CAPITULO IV-RESULTADOS Y DISCUSION
IV.6. DISCUSION DE RESULTADOS
IV.6.3. SOBRE LA TENACIDAD A LA FRACTURA
Los ensayos de tenacidad a la fractura se realizaron exclusivamente para muestras tratadas con revenido simple, por lo delicado y costoso de los ensayos, en su condición de servicios a terceros.
Los resultados experimentales se pueden observar en la tabla IV.6 y figura IV.9. Además las correlaciones que existen entre los resultados experimentales y los modelos teóricos lo podemos observar en la tabla IV.7 y figuras: IV.10, IV.11 y IV.12.
Para estos ensayos, las temperaturas de austenizado usadas fueron las mismas, pero el intervalo de temperaturas de revenido fue distinta: [300- 650°C].
En la fig. IV.9, (curvas de KIC para revenido simple), se observa que al incrementar la
temperatura de austenizado, disminuye la tenacidad a la fractura (KIC). En este mismo
gráfico observamos, que todas las curvas de tenacidad a la fractura (KIC) tienen las
mismas tendencias que las curvas de resistencia al impacto (CVN). De la misma forma, los menores valores de KIC se encuentran en la zona de endurecimiento secundario y la
temperatura crítica es la misma (500°C); pues aquí se encuentran los mínimos valores de KIC. Así mismo, los máximos valores de CVN lo encontramos en las zonas de menor
dureza, a la temperatura de 650°C.
De los resultados observados, podemos inferir: que tanto la tenacidad al impacto (CVN) y la tenacidad a la fractura (KIC), tienen una relación directa; pero a la vez, ambas tienen
una relación inversa con la dureza (HRC). Estos resultados observados en nuestro material de estudio, es lo que ha permitido buscar modelos teóricos, que relacionen estas tres propiedades en muestras tratadas con temple-revenido. A continuación haremos un comentario y discusión de los resultados experimentales con uno de los modelos teóricos estipulado en la referencia [56].
En la figura IV.10 se muestra la curva experimental de las muestras austenizadas a 1010°C, juntas con las curvas de sus modelos teóricos respectivos. Se observa una buena concordancia en el intervalo: 300-500°C.
Para la temperatura de austenizado de 1020°C (fig. IV.11), se observa buena concordancia en el intervalo: 500-650°C.
Para la temperatura de austenizado de 1050°C (Fig. IV.12), se observa buena concordancia en el intervalo 400-650°C (casi en todo el intervalo).
Si observamos las tres curvas en conjunto; podemos concluir: que las curvas de tenacidad a la fractura (KIC) extraídas de los modelos teóricos que mejor se ajustan a los resultados
CONCLUSIONES
1. Al variar los parámetros de temple revenido convencional del acero AISI H13, la tenacidad a la fractura (KIC), y la tenacidad al impacto (CVN) siempre guardan cierta
relación directa; pero a la vez, muestran una relación inversa con los resultados de la dureza obtenida (HRC).
2. La dureza aumenta con el incremento de la temperatura de austenizado; pero, respecto a la temperatura de revenido, las curvas muestran el fenómeno de endurecimiento secundario en el intervalo de 450-550°C, con una dureza pico en 500°C.
3. El fenómeno de fragilización por endurecimiento secundario se debe a la precipitación de carburos secundarios, principalmente del tipo VC, en el intervalo: 450-550°C. 4. EL revenido simple presenta durezas más altas comparadas con el revenido doble. La
tendencia de ambas curvas es casi la misma; tienen el mismo intervalo de temperaturas de endurecimiento, y presentan la máxima dureza a 500°C.
5. En la zona de endurecimiento secundario, el tiempo de permanencia afecta muy poco la dureza. A 500°C, con 10 hrs de permanencia, la dureza permanece casi constante. 6. La tenacidad al impacto (CVN) disminuye al aumentar la temperatura de austenizado. Para una misma temperatura, el revenido doble proporciona mayores valores de resistencia al impacto que el revenido simple.
7. los mayores valores de (CVN) se encuentran para una temperatura de austenizado a 1010°C, aplicando un revenido doble y los menores valores se encuentran para una temperatura de 1050°C, aplicando un revenido simple.
8. Las curvas de resistencia al impacto (CVN) y de dureza (HRC) siguen tendencias opuestas e inversas. Por lo tanto, todo incremento de resistencia al impacto necesariamente va acompañado de una disminución de la dureza del material y viceversa.
9. La tenacidad a la fractura (KIC) disminuye al incrementarse la temperatura de
austenizado y muestran tendencia irregular con la temperatura de revenido.
10. Todas las curvas de tenacidad a la fractura (KIC) tienen las mismas tendencias que las
curvas de resistencia al impacto (CVN).
11. De todas las curvas teóricas de tenacidad a la fractura (KIC), la que mejor se ajusta
RECOMENDACIONES
1. Es recomendable hacer un estudio estadístico con todos los datos encontrados en nuestro experimento, que sirvan de base para proponer modelos teóricos propios, partiendo de una composición fija de nuestro material, y con una mayor amplitud de parámetros de tratamientos.
2. También se recomienda utilizar métodos de modelación, utilizando elementos finitos para poder simular las propiedades obtenidas con el tratamiento empleado, y así poder contrastarlas con los resultados experimentales.
3. Por su importancia y uso en nuestro sector metal mecánico, las tres propiedades que se quieren optimizar, también deben hacerse bajo otros tratamientos: termoquímicos, como nitrurado y/o carbonitrurado; endurecimiento por plasma y otros tratamientos de nueva generación. Tratando siempre de buscar correlacionar las tres propiedades. No existe información comercial al respecto.
4. Se debe hacer un estudio más profundo, amplio y exclusivo sobre la Tenacidad a la fractura (KIC) para este material, para tener datos de diseño más precisos de
tenacidad a la fractura en la zona lineal elástica (LEFM).
5. Los estudios posteriores que se realicen en forma exclusiva de tenacidad a la fractura, se estar anexados con microfotografías electrónicas que muestren el tipo de grietas y fallos para su respectiva prevención en el diseño.
6. Se ha encontrado que para algunas temperaturas en la zona de endurecimiento secundario, la dureza casi no se ve afectada por el tiempo de permanencia; en cambio, en otras zonas el efecto si es pronunciado. Por lo tanto, la alternativa de evitar la zona frágil incrementando el tiempo de permanencia se debe descartar, es mejor evitar el revenido en la zona de endurecimiento secundario, como recomiendan los fabricantes.
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ANEXO A1.
MATERIALES Y PROBETAS
BARRAS DE ACERO H13 EN ESTADO DE SUMINISTRO
PROBETAS PARA ENSAYOS DE IMPACTO Y DUREZA ELABORADAS A PARTIR DE LAS BARRAS DE ACERO H13.
ANEXO A2.
EQUIPOS PARA ENSAYOS
DURÓMETRO DIGITAL IDENTECRealizando la medición de dureza en las muestras tratadas
MAQUINA HECKERT PARA ENSAYOS DE IMPACTO CHARPY
PARA REALIZAR LOS ENSAYOS DE TENACIDAD
UBICACIÓN: Laboratorio de Metalurgia y metalografía de la Escuela de INg. Metalúrgica de la UNT
MAQUINA UNIVERSAL PARA ENSAYOS DE TENACIDAD A LA FRACTURA
Máquina de ensayo INSTRON MTS 810 Universal Servo-Hydraulic Test System utilizada en los ensayos de tenacidad a la fractura. Determinación de KIC. Se observa el equipo en pleno ensayo
DETALLES DE PREPARACION DE LA MAQUINA
Proceso de soldadura a los alambres eléctricos del gage para la medición de la deformación y extensión de la fisura
Proceso de soldadura de los alambres eléctricos al gage para la medición de la deformación y extensión de la fisura.
Desplazamiento del Gage unido a la probeta en pleno ensayo.
EQUIPO PARA LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Horno Eléctrico Tipo Mufla Para el tratamiento térmico de temple y revenido: Horno eléctrico tipo mufla con control de temperatura automática 7.5 kW, 220 V
CARACTERISTICAS DEL MICROSCOPIO.
MICROSCOPIO
LEICA DM 500
El microscopio Leica DM500 es ideal para los niveles iniciales de Ciencias de la naturaleza. El estativo del microscopio dispone de capacidad "plug & play". Los estudiantes sólo tendrán que conectarlo, colocar el portaobjetos en el estativo, enfocar y disfrutar de la observación.
Listo para trabajar
•El condensador precentrado y preenfocado elimina la necesidad de realizar ajustes EZTube™
•Oculares integrados en los tubos para evitar pérdidas
•Las dioptrías están preajustadas, lo que evita ajustes incorrectos •También están disponibles otros tubos visores Todo en uno
•Horquilla de condensador para contraste de fase y controles deslizantes de campo oscuro, además de capacidades de campo claro y de fase ofrecidas en un solo control deslizante de 4 posiciones patentado Iluminación perfecta
•Iluminación por LED diseñada para proporcionar una luz uniforme sobre el campo visual completo sin necesidad de ajustes
•También disponible con un estativo con batería recargable para uso en campo Rotación segura
PULIDORA DE PROBETAS DE DOBLE DISCO.
PULIDO DE PROBETAS
La preparación de la probeta consiste en el desbaste y el pulido.El desbaste es la operación siguiente al corte y al montaje de la probeta y se efectúa en una desbastadora de cinta rotativa o sobre papeles abrasivos de diferentes grados, colocados sobre discos giratorios. Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante. Se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos: 150, 220, 280, 320, 400, 500, y 600, pues eliminar algún abrasivo retarda la operación en vez de acelerarla. Conviene emplear un papel nuevo para cada probeta, los papeles usados se emplean para finalidades específicas porque sus partículas abrasivas desgastadas tienden a producir distorsión del metal superficial. También debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscopio. Mediante el desbaste se consigue poner al descubierto la superficie del material, eliminando todo lo que pudiera obstaculizar su examen, a la vez que se obtiene una superficie plana con pequeña rugosidad. Consiste en frotar la superficie de la probeta, que se desea preparar, sobre una serie de papeles abrasivos, cada vez más finos. Una vez obtenido un rayado
uniforme sobre un determinado papel, se debe girar la probeta 90° para facilitar el control visual del nuevo desbaste. Cada fase será completada cuando desaparezcan todas las rayas producidas por el paso por el papel abrasivo anterior. El desbaste puede hacerse manualmente, o mediante aparatos que se denominan desbastadoras o lijadoras. Suele hacerse en húmedo, para evitar los calentamientos que pueden modoficar la estructura de la probeta. El desbaste manual se realiza en cajas de desbaste donde se colocan ordenados, de izquierda a derecha, de mayor a menor rugosidad, los papeles abrasivos (véase la figura adjunta). Los papeles abrasivos pueden ser de carburo de silicio ( SiC ) o de corindón. Existen en el comercio papeles de SiC n° 60, 120, 180, 220, 320, 500, 1000, 2400, y 4000. Este número se corresponde en modo inverso con el tamaño de partícula del abrasivo, es decir, mayor número menor tamaño de la partícula de abrasivo, y viceversa. Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partículas del abrasivo o del metal en la etapa del desbaste pase a las pulidoras lo cual los haría inservibles, además en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie. El pulido tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas en la última operación del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo. El éxito del pulido y el tiempo empleado en la operación, depende en gran parte del cuidado con que se haya realizado el desbaste. Si una probeta tiene rayas profundas que no se han eliminado en las últimas operaciones de desbaste, no podrán ser eliminadas durante el pulido con pérdida de tiempo y trabajo. La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre un paño embebido con una suspensión de abrasivo y fijado a un disco que gira accionado por un motor. Como paños pueden emplearse el paño de billar, el raso, la seda, el terciopelo, y otros que corresponden a nombres comerciales como Selvit, Gamal, Kanvas, Microcloth, etc. Como abrasivo puede usarse una suspensión acuosa de alúmina, óxido de cromo, óxido de hierro, óxido de magnesio, o para materiales muy duros una suspensión de polvo de diamante en aceite mineral. El tamaño de la partícula abrasiva en suspensión oscila entre 100 y algunas décimas de micrón. Los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero, con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giro entre 250 y 500 r.p.m. La presión a aplicar sobre la probeta, depende de la dureza de la aleación y debe disminuirse a medida que avanza el pulido, deberá ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del último papel (600) cuidando de no excederse en la presión por el peligro de desgarramiento del paño. Durante la operación del pulido, la probeta deberá desplazarse en la dirección del radio, desde el borde hasta el centro del disco.
Debe lavarse la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente. Observar en el microscopio a 100 aumentos; si persisten las rayas provenientes del desbaste en el último papel, continuar con el pulido en la forma ya descrita, todo el tiempo que sea necesario para que éstas desaparezcan. La combinación adecuada de estas variables, permitirá alcanzar un óptimo pulido, aunque difícilmente se logre evitar algo de distorsión; para eliminar esta última, no queda otro recurso que el de ataque y pulido alternados. La observación microscópica de la probeta pulida permite reconocer la presencia de inclusiones no metálicas como sulfuros, silicatos, aluminatos, óxidos, microporosidades. microgrietas, y grafito.
LIMPIEZA
Las probetas deben ser limpiadas después de cada paso. El método más empleado es mantener la probeta bajo un chorro de agua y frotarla con un algodón. La