Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Villa María

Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Villa María
CyTAL 2014 – VI Jornadas de Ciencia y Tecnología para alumnos
CONSTRUCCIÓN DE UN APARATO PARA DETERMINAR LA TEMPLABILIDAD
POR EL MÉTODO JOMINY
Antonella Barrera, Karen Basualdo, Adrián Cinturión, Rubén Gastaldi
Tutor: Dr. Ing. Eldo José Lucioni
Departamento de Ingeniería Mecánica – Laboratorio de Metalurgia y Materiales
Facultad Regional Villa María – Universidad Tecnológica Nacional
Avda. Universidad 450 – (5900) Villa María (Córdoba)
Resumen
El templado es un tratamiento térmico consistente en el rápido enfriamiento de la pieza para
obtener determinadas propiedades de los materiales, especialmente para incrementar la dureza.
La templabilidad es la capacidad de una aleación para transformarse en martensita durante
un determinado temple. Un acero aleado de alta templabilidad es aquel que endurece, o forma
martensita, no sólo en la superficie sino también en su interior. Por lo tanto, la templabilidad es
una medida de la profundidad a la cual una aleación específica puede endurecerse.
Para determinar la templabilidad se emplean dos ensayos típicos: Jominy y Grossman
(curvas U). El primero es el más utilizado y mide cuantitativamente el endurecimiento de los
aceros.
Se reseñan las actividades realizadas para la Construcción de un aparato para determinar la
templabilidad por el método Jominy de acuerdo a lo establecido por el Método ASTM A-255 [1],
por el Método SAE J406b [2] y por la Norma IRAM-IAS U 500-123 [3].
Palabras clave: Tratamiento térmico. Templado. Templabilidad. Ensayo Jominy. ASTM A 255.
SAE J406b. IRAM-IAS U 500-123.
1. INTRODUCCIÓN
El ensayo de Jominy fue descrito por
primera vez por V.V.E. Jominy en su trabajo: "A
Hardenability Test for Carburizing Steel"
(publicado en 1938) por la ASM. Como su
nombre lo indica, fue originalmente pensado
para aceros de carburización y luego su uso se
extendió a otros aceros.
Para realizar dicho ensayo es necesario
disponer de un aparato normalizado según lo
Figura 1 - Curva y Bandas de templabilidad
establecido en la Norma IRAM-IAS U 500-123.
En este trabajo se reseñan las actividades
realizadas durante la investigación, diseño y construcción de un aparato para determinar la
templabilidad por el método Jominy.
Por otro lado, disponer de este aparato contribuirá con las actividades encaradas por el
Departamento de Mecánica (UTN FRVM) tendientes al equipamiento del Laboratorio de
Materiales a fin de fortalecer la capacidad de realizar una amplia gama de ensayos de
caracterización de materiales.
2. MARCO TEÓRICO
2.1
Templado y Templabilidad
El Temple es un tratamiento térmico cuyo objetivo es aumentar la dureza y la resistencia
mecánica del material, transformando toda la masa en austenita por acción de un calentamiento
inicial y, posteriormente, mediante un enfriamiento brusco generar la conversión en martensita que
es el constituyente duro típico de los aceros templados [4].
Debe diferenciarse la templabilidad de la capacidad de temple. La templabilidad es la aptitud
del acero para dejarse penetrar por el temple. La capacidad de temple hace referencia a la
capacidad de un acero para adquirir mayor o menor dureza mediante el temple. Entonces, la
templabilidad indica solo la facilidad de penetración del temple y no a las características obtenidas
por la aplicación de dicho tratamiento térmico.
Figura 2 – Disposición de la
probeta y de la tobera de
proyección. [5]
Figura 3 – Detalle de
chorro y temperaturas
de la probeta. [6]
Figura 4 – Dimensiones generales y
puntos de medición. [7]
La templabilidad depende de la composición química, del tamaño de grano austenítico y de
la estructura antes del temple.
Existen varios métodos para la determinación de la templabilidad; entre ellos, el examen de
las fracturas de probetas templadas, las curvas U de Grossman y el ensayo Jominy.
El análisis cualitativo de las curvas Jominy permite conocer la mayor o menor templabilidad
de un acero a partir de la pendiente de las mismas (Figura 1). Estas curvas se suelen presentar en
gráficos que indican bandas de templabilidad; así, un acero puede caracterizarse indicando las
curvas de máxima y mínima templabilidad.
La importancia de la templabilidad y de las bandas de templabilidad reside en que existe
una tendencia a adoptar la especificación de dichas bandas para la caracterización de un acero
antes que las tradicionales determinaciones de análisis de composición química. Esto es porque
la composición por sí sola no da idea de las características funcionales del acero.
2.2
El ensayo de templabilidad Jominy
El ensayo de templabilidad Jominy consiste en templar una muestra estándar de acero con
un chorro de agua de caudal y temperatura constante.
La temperatura de la probeta se eleva y se proyecta el chorro de agua sobre uno de los
extremos de la probeta (Figura 2, 3 y 4). Ese extremo de la probeta se enfriará rápidamente,
sufriendo el temple y será más duro que el otro extremo. Luego se mide la dureza de la probeta
cada 1,5 mm a lo largo y se traza la curva de templabilidad.
La currva de temp
plabilidad assegura que ssi la dureza
disminuye
d
rápidamentte conforme nos ale
ejamos del
extremo
e
tem
mplado, el ac
cero tendrá una templab
bilidad baja,
mientras que
q
los aceros cuya
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horizontales
s serán de
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mplabilidad, es decir,
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s
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o cuando suffren temple.
La pru
ueba Jominy
y es un ensayo estánda
ar que mide
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c
mente el en
ndurecimiento de los aceros.
a
Fue
adoptado
a
p
por
la American Socciety for Testing and
Materials co
omo Método
o ASTM A-2
255 y por la
a Society off
Automotive
A
Engineers como Méto
odo SAE J4
406b. En la
Argentina
A
la
a norma emp
pleada es la IRAM-IAS U 500-123.
Para realizar
r
esta prueba se debe
d
tener e
en cuenta la
estandarizac
e
ción de la probeta
p
de ensayo
e
y del dispositivo
de
d temple, con el fin de garantizzar la repettitividad del
ensayo
e
(Figuras 6 y 8).
Figura 5 – Puntos de medición
ny
La currva de Jomin
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u muy imp
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de
templa
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[7]
el
e tratamien
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d compone
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n la misma
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d
que se indica en
n la curva de
e Jominy con
n la misma velocidad
v
de
e enfriamientto equivalente.
b)
a
a)
c
c)
e b) Tobera
a de proyeccción de agua
a c) Dimensiones de la
Figura 6 - a) Dispositivvo de temple
probe
eta. [3]
3. DESARROLLO
3.1
Diseño básico
La norma indica los parámetros básicos que debe cumplir el aparato (Figuras 6. a y b)
quedando a decisión del diseñador el resto de los componentes.
3.2
Construcción
En la figura 7 se muestra parte del proceso de construcción y, en la figura 10, una vista
general del aparato.
c)
a)
b)
d)
f)
Figura 7 – Proceso de construcción
El recipiente de recolección de agua se construyó seccionando un cilindro de gas (garrafa).
El dispositivo de fijación y centrado se elaboró a partir de una planchuela de acero 1045; luego se
perforó al diámetro adecuado para dar alojamiento a la probeta.
La tubería de suministro de agua requirió un cuidado especial a fin de darle la curvatura
necesaria sin producir aplastamientos que pudieran influir en una alteración del flujo de agua.
El recipiente para calentamiento de la probeta se construyó de acero suave con las
dimensiones requeridas. (Figura 8)
El recipiente de almacenamiento agua es un tambor de plástico de 40 litros; en su parte
inferior tiene una llave de paso plástica para regular el caudal. En la figura 9 se muestra el
esquema de conexión a fin de mantener constante la presión en la boca de la tobera de
proyección, lo que asegura la altura especificada del chorro de agua.
Figura 8 – Recipiente de acero suave
para el calentamiento de la probeta. [3]
Figura 9 – Sistema de alimentación de agua. [7]
El disco interpuesto entre el extremo de la probeta y el chorro evita un enfriamiento
prematuro de la probeta mientras la misma está siendo introducida en el aparato. De esta manera,
una vez dispuesta la probeta en su posición, el disco se mueve lateralmente y el chorro impacta
de manera homogénea en la probeta.
Figura 11 – Extracción de la probeta de
la mufla.
Figura 10 – Vista general del aparato.
3.3
Validación
La validación del aparato consistió en verificar que sus dimensiones fueran correctas y que
la tobera proyectara el chorro de agua a la altura especificada. Los resultados de dichas
verificaciones fueron exitosos.
Se emplearon como datos adicionales de validación los exigidos por la norma IRAM-IAS U
500-123:1978 [6] donde el límite no mojado por las proyecciones de agua se encuentra a 60 mm
por debajo de la tobera y formando un radio de 105 mm.
Las probetas fueron calentadas en una mufla ME 320, y templadas en agua. Para la
medición de la dureza se empleó un durómetro H3 A1.
Si bien
n no era un objetivo de
e este trabajo, se templa
aron tres probetas de diferentes
d
acceros
para efectua
ar una comp
paración de datos
d
con lo
os que se me
encionan en la bibliograffía técnica.
Los re
esultados ob
btenidos se muestran en
n la Figura 12 y se verificó que su comportamiento
fue
f el esperable para dichos materiales.
4. CON
NCLUSIONE
ES
La detterminación de la templabilidad en los aceros es un requiisito de sing
gular importa
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y que es un
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e la funcionalidad del acero,
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qu
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al qu
ue se lo desstine.
Siguie
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norma IRA
AM-IAS U 500-123:2
2003, se
un aparato Jominy para la
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d
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t
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v
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validación
v
como para la
a verificación
n.
El apa
arato estará
á disponible
e para su
uso en el Laboratorrio de Matteriales y
Metalurgia de la Facu
ultad Regio
onal “Villa
María” y contribuirá
c
a la formación de los
alumnos
a
de ingeniería mecánica.
m
Figura 12 – Curvas de
e templabilid
dad de probe
etas
AGRADECI
A
IMIENTO
de vvalidación.
Al
A Ing. Edua
ardo Cerrutti (UTN-FRVM
M) por el apo
oyo prestado durante la
a construcció
ón del aparato.
REFERENC
CIAS
[1] ASTM. Standard
S
AS
STM A255. Standard
S
Te
est Methods
s for Determ
mining Harde
enability of S
Steel.
2010.
2
[2] SAE. Sta
andard SAE J406b. Meth
hods of Dete
ermining Hardenability o
of Steels. 2009.
[3] IRAM-IAS. Norma IR
RAM-IAS U 500-123 (NM
M 159). Ace
ero. Ensayo de templabiilidad por temple
extremmo (e
ensayo Jominy). 2da Ed
d. IRAM, Bue
enos Aires, 2003.
2
[4] Tratamie
entos térmico
os. Escuela Colombiana
a de Ingenierría. 2da Edicción. 2008.
[5] http://lapalma88.filess.wordpress.com/2011/10/4-tratamie
entos-termicos.pdf
[6] http://2marias.tumblrr.com/post/14505261337
7/el-temple
[7] Bhaskar Chandra, B.; Chutani, A.;
A Gulia, A.;; Chandan, S.;
S Chandan
n, H. A revie
ew on jominyy test
and determiination of efffect of alloyiing elementss on hardena
ability of ste
eel using Jom
miny end qu
uench
test. International Journal of Advancces in Engineering & Technology. V
Vol. 1,Issue 3.
3 2011.
[8] IRAM-IA
AS. Norma IRAM-IAS U 500-123
3. Método de
d determin
nación de la templabiilidad
mediante
m
el ensayo Jom
miny. IRAM, Buenos Aire
es, 1978.