Energía cinética

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Figura 19. Esquema que muestra las diferentes etapas de un tratamiento térmico

Fuente: Curso AFA PUCP

Los tratamientos térmicos confieren al acero una amplia gama de posibilidades en propiedades mecánicas, pues pueden hacer de él un material sumamente dúctil o, por el contrario, extremadamente duro, capaz de soportar golpes o incluso puede cortar otros metales, que sea resistente a la corrosión o que alcance la máxima resistencia mecánica.

2.7.1 Temple

El tratamiento térmico de temple y revenido (bonificado) le confiere al acero las más elevadas propiedades mecánicas, sea esta una alta dureza para mejorar la resistencia al desgaste de una herramienta de corte o una elevada resistencia mecánica para la fabricación de elementos de máquinas de alta resistencia.

El temple consiste en someter al acero a un proceso de austenización total (aceros hipoeutectoides) o parcial (aceros hipereutectoides) para luego enfriar rápidamente hasta la temperatura ambiente.

El objetivo de ello es lograr la transformación de la austenita en martensita, que es un proceso no difusivo y requiere velocidades de enfriamiento relativamente altas para su desarrollo en aceros al carbono y de baja aleación.

La transformación martensítica del acero provoca en él un incremento notable de su dureza y tiene una serie de características muy particulares.

La transformación martensítica es sin difusión. Debido a que la transformación se produce a bajas temperaturas y a una velocidad de enfriamiento alta, el tiempo de permanencia a temperaturas altas es insuficiente para promover la difusión de los átomos de carbono. Como consecuencia de ello, la composición química de una

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región del acero permanece invariable después de la transformación (la martensita tiene la misma composición química que la austenita que le dio origen).

2.7.2 Revenido

Los aceros en condición de temple tienen una elevada dureza pero además una gran fragilidad, por lo que su empleo en estas condiciones no es posible.

Para mejorar la tenacidad del material y conseguir valores de resistencia mecánica muy superiores a los obtenidos en los tratamientos térmicos de recocido y normalizado, se lleva a cabo, inmediatamente después del temple, un tratamiento térmico conocido como revenido.

El revenido es un tratamiento térmico que consiste en calentar la martensita y transformarla en un constituyente de Fea y Fe3C, pero con una morfología diferente a la estructura perlítica.

Este constituyente se conoce con el nombre genérico de martensita revenida que es oscura, a diferencia de la martensita que es clara, puede presentar diferentes propiedades mecánicas, según sea la temperatura de revenido empleada.

El tiempo de permanencia en el horno es generalmente el doble del tiempo requerido para el templado, con un enfriamiento posterior en aire quieto. Con el tratamiento se disminuye la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, quedando además el acero con la dureza o resistencia deseada.

2.7.3 Microconstituyentes del acero a) Perlita

La distancia media entre las láminas, de ferrita y cementita, dependerá de la velocidad de enfriamiento desde la temperatura de austenización. Cuando el enfriamiento es lento, esta distancia es mayor, llamándose perlita “gruesa”.

Cuando el enfriamiento se realiza en aire, la distancia disminuye y la perlita se llamará “fina”. La Tabla 4 muestra los valores en resistencia a la tracción y dureza de la perlita fina y gruesa.

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Tabla 4. Propiedades de la perlita fina y gruesa

Fuente: Curso AFA PUCP

Tipo de Perlita Resistencia a la

tracción (kg/mm2) Dureza Brinell (HB)

Gruesa 60 180

Fina 85 250

b) Bainita

La microestructura es tan fina que las partículas iniciales de ferrita y cementita, en la bainita, no pueden apreciarse en un microscopio metalográfico, como ocurre con la perlita. La bainita es más dura que la perlita y más tenaz que la martensita de dureza equivalente.

Para obtener 100% de bainita se debe enfriar el acero rápidamente, con una velocidad de enfriamiento mayor o igual a la crítica de temple, hasta un intervalo de temperatura entre 550°C y 250°C, luego permanecer dentro de esa temperatura durante un tiempo en el que se producirá la bainita mediante una transformación isotérmica. La bainita superior se forma a temperaturas comprendidas entre 550°C y 350°C, mientras que la inferior entre los 350°C y 250°C.

Tabla 5. Propiedades de la bainita superior e inferior

Fuente: Curso AFA PUCP

Tipo de Bainita Resistencia a la

tracción (kg/mm2) Dureza Brinell (HB) Alargamiento (%)

Superior 88-140 250-400 10-20

Inferior 140-175 400-500 5-10

c) Martensita

Su dureza, resistencia mecánica y fragilidad aumentan con el contenido de carbono. Después de los carburos y la cementita, es el constituyente más duro de los aceros. Tiene una resistencia a la tracción que varía entre 170 kg/mm 2 _{y 250} kg/mm 2_{, una dureza entre 50 HRC a 68 HRC y un alargamiento.}

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CAPITULO III

7. ANALISIS DE DESGASTE DE CUCHARON

En este capítulo se realizó una simulación del desgaste del cucharon en general, una punta nueva y una punta reparada para verificar la medida de desgaste de un cucharon en general, para lo cual se utilizó el software EDEM para realizar las diferentes simulación.

Para calcular el desgaste el software se base en la ecuación de Archard, el cual es un modelo para calcular el desgaste basado en la teoría de contacto por aspereza. La ecuación simplificada es:

Donde

Q, es el volumen total de partículas de desgaste K, es una constante adimensional

W, es la carga total

L, es la distancia de deslizamiento

H, es la dureza de las superficies de contacto suave

Para hallar el desgaste según el software se requiere encontrar este valor K, que es una constante adimensional que se encuentra según los tipos de materiales que entraran en contacto.

Figura 20. Constante K para simulación de desgaste EDEM

Fuente: Propia

𝑄 =

𝐾𝑊𝐿

𝐻