CALAMA. ING. MANTENIMIENTO MECANICO. TRATAMIENTO DE LOS METALES.

ENSAYO DE JOMINY.

Nombre Alumno (s): VLADIMIR VALDERRAMA A. ROGRIGO LUNA ROCO. MANUEL GOMEZ C. MANUEL SOTO R. GRUPO CURSO 966. Nombre Profesor: LUIS PEREIRA GATICA. Fecha: 25 de NOV. de 2011.

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ENSAYO DE JOMINY. Se trata de templar una probeta estandarizada del acero. Primero se calienta a la temperatura de austenización, enfriándola posteriormente mediante un chorro de agua con una velocidad de flujo y a una temperatura especificada, el cual sólo enfría su cara inferior. Dicha cara actúa como superficie templada y enfría la probeta de forma longitudinal hacia su extremo superior sólo por conducción, apareciendo un gradiente de velocidades de enfriamiento desde la máxima velocidad en el extremo templado (inferior), a la mínima en el extremo superior. Una vez que la probeta se ha enfriado a temperatura ambiente, se limpia una superficie y se determina la dureza a lo largo de los 95mm de la probeta. Luego medimos a 3mm, 15mm, 25mm, 45mm, 60mm, 80mm. Después se traza una curva de templabilidad representando los valores de dureza en función de la distancia al extremo templado.

Através de este ensayo determinaremos la templabilidad, temple, recocido y cementación de los siguientes aceros: 1045, 4140 ,4340.usando ensayo de dureza en escala ROCKWELL C y ROCKWELL B.

Acero 1045: Dureza inicial 77.4 HRB. Acero 4140: Dureza inicial 26,5 HRC. Acero 4340: Dureza inicial 28,3 HRC.

EL ENSAYO JOMINY: Como la resistencia es el factor principal en el diseño, es más conveniente basar la especificación del acero en la Templabilidad, en vez de la composición química. El método más ampliamente utilizado para determinar la templabilidad es la prueba o ensayo de templabilidad por enfriamiento de la punta o prueba Jominy. 1. La prueba ha sido estandarizada por la ASTM, la SAE y la AISI. 2. Se utiliza una probeta de 1in de diámetro y 4 in de largo. 3. Se calienta la probeta a temperatura de austenización, se saca del horno y se coloca en un sostén, donde un chorro de agua choca en la cara del fondo de la muestra. 4. El tamaño de la pieza, la distancia del orificio al fondo de la muestra, la temperatura y la circulación del agua están estandarizados de manera que toda la muestra templada recibe la misma rapidez de enfriamiento. 5. Se mantiene la muestra durante 10 minutos. 6. Se limpia las superficies planas, paralelas longitudinalmente. 7. Se toman lecturas en la escala Rockwell C a intervalos definidos en tabla de valores. 8. Los resultados se expresan como una curva de dureza contra distancia.

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DEPOSITO PARA REALIZAR EL ENSAYO:

Agua pulverizada.

Probeta.

Deposito.

ENSAYOS: Se calentaron las probetas durante 30 minutos hasta que cada una alcanzo la temperatura de AUSTENIZACION (850ºc). Luego se aplico un chorro de agua sobre la superficie inferior lo cual se enfrió de manera tal que se pudo observar que la velocidad inicial de enfriamiento con respecto a la velocidad final es mucho más rápida, es decir la gradiente de velocidad comienza en la superficie inferior de la probeta y culmina en la superior (se experimenta un cambio de color de rojo a gris).

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Zona gris.

Zona de cambio de temperatura.

Rojo cereza (zona aún no enfriada).

- Ensayo Jominy, descripción general y realización práctica. Resultados experimentales, tablas y gráficos de dureza.

ENSAYO DE DUREZA: Finalmente se aplican ensayos de dureza a la superficie plana cada cierta distancia, a partir del extremo templado a lo largo de la probeta. La distancia entre las pruebas de dureza para el resto de la longitud de la barra queda a criterio de quien efectúe la prueba. Durómetro utilizado TH-500. Escala de medición utilizada HRC Y HRB

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Finalmente se midió la dureza de cada probeta en la máquina Rockwell en escala C, utilizando una precarga de 10 kg, y una carga de 100 kg, con Indentador de diamante.

La prueba de Rockwell consiste en hacer penetrar, en dos tiempos, en la capa superficial de la pieza un penetrador de forma prefijada y medir el aumento permanente de la profundidad de penetración.

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ESCALAS USADAS PARA DETERMINAR DUREZA ROCKWELL. • • • • •

HRA. . . . Los carburos consolidados, acero delgado y en rara ocasión acero endurecido HRB. . . . Las aleaciones cobrizas, los aceros suaves, aleaciones de aluminio, hierros maleables, etc. HRC. . . . Acero, hierro colado duro, casos de acero endurecido y otros materiales más duro que 100 HRB. HRD. . . . Acero delgado, acero endurecido medio y hierro maleable perlitico. PENETRADORES:

a) PENETRADOR DE DIAMANTE. Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas A, C y D. Consiste en un cono de diamante cuyo ángulo es de 120º ± 0.5º y su eje debe coincidir con la dirección de penetración con una tolerancia de ± 0.5º. La punta es un casquete esférico con un radio de 0.200 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen una influencia importante en el valor de la dureza obtenida. La anisotropía del diamante hace difícil el maquinado del mismo en forma totalmente simétrica. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrón sobre piezas patrón de diferentes durezas. b) PENETRADOR ESFERICO DE ACERO Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E Y F. Consiste en un balín de acero templado y pulido, con un diámetro de 1.588 mm ± 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un diámetro de 3.175 mm ± 0.004 mm. Dicho balín debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales. Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformación mayor a la tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto superficial. En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulación en el penetrador de: polvo, tierra, grasa o capas de óxidos, dado que esto afecta los resultados de la prueba.

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PROCEDIMIENTO. APLICACIÓN DE LA CARGA MENOR: debe colocarse la probeta sobre el soporte y aplicar la carga menor gradualmente hasta que se obtenga la indicación apropiada en la carátula. Esto se obtiene cuando el indicador haya dado él número apropiado de revoluciones completas y quede dentro de 5 divisiones de la posición de ajuste en la parte superior de la carátula.

APLICACIÓN DE LA CARGA MAYOR: Debe aplicarse la carga mayor accionando la palanca de operación sin impacto y dejando que gire libremente. Se retira la carga mayor llevando la palanca de operación de regreso a la posición original dentro de los 2segundos siguientes después de que su movimiento ha cesado sin interrumpirla maniobra de regreso.

LECTURA DE LA ESCALA PARA DUREZA ROCKWELL: Debe considerarse la dureza Rockwell como la lectura del indicador en la escala apropiada de la carátula, después de que se ha quitado la carga mayor y mientras la carga menor aun está actuando. Estas lecturas se estiman a veces a la mitad de una división, dependiendo del material que se pruebe.

CONDICIONES DEL ENSAYO 1. La superficie del material debe estar lisa, seca y libre de grasa, polvo etc. 2. El espesor de la probeta debe ser por lo menos diez veces la profundidad de la huella, y el ensayo no es válido si en la cara posterior a la del ensayo aparece una protuberancia. 3. Si se ensaya una pieza cilíndrica, el radio debe ser mayor en seis milímetros al del penetrador. Los valores de dureza resultan ligeramente inferiores a los valores reales. 4. La aplicación de la carga debe hacerse de manera perpendicular a la superficie de la probeta.

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ENSAYO JOMINY ACERO 1045. ACERO AISI-SAE 1045: Dureza inicial 77,4 HRB. Composición química.

0,43 a 0,5 % C; 0,60 a 0,90% de Mn; 0,040 % P máx.; 0,05% S máx. 860° C 30 min. Mufla, horno eléctrico de resistencia tipo barras. Rango de t° entre t° ambiente y 1100°C.

Temperatura de calentamiento. Tiempo de calentamiento. Tipo de horno

PUNTOS DE PRUEBA. 7

1

5

4

3

2

1

2

3

4

5

6

7

Distancias. 3 mm

10 mm

15 mm

25 mm

45 mm

60 mm

80mm

Dureza HRB. Dureza HRC.

90,5

75,4

73

71

57,5

52,5

50,5

33,5

27

25

23

15

13

10

DUREZA

Puntos.

6

ENSAYO DE JOMINY ACERO 1045.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

HRC. HRB.

3

10

15

25 DISTANCIAS

45

60

80

CURVAS DE ENFRIAMIENTO

8

ENSAYO JOMINY ACERO 4140. ACERO AISI-SAE 4140: Dureza inicial 26,7 HRC.

Composición química.

Temperatura de calentamiento. Tiempo de calentamiento. Tipo de horno

0,38% a 0,43 % C; 0,75% a 1,0% de Mn; 0,15% a 0,25 %Mo; 0,80 % a 1,10%de Cr; 0,15%a 0,35%de Si; 0,040 % P máx.; 0,035% S máx. 860° C 30 min. Mufla, horno eléctrico de resistencia tipo barras. Rango de t° entre t° ambiente y 1100°C.

PROBETA UTILIZADA.

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TABLA DE VALORES:

PUN TOS DIS T.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

HRC .

50,9

50,2

48,3

46,3

44,1

43,6

43,6

42,8

41,8

40,6

38,6

37,6

37,6

36,8

36,1

35,9

34,5

32,1

ENSAYO DE JOMINY ACERO 4140 60

50

DUERZA

40

30 HRC 20

10

0 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

DISTANCIA 1CURVA DE ENFRIAMIENTO

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TEMPLE Tratamiento térmico sin cambio de composición, tiene como finalidad aumentar la dureza, la resistencia mecánica y el límite elástico. Por lo tanto disminuyen la estricción y el alargamiento, y generalmente desaparece el periodo plástico. - Consiste en un calentamiento a temperatura elevada (900°C) para transformar toda la masa en Austenita, seguido de un enfriamiento rápido para transformar la Austenita en Martensita.

Los factores que influyen en la práctica del temple son: 1. 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. 2. La composición química del acero: en general los elementos de aleación facilitan el temple. 3. El tamaño del grano: influye principalmente en la velocidad crítica del temple, tiene mayor templabilidad el de grano grueso. 4. 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.

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PROCESO TEMPLE.

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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.

Probeta utilizada acero AISI-SAE 4140 con una dureza inicial de 26,7 HRC .luego de calentar la probeta por un periodo de 30 min. A una temperatura de 900°C.para luego enfriar bruscamente en agua a T° ambiente (18° a 21°C aproximadamente)

Podemos distinguir los cambios de estructura en la probeta

MEDICIÓN DE DUREZA PIEZA TEMPLADA: Dureza inicial 26.7HRC. Medidas en diferentes puntos de la probeta: 57,5 HRC

59,1 HRC

57,9 HRC

59,6 HRC

56 HRC

55,7 HRC

Lo cual nos da un promedio de 57,6 HRC. Teniendo un incremento de un 215,7%, en la dureza de la probeta, podemos concluir qué la austenita es transformada completamente en martensita, con la ayuda de los elementos aleantes del acero 4140, los que intensifican la dureza en este.

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RECOCIDO. Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es "ablandar" el acero para facilitar su mecanizado posterior. También es utilizado para regenerar el grano o eliminar las tensiones internas. Se debe tener en cuenta que los recocidos no proporcionan generalmente las características más adecuadas para la utilización del acero y casi siempre el material sufre un tratamiento posterior con vistas a obtener las características óptimas del mismo. Cuando esto sucede el recocido se llama también "tratamiento térmico preliminar" y al tratamiento final como "tratamiento térmico de calidad". Los tipos de recocidos son los siguientes: recocido de regeneración, recocido de engrosamiento de grano, recocidos globulares o esferoidales (recocido globular subcrítico, recocido regular de austenización incompleta o recocido globular oscilante), recocido de homogenización, recocidos subcrítico (de ablandamiento o de acritud), recocido isotérmico y recocido blanco. PROCEDIMIENTO: Probeta utilizada acero AISI-SAE 1045 con una dureza inicial de 77,4 HRB .luego de calentar la probeta por un periodo de 30 min. a una temperatura de 900°C. Luego dejamos enfriar lentamente dentro del horno hasta que esté completamente frio.

RECOCIDO: ENFRIAMIENTO LENTO DE LA PROBETA DENTRO DEL HORNO.

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Probeta utilizada acero 1045 con una dureza inicial 77,4 HRB. Medidas en diferentes puntos de la probeta. 54 HRB

54 HRB

53 HRB

54 HRB

55 HRB.

Las mediciones en los diferentes puntos de la probeta nos da un promedio de 54 HRB. Siendo la dureza inicial de 77,4 HRB. Podemos concluir que la dureza de la probeta tiene una disminución de 69,76 %

RESUMEN. El temple y el Revenido, tienen como objetivos el estudio del medio enfriador sobre la microestructura y dureza de los aceros SAE 1045 y SAE 4140, además se debe estudiar el efecto de la temperatura del revenido sobre la estructura y dureza de los aceros templados. Estos son tratamientos Térmicos utilizados en aceros, con el principal fin de entregar una dureza bastante alta respecto de otros tratamientos térmicos comerciales. Si bien la dureza obtenida depende fundamentalmente de la velocidad de enfriamiento del temple, ya que la dureza será directamente proporcional a la velocidad de enfriamiento, produciendo la mayor dureza a velocidad de enfriamiento bastante rápida, debido a que en tal velocidad no se alcanza a producir la difusión del carbono, provocando así que el carbono quede atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo llamada martensita, que sería la provocadora del aumento de dureza. Las muestras templadas se llevan a un horno con temperatura de 900°C, donde son mantenidas media hora, para luego ser retiradas y enfriadas bruscamente, ya sea en agua, salmuera o aceite, posteriormente se prosigue con el tratamiento de revenido, donde solo algunas muestras pasan esta etapa con el fin de obtener un acero con durezas similares a las obtenidas en el temple, pero con la particularidad que le brinda al acero además de dureza una ductilidad y tenacidad mayor. Al efectuar el revenido se vuelve a introducir las muestras de acero en el horno, pero esta vez a bajas temperaturas, siendo la óptima a 200°C, para luego enfriar la muestra a temperatura ambiente.

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CONCLUSION Los tratamientos térmicos como el temple son indispensables para el mejoramiento de la calidad del material o pieza a utilizar, ya que pueden modificar las propiedades físicas de los mismos dándoles una vida útil más larga. A cada tipo de tratamiento se le determina una cierta temperatura de calentamiento y el tiempo que permanecerá la pieza en esa temperatura, luego se procede a enfriar la pieza dependiendo del tipo de tratamiento efectuado. La templabilidad del material depende de lo que se llama gradiente de velocidad, es decir de la variación entre la velocidad inicial de enfriamiento con respecto a la velocidad final (abajo sobre la superficie impactada por el chorro de agua la probeta se enfría más rápidamente que en la superficie superior), por lo cual la dureza en el extremo que recibe el chorro de agua será mayor que la existente en el otro extremo de la probeta (superior) y descenderá gradualmente en cada sección longitudinal. Sus aplicaciones pueden darse en la construcción y en las industrias, para las herramientas hechas de acero al carbono como ejemplo.

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