E06 Tratamientos Termicos - Ingeniería de Ejecución Mecánica

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
INGENIERÍA EJECUCIÓN EN MECÁNICA
PLAN 2002
GUÍA DE LABORATORIO
ASIGNATURA “MATERIALES”
CODIGO 15053
NIVEL 03
EXPERIENCIA E06
“TRATAMIENTOS TÉRMICOS”
HORARIO:MARTES:3-4-5-6
VIERNES:7-8-9-10
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RATAMIENTOS TÉRMICOS
1.- OBJETIVO GENERAL
Familiarizar al alumno con los diferentes tratamientos térmicos aplicados a los metales
y aleaciones metálicas.
2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
2.1.- Comprender el principio bajo el cual se realizan los tratamientos térmicos a los
metales y sus aleaciones.
2.2.- Conocer el campo de aplicación de los tratamientos térmicos aplicados a los metales
y sus aleaciones.
2.3.- Conocer la metodología para realizar los tratamientos térmicos.
2.4.- Analizar el cambio en las propiedades debido a los tratamientos térmicos.
3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA
El tratamiento térmico es una operación que comprende el calentamiento de una
aleación a una temperatura definida, la que se mantiene por un tiempo determinado y
dejándola enfriar a una velocidad adecuada que permita obtener ciertas propiedades
físicas y mecánicas que respondan a un propósito definido. Estos cambios están
íntimamente conectados con el diagrama de equilibrio Hierro-Cementita (Fe – Fe3C).
Los principales tipos de tratamientos térmicos son:
1)
2)
3)
4)
Recocido
Normalizado
Temple
Temple y Revenido
Recocido
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Es un tratamiento térmico que provoca un ablandamiento del material por un proceso de
calentamiento y enfriamiento. El enfriamiento se realiza regulando el descenso de
temperatura de la muestra, bien dentro del horno o colocándola en arena seca o cal
apagada. El objetivo principal del recocido es obtener un material blando y fácilmente
trabajable.
Normalizado
Difiere del recocido en que el metal es enfriado en aire tranquilo.
Temple
Calentamiento del acero a una temperatura dentro de la región austenística y luego
enfriado rápidamente en un medio apropiado para producir un endurecimiento mayor
que el de un acero no templado.
Revenido
Calentamiento de un acero previamente templado; a una temperatura apropiada
seguido de un enfriamiento relativamente lento:
DIAGRAMA HIERRO-CEMENTITA
La diferencia fundamental entre un hierro puro y un acero ordinario está en la cantidad
de carbono que contiene este último. Los términos asociados al diagrama
conjuntamente con su significado son los siguientes:
a) Hierro δ, Hierro
Representan los tres estados alotrópicos del hierro. Cada uno tiene estructura cristalina
diferente y son estables a temperaturas distintas.
b) Ferrita (F):
Es una solución sólida de carbono en hierro. Es magnética, blanda y capaz sólo de
disolver pequeñas cantidades de carbono. La ferrita es un constituyente común de los
aceros al carbono.
Cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado.
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c) Cementita (cm):
Es un compuesto intermetálico cuya fórmula es Fe3C (tres átomos de hierro y uno de
carbono). Conocido también como carburo de hierro. Es muy duro (dureza 650 Brinell)
y contiene 6,67 % de carbono.
d) Perlita (P):
Es una estructura laminar de placas alternadas de cementita y ferrita. Es más blanda y
más dúctil que la cementita, pero más dura y resistente que la ferrita.
e) Austenita (A):
Es una solución sólida de carbono en hierro-gama. Tiene una estructura cúbica de
caras centradas y es una fase blanda y dúctil.
En el diagrama hierro-cementita se puede producir tres tipos diferentes de
transformaciones en que intervienen tres fases:
1.- Transformaciones Peritécnicas
sol. Sólida δ + liq.
A
2.- Transformaciones Eutécticas
liq.
A + Cm.
3.- Transformaciones Eutectoide
sol. Sólida A
F + Cm.
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Puntos Críticos:
Cuando un acero es calentado o enfriado se producen cambios en sus estructuras y a
la temperatura en que se producen cada uno de estos cambios se le conoce como
“punto crítico”.
Cuando un acero bajo en carbono es enfriado lentamente, su estructura estará formada
principalmente por ferrita.
Para acero de alto contenido en carbono se favorece la formación de cementita dura y
menor cantidad de ferrita.
Aceros con 0,8 % de carbono su estructura es 100 % perlítica.
Para explicar el efecto de un rápido enfriamiento sobre la estructura de los aceros
definiremos los siguientes términos:
1) Velocidad crítica de enfriamiento:
Es aquella velocidad de enfriamiento de una fase austenística que da como
resultado una estructura martensística. Esto se muestra en un diagrama
T.T.T.(Tiempo-Temperatura-Transformación).
2) Diagrama T.T.T.
Estas curvas indican el tiempo requerido para que la austenita se transforme a una
temperatura constante cualquiera. Las estructuras que se forman también se
indican sobre el diagrama.
3) Curvas de enfriamiento continuo:
Son bastantes similares a las curvas T.T.T. pero, como su nombre lo indica, están
basadas en la transformación de la austenita durante enfriamiento continuo.
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4.
METODO A SEGUIR:
2.1 El profesor explica a los alumnos el funcionamiento de los equipos a usar en el
laboratorio y los cuidados que se deben tener en cuenta.
2.2 Mediante mediciones preliminares, se procede a identificar las muestras a tratar
térmicamente. Cabe destacar que todas las muestras deben tener aproximadamente
la misma masa.
2.3 Asistidos por el profesor, los alumnos proceden a realizar los tratamientos térmicos
respectivos; para ello, en el horno se eleva la temperatura de todas las muestras
hasta los 900ºC.
2.4 Según el tipo de tratamiento a realizar, se procede a enfriar las muestras a la
velocidad correspondiente.
2.5 Luego de enfriadas las muestras, se procede a medir la dureza alcanzada en cada
material y en cada tipo de tratamiento térmico.
5.-
VARIABLES A CONSIDERAR
5.1. Cambio de las propiedades mecánicas de los materiales debido a los tratamientos
térmicos.
5.2 Dureza nominal de los distintos materiales tratados térmicamente.
6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN
6.1 Tipos de tratamientos térmicos.
6.2 Efecto de los tratamientos térmicos en las propiedades mecánicas de los materiales.
7.-
EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
7.1
7.2
7.3
7.4
7.4
7.5
7.5
Horno.
Pirómetro.
Durómetro
Durómetro portátil.
Pié de metro.
Tornillo micrométrico
Muestras de diferentes materiales para tratar térmicamente.
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8.
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME:
8.1 Las características técnicas de los instrumentos empleados en el laboratorio.
8.2 Descripción del método seguido.
8.2 Para cada muestra, presentar los resultados alcanzados mediante el tratamiento
térmico realizado.
8.3 Un análisis de los resultados obtenidos, comentarios y conclusiones personales.
8.4 La referencia bibliográfica.
8.5 El apéndice con:
a.1. Desarrollo de los cálculos.
a.2. Presentación de resultados.
a.3. Gráficos.
a.4. Resultado de la investigación al tema propuesto por el profesor
9.- BIBLIOGRAFÍA
9.1 José Apraiz , “tratamientos térmicos”
9.2 Alberto Guy Metalurgia Física para ingenieros”
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