeta este por debajo del identador. Se acciona en el panel la aplicacin del ensayo. Se observa en la caratula del panel los datos obtenidos. Anote la dureza obtenida. Realice mnimo tres mediciones para cada probeta dando el espacio requerido entre cada una de las pruebas. Prensa hidrulica Coloque la palanca. En un molde coloque la probeta con la superficie a estudiar hacia abajo y agregue dos cucharadas de resina. Coloque el molde sobre la prensa. Realice presin utilizando la palanca hasta que la aguja del indicador de presin no pase de la marca azul (esta depende del dimetro de la probeta y est indicado en la caratula del indicador de presin). Coloque el calentador elctrico y deje hasta que la resina se funda (de 6 a 7 minutos). Retire el calentador y enfri el molde. Retire la presin dndole vuelta a la rosca. Pase el molde al orificio que tiene la prensa. Vuelva a aplicar presin hasta que la probeta salga del molde. Retire la presin y guarde la palanca.

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Pulidoras Abra la llave del agua. Espere a que el papel lija se humedezca. Pula la probeta hasta que las rayas estn todas en la misma direccin y sean de la lija que se est empleando. Lave la probeta y grela 90 cada vez que cambie de lija. Si utiliza el pao ajuste la velocidad del disco, abra el tubo, agregue almina pula hasta que este como un espejo. Microscopio metalogrfico Encender el microscopio. Seleccionar el aumento para la observacin de la muestra. Colocar la probeta en el microscopio. Regular la iluminacin y el enfoque. Observar en el microscopio la probeta. Dibujar o fotografiar la estructura. Apagar el microscopio. Seguridad a. Para la realizacin del laboratorio se tiene que el uso de gabacha, zapatos de cuero cerrados, pantaln largo y lentes protectores es de uso obligatorio para todos los que se encuentran es este. Tambin queda prohibido el uso de aretes, pulseras y dems; el pelo debe de estar recogido. b. Para los que operan el soplete: el encargado deber usar guantes, delantal, careta y polainas todos estos aislantes, adems se cuenta con otra persona que lo asista para quitarle los guantes en caso de que se est presente algn sntoma de exceso temperatura en sus manos para lo cual se esta persona cuenta con guantes aislantes. Tambin deber contar con un extinguidor cerca de la zona de operacin. c. En caso de un incendio, se debe presionar el interruptor de emergencia.

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CAPITULO III. EXPLICACIN DEL LABORATORIO REALIZADO.

A. Marco terico Austenita La estructura de la austenita es de tipo cbica centrada en las caras, donde se diluyen en solucin slida los tomos de carbono en los intersticios. La estructura de la austenita permite una mejor difusin con el carbono, acelerando los procesos de carburacin del acero. La presencia de elementos gammgenos como manganeso y nquel tiende a favorecer la estabilidad de la fase gamma, trasladndose las temperaturas criticas hacia zonas inferiores. Temple El temple del acero es un enfriamiento rpido a partir de la temperatura de austenizacin. Usualmente esto se realiza por inmersin de la pieza en agua o aceite y, a veces, se usa aire forzado. Como resultado del temple se desarrollan estructuras martensticas aceptables. Los resultados del temple dependen de las caractersticas de enfriamiento del medio de temple, as como de la posibilidad del acero de ser endurecido. Los resultados se pueden cambiar variando la composicin del acero, el tipo de medio de temple, la agitacin o la temperatura del medio templante. Varios factores intervienen en el mecanismo de temple: Condiciones internas de la pieza que afectan la transmisin del calor hacia la superficie. La superficie y otras condiciones externas que afectan la remocin del calor. El potencial de remocin de calor del fluido de temple a temperaturas y presiones normales. Cambios en el potencial de extraccin de calor del fluido debido a condiciones no estndar como agitacin, temperatura o presin.

El movimiento producido externamente sobre el lquido de temple tiene una influencia extremadamente importante en las caractersticas de transferencia de calor de un medio de temple. Medios de temple Agua. El agua y las soluciones acuosas son los medios de temple ms baratos y se usan en todos los temples en los cuales las piezas no se distorsionan excesivamente y no se fisuran al ser templadas.

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Como medio de temple el agua se aproxima a la velocidad de enfriamiento mxima alcanzada por un lquido. Entre otras ventajas, se obtiene fcilmente, se puede eliminar sin problemas de contaminacin y es un medio efectivo para quebrar las cscaras de xido de la superficie de las piezas que son templadas a partir de hornos que no poseen atmsferas protectoras. Una desventaja del agua como medio de temple es que su velocidad de enfriamiento rpida persiste en la parte ms baja del rango de temperaturas, en el cual se producen, generalmente, la distorsin y las fisuras. En consecuencia, el agua se usa slo en el temple de piezas simtricas y sencillas de aceros de baja templabilidad, como los aceros al carbn y de baja aleacin. Salmuera. El trmino salmuera se aplica a soluciones acuosas de sales como cloruro de sodio o cloruro de calcio, junto con aditivos especiales o inhibidores de la corrosin. Las salmueras presentan las siguientes ventajas sobre el agua y aun sobre el aceite: 1. La velocidad de enfriamiento es ms alta para el mismo grado de agitacin. 2. Las temperaturas son menos crticas que para el agua, y por lo tanto, requieren menor control. 3. La distorsin es menos severa. Las desventajas que presentan son: 1. Son corrosivas. 2. El costo es superior al agua. 3. El costo del proceso aumenta debido a la necesidad de controlar la composicin de las soluciones. Aceite. Los aceites que se emplean en el temple se pueden clasificar en dos tipos: aceites convencionales y aceites rpidos. Un aceite de temple convencional, es aquel que no contiene aditivos que alteren sus caractersticas de enfriamiento. Los aceites de temple rpidos son porciones de menor viscosidad y contienen aditivos desarrollados especialmente, cuyo efecto es proveer una velocidad de enfriamiento ms rpida. La temperatura ptima que se debe mantener en un bao de temple de aceite puede ser influenciada por varios factores: a. b. c. d. El punto de inflamacin del aceite. Requerimientos de limpieza. Control de la distorsin. Requerimientos de dureza.

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El punto de inflamacin indica el lmite mximo de temperatura de operacin para un aceite de temple. Por razones de seguridad se estipula, que el aceite debe de estar a una temperatura de 65 C por debajo de su punto de inflamacin, previa al temple. Los endurecimientos con aceites limpios requieren que el aceite de temple mantenga la caracterstica de no manchar la superficie. Esto se logra manteniendo la temperatura del aceite baja, a fin de minimizar la oxidacin y la degradacin del aceite o ambas. Por otro lado, las temperaturas altas minimizarn la distorsin. Austenita retenida Durante el templado se van formando placas de martensita, stas rodean pequeos depsitos de austenita, que se deforman para acomodar la martensita. Para que se transformen los depsitos restantes de austenita, deber deformarse la martensita circundante. Dado que la martensita es ms resistente y se opone a la transformacin, la martensita existente o se fractura o bien, la austenita se queda atrapada en la estructura como austenita retenida. Esfuerzos residuales y agrietamiento. Con el cambio de volumen, tambin se producen esfuerzos residuales. La superficie del acero templado se enfra rpidamente, transformndose en martensita. Cuando la austenita del centro se transforma, la superficie dura queda en tensin, mientras que el centro se comprime. Si los esfuerzos residuales exceden el lmite elstico, se formarn grietas de templado en la superficie. Rapidez en el templado. Al utilizar el diagrama TTT, se asume que es posible enfriar desde la temperatura de austenitizado, hasta la temperatura de transformacin de manera instantnea. La velocidad a la cual se enfra el acero durante el templado depende de varios factores: 1. La superficie de la pieza se enfra siempre ms aprisa que el centro. 2. Conforme el tamao de la pieza aumenta, es menor la rapidez de enfriamiento en cualquiera de sus partes. 3. La velocidad de enfriamiento depende de la temperatura y de las caractersticas trmicas del medio usado para el temple

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B. Objetivos Comparar la diferencia entre las durezas obtenidas en un mismo acero en diferentes medios de temple. Determinar cul es la temperatura y el medio adecuados para el temple en diferentes aceros.

C. Descripcin Acero AISI 1045 Composicin qumica: C: 0.43-0.5, Mn: 0.60-0.90, P: 0.04, S: 0.05 Es un acero utilizado cuando la resistencia y dureza son necesarias en condicin de suministro. Este acero medio carbono puede ser forjado con martillo. Responde al tratamiento trmico y al endurecimiento por llama o induccin, pero no es recomendado para cementacin o cianurado. Cuando se hacen prcticas de soldadura adecuadas, presenta soldabilidad adecuada. Por su dureza y tenacidad es adecuado para la fabricacin de componentes de maquinaria. Acero AISI 4140 Composicin qumica: C: 0.38-0.43, Mn: 0.75-1.00, Si: 0.20-0.35, Cr: 0.8-1.1, Mo: 0.15-0.25 Acero de aleacin que responde muy bien al templado en aceite. Su contenido de cromo le permite una buena penetracin de la dureza y el molibdeno le da homogeneidad en la dureza y resistencia. Con este acero se obtiene propiedades como buena resistencia al desgaste, tenacidad y ductilidad. Aplicado en flechas, engranes, vlvulas, pernos, coples, ejes, pernos de alta temperatura, rodillos, cuerpos de herramientas de corte, rbol de levas, ejes de trailer, eslabones de cadena, resortes, cigeales, esprragos, flechas de mecanismos hidrulicos, etc. Acero AISI D2 Composicin qumica: C: 0.41, Mn: 0.67, P: 0.015, S: 0.016, Ni: 0.2, Cr: 1.01, Mo: 0.23 Acero grado herramienta utilizado para operaciones de corte en fro, de alto contenido de cromo y de carbono, presenta poca distorsin dimensional tras el tratamiento trmico. Dureza tpica de uso 58 66 HRc, susceptible a la decarburizacin, con mala maquinabilidad y con resistencia alta al desgaste y tiene tenacidad baja.

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Acero AISI O1 Composicin qumica: C: 0.95, Mn: 1.1, Si: 0.30, W: 0.50, Cr: 0.50, V: 0.1 Acero grado herramienta de alto carbono con adecuada resistencia al desgaste para producciones cortas. Presenta distorsin dimensional media tras el tratamiento trmico. Dureza tpica de uso 57 62 HRc, medio susceptible a la decarburizacin, con buena maquinabilidad, con resistencia baja al desgaste y de baja tenacidad. Aplicado en matrices para trabajos en fro, cortadores, herramientas para roscar, dados para embutir, troqueles, machuelos, cuchillas, calibradores.

Figura 18. Dimensiones tericas de las probetas a realizar el tratamiento trmico.

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D. Diagrama de flujoTEMPLE DE ALGUNOS ACEROS A DIFERNETES TEMPERATURAS.

AISI 1045

AISI 4140

AISI D2

AISI O1

Cortar siete probetas de cada uno de los aceros AISI.

Apartar una pieza de cada acero

Hacer dos grupos de tres probetas cada uno, las seis probetas tienen que ser de un mismo acero.

Limpiar la probeta, medir dureza y montar para realizar metalografa.

Las piezas deben ser marcadas segn el cdigo dado.

El primer grupo se lleva a una temperatura de 850C y se deja calentar por 20 minutos.

El segundo grupo se lleva a una temperatura de 1050C y se deja calentar por 20 minutos.

Se pulen bien las probetas y se toman fotografas, luego se ataca con nital al 5% y se vuelven a tomar fotografas. Se hace el anlisis metalogrfico.

Los medios de temple son agua, nitrgeno y aceite.

Se sacan las piezas del horno y se enfran en un medio diferente las piezas de un mismo acero.

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CAPTULO IV. RESULTADOS OBTENIDOS.

Tabla 1. Resultados de dureza en los aceros AISI 1045, AISI 4140, AISI D2 y AISI O1 antes y despus de aplicar recocido de austenizacin en la escalas Rockwell B y Rockwell C. Escala de dureza Rockwell C [HRC] Rockwell [HR] Temperatura de austenizacin 850C 1050C Medio de temple Medio de temple Acero Agua Aceite Nitrgeno Agua Aceite Nitrgeno Estado original 1045 66,47 65,24 67,00 59,47 44,03 66,30 83,45 [B] 4140 53,74 57,56 58,00 62,63 65,00 66,00 42,00 [C] D2 48,57 49,18 50,00 63,67 60,40 66,00 93,00 [B] O1 61,72 66,03 66,21 60,37 54,22 66,00 87,19 [B] En la tabla 1 se observa que la dureza de cada uno de los aceros con respecto a su estado original aument en gran medida, a partir de las temperaturas a las cuales fueron austenizadas varan mucho las durezas alcanzadas, exceptuando los aceros AISI 1045 y el AISI O1, ya que austenizado a 1050C y templado en nitrgeno tienen dureza similar a las austenizadas a 850C. A la temperatura de 850C casi en todos los aceros, menos el AISI 1045 tienden a que el agua como medio de temple alcanza la menor dureza entre los tres medios, pero si en todos el nitrgeno como medio de temple alcanza la mayor dureza. Con la temperatura de 1050C, excluyendo el acero AISI 4140 se puede observar que el aceite como medio de temple tiene la menor dureza, caso contrario del nitrgeno el cual en todos posee la mayor magnitud. Es importante mencionar que todos los aceros austenizados a 1050C y templados en nitrgeno tienen prcticamente la misma dureza.

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Figura 19. Acero AISI 1045, pieza original sin tratamiento trmico, se aprecia como las inclusiones poseen una forma redondeada, de tamaos diferentes, distribuidas uniformemente y de forma globular, no hay grietas en la superficie. Aumento a 100x.

Figura 20. Acero 1045 templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en agua. Las inclusiones se ven uniformente distribuidas, de forma circulas, y de un tamao relativamente parecido. No tienen direccionamiento, no hay grietas en la estructura. Aumento a 100x.

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Figura 21. Acero AISI 1045. Templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en aceite. La cantidad de inclusiones es reducida, son globulares y poco distribuidas, no hay agrietamiento en la superficie. Aumento a 100x.

Figura 22. Acero AISI 1045. Templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Las inclusiones estn ms dispersas en la superficie, son globulares, de diferentes tamaos. Aumento a 100x.

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Figura 23. Acero AISI 1045. Templado a una temperatura de 1050C por 25 minutos y enfriado en agua. Las inclusiones la mayora son de forma globular, otras como se muestran en la figura son alargadas. Aumento a 100x.

Figura 24. Acero AISI 1045. Templado a una temperatura de 1050C por 25 minutos y enfriado en aceite. Las inclusiones son globulares uniformemente distribuidas, relativamente pequeas, no hay grietas en la superficie. Aumento a 100x.

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Figura 25. Acero AISI 1045. Templado a una temperatura de 1050C por 25 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Inclusiones globulares, de forma dispareja en la superficie. Aumento a 100x.

Figura 26. Acero AISI 4140, pieza original sin tratamiento trmico, las inclusiones presentan una direccin en comn, y son de forma alargada, poseen una distribucin uniforme. Esta direccin se puede deber a algn tratamiento en frio que sufri previamente. No se aprecian grietas en la superficie. Aumento a 100x.

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Figura 27. Acero AISI 4140 templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en agua. Se aprecia como las inclusiones tienen un direccionamiento en comn, son de forma alargada. No hay grietas en la superficie Aumento a 100x.

Figura 28. Acero AISI 4140. Templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en aceite. Las inclusiones se agrupan en zonas, la mayora son globulares, no hay grietas. Aumento a 100x.

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Figura 29. Acero AISI 4140. Templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Las inclusiones se reducen de tamao, son pequeas, distribuidas por toda la superficie de forma pareja. Aumento a 100x.

Figura 30. Acero AISI 4140. Templado a una temperatura de 1050C por 25 minutos y enfriado en agua. Algunas inclusiones todava conservan su direccionamiento y forma alargada. No hay grietas. Aumento a 100x.

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Figura 31. Acero AISI 4140. Templado a una temperatura de 1050C por 25 minutos y enfriado en aceite. Inclusiones redondeadas de tamaos varios, predominan las inclusiones pequeas. Aumento a 100x.

Figura 32. Acero AISI 4140. Templado a una temperatura de 1050C por 25 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Inclusiones pequeas distribuidas uniformemente por toda la superficie. Aumento a 100x.

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Figura 33. Acero AISI D2, pieza original sin tratamiento trmico, los carburos de cromo se ven de un color ms claro y se ve como estn distribuidos uniformemente y poseen una direccin en comn, las dems inclusiones poseen una forma circular, y distribuidas de manera irregular. No presenta grietas en la superficie. Aumento a 100x.

Figura 34. Acero AISI D2, templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en agua. Algunas inclusiones poseen forma redondeada, las ms claras todava conservan un alargamiento, y direccin, no hay grietas en la superficie. Aumento a 100x.

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Figura 35. Acero AISI D2. Templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en aceite. Las inclusiones ms claras todava tienen un direccionamiento pero ahora son ms pequeas, las ms oscuras son globulares y estn dispersas de manera irregular. No hay grietas Aumento a 100x.

Figura 36. Acero AISI D2. Templado a una temperatura de 850C por 25 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Contina el direccionamiento en las inclusiones, son pequeas y distribuidas en toda la superficie. Aumento a 100x.

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Figura 37. Acero AISI D2. Templado a una temperatura de 1050C por 25 minutos y enfriado en agua. Se nota menos direccionamiento, las inclusiones todava conservan su forma alargada, se distribuyen mejor en la superficie. Aumento a 100x.

Figura 38. Acero AISI D2. Templado a una temperatura de 1050C por 20minutos y enfriado en aceite. El tamao y el direccionamiento de las inclusiones disminuyen y se distribuyen uniformemente en toda la superficie. No hay grietas. Aumento a 100x.

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Figura 39. Acero AISI D2. Templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Las inclusiones poseen direccionamiento, y las ms oscuras son globulares, son de tamao mediano. Aumento a 100x.

Figura 40. Acero AISI O1, pieza original sin tratamiento trmico, este acero posee un porcentaje de manganeso considerable, se aprecia muy poco los carburos de magnesio en la estructura, estn uniformemente distribuidos y de forma globular, no se aprecian grietas en la superficie. Aumento a 100x.

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Figura 41. Acero AISI O1, templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en agua. Las inclusiones disminuyen de tamao, son globulares distibuidas po toda la superficie. No hay grietas. Aumento a 100x.

T Figura 42. Acero AISI O1. Templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en aceite. Inclusiones redondeadas, distribuidas de forma pareja en la superficie, no hay grietas. Aumento a 100x.

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Figura 43. Acero AISI O1. Templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Se ven direccionamientos aislados, inclusiones estn ubicadas de forma irregular en la superficie, no hay grietas. Aumento a 100x.

Figura 44. Acero AISI O1. Templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en agua. Inclusiones pequeas globulares y distribuidas uniformemente por toda la superficie, no hay grietas. Aumento a 100x.

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Figura 45. Acero AISI O1. Templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en aceite. Las inclusiones disminuyeron de tamao, son pequeas y estn uniformes por toda la superficie. Aumento a 100x.

Figura 46.Acero AISI O1. Templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Inclusiones globulares distribuidas por toda la superficie. Aumento a 100x.

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Figura 47. Acero AISI 1045 en estado original, se aprecia perlita y ferrita con un grano muy fino, las inclusiones muy bien distribuidas en la superficie, no hay grietas. Aumento a 200x.

Figura 48. Acero AISI 1045, templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en agua. Se aprecia martensita de un tamao muy fino, distribuido por toda la superficie. No hay grietas en la superficie. Aumento a 200x.

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Figura 49. Acero AISI 1045, templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en aceite. Se aprecia martensita de un tamao muy fino, distribuido por toda la superficie. No hay grietas en la superficie. Aumento a 200x.

Figura 50. Acero AISI 1045, templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en Nitrgeno liquido. Hay martensita muy fina distribuida uniformemente a lo largo de la superficie, es muy densa y oscura. Aumento a 200x.

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Figura 51. Acero AISI 1045 templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en agua. Se aprecia una martensita densa pero un poco ms grande, distribuida por toda la superficie. Aumento a 200x.

Figura 52. Acero AISI 1045, templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en aceite. Lo que se aprecia una matriz de martensita con bainita, se ve un tamao de grano grande con formas irregulares, no hay grietas en la superficie. Aumento a 200x.

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Figura 53. Acero AISI 1045 templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Se aprecia una martensita pero no mucho, distribuida por toda la superficie. Se ve que el material esta agrietado. Aumento a 200x.

Figura 54. AISI 4140 en estado original, se aprecia perlita y ferrita con un grano muy fino, las inclusiones muy bien distribuidas en la superficie, no hay grietas. Aumento a 200x.

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Figura 55. Acero AISI 4140 templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en agua. Se aprecia martensita muy fina a lo largo de toda la estructura. No hay grietas. Aumento a 200x.

Figura 56. Acero AISI 4140 templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en aceite. Se aprecia martensita muy fina a lo largo de toda la estructura. No hay grietas. Aumento a 200x.

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Figura 57. Acero AISI 4140 templado a una temperatura de 850C por 20 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Se aprecia martensita muy fina y ms densa que las dems a lo largo de toda la estructura. No hay grietas. Aumento a 200x.

Figura 58. Acero AISI 4140 templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en agua. Casi no se aprecia la estructura de la probeta, pero lo poco que nota se puede ver una martensita de tamao mediano. Aumento a 200x.

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Figura 59. Acero AISI 4140 templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en aceite. Se aprecia martensita de grano regular o mediano y se notan partes blancas en la superficie. No hay grietas. Aumento a 200x.

Figura 60. Acero AISI 4140 templado a una temperatura de 1050C por 20 minutos y enfriado en nitrgeno liquido. Se aprecia martensita de grano un poco ms pequeo. Aumento a 200x.

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Figura 61. Acero AISI D2 en estado original. Se observan carburos blancos grandes, algunos con forma redondeada sin distribucin homognea, los fronteras de grano de la martensita no es posible de visualizar. Aumento de 200X.

Figura 62. Acero AISI D2 austenizado a 850C y templado agua. Aumento de 200X. Carburos de cromo con diferentes tamaos de formas achatadas, sin distribucin en la zona de estudio. Las fronteras de grano de la martensita son poco visibles.

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Figura 63. Acero AISI D2 austenizado a 850C y templado aceite. Aumento de 200X. Carburos de cromo pequeos y alargados con direccin, fronteras de grano de martensita casi imperceptibles.

Figura 64. Acero AISI D2 austenizado a 850C y templado nitrgeno. Aumento de 200X. Carburos regulares de gran tamao y alagados, granos de martensita muy pequeos y redondos.

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Figura 65. Acero AISI D2 austenizado a 1050C y templado agua. Se presenta carburos largos y redondeados, distribuidos homogneamente, granos de martensita demasiado pequeos. Aumento de 200X.

Figura 66. Acero AISI D2 austenizado a 1050C y templado aceite. Se muestra carburos finamente redondeados de distintos tamaos y distribuidos homogneamente, granos demasiado finos de martensita . Aumento de 200X.

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Figura 67. Acero AISI D2 austenizado a 1050C y templado nitrgeno. Aumento de 200X. Granos extremadamente finos, posee carburos alargados en direccin de laminacin de distintos tamaos, presencia de fracturas.

Figura 68. Acero AISI O1 en estado original. Aumento de 200X. Estructura de grano fino homogneo, posee pequeos y redondeados carburos de manganeso con distribucin homognea.

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Figura 69. Acero AISI O1 austenizado a 850C y templado en agua. Aumento de 200X. Fronteras de grano casi imperceptibles, distribucin homognea, los carburos son homogneos, pequeos y bien distribuidos.

Figura 70. Acero AISI O1 austenizado a 850C y templado en aceite. Aumento de 200X. Posee grano fino homogneo, presencia de gran cantidad de pequeos y redondeados carburos.

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Figura 71. Acero AISI O1 austenizado a 850C y templado en nitrgeno. Aumento de 200X. Distribucin homognea de la martensita en tamaos y formas diferentes, la martensita es gruesa con la presencia de perlita, existencia de carburos de gran tamao.

Figura 72. Acero AISI O1 austenizado a 1050C y templado en agua. Aumento de 200X. Presencia de martensita gruesa junto con perlita, no se observa bien las fronteras de grano.

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Figura 73. Acero AISI O1 austenizado a 1050C y templado en aceite. Aumento de 200X. Posee grano fino, mezcla entre martensita y bainita, no se visualizan correctamente las fronteras de grano.

Figura 74. Acero AISI O1 austenizado a 1050C y templado en nitrgeno. Aumento de 200X. Martensita gruesa con la presencia de perlita, posee un ataque qumico con nital incompleto.

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CAPTULO V. DISCUSIN DE RESULTADOS.

A una temperatura de 850C se alcanza la austenizacin del acero AISI 1045, entre mas se aumente la temperatura mas grandes van a ser los granos de la microestructura y por ende la dureza obtenida va a ser menor, tambin al estar por encima de la temperatura de austenizacin las inclusiones se van a ubicar en los bordes de grano disminuyendo algunas propiedades del acero, las inclusiones son originalmente compuestas por fosforo y azufre. Segn la teora, para este acero lo mas recomendado para el temple es enfriarlo en aceite aunque con este no se alcanza la mayor dureza esto lo hace para prevenir alguna falla o grieta que pueda provocar el choque trmico, por ejemplo el temple en nitrgeno hecho en la probeta austenizada a 1050C. Se debe recordar que el acero templado en nitrgeno se introdujo primeramente en aceite a la hora del enfriamiento, a 850C no cambia mucho el resultado de la dureza ya que la curva de enfriamiento son similares, esto es por que la temperatura mxima de calentamiento no es muy alta entonces no da oportunidad que haya un temple muy severo al introducirlo al nitrgeno. Caso contrario con la temperatura de 1050C, la temperatura de calentamiento de la pieza es muy elevada, entonces cuando se introduce al aceite empieza el enfriamiento un poco lento pero al cambiar el medio de temple por nitrgeno da mas oportunidad de que este acte por que la pieza no se ha enfriado a la misma velocidad que la de 850C dando as una severidad de temple mayor, esto se ve reflejado en la tabla de dureza que a la temperatura de 850 la dureza de la pieza no varia mucho entre aceite y nitrgeno, mientras que a 1050C existe un cambio drstico en las magnitudes. Como la temperatura de autenizacin del acero AISI 1045 es alrededor de 850C, se puede notar que los aceros que se llevaron a esta temperatura para el temple tienen un grano en la estructura mucho mas pequeo que en los aceros que se calentaron mucho mas. Con un medio de temple de agua y aceite no se ve tanta martensita como la que se enfri con nitrgeno. La probeta que se llevo a 1050C y se enfri en aceite sufri un cambio en la estructura diferente que en las dems, ya que el enfriamiento fue mas lento dio la oportunidad para que se formara una matriz de martensita con bainita. Ahora la probeta que se llevo a 1050C y se enfri en nitrgeno se puede notar que en toda la superficie se formaron agrietamientos, esto se debe al choque trmico ya mencionado. Segn el diagrama TTT se puede determinar que para la formacin de martensita al 100% el tiempo de enfriamiento es menor o igual a 4 segundos desde la temperatura de austenizacin. Para el acero AISI D2 segn la teora la temperatura de autenizacin es aproximadamente de 1050C y el tiempo de enfriamiento puede ser variable, pero debido a los elemento aleantes se puede ver como en la diagrama TTT el

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tiempo mnimo para alcanzar la martensita es aproximadamente 5 minutos. Para el caso de los tres medios utilizados es muy posible que la dureza en las probetas analizadas sea similar y que no vare mucho. La cantidad tan grande de carburos se debe a que el acero AISI D2 posee aproximadamente 11.5% de cromo, en las probetas que se sometieron a una temperatura de 850C se aprecia como estos no cambian su formas continan alargados y con direccionamientos, esto se debe a que aun no se ha alcanzado la temperatura de austenizado, caso contrario en las que se llevaron a una temperatura de 1050C se puede observar como los carburos son distribuidos de una forma pareja en la superficie y son de tamao similares. Se puede hablar de la estructura obtenida en los dos casos. El primer caso a 850C aun no se ha alcanzado la temperatura indicada para austenizar, por ende no se va a tener gran cantidad de martensita por lo que se obtiene una dureza mayor a la original. El enfriamiento a partir de los 1050C da cmo resultado un mayor grado de martensita, ya que si se alcanza la temperatura de austenizacin la martensita que se observa es muy fina. A la temperatura de austenizacin de 850C, la dureza no difiere mucho en las cantidades indistintamente de los tres diferentes medios de temple esto es debido a que no se alcanz la austenizacin por lo cual no hubo transformacin a martensita. Con la temperatura de 1050C el acero AISI D2 alcanza la austenizacin, esto provoca la formacin de martensita susceptible al temple por lo que el medio en el que se realice inducir variaciones el las durezas. La temperatura de austenizacin para el acero AISI O1 ronda por los 850C, en el ensayo realizado se puede ver como se diferencian las probetas templadas a una temperatura de 850C y las de 1050C. A la hora de hacer una comparacin de la dureza alcanzada se puede observar como las durezas de las probetas llevadas a una temperatura de 850C poseen una dureza mayor que las templadas a una temperatura de 1050C. Como se dijo en los casos pasados, a la hora de enfriar las probetas en aceite y en nitrgeno se pueden ver similitudes en las de 850C ya que el tiempo para enfriar la pieza es muy corto, pero en la de 1050C este tiempo se aumenta, dando la oportunidad de formar un mayor contenido martensita debido a que casi no da tiempo de que el carbono se disuelva en la ferrita. Al igual como sucedi en las probetas del acero AISI 1045, en el caso de la temperatura de temple de 1050C, las inclusiones que posea el material se localizaron en los bordes de grano, es por eso que se ven ms espaciadas, y distribuidas, esto favorece a que se produzca una falla en el material. En lo referente a la estructura alcanzada por este acero se puede decir que las que fueron templadas a 850C formaron un grano pequeo cuando estaban en la temperatura de autenizacin, por lo que la martensita apreciada es pequea y debido a que es un acero con bastante contenido de carbono la martensita se ve muy oscura. Luego las probetas llevadas a la temperatura de 1050C, la primera no se nota muy bien ya que no fue atacada correctamente con nital,

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pero segn la teora se debi haber formado una martensita un poco gruesa, ya que al ser calentado a una temperatura tan distante de la temperatura necesaria para austenizar, favoreci el crecimiento de grano en esta. En la probeta que se enfri en aceite, se puede observar una formacin de martensita y bainita. Para el acero AISI 4140 ocurre algo muy singular, en el cual la mayor dureza se obtiene a los 1050C con respecto a los 850C. Segn el Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams en la pgina 154, la temperatura de austenizacin del acero es 860C. Lo anterior sumado con el hecho de que el tiempo de mantenimiento fue relativamente corto, gener una austenizacin incompleta, por lo que a la hora del temple a partir de los 850C se produjo poca martensita. Con el temple desde los 1050C se obtuvo una mayor, aunque este tuviera un tamao de grano grande pudo austenizar completamente produciendo esos niveles de dureza. Segn se ve en las imgenes despus del ataque qumico se nota que a 850C el grano de la estructura es un poco fino pero haciendo un anlisis de las de probetas de 1050Cse observa que estas poseen una martensita ms pequea que la anterior, exceptuando la enfriada en aceite ya que su grano es un poco mas grande. Se supone que la dureza de esta probeta debe ser ms baja que la reportada pero por alguna peculiaridad dio un valor elevado.

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CAPTULO VI. CONCLUSIONES.

Para el acero AISI 1045 la temperatura adecuada para el temple es de 850C y el mejor medio para el enfriamiento es aceite. A una temperatura de 850C en el acero AISI 4140, aun no se ha alcanzado la temperatura de austenizacin adecuada por lo que se puede decir que el rango para templarlo esta entre 850C y 1050C, el medio de temple adecuado es aceite. Para el AISI D2 la temperatura adecuada para el temple es de 1050C, enfrindolo en un medio de agua. En el caso del acero AISI O1, la temperatura recomendada para el temple es de 850C enfriada en aceite.

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CAPTULO VII. NORMAS.

ASTM E3-01 Resumen. La determinacin y control de la microestructura en el estudio metalogrfico, Especifica la eleccin adecuada de la ubicacin de la muestra y la orientacin reducir al mnimo el nmero de muestras requeridas simplificando su interpretacin.

ASTM E18-05 Resumen. Cubre la determinacin de la dureza Rockwell de dureza superficial en materiales metlicos, incluso los mtodos de la prueba para la comprobacin de mquinas en dureza Rockwell y la calibracin de bloques para pruebas de durezas regularizadas.

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CAPTULO VIII. BIBLIOGRAFA. Heat treaters guide: practices and procedures for irons and steels (2 ed.). Materials Park, Ohio: ASM International. Donald R. Askeland (TR) Ing. J. Gonzalo Guerrero Zepeda; La ciencia e ingeniera de los materiales. Grupo editorial Iberoamrica; Mxico, 2003 Sidney H. Avner Introduccin a la Metalurgia Fsica (2 ed.). Editorial McGraw Hill, Mxico, 1979.

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CAPTULO IX. APNDICE.

A. Ordenes de tratamiento trmico. AISI 1045 Tratamiento para realizar a tres diferentes probetas (58-W, 58-O, 58N). TA = 850C 1. Calentamiento rpido hasta T A. 2. Tiempo mantenimiento igual a 20 minutos. 3. Enfriamiento segn el medio: 58-WAgua. 58-OAceite. 58-NAceite nitrgeno. Figura 75. Orden de tratamiento trmico para el acero AISI 1045 a 850C.

AISI 1045 Tratamiento para realizar a tres diferentes probetas (51-W, 51-O, 51N). TA = 1050C 1. Calentamiento rpido hasta T A. 2. Tiempo mantenimiento igual a 20 minutos. 3. Enfriamiento segn el medio: 51-WAgua. 51-OAceite. 51-NAceite nitrgeno. Figura 76. Orden de tratamiento trmico para el acero AISI 1045 a 1050C.

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AISI 4140 Tratamiento para realizar a tres diferentes probetas (08-W, 08-O, 08N). TA = 850C 1. Calentamiento rpido hasta T A. 2. Tiempo mantenimiento igual a 20 minutos. 3. Enfriamiento segn el medio: 08-WAgua. 08-OAceite. 08-NAceite nitrgeno. Figura 77. Orden de tratamiento trmico para el acero AISI 4140 a 850C.

AISI 4140 Tratamiento para realizar a tres diferentes probetas (01-W, 01-O, 01N). TA = 1050C 1. Calentamiento rpido hasta T A. 2. Tiempo mantenimiento igual a 20 minutos. 3. Enfriamiento segn el medio: 01-WAgua. 01-OAceite. 01-NAceite nitrgeno. Figura 78. Orden de tratamiento trmico para el acero AISI 4140 a 1050C.

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AISI D2 Tratamiento para realizar a tres diferentes probetas (28-W, 28-O, 28N). TA = 850C 1. Calentamiento rpido hasta T A. 2. Tiempo mantenimiento igual a 20 minutos. 3. Enfriamiento segn el medio: 28-WAgua. 28-OAceite. 28-NAceite nitrgeno. Figura 79. Orden de tratamiento trmico para el acero AISI D2 a 850C.

AISI D2 Tratamiento para realizar a tres diferentes probetas (21-W, 21-O, 21N). TA = 1050C 1. Calentamiento rpido hasta T A. 2. Tiempo mantenimiento igual a 20 minutos. 3. Enfriamiento segn el medio: 21-WAgua. 21-OAceite. 21-NAceite nitrgeno. Figura 80. Orden de tratamiento trmico para el acero AISI D2 a 1050C.

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AISI O1 Tratamiento para realizar a tres diferentes probetas (18-W, 18-O, 18N). TA = 850C 1. Calentamiento rpido hasta T A. 2. Tiempo mantenimiento igual a 20 minutos. 3. Enfriamiento segn el medio: 18-WAgua. 18-OAceite. 18-NAceite nitrgeno. Figura 81. Orden de tratamiento trmico para el acero AISI O1 a 850C.

AISI O1 Tratamiento para realizar a tres diferentes probetas (11-W, 11-O, 11N). TA = 1050C 1. Calentamiento rpido hasta T A. 2. Tiempo mantenimiento igual a 20 minutos. 3. Enfriamiento segn el medio: 11-WAgua. 11-OAceite. 11-NAceite nitrgeno. Figura 82. Orden de tratamiento trmico para el acero AISI O1 a 1050C.

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B. Conocimientos adquiridos

Del presente ensayo se pueden sacar varios conceptos. Primero que nada debemos conocer que la temperatura necesaria para austenizar un acero depende de la composicin qumica de cada acero, mas que todo de los elementos de aleacin que estn presentes en este. Si un acero no se lleva a la temperatura de austenizacion no se va a alcanzar la dureza que estamos buscando a la hora de realizar el temple. Es necesario calentarlo en el rango de temperaturas que ya ha sido determinado y que se encuentra en los libros, ya que si no es asi muy posiblemente obtengamos monos dureza de la que estamos necesitando. Algunos factores que afectan directamente la cada de dureza a la hora de hacer el temple son: el calentamiento muy por encima de la temperatura de austenizacion, y segundo es el mantenimiento prolongado de la pieza a temperatura de austenizacion. Estos dos factores provocan un crecimiento de grano formando una martensita muy grande a la hora de templar, esto disminuye la dureza del acero tratado, tambin provoca que las inclusiones migren hacia los bordes de grano, propiciando una futura falla del material. El medio de temple es fundamental para el temple, para cada acero hay una velocidad de enfriamiento determinada, esto se puede observar en las curvas de Bain o curvas TTT, entre mas elementos aleantes posea mas tiempo se tiene para realizar el enfriamiento. El nitrgeno liquido al estar en un estado tan frio, permite realizar un temple en todos los aceros ya que enfria muy rpido, lo malo de usarlo es que el choque trmico entre la pieza caliente y este, puede provocar un agrietamiento en la pieza y daarla.