ANALISIS DE LAS PROPIEDADES MECANICAS DE...

ANALISIS DE LAS PROPIEDADES MECANICAS DE TENSIÓN, TENACIDAD Y DUREZA

DE UN ACERO SAE 1045 MEDIANTE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO TERMICO

DE TEMPLE, CRIOGENIA Y REVENIDO

WILLIAM ALEXANDER PINZÓN

20131375011

GUSTAVO RAMOS ROSERO

20131375097

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ

2017

ANALISIS DE LAS PROPIEDADES MECANICAS DE TENSIÓN, TENACIDAD Y DUREZA

DE UN ACERO SAE 1045 MEDIANTE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO TERMICO

DE TEMPLE, CRIOGENIA Y REVENIDO

WILLIAM ALEXANDER PINZÓN

GUSTAVO RAMOS ROSERO

PROYECTO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

PRESENTADO A:

PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA MECÁNICA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ

2017

PÁGINA DE ACEPTACIÓN

____________________________

Firma del Tutor

____________________________

Firma del Jurado

05 de Junio de 2017

TABLA DE CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 11

2 OBJETIVOS ................................................................................................................................... 12

2.1 Objetivo general ............................................................................................................................................ 12

2.2 Objetivos específicos ..................................................................................................................................... 12

3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................. 13

3.1 Definición del problema ............................................................................................................................... 13

3.2 Justificación ................................................................................................................................................... 13

4 MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 15

4.1 Acero SAE 1045............................................................................................................................................. 15 4.1.1 Características de empleo ........................................................................................................................... 15 4.1.2 Composición química ................................................................................................................................. 15 ................................................................................................................................................................................. 15 4.1.3 Propiedades físicas ..................................................................................................................................... 16 4.1.4 Propiedades típicas a temperatura ambiente sin endurecimiento ............................................................... 16 4.1.5 Propiedades típicas a temperatura ambiente con temple en aceite ............................................................ 17 4.1.6 Propiedades típicas a temperatura ambiente con temple en agua .............................................................. 17 4.1.7 Banda de templabilidad .............................................................................................................................. 18 4.1.8 Tratamientos térmicos ................................................................................................................................ 18 4.1.9 Diagrama de revenido ................................................................................................................................. 18 4.1.10 Datos de impacto .................................................................................................................................... 19 4.1.11 Aplicaciones ........................................................................................................................................... 19

4.2 Los aceros de fase dual (DP) ........................................................................................................................ 19

4.3 Tratamientos térmicos de los aceros ........................................................................................................... 23

4.4 Factores de Importancia en un Tratamiento Térmico. .............................................................................. 23

4.5 Diagramas de fase (o de equilibrio) ............................................................................................................. 24

4.6 Definiciones y conceptos fundamentales ..................................................................................................... 24 4.6.1 Fases ........................................................................................................................................................... 24 4.6.2 Microestructura ........................................................................................................................................... 25 4.6.3 Equilibrio de fases ...................................................................................................................................... 25 4.6.4 Diagramas de equilibrio de fases ................................................................................................................ 26 4.6.5 Interpretación de los diagramas de fase ...................................................................................................... 27

4.7 El sistema hierro- carbono ........................................................................................................................... 27

4.8 Transformaciones de fase en los metales..................................................................................................... 27 4.8.1 Trasformaciones de fases ........................................................................................................................... 27

4.9 Temple............................................................................................................................................................ 30

4.10 Temple completo e incompleto ..................................................................................................................... 31 4.10.1 Templabilidad ........................................................................................................................................ 32

4.11 Tratamiento criogénico................................................................................................................................. 32 4.11.1 Aplicaciones del tratamiento criogénico ................................................................................................ 34 4.11.2 Cinética del tratamiento criogénico ........................................................................................................ 34 4.11.3 Equipos para tratamientos criogénicos ................................................................................................... 35

4.12 Revenido ........................................................................................................................................................ 36 4.12.1 Tipos de revenido ................................................................................................................................... 36 4.12.2 Revenido rápido ..................................................................................................................................... 37

4.13 Curva de la “S” ............................................................................................................................................. 38

4.14 Fractura de metales ...................................................................................................................................... 40 4.14.1 Fractura dúctil ........................................................................................................................................ 41 4.14.2 Fractura frágil ......................................................................................................................................... 42 4.14.3 Fractura mixta ........................................................................................................................................ 43

5 MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................... 44

5.1 Materiales ...................................................................................................................................................... 44

5.2 Composición química .................................................................................................................................... 45

5.3 Temperaturas Intercríticas .......................................................................................................................... 46

5.4 Método para la toma de resultados ............................................................................................................. 46

5.5 Tratamientos térmicos .................................................................................................................................. 47 5.5.1 Tratamiento térmico temple ........................................................................................................................ 47 5.5.2 Tratamiento térmico criogénico .................................................................................................................. 47 5.5.3 Tratamiento térmico revenido..................................................................................................................... 48

5.6 Prueba de impacto tipo charpy .................................................................................................................... 49

5.7 Prueba de tensión .......................................................................................................................................... 51 5.7.1 Probeta en estado de entrega....................................................................................................................... 52 5.7.2 Probetas templada ....................................................................................................................................... 53 5.7.3 Probetas templadas, criogenizadas con revenido de 5 minutos .................................................................. 53 5.7.4 Probetas templadas, criogenizadas con revenido de 10 minutos. ............................................................... 54 5.7.5 Probetas templadas, criogenizadas con revenido de 15 minutos ................................................................ 55 5.7.6 Probetas templadas, criogenizadas con revenido de 30 minutos ................................................................ 55

5.7.7 Variación del Sut (esfuerzo ultimo a la tracción) según graficas de esfuerzo vs deformación .................. 56

5.8 Dureza ............................................................................................................................................................ 57 5.8.1 Durezas probetas: ....................................................................................................................................... 57

5.9 Metalografía .................................................................................................................................................. 58 5.9.1 Probeta en estado se suministró. ................................................................................................................. 59 5.9.2 Probeta con tratamiento térmico de temple ................................................................................................ 59 5.9.3 Probeta con temple, criogenia y revenido a 5min ...................................................................................... 60 5.9.4 Probeta de tensión con temple, criogenia y revenido a 10min .................................................................... 60 5.9.5 Probeta con temple, criogenia y revenido a 15min ..................................................................................... 61 5.9.6 Probeta con temple, criogenia y revenido a 30min ..................................................................................... 61 5.9.7 Microscopia Electrónica De Barrido .......................................................................................................... 62

5.10 Modos de falla .............................................................................................................................................. 65 5.10.1 Probetas tensión ..................................................................................................................................... 65

5.11 Coeficiente de endurecimiento K y n de la curva plástica ......................................................................... 68 5.11.1 Determine el valor de las constantes del material “K”, y del coeficiente de endurecimiento por

deformación “n”. ..................................................................................................................................................... 69

6 CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 71

7 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 73

8 REFERENCIAS ............................................................................................................................. 75

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Equivalencias en normas del acero SEA 1045………………………….………15

Tabla 2 Composición química del acero SAE 1045…………………………….……….15

Tabla 3 Propiedades típicas 1 del acero SAE 1045…………………………….………..16

Tabla 4 Propiedades típicas 2 del acero SAE 1045……………………………….……..17

Tabla 5 Propiedades típicas 3 del acero SAE 1045………………….…………………..17

Tabla 6 Tabla de tratamientos térmicos…….……………………………………………18

Tabla 7 Tabla de impacto con revenido a 870 °C………………………………………..19

Tabla 8 Datos de composición obtenidos por el método experimental espectrometría

de masas.………………………………………………………………………………..….45

Tabla 9 Tabla de resultados Prueba de impacto tipo charpy………………………….....50

Tabla 10 Comparativo del Sut (MPa) con los tratamientos térmicos realizados………….56

Tabla 11 Tabla de resultados prueba de dureza……………………………….……….….57

Tabla 12 Tabla datos Coeficiente de endurecimiento K y n de la curva plástica……..….69

TABLA DE ILUSTRACIONES

Figura 1: Diagrama de templabilidad……………………………….………………..…...……18

Figura 2: Diagrama de revenido……………………………………….……….…..……..…….18

Figura 3: Microestructura esquemática del acero doble fase………………….………….…….20

Figura 4: Estructura de ferrita más martensita de un acero de fase dual……………...………...21

Figura 5: Diagrama esquemático tiempo-temperatura que muestra las etapas necesarias para

obtener un acero DP laminado en caliente……………….…………………………………..…..22

Figura 6: Diagrama esfuerzo-deformación de ingeniería para un acero DP y un acero

HSLA………………………………..…………………………………………………..………..22

Figura 7: Diagrama hierro carbono donde se observan las fases presentes Hierro delta ,

Austenita, Cementita Fe3C, Perlita P, Ferrita α. y las temperaturas del eutectoide A1 720°C y la

temperatura de inicio de transformación de la Austenita A3 (ASM, 2003)……………………...28

Figura 8: Representación de las zonas y temperaturas de tratamiento, la línea punteada denota el

% de carbono del acero. (Liedl. U, 2002) (Movaheda. P, 2009)……………………………....…29

Figura 9: Diagrama esquemático TTT para un acero donde aparecen las diversas estructuras

para diferentes velocidades de enfriamiento……………………………………………...…...…30

Figura 10: Temperaturas de calentamiento durante los tratamientos de temple………….….....30

Figura 11: Diagrama de Temperatura vs Tiempo para procesos de tratamientos

criogénicos………………………………………………………………………………..………33

Figura 12: Impacto de la tenacidad como una función de la temperatura de revenido

de endurecido, de baja- aleación, aceros al carbono…………………………………..……….…36

Figura 13: Diagrama revenido rápido curva Dureza – Temperatura – Tenacidad……….…..…37

Figura 14: Efecto de la Temperatura de Transformación de la austenita sobre el espaciamiento

ínter laminar de la perlita……………………………………………………………………...….38

Figura 15: Curva de la “s”…………………….………………………………….……….….…39

Figura 16 Diagrama de fractura de una probeta…………………………………….……..……41

Figura 17 Diagrama de tipos de fractura dúctil……………………………………….……..….42

Figura 18 Diagrama de tipos de fractura frágil………………………………………..……..….43

Figura 19 Diagrama de tipos de fractura mixta…………………………………..……….…….43

Figura 20: Probeta para ensayo de tensión (ASTM E-8/E8M-11 Standard Test

Methods for Tension Testing of Metallic Materials)……………………………………………..44

Figura 21: Probeta para ensayo de impacto (ASTM E23-12C Standard Test

Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials)…………………………......…45

Figura 22: Esquema del tratamiento térmico de temple realizado al acero AISI 1045…………47

Figura 23: Esquema del tratamiento térmico de criogenia realizado

al acero AISI 1045…………………………………………………………………………....…..48

Figura 24: Esquema de los tratamientos térmicos de revenidos realizado

al acero AISI 1045…………………………………………………………………………....…..48

Figura 25: Péndulo de impacto 5A -10700 marca Satec (Universidad Distrital, 2017)………...49

Figura 26: Entalla probetas para ensayo de impacto tipo charpy según norma E-23…………..49

Figura 27: Diagrama de barras comparativo de la tenacidad………………………………..….51

Figura 28: Maquina universal de ensayos UH 50 – A marca Shimadzu (Universidad Distrital,

2017)…………………………………………………………………….…………………….….51

Figura 29: Diagrama Esfuerzo (Mpa) vs Deformación (mm) probetas en estado de

suministro……………………………………………………………………………………..….52

Figura 30: Diagrama Esfuerzo (Mpa) vs Deformación (mm) probetas templadas…………..…53

Figura 31: Diagrama Esfuerzo (Mpa) vs Deformación (mm) templadas,

criogenizadas y revenidas a 5 min…………………………………………………………..……53


criogenizadas y revenidas a 10 min…………………………………………………………..…..54





Figura 35: Comparativo del Sut (MPa) con los tratamientos térmicos realizados…………..….56

Figura 36: Dureza probetas según tratamientos térmicos y estado de suministro…………..…..58

Figura 37: Zona donde se realizó la toma de muestras para metalografía………………….…..58

Figura 38: Microestructura en un plano longitudinal del acero AISI/SAE 1045…………..…...59

Figura 39: Microestructura en un plano longitudinal del acero AISI/SAE 1045 con tratamiento

térmico de temple enfriado en agua……………………………………….……………………...59


térmico de temple, criogenia y revenido a 5 min……………….………………………………..60


térmico de temple, criogenia y revenido a 10min…………………..……………………………60


térmico de temple, criogenia y revenido a 15min………………………………………….…….61


térmico de temple, criogenia y revenido a 30min………………………………………..………61

Figura 44: Microscopio Electrónico de Barrido JEOL JSM-6490LV (Universidad de los Andes,

2017)………………………………………………………………………………………..….....62

Figura 45 Microscopio electrónico de barrido probetas estado entrega…………….…………..63

Figura 46 Microscopio Electrónico de Barrido Probetas Tratamiento Temple…………..……..63

Figura 47 Microscopio Electrónico de Barrido Probetas Tratamiento Temple, criogenia y 5 min

de revenido…………………………………..……………………………………………...……63

Figura 48 Microscopio Electrónico de Barrido Probetas Tratamiento Temple, criogenia y 10

min de revenido………………………………………………………………….................…….64


min de revenido……………………………………………………………………………..……64


min de revenido……………………………………………………………………………..……64

Figura 51: Fractografia probetas de tensión en estado de suministro..…………………..….…..65

Figura 52: Fractografia probetas de tensión templadas…………….……………………….…..66

Figura 53: Fractografia probetas de tensión templadas, criogenizadas y revenidas a

5 minutos…………………….………………………………………………………..............….66


10 minutos………………………………………………………………………….………….…67


15 minutos………………………………………………………………………………….…….67


30 minutos…………………………………………………………………………………….….67

1 INTRODUCCIÓN

Hoy en día, en la industria actual es importante, para los fabricantes de piezas mecánicas tener en

cuenta cierto tipo de factores que influyen en la producción en masa de piezas metálicas, como la

vida útil de algunos elementos mecánicos que están sometidos a esfuerzos, De ahí su mal

funcionamiento, siendo necesario su respectivo cambio. Uno de los campos de investigación y

desarrollo que se vienen trabajando con mucha frecuencia es el del mejoramiento de las

propiedades mecánicas de los diversos tipos de metales especialmente el de los aceros

convirtiéndose en una muy buena solución a los problemas que pueden presentar, como tiempos

muertos y fallas de los componentes de un sistema mecánico, viéndose reflejado esto en el factor

económico para las empresas.

Nuestro propósito es reconocer y determinar que propiedades mecánicas se les pueden conferir a

los aceros, especialmente al acero SAE 1045 mediante los procesos de temple, criogenia y

revenido y de qué manera actúan en el acero modificando sus propiedades según su aplicación en

las diferentes aplicaciones industriales.

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo general

El objetivo del presente trabajo es la evaluación del comportamiento del acero SAE 1045 cuando

este es tratado térmicamente con tratamiento térmico de temple, criogenia y revenido

sometiéndolo a ensayos de dureza, impacto y tracción.

2.2 Objetivos específicos

Determinar las temperaturas A1 y A3 para la realización del tratamiento térmico de

temple y la temperatura de revenido basado en la composición química.

Determinar la secuencia de tiempos y temperaturas de los tratamientos térmicos y realizar

el tratamiento.

Realizar pruebas de tensión, impacto, dureza y metalográficas al material que ha sido

sometido a los tratamientos descritos anteriormente, teniendo en cuenta la norma ASTM

E-8, E-23, E-18 y E-4.

Calcular los coeficientes de endurecimiento K y n de la curva plástica para cada uno de

los materiales a los cuales se les realizo las pruebas correspondientes.

3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3.1 Definición del problema

¿Qué influencia tiene el temple, criogenia y revenido en las propiedades mecánicas del acero

SAE 1045?

Con la aplicación del tratamiento térmico, criogenia y revenido, se desea ampliar y conocer la

información sobre el comportamiento de las propiedades de tención, impacto y dureza de los

aceros DUAL PHASE particularmente del SAE 1045 a temperaturas recomendadas según

diagrama de fases, todo esto con base en los resultados obtenidos y conclusiones finales después

del desarrollo total del proyecto.

Existe una gran competencia a nivel mundial por mejorar muchos de los procesos industriales

que se desarrollan en la industria metalmecánica; las mayores exigencias de productividad,

confiabilidad y seguridad en el mercado, teniendo como objetivo productos con altos estándares

de calidad, disminuyendo tiempos en producción y una alta eficiencia en los procesos que

intervienen en la elaboración del producto final. Este tipo de lineamientos incentivan a aplicar el

concepto de aceros de alto desempeño, desarrollando métodos de investigación para lograr

establecer los parámetros y las variables que se pueden intervenir para mejorar y obtener mejores

resultados que los que se conocen actualmente.

El objetivo de la investigación, es analizar la influencia de los tratamientos térmicos de temple,

criogenia y revenido sobre las propiedades del material como son tensión, impacto y dureza en el

acero SAE 1045; estableciendo las temperaturas con las cuales se ejecutaran estos procesos,

consiguiendo todo tipo de mejoras en las propiedades mecánicas de este acero, que se puedan

conseguir para así comparar los parámetros iniciales con los resultados obtenidos en las pruebas

de laboratorio y demás análisis que se pretenden realizar.

3.2 Justificación

El desempeño satisfactorio de partes de maquinaria y sistemas depende de gran medida de los

materiales con que se va a fabricar. Se debe comprender como se comportan los materiales, que

propiedades de los materiales afectan el buen desempeño de los elementos o piezas y de qué

manera interpretar la gran cantidad de información disponible sobre los metales. Uno de los

procesos en los cuales se puede modificar la microestructura del material obteniendo así mejores

propiedades y desempeños con muy buenas garantías en los trabajos solicitados son los

tratamientos térmicos, con este conseguiremos modificar microscópicamente la estructura interna

de los mátales. Produciendo transformaciones de tipo físico y por ende mejorando las

propiedades mecánicas, nuestro propósito es conseguir los siguientes resultados:

Estructura de mejor dureza.

Estructura más homogénea.

Máxima dureza y resistencia mecánica posible.

Variar algunas de las propiedades físicas.

Con referente a lo anterior los aceros de doble fase DP tienen mucha importancia cada día en la

industria debido a su buena combinación de propiedades mecánicas que suministran estos aceros.

Para este estudio emplearemos el acero SAE 1045, que lo encontramos en estado de suministro

con una estructura cristalina de ferrita y austenita, al realizar los tratamientos térmicos sugeridos

y con variables preestablecidas de tiempo- temperatura podemos conferir diferentes propiedades

mecánicas a las que presenta actualmente, siendo estos aceros una parte importante de los aceros

de alta resistencia y baja aleación.

Con el propósito de satisfacer las necesidades que se requieren para el buen funcionamiento de

los elementos mecánicas según su aplicación.

4 MARCO TEÓRICO

4.1 Acero SAE 1045

Normas de designación para el acero SAE 1045 se pueden observar en la Tabla 1.

Cía. General de Aceros S.A. AÑO: 2016

4.1.1 Características de empleo

SAE 1045 es un acero grado ingeniería de aplicación universal que proporciona un nivel medio

de resistencia mecánica y tenacidad a bajo costo con respecto a los aceros de baja aleación.

Frecuentemente se utiliza para elementos endurecidos a la llama o por inducción. Este acero

puede ser usado en condiciones de suministro: laminado en caliente o con tratamiento térmico

(templado en aceite y revenido; o templado en agua y revenido).

Se caracteriza por ser un acero de baja templabilidad que puede ser endurecido totalmente en

espesores delgados por temple en agua. En secciones más gruesas se pueden obtener un

endurecimiento parcial de la sección de la pieza y el incremento de la resistencia será

proporcional a la capa o espesor endurecido, al ser deformado en frio se presenta un incremento

en la dureza y la resistencia mecánica.

4.1.2 Composición química

La composición química del acero SAE 1045 la podemos observar en la Tabla 2.


Estado de suministro: Recocido

Dureza de suministro: 160 -200 Brinell

4.1.3 Propiedades físicas

Estos valores son obtenidos a partir de probetas bajo condiciones específicas de laboratorio y

deben ser usados como referencia.

Densidad → 7.85 gr/cm3.

Módulo de elasticidad → 2 x 1011 Pa (24 x 106 PSI).

Conductividad térmica → 52 W/(m·ºC).

Calor especifico J/(Kg°K) → 460

Coeficiente de Polsson → 0,3

Resistividad eléctrica (microhm-cm):

A 32°F = 16.2

A 212°F = 22.3

Coeficiente de dilatación térmica / ºC

(20 - 100°C) 12.3 x 10-6

(20 - 200°C) 12.7 x 10-6

(20 - 400°C) 13.7 x 10-6

4.1.4 Propiedades típicas a temperatura ambiente sin endurecimiento

Dichas propiedades las podemos observar en la Tabla 3.


4.1.5 Propiedades típicas a temperatura ambiente con temple en aceite

El temple en aceite y sus propiedades se encuentran en la Tabla 4.


4.1.6 Propiedades típicas a temperatura ambiente con temple en agua

El temple en agua y sus propiedades se encuentran en la Tabla 5.


4.1.7 Banda de templabilidad

Figura 1 Diagrama de templabilidad


4.1.8 Tratamientos térmicos

Los tratamientos térmicos del acero SAE 1045 usados por el proveedor están en la Tabla 6.


4.1.9 Diagrama de revenido

Figura 2 Diagrama de revenido


El tiempo de sostenimiento a esta temperatura es de 1 hora + 1 hora por pulgada de espesor o

diámetro de la pieza. Posteriormente se enfría en el horno o al aire.

4.1.10 Datos de impacto

Los datos de impacto templado al agua y revenido a 870°C se pueden observar en la Tabla 7.


4.1.11 Aplicaciones

Este acero de medio carbono se usa cuando la resistencia y dureza obtenidas por el tratamiento

térmico o por deformación en frio, son suficientes para satisfacer las condiciones de servicio

requeridas. Es ampliamente utilizado en la industria automotriz (productos forjados y

estampados). Se usa en partes de máquinas que requieran dureza y tenacidad como: manivelas,

chavetas, pernos, bulones, engranajes de baja velocidad, acoplamientos, árboles, bielas,

cigüeñales, ejes de maquinaria de resistencia media, piezas de armas, cañones de fusiles,

espárragos, barras de conexión, tornillería grado 5, pernos de anclaje, fabricación de

herramientas agrícolas, mecánicas y de mano forjadas de todo tipo como: hachas, azadones,

rastrillos, picas, martillos, palas, barretones, llaves.

4.2 Los aceros de fase dual (DP)

“Los aceros doble fase se caracterizan por tener una matriz ferrítica con islas de martensita

(islotes). Su alta resistencia se logra según la cantidad de martensita presente. Estos aceros son

fabricados con un alto control de enfriamiento de la austenita para después mejorarlos con la

aparición de bainita. Es de suma importancia el tratamiento térmico que se le da después, ya que

de este proceso depende la obtención de la fase dura del material.

Figura 3 Micro estructura esquemática del acero Doble Fase.

International Iron and Steel Institute

En la Figura 3 se muestra la microestructura esquemática del acero DP, ilustrando las islas de

martensita dentro de la ferrítica. Esta fase suave de ferrita, entrega al acero una excelente

ductilidad. Cuando estos aceros se deforman, el esfuerzo se concentra en los límites de grano de

la ferrita rodeado por las islas de martensita, creando así una alta velocidad de endurecimiento

por deformación característico de estos aceros [8,9]. La ferrita presente se encuentra entre un 85-

90% total de su micro estructura [7], esto antes de sufrir deformación.” (ALVARADO ,

2013,p.40).

“Los aceros de doble fase se caracterizan por tener un valor de resisitencia a la tencion de

aproximadamente 550 Mpa (80ksi) y una microestructura que consiste de particulas duras de

martensita dispersas en una matriz suabe y ductil de ferrita. El termino doble fase se refiere a la

predominancia de una microestructura de dos fases, la ferrita y la martencita sin embargo, se

prueden presentar tambien pequeñas cantidades de otras fases como la bainita, perlita o austenita

retenida. La presencia de la martensita imparte alta resistencia y la matriz de ferrita provee una

buena elongacion; lo que conlleva a producir una conbinacion de resisitencia y ductilidad. Las

propiedades mecanicas significativas de estos aceros son:

la baja resistencia a la cedencia seguida de un comportamiento de cedencia continua y un

alto valor inicial de razon de endurecimiento por deformacion; esta razon de

endurecimiento por deformacion (valor n) distribuye mejor la deformacion plastica y

mejora la elongacion uniforme asi como tambien permite una resistencia a la tension

mucho mas alta que la de los aceros de alta resisitencia con cedencias similares.”

(cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020150556/1020150556_02.pdf, 2016,p.6).

"Estos aceros fueron desarrollados en 1975 cuando un estudio mostro que el recocido continuo en

el rango de temperatura critica da como resultado un acero con microestructura de ferrita y

martensita con una ductilidad mayor que la que poseen los aceros HSLA. Endurecidos por

precipitación o por solución sólida.

Figura 4 Estructura de ferrita más martensita de un acero de fase dual.

FES-Cuautlitan, Mtro. Felipe Díaz del Castillo R.

Podemos observar en la figura una matriz de ferrita más martensita (que es una fase de alta

dureza) que se encuentra en forma de islas, incrementando la cantidad de martensita,

generalmente aumenta también la resistencia del acero.

A velocidades de enfriamiento prácticas el carbono permite la formación de martensita en los

aceros DP ya que incrementa la templabilidad del acero. Otros elementos como Mn, Cr,

Mo, V y Ni en forma individual o en conjunto también incrementan en forma sustancial la

templabilidad del acero. El carbono también endurece a la martensita como un endurecedor de

fase solida de la ferrita, como lo hace el silicio y el fosforo.

Los aceros DP laminados en caliente se producen mediante un enfriamiento controlado desde la

zona austenitica, según figura 3, o desde la zona bifásica de austenita mas ferrita para aceros

laminados en frio con la finalidad de tener ferrita antes de que un rápido enfriamiento trasforme

la austenita restante en martensita. Dependiendo la composición y el proceso específico, los

aceros DP laminados en caliente que requieren capacidades óptimas de punzonado pueden

contener cantidades significativas de bainita.

Figura 5 Diagrama esquemático tiempo-temperatura que muestra las etapas necesarias

para obtener un acero DP laminado en caliente.


La rapidez de endurecimiento por trabajo y una excelente ductilidad proporcionan a los aceros

DP una resistencia máxima mucho mayor que la que tienen los aceros convencionales con una

resistencia a la fluencia similar. La figura 4 muestra en diagrama esfuerzo-deformación de

ingeniería para un acero DP y un acero HSLA de similar resistencia a la fluencia y donde se

pueden apreciar que el acero DP exhibe una rapidez de endurecimiento por deformación más

grande, y una mayor resistencia a la fluencia y resistencia máxima.

Figura 6 Diagrama esfuerzo-deformación de ingeniería para un acero DP y un acero

HSLA.


Los aceros DP y otros aceros AHSS muestran también un endurecimiento por recocido que en un

importante beneficio con respecto a los aceros convencionales. Este efecto es muy importante ya

que se obtiene un aumento en la resistencia a la fluencia cuando el acero se calienta en los hornos

de secado de pintura, después de haberse sometido a operaciones de deformación plástica como

el estampado u otros procesos. Este efecto en los aceros AHSS depende de la composición

química específica y el historial térmico del acero.” (Diaz del Castillo Rodriguez , 2009,p.4)

4.3 Tratamientos térmicos de los aceros

“Es el proceso en el que el acero se somete a la acción de temperaturas elevadas para modificar

sus propiedades. Estas temperaturas varían con la composición del acero, para la mayor parte de

los aceros al carbón medio (entre 0.30% y 0.60% de carbono) la temperatura critica superior o

máxima es 822°C (1500°F) aproximadamente es necesario consultar fuentes de referencia.”

(Mott, 1992,p.34)

De los distintos procesos disponibles aquel que emplearemos es el endurecimiento directo

(temple, criogenia y revenido)

Los Tratamientos Térmicos se refieren a una amplia gama de operaciones llevadas a cabo a

elevadas temperaturas, con las cuales se transforman las propiedades de los metales y de las

aleaciones para poder trabajarlos eficientemente o para conferirles determinadas características

mecánicas o tecnológicas.

Estos no modifican la composición química pero si otros factores como su constitución,

estructura y estado mecánico.

4.4 Factores de Importancia en un Tratamiento Térmico.

Los tratamientos térmicos convencionales para producir aceros martenciticos suele consistir en

enfriamientos rápidos y continuos, de una muestra austenizada, en un medio de temple, tal como

agua, aceite o aire.

Las propiedades óptimas de un acero templado y revenido se consiguen solo si durante el

tratamiento térmico de temple la muestra adquiere un alto contenido de martensita: si se forma

perlita y/o vainita resulta otra combinación de características mecánicas. Durante el tratamiento

térmico de temple es posible enfriar la pieza a velocidad uniforme, aunque la superficie se enfrié

más de prisa que la interior, por lo tanto, la austenita se transforma en un tramo de temperatura,

obteniendo una posible variación de microestructuras y propiedades, según la posición dentro de

la muestra.

El tratamiento térmico adecuado del acero para producir una microestructura martencitica a lo

largo y ancho de la sección de una muestra depende fundamental mente de tres factores:

1. Composición de la aleación

2. Tipo y carácter del medio de temple

3. Tamaño y forma de la muestra

4.5 Diagramas de fase (o de equilibrio)

“El entendimiento de los diagramas de fases de las aleaciones es de capital importancia porque

existe una estrecha relación entre microestructura y propiedades mecánicas y por qué el

desarrollo de la microestructura de una aleación está relacionada con las características de su

diagrama de fases. Por otro lado, los diagramas de fases aportan valiosa información sobre la

fusión, el modelado la cristalización y otros fenómenos.” (CALLISTER, Jr., 1995,p.252)

4.6 Definiciones y conceptos fundamentales

“Antes de interpretar y utilizar los diagramas de fase (o de equilibrio) conviene establecer un

conjunto de definiciones y de conceptos fundamentales relacionados con las aleaciones, las fases

y el equilibrio. Es esta discusión frecuente mente se emplea en termino componente, que es un

metal y/o un compuesto que forma parte de la aleación. Por ejemplo, en un latón cobre- zinc los

componentes son el Cu y el Zn.

También son términos comunes sistema es otro tema utilizado en este contexto y tiene como

significado: Se relaciona con una serie de posibles aleaciones consistentes en los mismos

componentes, pero sin referirse a las proporciones de los componentes de la aleación por

ejemplo el sistema hierro- carbono.” (CALLISTER, Jr., 1995,p.252)

4.6.1 Fases

“El concepto de fase es fundamental para comprender los diagramas de equilibrio. Una fase se

puede definir como una porción homogénea de un sistema que tiene características físicas y

químicas uniformes. Un material puro, un sólido, un líquido, una disolución gaseosa se

consideran fases. Por ejemplo la disolución agua- azúcar es una fase y el azúcar solido es otra

fase. Cada una es químicamente diferente.

Si en un sistema hay más de una fase, cada una de ellas tiene sus propiedades características y un

límite que la separa de otras fases. En este límite aparece un cambio discontinuo y abrupto en las

características físicas y/o químicas. Cuando en un sistema hay dos fases, no es necesario que allá

diferencias en las propiedades físicas y en las propiedades químicas: es suficiente que la

disparidad este en un solo tipo de estas propiedades. Cuando el agua y el hielo están juntos en un

recipiente, existen dos fases separadas; son físicamente distintas (en hielo es sólido y el agua es

liquidad). Pero químicamente idénticas. Si una sustancia puede existir puede existir en dos o más

formas por ejemplo que pueda tener tanto la estructura FCC como la BCC, cada una de estas

estructuras es una fase separada por que difieren sus propiedades físicas.

A veces un sistema monofásico recibe el nombre de “homogéneo”. Los sistemas de dos o más

fases se denominan “mesclas” o “sistemas heterogéneos”. La mayoría de las aleaciones, son

sistemas heterogéneos. Las fases interactúan de tal modo que la combinación de propiedades de

un sistema multifase es diferente de las propiedades de cualquiera de las fases individuales y más

atractivas que ellas.” (CALLISTER, Jr., 1995,p.253)

4.6.2 Microestructura

“Frecuentemente, las propiedades físicas y, en particular el comportamiento mecánico de un

material dependen de la microestructura. La microestructura es susceptible de ser observada

microscópicamente, utilizando microscopios ópticos y electrónicos. En las aleaciones metálicas,

la microestructura se caracteriza por en número de fases y por la proporción y distribución de

esas fases. La microestructura de una aleación depende del número de aleantes, de la

concentración de cada uno de ellos y del tratamiento térmico de la aleación por ejemplo: de la

temperatura y tiempo de calentamiento y de la velocidad de enfriamiento.

Después de los apropiados pulidos y ataque, las fases se distinguen por su apariencia. Por

ejemplo una fase aparece clara y la otra oscura. Cuando solo existe una fase la textura en

uniforme excepto los límites de grano.” (CALLISTER, Jr., 1995,p.254)

4.6.3 Equilibrio de fases

“Es otro concepto esencial. Se describe muy bien en términos de una función termodinámica

denominada energía libre. La energía libre depende de la energía interna de un sistema y también

del azar o del desorden de los átomos o moléculas (o entropía). Un sistema está en equilibrio si la

energía libre es mínima en condiciones específicas de temperatura, presión y composición. En

sentido macroscópico, esto significa que las características del sistema no cambian con el tiempo

sino que se mantienen indefinidamente: es decir el sistema es estable. Un cambio de temperatura,

de presión y/o de composición de un sistema en equilibrio conduce a un aumento de la energía

libre y a un posible cambio espontaneo a otro estado de menor energía libre.

El termino equilibrio de fases, se refiere al equilibrio aplicado al sistema de más de una fase. El

equilibrio de fases se traduce como una constante, a lo largo del tiempo, de las características del

sistema. Un ejemplo para ilustrar este concepto es el del agua con azúcar. Supóngase un

recipiente serrado que contiene la disolución (el jarabe) en contacto con azúcar solido a 20°C. Si

e l sistema está en equilibrio, si la cantidad, la composición del jarabe y del azúcar solido

permanecen constantes a lo largo del tiempo. Si la temperatura del sistema sube súbitamente a

100°C, el equilibrio desaparece temporalmente

Hasta que se alcanza un nuevo equilibrio en la concentración del jarabe 100°C.

El ejemplo azúcar-jarabe ilustra el concepto de equilibrio de fases utilizando un sistema liquido-

solido. En muchos sistemas metalúrgicos de materiales de interés industrial, en equilibrio de

fases solo implica fases sólidas. En este aspecto el estado del sistema se refleja en las

características de la microestructura que no solo incluye las fases presentes y su composición sino

las cantidades relativas de las fases y su distribución o colocación espacial.

La energía libre y los diagramas, aportan información acerca de las características del equilibrio

de un sistema en particular, pero no indican el tiempo necesario para alcanzar el estado de

equilibrio. En muchos casos, especialmente en sistemas sólidos, ocurre que el estado de

equilibrio nuca se alcanza completamente, ya que la velocidad para llegar al equilibrio es

extremadamente lenta: este estado se denomina de no equilibrio o metaestable. Un estado o una

microestructura metaestable pueden persistir indefinidamente experimentando solo

imperceptibles cambios a lo largo del tiempo. Frecuentemente, las estructuras metaestables

tienen mayor interés practico que las de equilibrio. Por ejemplo algunos aceros y aleaciones de

aluminio se endurecen desarrollando microestructuras metaestables durante tratamientos térmicos

cuidadosamente planificados.

Además de conocer los estados de equilibrio y sus microestructuras, es necesario conocer la

velocidad con que se alcanza y los factores que influyen en esta velocidad.” (CALLISTER, Jr.,

1995,p.254)

4.6.4 Diagramas de equilibrio de fases

“La mayor parte de la información sobre el control de la microestructura o estructura de fases de

una aleación en particular se encuentra recopilada en el de llamado diagrama fases, diagrama de

equilibrio o diagrama constitucional.

A partir de las transformaciones de fases, de los cambios que ocurren entre fases al modificar la

temperatura (generalmente en el sub enfriamiento), se originan la mayoría de las microestructuras

lo que implica la transformación de una fase a la otra o la aparición o la desaparición de una

fase.

La utilidad de los diagramas de equilibrio radica en la posibilidad de la predicción de la

transformación y de la microestructura resultante que pueden estar no en equilibrio.

Los diagramas de equilibrio de fases representan las relaciones entre la estructura y la

composición y las cantidades de fases en equilibrio. Existen distintos diagramas, pero la

temperatura y la presión son los parámetros variables de las aleaciones binarias: las que contienen

dos componentes. Si hay más de dos componentes el diagrama se complica y su representación es

difícil. El fundamento del control microestuctural realizado con los diagramas de fases se ilustra

en las aleaciones binarias, aunque la mayoría de las aleaciones contienen, en realidad, más de dos

componentes. La presión externa también es un parámetro que influye en la microestructura; sin

embargo en la práctica la presión permanece constante en la mayoría de las aplicaciones.

“(CALLISTER, Jr., 1995,p.255)

4.6.5 Interpretación de los diagramas de fase

“Conociendo la composición y la temperatura de equilibrio, los sistemas binarios suministran la

siguiente información:

1. Las fases presentes

2. La composición de cada fase

3. La fracción o porcentaje de cada fase”

(CALLISTER, Jr., 1995,p.257)

4.7 El sistema hierro- carbono

“El sistema de aleaciones más importante es el hierro- carbono. Los aceros y las fundiciones,

estos son los materiales estructurales primarios en todas las culturas tecnológicamente avanzadas,

son esencial mente aleaciones hierro-carbono. Aquí se pueden observar las posibles

microestructuras” (CALLISTER, Jr., 1995,p.281)

4.8 Transformaciones de fase en los metales

“Desarrollo de microestructuras y alteración de propiedades mecánicas “(CALLISTER, Jr.,

1995,p.304)

4.8.1 Trasformaciones de fases

“En los tratamientos de los metales se producen una gran variedad de transformaciones de fase,

que representa alguna alteración de la microestructura. Estas transformaciones se dividen en tres

categorías.

en un grupo se reúnen las trasformaciones que son simples difusiones: no cambia ni el

número ni la composición de las fases presentes. Son ejemplos de ellas la solidificación

de un metal puro.

El otro tipo de transformaciones depende de la difusión hay alteración en las

composiciones de fases, y a veces en el número de fases. La reacción eutectoide

El tercer tipo de transformación es sin difusión y se forma una fase metaestable.

La transformación martensitica.” (CALLISTER, Jr., 1995,p.304)

“La mayoría de los metales sólidos presentan dos o más fases que complican la estructura pero,

que a su vez, le dan muchas propiedades útiles e interesantes. El hierro, el acero y el hierro

fundido son ejemplos típicos de sólidos polifásicos o alotrópicos.

Las transformaciones de fase son cambios en la naturaleza de la fase o en el número de fases,

como el resultado de la variación de condiciones de enfriamiento, todas estas modificaciones

tienen su origen en la estructura inicial de acero, de su composición y de la temperatura desde la

cual se realiza el tratamiento, como se puede observar en el diagrama hierro carbono Fe-C (figura

3). Cada una de estas fases poseen propiedades mecánicas definidas y el resultado final de las

mezclas se pueden calcular de acuerdo con la expresión (ASM, 2003). 𝑋 = ∑ 𝑋𝐼𝜉𝐼

Dónde:

X= es la propiedad en particular del material

=es la fracción volumétrica de la fase I “ (CASTAÑEDA VARGAS, 2015,p.11)

Figura 7 Diagrama hierro carbono donde se observan las fases presentes Hierro

delta , Austenita, Cementita Fe3C, Perlita P, Ferrita α. y las temperaturas del

eutectoide A1 720°C y la temperatura de inicio de transformación de la Austenita

A3 (ASM, 2003).

Influencia del tiempo de revenido en las propiedades mecánicas de dureza y resistencia a la tensión de un acero 1045

“Para las temperaturas comprendidas entre A1 y A3 zona conocida como: de austenización

parcial, de temperaturas Intercríticas o de doble fase; derivando su nombre por la presencia de

ferrita y austenita (figura 6) (Movaheda. P, 2009). Las temperaturas se pueden calcular con las

siguientes expresiones

𝐴1(°𝐶) = 727 + 13.4𝐶𝑟 − 1.03𝐶 𝐶𝑟 − 16.72𝑀𝑛 + 0.91 𝐶 𝑀𝑛 + 6.18 𝐶𝑟 𝑀𝑛 − 0.64𝑀𝑛2 +

3.14 𝑀𝑜 + 1.86𝐶𝑟 𝑀𝑜 − 0.73 𝑀𝑛 𝑀𝑜 − 13.66 𝑁𝑖 + 0.53 𝐶 𝑁𝑖 + 1.11 𝐶𝑟 𝑁𝑖 − 2.28 𝑀𝑛 𝑁𝑖 −

0.24 𝑁𝑖2 6.34 𝑆𝑖 − 8.88 𝐶𝑟 𝑆𝑖 − 2.34 𝑀𝑛 𝑆𝑖 + 11.98 𝑆𝑖2 (4)

Cuando se realiza en un estado de austenización total la temperatura debe estar por encima de A3

que se calcula de acuerdo con (Gur. J, 2009):

A3

A1

𝐴3(°𝐶) = 912 − 203√𝐶 + 15.2𝑁𝑖 + 44.7𝑆𝑖 + 104𝑉 + 31.5𝑀𝑜 + 13.1𝑊 − 30𝑀𝑛 − 11𝐶𝑟 −

20𝐶𝑢 + 700𝑃 + 400𝐴𝑙 + 120𝐴𝑠 + 400𝑇𝑖

En las anteriores expresiones se puede observar la influencia de los elementos aleantes que

disminuyen o aumentan estas temperaturas dependiendo del aumento o disminución del campo

de estabilidad de la austenita, por esta razón el signo que los precede (ASM, 2003).

Figura 8 Representación de las zonas y temperaturas de tratamiento, la línea punteada

denota el % de carbono del acero. (Liedl. U, 2002) (Movaheda. P, 2009)


“Realizando un enfriamiento rápido desde este rango de temperaturas comprendidos entre A1 y

A3 se obtienen aceros de doble fase DP (dual phase), que brindan una buena combinación de

propiedades (Bhagavathi. L, 2011), como consecuencia de la aparición de martensita en una

matriz ferrítica. Una variable importante es para consecución de este objetivo es la velocidad de

enfriamiento, dependiendo de ella se obtendrán diversas combinaciones de estructuras como lo

muestran los diagramas TTT (figura 7). (Kang. S, 2007) (Reti. T, 2001) (Gur. J, 2009)”

(CASTAÑEDA VARGAS, 2015,p.13).

Figura 9 Diagrama esquemático TTT para un acero donde aparecen las diversas

estructuras para diferentes velocidades de enfriamiento.


4.9 Temple

Figura 10 Temperaturas de calentamiento durante los tratamientos de temple


“Es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento, generalmente rápido con una

velocidad mínima llamada "crítica". El fin que se pretende conseguir con el ciclo del temple es

aumentar la dureza y resistencia mecánica, transformando toda la masa en austenita con el

calentamiento y después, por medio de un enfriamiento rápido la austenita se convierte en

martensita, que es el constituyente típico de los aceros templados. El factor que caracteriza a la

fase de enfriamiento es la velocidad del mismo que debe ser siempre superior a la crítica para

obtener martensita. La velocidad crítica de los aceros al carbono es muy elevada. Los elementos

de aleación disminuyen en general la velocidad crítica de temple y en algunos tipos de alta

aleación es posible realizar el temple al aire. A estos aceros se les denomina "autotemplantes".

Los factores que influyen en la práctica del temple son:

El tamaño de la pieza: cuanto más espesor tenga la pieza más hay que aumentar el ciclo

de duración del proceso de calentamiento y de enfriamiento.

La composición química del acero: en general los elementos de aleación facilitan el

temple.

El tamaño del grano: influye principalmente en la velocidad crítica del temple, tiene

mayor templabilidad el de grano grueso.

El medio de enfriamiento: el más adecuado para templar un acero es aquel que consiga

una velocidad de temple ligeramente superior a la crítica. Los medios más utilizados son:

aire, aceite, agua, baño de Plomo, baño de Mercurio, baño de sales fundidas y polímeros

hidrosolubles.

Los tipos de temple son los siguientes: temple total o normal, temple escalonado martensítico o

"martempering", temple escalonado bainítico o "austempering", temple interrumpido y

tratamiento subcero.” (Maya p.,p.2)

“Las temperaturas del temple son algo más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC)”

(CASTAÑEDA VARGAS, 2015,p.15).

“Los artículos de acero endurecidos calentándolos a unos 900°C y enfriándolos rápidamente en

aceite o agua se vuelven duros y quebradizos. Si se vuelven a calentar a una temperatura menor

se reduce su dureza pero se mejora su tenacidad. El equilibrio adecuado entre dureza y tenacidad

se logra controlando la temperatura a la que se recalienta el acero y la duración del calentamiento.

La temperatura se determina con un instrumento conocido como pirómetro. Existen varios tipos

de temple, clasificados en función del resultado que se quiera obtener y en función de la

templabilidad. El término temple también se utiliza para describir un proceso de trabajo en frío

que aumenta la dureza del metal, sobre todo en el caso de aceros con bajo contenido en carbono y

de metales no ferrosos.” (CASTAÑEDA VARGAS, 2015,p.15).

4.10 Temple completo e incompleto

“El tiempo total que dura el tratamiento térmico se compone del tiempo de calentamiento hasta la

temperatura dada (Tc) y el tiempo de permanencia a esta temperatura (Tp).

Ttotal = Tc+Tp

La magnitud de Tc depende de la aptitud del medio para calentar, de las dimensiones de las

piezas y de la colocación en el horno. Tp depende de la velocidad de los cambios de fase, la cual

está determinada por el grado de calentamiento por encima del punto crítico y por la difusión de

la estructura inicial.

En la práctica Tp puede tomarse como 1min x mm2 para los aceros al carbono y 2min x mm2

para los aceros aleados. El tiempo de calentamiento depende de muchos factores y puede oscilar

entre 1 – 2 min para piezas pequeñas en baños de sales y muchas horas en piezas grandes en

hornos de cámara.

El tiempo de calentamiento exacto solo puede establecerse por la vía experimental para una pieza

dada en las condiciones concretas, pero se puede calcular de forma aproximada para lo cual

existen varios métodos. Se puede tomar 1 min x mm2 en hornos de mufla y piezas de acero al

carbono. Para aceros aleados debe incrementarse un 20 – 25%.” (CASTAÑEDA VARGAS,

2015,p.16)

4.10.1 Templabilidad

“Se entiende por templabilidad la profundidad a la que penetra en la pieza la zona templada. La

templabilidad incompleta se explica porque durante el temple, la pieza se enfriará más rápido en

la superficie que en el centro. Es evidente que en la medida que disminuye la velocidad crítica de

temple aumenta la profundidad de la capa templada, y si la Vc es menor que la velocidad de

enfriamiento en el centro de la pieza, esta sección se templará completamente. Por consiguiente,

cuanto menor sea Vc, tanto mayor será la templabilidad. Para valorar prácticamente la

templabilidad se utilizará una magnitud llamada diámetro crítico (Dc). El diámetro crítico es el

diámetro máximo para una barra cilíndrica que se templa en toda su sección en un medio de

enfriamiento dado. Por consiguiente, para un acero dado a cada medio de enfriamiento le

corresponde un diámetro crítico. Si es necesario que una pieza se temple en todo su espesor hay

que elegir un acero tal que:

Dc > Dpieza.

Una pieza templada se halla siempre en un estado de tensión estructural. El revenido es un medio

necesario y radical para disminuir las tensiones residuales. El calentamiento del acero en el

revenido aumenta la plasticidad, esto permite que, en los diversos volúmenes, las deformaciones

elásticas se conviertan en plásticas, con lo cual disminuye la tensión.” (CASTAÑEDA

VARGAS, 2015,p.16)

4.11 Tratamiento criogénico

“A los aceros de herramienta se les puede realizar distintos tratamientos adicionales al

tratamiento clásico de temple y revenido con el fin principal de aumentar la vida útil en

determinada condiciones de trabajo, al permitir bajar el coeficiente de fricción y mejorar la

resistencia al desgaste ya sea por micro dureza superficial, refinamiento de carburos entre otros.

Uno de estos procesos es el criogénico.” (Caserta Cardenas, 2012,p 31)

“Los tratamientos criogénicos se realizan a temperaturas bajo cero, estos tratamientos continúan

el proceso de templado. Su objetivo es transformar la mayor parte de austenita retenida en la

martensita. No son sustitutos de otros tratamientos térmicos, sino una extensión del ciclo térmico

que involucra todo el material y no sólo su superficie.” (Lira Calmet, 2009,p 39)

“El tratamiento criogénico típico consiste de un enfriamiento lento (aproximadamente 2.5°

C/min) desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de nitrógeno líquido. Cuando el

material alcanza aproximadamente 80K, este es sostenido por un tiempo apropiado (generalmente

24 horas). Al final Del periodo de sostenimiento, el material es removido del nitrógeno líquido y

empieza a calentarse hasta temperatura ambiente” (ver diagrama Temperatura vs tiempo).

(Caserta Cardenas, 2012,p 31).

Figura 11 Diagrama de Temperatura vs Tiempo para procesos de tratamientos

criogénicos.

ASM HANBOOK. Heat teatrín, Volumen 4, cold treating and cryogenic treatment of steel, 2001. P 204-205

“Es importante tener en cuenta que cuando se lleva a cabo el enfriamiento, la temperatura debe

ser controlada con precisión con el fin de no dañar el material debido al choque térmico que se

presenta. “ (Caserta Cardenas, 2012,p 32)

“Debemos tener en cuenta que algunos aceros, al ser sometidos a tan bajas temperaturas, sufrirán

cierto riesgo de agrietamiento.

Con estos tratamientos podemos conseguir la mayor resistencia al desgaste, si se trata de una

herramienta, así como su estabilidad dimensional. Los beneficios de este tipo de tratamientos son

el incremento de la resistencia al desgaste, la vida útil de la herramienta y en algunos grados la

dureza.

Un efecto significativo a tener en cuenta es el cambio dimensional que sufren las piezas, así como

el aumento de dureza debido a la transformación de la austenita retenida en martensita.

Existen varios sistemas y criterios para realizar estos tipos de tratamientos. Se distinguen dos

categorías dependiendo de la temperatura bajo cero alcanzada en el proceso.

Subcero: Las piezas alcanzan una temperatura de –80°C, con utilización de hielo seco

más alcohol.

Criogénico: Las piezas alcanzan una temperatura de –193°C, con utilización de

nitrógeno líquido.” (Lira Calmet, 2009,p 39)

4.11.1 Aplicaciones del tratamiento criogénico

“Los tratamientos criogénicos se aplican en una gran cantidad de ámbitos como los mencionados

a continuación:

Aplicaciones industriales: Aplicados a los aceros de herramienta para aumentar la resistencia al

desgaste. Ejemplos: matrices, punzones, sierras, cuchillas o moldes.

Instrumentos musicales: En instrumentos de bronce o latón para mayor tonalidad y calidad de

sonido. Ejemplos: trompetas, saxos, cuerdas de guitarra y piano.

Aplicaciones armamentísticas: Eliminación de la austenita retenida para así evitar los cambios

dimensionales que se dan cuando se transforma durante la vida útil del arma. Ejemplos: cañones,

rifles o revólveres.

Deportes: En el golf y el patinaje. Ejemplos: palos, cabezas y pelotas (golf), cuchilla de los

patines de hielo.

Industria metalmecánica: Aplicados a los aceros que después del temple conservan todavía

cierta cantidad de austenita retenida sin transformar. Ejemplos: herramientas de corte. La

transformación de austenita retenida y la precipitación de carburos causan el aumento en la

resistencia al desgaste.” (Lira Calmet, 2009,p 40)

4.11.2 Cinética del tratamiento criogénico

“Existen varias teorías concernientes a los efectos de dicho tratamiento. Una teoría envuelve la

transformación completa de austenita retenida a martensita.

Esta teoría ha sido verificada por medidas de difracción de rayos X. Otra teoría está basada en el

aumento de resistencia del material debido a la precipitación de carburos submicroscopicos

como resultado del tratamiento criogénico. Alineado a esta teoría se encuentra la reducción de

tensiones internas en la martensita cuando ocurre la precipitación de los carburos

submicroscopicos.

Una reducción de la tendencia de formación de microgrietas resultado de la reducción de las

tensiones internas es otra razón para la mejora de las propiedades.

Es importante dejar claro que el tratamiento criogénico para un caso particular seguirá la norma

general de un tratamiento criogénico, pero el tiempo y la temperatura del tratamiento serán

variables dependientes del acero particular, según su composición química, función a cumplir,

condiciones de funcionamiento, entre otro. Para estos casos no existen normas o procesos fijos y

toda la actividad debe enfocarse a la etapa experimental que debe incluir las diversas

combinaciones de variación de los parámetros importantes, tiempo y temperatura, para lograr la

determinación del tratamiento más conveniente.

4.11.3 Equipos para tratamientos criogénicos

Los sistemas de nitrógeno líquido se han convertido en los métodos más comunes para alcanzar

temperaturas criogénicas. Los dos tipos de sistemas son descritos a continuación.

Sistema de Intercambiador de Calor: En este sistema se hace pasar nitrógeno líquido a

través de un intercambiador de calor y el gas de salida se recupera para utilizarlo como

atmosfera en el horno. La atmosfera de esta cámara es aspirada hacia los serpentines por

medio de un ventilador y se hace circular posteriormente a través de las piezas. Ni el

nitrógeno líquido ni el nitrógeno gas seco entran en contacto con las piezas.

Sistema Por Pulverización Directa: Este sistema pulveriza el nitrógeno líquido

directamente dentro de la cámara, mientras un ventilador hace circular el gas por la

misma. En este caso, el gas utilizado no se recupera y tampoco las piezas entran en

contacto con el nitrógeno líquido.

Sistema Por Inmersión Gradual: En este sistema si hay inmersión de la pieza a

temperaturas ambiente en un líquido criogénico. Pasado el tiempo de mantenimiento a la

temperatura del líquido criogénico, la pieza se retira del líquido e inmediatamente se

somete a un flujo de aire hasta alcanzar la temperatura ambiente.” (Caserta Cardenas,

2012,p 32)

4.12 Revenido

Figura 12 Impacto de la tenacidad como una función de la temperatura de revenido de

endurecido, de baja- aleación, aceros al carbono


“Es un tratamiento complementario al del temple, que generalmente sigue a éste. Al conjunto de

los dos tratamientos también se le denomina "bonificado". El tratamiento de revenido consiste en

calentar al acero después de normalizado o templado, a una temperatura inferior al punto crítico,

seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se pretenden resultados altos

en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que pueden generar

deformaciones. El objeto del tratamiento de revenido es aumentar la tenacidad de las piezas,

reducir las tensiones resultantes del temple y reducir la dureza.” (CASTAÑEDA VARGAS,

2015,p.17)

4.12.1 Tipos de revenido

“Para después de realizado en tratamiento térmico de temple se sugiere realizar los siguientes

revenidos:

Revenido Bajo: Se realiza en el intervalo de temperatura de 150ºC a 250ºC. Se utiliza

para todos los aceros de herramientas de alto contenido de carbono. Prácticamente no

disminuye la dureza, pero disminuye las tensiones internas y parte de la austenita residual.

Revenido Medio: Se realiza a 350 – 450ºC. Es muy utilizado en muelles y resortes.

Disminuye bastante la dureza y se eleva la tenacidad. Se obtiene una estructura de

troostita de revenido. También se puede utilizar en herramientas que deban tener buena

resistencia con suficiente elasticidad.

Revenido Alto: Se realiza a 500ºC – 650ºC. En este proceso, la martensita se transforma

en sorbita de revenido. Esta estructura garantiza una mejor 18 combinación de resistencia

y plasticidad del acero. En la sorbita de revenido la cementita adquiere forma granular, a

diferencia de la obtenida en un normalizado. Como consecuencia de esto se eleva

notablemente la resistencia con la misma dureza o aún más elevada con relación al acero

normalizado. Este tipo de revenido se emplea para piezas de acero que estén sometidas a

elevada fatiga o cargas de impacto. El temple del acero con un revenido alto se denomina

termo mejoramiento o bonificado.” (CASTAÑEDA VARGAS, 2015,p. 17)

4.12.2 Revenido rápido

Figura 13 Diagrama revenido rápido curva Dureza – Temperatura - Tenacidad


“Un revenido duro a un rango de temperaturas de 500 a 530°C y una resistencia a la tracción

promedio de 105 a 110 Kgf/mm2 y una resilencia de 6 a 8 kgm/cm2. Es la culminación de todo

proceso de templado y el más importante de todos, ya que con él se logran las características

adecuadas a cada uno de las condiciones de trabajo. Consiste en poner a temperatura las piezas

que han sido previamente templadas, con esto se logra, además de eliminar las tensiones

acumuladas en el proceso del temple, la adecuación de las características mecánicas en función al

trabajo que después va a ejecutar la pieza.

Los aceros que pueden ser tratados se pueden dividir en dos clases:

Aceros al carbono: Con contenidos de carbono mayor que 0.30% y temple severo.

Aceros de baja aleación: También con contenidos de carbono superiores a 0.30 % y

temple al aceite.

Aceros especiales: Existen diversos tipos de aceros con aleaciones tales que realzan cada

una de las propiedades requeridas.

Mejora sustancialmente las propiedades de las piezas, permitiendo reducir las dimensiones y

pesos y por lo tanto los costos. Cuanto mayor sea el tamaño de las piezas mayor debe ser la

templabilidad del acero empleado; de lo contrario se obtienen temples imperfectos, dado que la

velocidad de enfriamiento es menor en las capas interiores, y por lo tanto las durezas obtenidas

son proporcionales a las velocidades.” (CASTAÑEDA VARGAS, 2015,p.18)

4.13 Curva de la “S”

“Las curvas de las “S” conocidas también como diagrama tiempo - temperatura -transformación

TTT o simplemente curva en C, es un estudio exhaustivo sobre las diferentes reacciones que se

presentan en determinado estudio, dicho estudio permite predecir estructura, propiedades

mecánicas y así mismo el respectivo tratamiento térmico que requiere el acero analizado.

Una de las reacciones que requiere un análisis completo con respecto a su desarrollo lo representa

la reacción eutectoide en estado sólido, debido a la lentitud de la misma, provocando en el acero

un enfriamiento por debajo de la temperatura eutectoide de equilibrio antes de que se inicie la

transformación, provocando esto importantes consecuencias ya que una temperatura de

transformación inferior dará una estructura más fina y resistente, lo cual afectará el tiempo

requerido para dicha transformación, y alterará la organización de las dos fases.

Figura 14 Efecto de la Temperatura de Transformación de la austenita sobre el

espaciamiento ínter laminar de la perlita.


El diagrama TTT o curva de las “S” de acuerdo a lo observado en el planteamiento anterior es

consecuencia de la reacción eutectoide. A cualquier temperatura en particular, una curva

sigmoidea representa la velocidad a la cual la austenita se transforma en una mezcla de ferrita y

de cementita (figura 14).

Para la nucleación se requiere un tiempo de incubación. La línea Ps representa el momento en el

cual se inicia la transformación.

La curva sigmoidea también da el tiempo en el cual se completa la transformación, este momento

está dado por línea Pf. Cuando la temperatura disminuye de 727°C, se incrementa la velocidad de

nucleación y al mismo tiempo se reduce la rapidez de crecimiento del eutectoide. En el caso de

un acero eutectoide la rapidez máxima de transformación ocurre cerca de 550°C.

Figura 15 Curva de la “s”


Los resultados obtenidos en la transformación producen dos tipos de micro constituyentes, siendo

los mismos Perlita (P) cuya formación se registra por encima de 550°C, y la Bainita (B) que se

forma a temperaturas inferiores respectivamente.

Uno de los aspectos de más prestancias en la determinación de las curvas de las

“S” lo representa la nucleación dada en el proceso por lo que a continuación se ve

el comportamiento de esta:

Nucleación y Crecimiento de la Perlita: Al realizar el templado por debajo de la temperatura

eutectoide, se produce un suben frio ligero en la austenita, y por otro lado se requieren tiempos

prolongados antes de que se produzcan núcleos estables tanto para la ferrita como para la

cementita.

Al comenzar el crecimiento de la ferrita, los átomos son difundidos con rapidez, produciéndose

de esta forma una perlita gruesa; dicha transformación es completada en el tiempo de (Pf). En el

caso de que la austenita se temple a una temperatura inferior a la estipulada la misma se sub

enfría mucho más, provocando la rápida ocurrencia de la nucleación y por lo tanto Ps sería más

corto. Sin embargo, la difusión es considerablemente más lenta, ya que la los átomos se difunden

sólo a distancias cortas dando como resultado una estructura de perlita fina.

Es bueno reconocer que a pesar de que las velocidades de crecimiento son más lentas el tiempo

total que se requiere sufre una reducción para el logro de la transformación como tal, todo esto

debido a la corta duración del tiempo de incubación. Como observamos la perlita más fina tiene

formación en tiempos más cortos conforme se reduce la temperatura de transformación

isotérmica hasta aproximadamente 550°C, la cual es la nariz o rodilla de la curva TTT.

Nucleación y Crecimiento de la Bainita: Cuando se registra una temperatura justo por debajo

de la nariz del diagrama TTT o Curva de las “S”, la difusión se produce de manera más lenta , y

así mismo los tiempos totales de transformación sufren un incremento general. A parte de esto se

observa una estructura distinta.

En el caso específico de transformación a bajas temperaturas, las laminillas de Perlita requerirían

ser extremadamente delgadas y, en consecuencia, el área entre ferrita y laminillas de Fe3C sería

muy grande.

La cantidad de energía asociada con la interface Ferrita - Cementita incide en el aumento de la

energía total del acero ya que esta será muy grande; donde es preciso acotar que la energía interna

del acero puede ser reducida a través de la precipitación de la cementita en forma de películas

distintas y redondeadas en una matriz de ferrita. El micro constituyente formado en este proceso

se le denomina

Bainita (Bs), siendo tras la formación de la misma donde empieza la transformación y la misma

termina con la finalización de la bainita (Bf).” (CASTAÑEDA VARGAS, 2015,p.19).

4.14 Fractura de metales

Como un efecto seguido después de la deformación de un material se encuentra la fractura o

ruptura del mismo la cual se da por la separación de un sólido cuando es sometido a pruebas de

tensión y la probeta queda en dos trozos. Con la naturaleza del material se puede identificar el

tipo de fractura en donde intervienen el estado de esfuerzo, el ambiente, la rapidez de la

deformación y el estudio de los modos de fractura se llama fractografía la cual la identifica por

los rasgos de la superficie de fractura y su separación gracias al esfuerzo sometido. Este estudio

es realizado a modo visual con el uso de microscopios que tengan alto poder de resolución los

cuales tengan gran profundidad de foco con los cuales se hacen los estudios para llegar a

identificar el tipo de ruptura o fractura del material.

Figura 16 Diagrama de fractura de una probeta

Fundamentos de ciencia de materiales, A G Guy, Mc Graw hill P 383

4.14.1 Fractura dúctil

Esta fractura se da cuando hay una gran deformación plástica y gran reducción de área en la parte

donde falla la probeta. Hay 3 estados diferentes en los que se reconocen una ruptura dúctil los

cuales son:

La probeta forma un cuello y se forman cavidades dentro de la zona de fractura.

La rugosidad en el cuello se fusionan en una grieta en el centro de la probeta y se

propagan a la superficie de la muestra en una dirección perpendicular a la fuerza

aplicada.

Cuando la grieta se aproxima a la superficie la dirección de la grieta cambia a 45°

respecto del eje de tensión y se produce una fractura de cono o embudo.

Figura 17 Diagrama de tipos de fractura dúctil

Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, S William, Mc Graw hill, Tercera edición, P 241

4.14.2 Fractura frágil

Esta fractura se da por su poca deformación plástica la cual se presenta en muchos metales y

aleaciones y se produce a lo largo de los planos cristalográficos específicos llamados planos de

fractura bajo una tensión normal al plano de fractura. La mayoría de metales que tienen una

estructura cristalina HCP casi siempre tienden a tener una fractura frágil debido a su número

limitados de planos de deslizamientos.

Este tipo de fractura también tiene 3 tipos de estados en las que se puede identificar:

La deformación plástica concentra las dislocaciones a lo largo de los planos de

deslizamientos en obstáculos.

La tensión de cizalla se acumula en lugares donde las dislocaciones se bloquean, y como

resultado se nuclean microgrietas.

Una posterior tensión propaga las microgrietas y la energía de deformación elástica

almacenada puede contribuir a la propagación de las grietas.

Figura 18 Diagrama de tipos de fractura frágil

Tipos de fracturas de metales frágiles (Universidad Nacional de Colombia, Grupo AFIS 2011)

4.14.3 Fractura mixta

En ciertos metales al momento de la fractura se pueden encontrar características de los dos tipos

de fracturas mencionadas en los puntos 4.14.1 y 4.14.2 este tipo de fractura ya se dará por las

propiedades del material y su modo de estudio se conoce por el nombre de fractura mixta.

Figura 19 Diagrama de fractura mixta

Tipos de fracturas mixtas (Universidad Nacional de Colombia, Grupo AFIS 2011)

5 Materiales y métodos

5.1 Materiales

Para el ensayo de tensión que se realizó en el laboratorio de resistencia de materiales de

la Universidad Distrital, se utilizó una barra redonda calibrada de 19.05mm de diámetro

y 3970mm de longitud en acero SAE 1045 laminado en caliente, realizando

espectrometría para validar que efectivamente sea el material a analizar y así poder

continuar con la fabricación de las probetas según plano cumpliendo con la geometría y

dimensiones que se deben cumplir según norma ASTM E-8 r y se muestran a

continuación:

Figura 20 Probeta para ensayo de tensión (ASTM E-8/E8M-11 Standard Test

Methods for Tension Testing of Metallic Materials).

O3/4-

10 U

NCRO

SCAD

O

O3/4-

10 U

NCRO

SCAD

O

30 30 100 30 30O

12O19

,05

O19

,05

30

60

71,34

148,66

30

60

71,34

220

R20

R20

0,365 kg

Para el ensayo de impacto, que se realizó en el laboratorio de resistencia de materiales de la

Universidad Distrital, se utilizó una placa en acero SAE 1045 laminado en caliente,

aproximadamente de 250mm x 80mm x 12mm, realizando espectrometría para validar que

efectivamente sea el material a analizar y así poder continuar con la fabricación de las

probetas según plano cumpliendo con la geometría y dimensiones que se deben cumplir

según norma ASTM E-23 y se muestran a continuación:

Figura 21 Probeta para ensayo de impacto (ASTM E23-12C Standard Test Methods for

Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials).

55

10

10

A

DETALLE A

8±0

.06

R0,2

5 ±0.02

5

45° ±2

5.2 Composición química

Al material se solicitó el servicio de espectrometría en la empresa Cia. General de Aceros, con el

fin de corroborar sí realmente se trataba de un acero SAE 1045, y se validó que estuviese dentro

de los requisitos de la norma ASTM A29 - A29M – 12. También se utilizó la composición

química para poder calcular las temperaturas intercríticas y definir la temperatura para el

tratamiento térmico de temple. Al material se le realizo 3 quemas el espectrómetro arrojó los

siguientes resultados.

5.3 Temperaturas Intercríticas

Con los porcentajes de masa de cada elemento según tabla y las ecuaciones de:

Temperatura de austenización parcial (Ac1) (Kasatkin).

Temperatura de austenización total (Ac3) (Kasatkin).

Se procede hallar las temperaturas intercríticas

Temperatura de Austenización parcial (Ac1) en grados Celsius (ºC)

Ac1°C = 723 − 7.08.Mn + 37.7

.Si + 18.1

.Cr + 44.2

.Mo + 8.95

.Ni + 50.1

.V + 21.7

.Al + 3.18

.W +

297.S − 830

.N − 11.5

.C

.Si − 14.0

.Mn

.Si − 3.10

.Si

.Cr − 57.9

.C

.Mo − 15.5

.Mn

.Mo − 5.28

.C

.Ni −

6.0.Mn

.Ni + 6.77

.Si

.Ni – 0.80

.Cr

.Ni – 27.4

.C

.V + 30.8

.Mo

.V − 0.84

.Cr

2 – 3.46

.Mo

2 – 0.46

.Ni

2 −

28.V

2.

Temperatura de Austenización Total (Ac3) en grados Celsius (ºC):

Ac3 °C = 912 − 370.𝐶 + 27.4

.𝑀𝑛 + 27.3. 𝑆𝑖 − 6.35

.Cr − 32.7

.Ni + 95.2

.V + 190

.Ti + 72

.𝐴𝑙 −

64.5.Nb + 5.57

.W + 332

.S + 276

.P + 485

.N − 900

.B + 16.2

.𝑀𝑛 + 32.3.𝐶.

Si + 15.4.𝐶.𝐶r + 48

.𝐶.Ni +

4.32.Si

.𝐶r + 17.3.Si

.𝑀o − 18.6.Si

.Ni + 4.8

.𝑀𝑛.Ni + 40.5

.𝑀o .V + 174

.C

2 + 2.46

.𝑀𝑛2 - 6.86

.Si

2 +

0.322.Cr

2 + 9.9

.𝑀o2

+ 1.24.Ni

2 − 60.2

.V

2. [11]

Para el acero SAE 1045, la temperatura de austenización parcial (Ac1) y austenización total (Ac3)

en °C

Ac1 = 729 ºC Ac3 = 776 ºC

Con los resultados obtenidos para las temperaturas intercriticas que aplican para el acero SAE

1045, se escoge la temperatura de 760 °C que se encuentra más cercana a la temperatura de

austenizacion (Ac3), manteniéndose dentro de los límites de estas temperaturas y así poder

realizar el tratamiento térmico de temple con un tiempo de sostenimiento de 30 minutos.

5.4 Método para la toma de resultados

En esta etapa del proyecto y con el fin de obtener los mejores resultados de las distintas pruebas

que se van a realizar, se establece el siguiente orden de las probetas para la toma de datos:

Grupo A:

6 probetas en estado de suministro (3 para tensión y 3 para impacto), esto para realizar la

comparación de las propiedades mecanizas mencionadas anteriormente con las

propiedades generadas por los tratamientos térmicos a realizar. Como elementos de

control.

Grupo B:

6 probetas templadas a 760 °C durante 30 minutos de sostenimiento, enfriadas en agua,

(3 para tensión y 3 para impacto).

Grupo C:

24 probetas templadas a 760°C y 30 minutos de sostenimiento, enfriadas en agua, con

tratamiento térmico de criogenia (Nitrógeno líquido a -193 °C aproximadamente),

sostenimiento 24 horas, más revenido a 5, 10,15 y 30 minutos de sostenimiento, en grupos

de 3 probetas a una temperatura de 400°C, (para tensión e impacto).

5.5 Tratamientos térmicos

Los tratamientos térmicos de temple, criogenia y revenido se realizaron en diferentes laboratorios

5.5.1 Tratamiento térmico temple

Para este proceso se suministran 18 probetas para impacto y 18 probetas para tensión y se

procede a realizar el tratamiento térmico de temple a 760 C° con un tiempo de sostenimiento de

30 minutos en los laboratorios de TEMPLES INDUSTRIALES SAS tratamiento y

revestimientos de metales mecanizados, se toman las precauciones necesarias como

calentamiento hasta la temperatura requerida y manteniendo las probetas hasta que alcancen la

temperatura solicitada en toda su masa y así contabilizar el tiempo de sosteniente de las mismas.

Continuando se realiza la extracción de las probetas sujetándolas de un extremo y llevándolas a

una cuba que contiene agua a temperatura ambiente; mientras se introduce la probeta dentro del

agua de forma vertical, se agita de forma circular garantizando la correcta refrigeración evitando

que el agua de los alrededores este en contacto con la probeta demasiado tiempo, en la siguiente

ilustración se aprecia claramente el tratamiento realizado y descrito anteriormente.

Figura 22 Esquema del tratamiento térmico de temple realizado al acero AISI 1045

776 C°

726 C°

760C°

CAL

ENTA

MIE

NTO

SOSTENIMIENTO

ENFR

IAM

IENTO

T C°

t min

t= 30

5.5.2 Tratamiento térmico criogénico

Para este proceso se alquiló el nitrógeno líquido con sus respectivos dispositivos para su

manipulación, se colocaron las probetas en canastillas sumergiéndolas en el nitrógeno, con un

periodo de sostenimiento de 24 horas, en la siguiente ilustración se aprecia claramente el

tratamiento realizado y descrito anteriormente.

Figura 23 Esquema del tratamiento térmico de criogenia realizado al acero AISI 1045

776 C°

726 C°

760C°CAL

ENTA

MIE

NTO

SOSTENIMIENTO

ENFR

IAM

IENTO

T C°

t min

t= 30

0 C°

-196 C°

PUNTO DE EBULLICIONDEL NITROGENO LIQUIDO

SOSTENIMIENTO

24 hrs

CRIOGENIA

5.5.3 Tratamiento térmico revenido

Estas pruebas se realizaron en las instalaciones de la empresa prestadora de servicios

INDUTERMICOS, Industria de Tratamientos Térmicos, se realizó a una temperatura de 400°C y

cuatro escalas de tiempo para su sostenimiento 5, 10,15 y 30 minutos; la selección de estos

parámetros se realizan con el fin de establecer las modificaciones en las propiedades mecánicas

que se pueden presentar para este material, en la siguiente ilustración se aprecia claramente el

tratamiento realizado y descrito anteriormente.

Figura 24 Esquema de los tratamientos térmicos de revenidos realizado al acero AISI 1045

776 C°

726 C°

760C°

CAL

ENTAM

IENTO

SOSTENIMIENTO

ENFR

IAM

IEN

TO

T C°

t min

t= 30

0 C°

-196 C°PUNTO DE EBULLICIONDEL NITROGENO LIQUIDO

SOSTENIMIENTO

24 hrs

CRIOGENIA

ENFRIAMIENTO

REVENIDOS

INTERVALOS DE TIEMPOS

5 10 15 30

SOSTE

NIM

IENTO

5.6 Prueba de impacto tipo charpy

Estas pruebas se realizaron en el laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad

Distrital, el cual dispone de un PENDULO DE IMPACTO SATEC SI-1A , este equipo utiliza un

brazo de peso que se eleva a una altura específica y se deja caer de forma radial sobre la muestra

produciendo el impacto sobre la probeta.

Figura 25 Péndulo de impacto 5A -10700 marca Satec (Universidad Distrital, 2017)

Para este ensayo se aumentó la resolución de la entalla para validar sus dimensiones según

norma E-23 con el estéreo microscopio trinocular Stereo Discovery.V8 disponible en el

laboratorio de metalografía de la Universidad Distrital.

Figura 26 Entalla probetas para ensayo de impacto tipo charpy según norma E-23

R0.2

5 +

/- 0

.025

45° ±2

DETALLE A

55 10

PROBETA ESTANDAR PARA ENSAYO DE IMPACTO

10

Para realizar esta prueba se utilizaron 18 probetas a las cuales presentan el siguiente orden:

3 probetas en estado de entrega

3 probetas templadas

3 probetas templadas, criogenizadas con revenido de 5 minutos




Según la distribución anterior se sacó un promedio la cual se presenta a continuación.

Tabla 9

Tabla de resultados Prueba de impacto tipo charpy.

PROBETAS

ENERGIA

EN

PERDIDAS

(Joules)

ENERGIA

REGISTRADA

(Joules)

TENACIDAD

(Joules)

PROMEDIO

TENACIDAD

(JOULES)

ESTADO DE

ENTREGA

A 0,411 21,52 21,109

22,99 B 0,411 25,29 24,879

C 0,411 23,4 22,989

PROBETAS

TEMPLADAS

D 0,411 2,217 1,806

1,78 E 0,437 2,191 1,754

F 0,437 2,225 1,788

REVENIDO

5min

G 0,437 4,451 4,014

4,56 H 0,437 5,65 5,213

I 0,437 4,879 4,442

REVENIDO

10min

J 0,437 6,621 6,184

8,42 K 0,411 12,67 12,259

L 0,437 7,24 6,803

REVENIDO

15min

M 0,462 10,99 10,528

10,81 N 0,462 9,42 8,958

O 0,462 13,42 12,958

REVENIDO

30min

P 0,462 17,69 17,228

15,77 Q 0,462 14,05 13,588

R 0,462 16,95 16,488

Figura 27 Diagrama de barras comparativo de la tenacidad

Esta máquina determina la fragilidad o capacidad de un material de absorber energía antes de su

fractura, por el trabajo necesario al introducir la fractura de la probeta de un solo choque.

Con respecto a las pruebas de impacto tipo Charpy se determina que la probeta con tratamiento

térmico de temple es la que posee menor tenacidad logrando tener bastante similitud con el

comportamiento en la gráfica esfuerzo deformación debido a la fragilidad que obtuvo con el

tratamiento, cabe resaltar que los revenidos presentan un aumento en su tenacidad debido a que

los átomos de carbono retenidos en ella son liberados mitigando este problema saliendo de la red

de la martensita. Ello implica calentar el acero para facilitar la difusión del carbono por la red

tetragonal y que se concentre en algunos puntos de ella para formar carbonos, disminuyendo

progresivamente la dureza del material y aumentando su plasticidad y tenacidad.

5.7 Prueba de tensión

Estos ensayos se realizaron en el laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad

Distrital utilizando la máquina universal de ensayos UH 50 – A marca Shimadzu.

Diagrama 28 Maquina universal de ensayos UH 50 – A marca Shimadzu (Universidad Distrital,

2017)

22,99

1,78 4,56

8,42 10,81

15,77

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

1

TEN

ASI

DA

D (

Jou

les)

PROBETAS

ENSAYO CHARPY

ESTADO DE ENTREGA PROBETAS TEMPLADAS REVENIDO 5min

REVENIDO 10min REVENIDO 15min REVENIDO 30min

Para realizar esta prueba se utilizaron 18 probetas a las cuales presentan el siguiente orden:

3 probetas en estado de entrega

3 probetas templadas





Para cada una de las pruebas se sacó un promedio de los datos obtenidos que se muestra a

continuación.

5.7.1 Probeta en estado de entrega

Figura 29 Diagrama esfuerzo vs deformación de la curva real y la curva de ingeniería en estado de

suministro

Sut = esfuerzo máximo = esfuerzo ultimo a la tensión o tracción

Sut = 869,95 MPa.

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

900,00

1000,00

1

19

37

55

73

91

10

9

12

7

14

5

16

3

18

1

19

9

21

7

23

5

25

3

27

1

28

9

30

7

32

5

34

3

36

1

37

9

ESFU

ERZO

(M

Pa)

DEFORMACION (%)

Esfuerzo vsDeformacion ing

Esfuerzo vsDeformacionreal

5.7.2 Probetas templadas

Figura 30 Diagrama esfuerzo vs deformación de la curva real y la curva de ingeniería con

tratamiento de templado a 760 °C


Sut = 1672,210 MPa.

5.7.3 Probetas templadas, criogenizadas con revenido de 5 minutos


tratamiento templadas 760°C, criogenia 24 horas y revenidas a 400°C tiempo de sostenimiento 5

minutos.

1684,62

1819,438022

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1800,00

2000,00

1

28

55

82

10

9

13

6

16

3

19

0

21

7

24

4

27

1

29

8

ESFU

ERZO

(M

Pa)

DEFORMACION (%)


Esfuerzo vsDeformacion real

1424,32

1547,699018

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1800,00

1

32

63

94

12

5

15

6

18

7

21

8

24

9

28

0

31

1

34

2

ESFU

ERZO

(M

Pa)

DEFORMACION (%)



Sut = 1341,584 MPa.

5.7.4 Probetas templadas, criogenizadas con revenido de 10 minutos.



minutos.


Sut = 1195,143 MPa

1234,49

1316,258393

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1

28

55

82

10

9

13

6

16

3

19

0

21

7

24

4

27

1

ESFU

ERZO

(M

Pa)

DEFORMACION (%)

uerzo vs Deformacioning





minutos.


Sut = 1191,25 MPa.




minutos.

1322,87

1406,20301

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1

27

53

79

10

5

13

1

15

7

18

3

20

9

23

5

26

1

ESFU

ERZO

(M

Pa)

DEFORMACION (%)



1109,70

1193,314848

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1

25

49

73

97

12

1

14

5

16

9

19

3

21

7

24

1

26

5

28

9

ESFU

ERZO

(M

Pa)

DEFORMACION (%)

Esfuerzo vs Deformacioning

Esfuerzo vs Deformacionreal

Sut = esfuerzo máximo = esfuerzo ultimo a la tensión o tracción.

Sut= 925,27 MPa.

5.7.7 Variación del Sut (esfuerzo ultimo a la tracción) según graficas de esfuerzo vs

deformación

Tabla 10

Comparativo del Sut (MPa) con los tratamientos térmicos realizados.

Probetas Designación Sut (Mpa)

probetas en estado de entrega A-B-C 869,95

probetas templadas D-E-F 1672,21

probetas templadas, criogenizadas con revenido de 5 min G-H-I 1341,584

probetas templadas, criogenizadas con revenido de 10 min J-K-L 1195,143

probetas templadas, criogenizadas con revenido de 15 min M-N-O 1191,25

probetas templadas, criogenizadas con revenido de 30 min P-Q-R 925,27

Figura 35 Comparativo del Sut (MPa) con los tratamientos térmicos realizados

En la ilustración se puede observar los cambios significativos que tubo Sut en los diferentes

tratamientos térmicos aplicados, teniendo como base de comparación el material en estado de

entrega, la probeta templada genera una curva y no alcanza el límite de fluencia generándose

inmediatamente la fractura, esto supone a que al realizar el tratamiento térmico el material sufre

un cambio de fase en el que hay presencia de Martensita y Ferrita, en la gráfica se observa su

fragilidad ya que no pasa a la zona de fluencia; las probetas con revenido a 400°C y 5,10,15,30

minutos de sostenimiento presentan una línea de tendencia negativa disminución en Sut, esto es

lógico ya que el objeto del revenido es mejorar la tenacidad, ósea la resiliencia del material

templado a costa de reducir su dureza (a menor dureza menor Sut), pero manteniéndose por

encima del material base.

5.8 Dureza

Estos ensayos se realizaron en el laboratorio de metalografía de la Universidad Distrital, se

utilizó el durómetro GNEHM Swiss Rock que determina la dureza Rockwell HRA, HRB y

HRC de materiales metálicos. Se seleccionaron 18 probetas y se tomaron los valores de dureza

según los grupos que se organizaron:

Grupo A: 3 probetas en estado de suministro

Grupo B: 3 probetas templadas

Grupo C: 12 probetas templadas,criogenisadas (Nitrógeno líquido a -193 °C

aproximadamente) y revenidas a 5, 10,15 y 30 minutos de sostenimiento, en grupos de 3

probetas por tiempo de revenido a una temperatura de 400°C.

5.8.1 Durezas probetas:

Para esta toma de datos se usó el durómetro del laboratorio de metalografía de la universidad

Distrital facultad Tecnológica. Se calibró con una fuerza de 100 kgf y 10 segundos de

sostenimiento. Se hicieron 5 indentaciones aleatorias sobre la superficie de las probetas y se sacó

un promedio de los valores registrados según tabla.

Tabla 11

Tabla de resultados prueba de dureza.

Probetas Designación HRC

probetas en estado de entrega A-B-C 20

probetas templadas D-E-F 59,35

probetas templadas, criogenizadas con revenido de 5 min G-H-I 52,5

probetas templadas, criogenizadas con revenido de 10 min J-K-L 49,5

probetas templadas, criogenizadas con revenido de 15 min M-N-O 52

probetas templadas, criogenizadas con revenido de 30 min P-Q-R 41,3

Figura 36 Dureza probetas según tratamientos térmicos y estado de suministro

En la figura 36 se observa que para las probetas templadas, se tiene una mayor dureza que las

demás, esto se debe a que a enfriarlas en agua permite un enfriamiento rápido dando lugar a

la aparición de martensita que es uno de los constituyentes más duros , las demás al estar

sometidas a diferentes revenidos el material se ablanda debido a que las probetas por efecto de

este tratamiento se disminuyen las tensiones internas disminuyendo progresivamente la dureza

del material y aumentando su plasticidad y tenacidad.. Para todos los casos las durezas no

mostraron un cambio significativo entre los tratamientos realizados.

5.9 Metalografía

Figura 37 Zona donde se realizó la toma de las muestras para metalografía

ZONA DONDE SE TOMO LA MUESTRAPARA METALOGRAFIA

Estos ensayos se realizaron en el laboratorio de metalografía de la Universidad Distrital, se utilizó

el MICROSCOPIO OXIO OBSERVER D1M, las fotografías metalográficas para el acero SAE

1045 se exponen desde su estado de suministro y sus diferentes tratamientos térmicos realizados

como temple, criogenia y revenidos a 400°C con tiempos de 5, 10,15 y 30 minutos, se evidencia

la transformación microestructural.

probetas enestado desuministro

probetastempladas

Temple,criogenia y

revenido t=5 min

Temple,criogenia y

revenido t=10 min

Temple,criogenia y

revenido t=15 min

Temple,criogenia y

revenido t=30 min

HRC 20 59,35 52,5 49,5 52 41,3

20

59,35 52,5

49,5 52

41,3

0

10

20

30

40

50

60

70

Du

reza

HR

C

5.9.1 Probeta en estado se suministró.

Figura 38 Microestructura en un plano longitudinal del acero AISI/SAE 1045

En la figura 38 se pueden identificar claramente las fases que conforman el acero SAE 1045 la

ferrita aparece en las zonas claras como lo muestra la nota en la figura y la perlita apérese en las

zonas oscuras como también se muestra en la nota, los límites de grano entre la fase ferrítica y la

perlítica están bien definidos y está identificado en la figura.

5.9.2 Probeta con tratamiento térmico de temple

Figura 39 Microestructura en un plano longitudinal del acero AISI/SAE 1045 con

tratamiento térmico de temple enfriado en agua

En la figura 39 se observa que hubo cambios en la microestructura en comparación con la de

estado de entrega figura 38, estas presentan fases como la ferrita que se identifica en las zonas

claras identificadas en la figura y se observa en menor proporción; esto sucedió porque se

evidencia la presencia de pequeñas láminas o agujas que pertenecen a la martensita que están

regadas en toda la estructura y también son identificadas, todo esto es resultado del temple.

5.9.3 Probeta con temple, criogenia y revenido a 5min


tratamiento térmico de temple, criogenia y revenido a 5 min

En esta imagen se observa una variación en la microestructura en comparación con las probetas

templadas figura 39, estas presentan las fases como la ferrita una zona clara como se identifica

en la nota y se observa un aumento en su proporción; las pequeñas láminas o agujas que

pertenecen a la martensita también identificada con la nota, disminuyeron muy poco con respecto

a las probetas templadas, las partes oscuras no es una fase como se ve en la figura eso es debido

al ataque químico de la probeta.

5.9.4 Probeta de tensión con temple, criogenia y revenido a 10min


tratamiento térmico de temple, criogenia y revenido a 10min

En esta figura se observa una variación en la microestructura en comparación con las probetas

templadas figura 39 minutos estas presentan también la fase ferrita una zona clara y se ve una

disminución en su proporción en comparación con las revenidas a 5 minutos; las pequeñas

láminas o agujas que pertenecen a la fase martensita, aumentaron mucho más con respecto a las

probetas templadas, y nuevamente las zonas oscuras no es una fase son motivos del ataque

químico de la probeta.





templadas figura 39 estas presentan también la fase ferrita las cuales se identifican como las

zonas claras y la fase martensita, aumento mucho más las proporciones de ferrita y disminuyendo

la proporción la martensita con proporciones pequeñas de perlita y como en las otras figuras

también aparecen manchas negras debido al ataque químico.





templadas figura 39, estas presentan nuevamente la fase ferrita y la fase martensita, se observa

que cada vez que se aumenta el tiempo de revenido aumenta la ferrita y disminuye cada vez más

la martensita, la aparición de perlita es más notable la estructura tiende a volver a su estado

original ósea en estado de suministro ya que se empiezan a ver como islas de cada fase.

5.9.7 Microscopia Electrónica De Barrido

Figura 44 Microscopio Electrónico de Barrido JEOL JSM-6490LV (Universidad de los

Andes, 2017)

La microscopia electrónica de barrido es un laboratorio realizado en un microscopio JEOL,

modelo JSM 6490-LV de última generación que se encuentra en los laboratorios de la

universidad de los Andes y que opera en los modos de alto y bajo vacío como se muestra en la

figura 44 y consiste en tomar muestras superficialmente en donde se encierran las muestras en

una especie de horno totalmente cerrado y después se enfoca en las muestras a realizarles el

análisis un fino haz de electrones activado con energías de excitación desde 0.1 kV hasta 30 kV.

Dicho haz de electrones se traslada sobre la superficie de las muestras realizando un recorrido

sobre la misma superficie con una trayectoria de líneas paralelas. La transición morfológica de la

muestra emite diversas señales (electrones secundarios, electrones retro dispersados, emisión de

rayos X, etc.) que son almacenadas por distintos dispositivos los cuales se les llama detectores;

los cuales permiten la indicación para su observación, caracterización y microanálisis superficial

de materiales tanto orgánicos como inorgánicos. El detector de espectroscopia por dispersión de

energía (EDS) permite además la realización de microanálisis cualitativos y cuantitativos.

A continuación se mostraran los resultados del análisis realizado:

Figura 45 Microscopio Electrónico de Barrido Probetas Estado Entrega

En la figura 45 se ve claramente los granos de perlita en forma de láminas o agujas y de ferrita en

bajo relieve en donde también se podemos observar los límites de grano muy claramente.

Figura 46 Microscopio Electrónico de Barrido Probetas Tratamiento Temple

En la figura se evidencia la transformación de fase debido al tratamiento térmico en donde crece

en proporción la martensita comparándolo con la ferrita que está en menos cantidad y sus zonas

son muy pequeñas.

Figura 47 Microscopio Electrónico de Barrido Probetas Tratamiento Temple, criogenia y

5 min de revenido

Lo observado en la figura es que se pueden identificar un poco más claramente las fases donde se

ve la martensita en menos porcentaje en comparación con las probetas con solo el tratamiento de

temple y la ferrita en mayor porcentaje y donde se puede visualizar un poco mejor.


10 min de revenido

En la figura podemos identificar más claramente la martensita y la ferrita, observamos que la

ferrita ha ido creciendo en porcentaje y la martensita ha ido disminuyendo.


15 min de revenido

En la figura ya podemos observar que la ferrita y sus zonas lisas han ido apareciendo un poco

más que en la figura 48 la martensita se observa también bien pero ha ido disminuyendo en

proporción también se ven zonas blancas pero eso es debido al microscopio y el haz que emite la

señal.


30 min de revenido

En la figura ya podemos observar las fases muy claramente han tomado un mejor contraste en

donde ya podemos identificarlas muy fácilmente entre la ferrita y la martensita en donde se ven

como islas en cada fase pareciéndose mucho al material en estado de entrega ha y también se

pueden identificar los límites de grano.

5.10 Modos de falla

Con el estéreo microscopio trinocular Stereo Discovery.V8 disponible en el laboratorio de

metalografía de la Universidad Distrital a una resolución de 200x; se realizó la toma de

fotografías a las probetas de tensión e impacto que han sufrido fallas mecánicas y por medio de

este se puede analizar visualmente la manera en la cual se generó la fractura de las probetas

seleccionadas a continuación:

5.10.1 Probetas tensión

Figura 51 Fractografia probetas de tensión en estado de suministro

Para estas probetas sometidas a tensión se presentan fracturas de tipo dúctiles, estas ocurren por

la formación y coalescencia de microgrietas en el interior del material. La forma copa-cono que

se muestra en las ilustración 1 y 2 ocurre como resultado de una apreciable deformación plástica

y por consiguiente es una fractura dúctil. También presenta una zona fibrosa y una zona de

desgarre en este caso la fractura comienza desde el interior del material propagándose hasta la

superficie produciéndose la separación del material.

Figura 52 Fractografia probetas de tensión templadas

zona de fractura1 2

FRACTOGRAFIA MODOS DE FALLA PROBETAS DE TENSION

PROBETAS 1 2

TEMPLADAS A 760 °C

Para esta probeta templada presenta una fractura frágil que se muestra en la ilustración 1 y 2, se

observa que en la zona de fractura no muestra una deformación plástica a gran escala, pero si la

aparición de unas marcas que provienen del centro de la superficie de fractura. Las estrías se

propagan paralelas a la dirección de las grietas, la superficie de las grietas es de aspecto granular.

Figura 53 Fractografia probetas de tensión templadas, criogenizadas y revenidas a 5

minutos.

zona de fractura1 2


PROBETAS 1 2

REVENIDAS A 5 MIN

Para esta probeta templada, criogenizada y revenida a 5minutos presenta una fractura frágil que

se muestra en la ilustración 1 y 2, se observa que en la zona de fractura no muestra una

deformación plástica a gran escala, pero si la aparición de unas estrías que provienen del centro

de la superficie de fractura. Las estrías se propagan paralelas a la dirección de las grietas, la

superficie de las grietas es de aspecto granular.


minutos.

zona de fractura1 2


PROBETAS 1 2

REVENIDAS A 10 MIN

Para esta probeta templada, criogenizada y revenida a 10 minutos también presenta una fractura

frágil que se observa en la ilustración 1 y 2, en la zona de fractura no muestra una deformación

plástica a gran escala, pero si la aparición de unas marcas radiales que provienen del centro de la

superficie de fractura, la superficie de las grietas es de aspecto granular característica de estas

fracturas.


minutos

zona de fractura1 2


PROBETAS 1 2

REVENIDAS A 15 MIN

Para esta probeta templada, criogenizada y revenida a 15 minutos se sigue presentando una

fractura frágil que se observa en la ilustración 1 y 2, en la zona de fractura la aparición de unas

marcas radiales que provienen del centro de la superficie de fractura, la superficie de las grietas

es de aspecto granular característica de estas fracturas.


minutos

Para esta probeta templada, criogenizada y revenida a 30 minutos presenta una fractura mixta-

dúctil - frágil que se muestra en la ilustración 1 y 2, se observa que en la zona de fractura muestra

una zona granular y una de desgarre, la zona central presenta marcas radiales que se propagan

desde el centro hacia afuera y la zona de desgarre se presenta en la superficie de la zona afectada

por la fractura.

5.11 Coeficiente de endurecimiento K y n de la curva plástica

Para determinar la deformación y el esfuerzo real, se deben usar los datos de deformación y

esfuerzo obtenidos de la gráfica de ingeniería y usar las siguientes expresiones

𝜖 = ln(1 + 𝑒)

𝜎 = 𝑆(1 + 𝑒)

Dónde:

S = Esfuerzo ingeniería (MPa)

e = Deformación ing (mm/mm)

5.11.1 Determine el valor de las constantes del material “K”, y del coeficiente de

endurecimiento por deformación “n”.

Para la determinación de n se debe seguir este procedimiento:

𝑛 =𝑁∑𝑥𝑦 − ∑𝑥∑𝑦

𝑁∑𝑥2 − (∑𝑥)2

Dónde:

N es el número de datos que se tienen en cuenta en la zona plástica, que para este caso fue

igual al número de datos por encima del límite de fluencia para la probeta en estado de

suministro, y para las probetas templadas + criogenia y revenido a 400°C en tiempos de 5,

10,15 y 30 se tomó igual número de datos, pero el criterio que se asumió fue tomar datos

cercanos a la resistencia ultima a la tracción (Sut) ya que por ser muy duras su zona plástica

es muy pequeña.

𝑥 = log 𝜖

𝑦 = 𝑙𝑜𝑔𝜎

Para hallar el valor de K, se plantea que:

𝑏 = �̅� − 𝑛𝑋 ̅

𝐾 = 10𝑏

Tabla 12

Tabla datos Coeficiente de endurecimiento K y n de la curva plástica.

PROBETAS VALOR K (Mpa) INDICE DE

ENDURECIMIENTO (n) probetas en estado de entrega 384,4247362 0,416358157

probetas templadas 143,088085 0,787316641

probetas templadas, criogenia

con revenido de 5 min 98,78369118 0,867361508







Un coeficiente de endurecimiento por deformación (n) alto significa un mayor endurecimiento en

el material esto lo podemos ver en la probeta en estado de suministro con un coeficiente de

endurecimiento (n) bajo en comparación de los demás tratamientos térmicos realizados ya que

estas tienen una mejor zona plástica que las demás, un coeficiente(n) alto a nivel microestructural

significa un mantenimiento de las dislocaciones creadas durante la deformación. Así mismo, se

deforman los granos del material y se induce en el material esfuerzos residuales. Es decir, la

estructura interna del material se ve afectada notablemente por la deformación inducida.

Para las gráficas que se presentan en el ensayo de tensión numeral 5.7 se calcularon en Excel, la

curva esfuerzo vs deformación real según formulas presentadas anterior mente, todo esto para

poder calcular Coeficiente de endurecimiento K y n con la esfuerzo vs deformación real según

formulas presentadas anterior mente.

6 CONCLUSIONES

1. Se puede observar con los resultados obtenidos, que el tratamiento criogénico no causo

cambios significaditos en las propiedades mecánicas evaluadas en este proyecto.

2. Los resultados obtenidas de tensión, tenacidad y dureza se pueden obtener, solo

aplicando temple y revenido, ya que la prolongación de estos a temperaturas bajas no

causa cambios significativos.

3. Para el coeficiente de endurecimiento por deformación K y n de la curva plástica, en

nuestro caso es muy difícil su cálculo ya que presentan fractura antes de la zona plástica.

4. Se calcularon los coeficientes de endurecimientos por deformación, tomado dados

obtenidos por encima del límite de fluencia y Según los resultados obtenidos para el

coeficiente de endurecimiento por deformación n, entre mayor es para un metal, más se

endurece al ser deformado plásticamente.

5. Al realizar los revenidos a 400 °C, a medida que aumenta el tiempo de 5, 10,15 y 30 su

tenacidad aumenta, esto lo validamos sacando un promedio de tres datos tomados en la

prueba de impacto tipo charpy.

6. En las probetas de tensión se observó que al aplicar el tratamiento térmico de temple, su

esfuerzo ultimo a la tracción (Sut) aumento, pero se volvió un material frágil ya que no

alcanzo la zona de fluencia según el diagrama esfuerzo vs deformación.

7. La dureza aumento en el material después de los tratamientos térmicos contemplados en

este proyecto, esto sucedió porque el material tuvo un cambio de fases de ferrita + perlita

a ferrita + martensita siendo la martensita uno de los constituyentes más duros.

8. En las fotos metalográficas, efectivamente se evidencia cambios de faces como ferrita y

martensita después de todos los tratamientos térmicos mencionados en este proyecto.

9. También en las fotos metalográficas para los tratamientos térmicos realizados se nota una

disminución de martensita con un incremento de ferrita y perlita, después del revenido,

esto en más notable para el revenido a 400°C a 30 minutos, queriendo retornar la

estructura a la original ósea a la de estado de suministro.

10. En las factografias se observa que tuvimos cambios de un material dúctil a un material

frágil, esto se evidencia en la gráfica de tensión para la probeta en estado de temple.

11. Un coeficiente de endurecimiento por deformación (n) alto significa un mayor

endurecimiento en el material esto lo podemos ver en la probetas en estado de suministro

con un coeficiente de endurecimiento (n) bajo, en comparación con las demás probetas

que están sometidas a los tratamientos térmicos realizados anterior mente.

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