Tratamientos térmicos del acero

Tratamientos térmicos del acero

 Análisis con el microscopio metalográfico de las diferentes

microestructuras obtenidas a través de tratamientos térmicos con diferentes tipos de enfriamientos (normalizado, recocido y templado)..

 Análisis de las curvas de dureza en los diferentes tratamientos

térmicos.

 Relación de la microestructura observada con las medidas de

dureza.

 Medida del tamaño de grano.

Equipo y material a utilizar

 6 tornillos de acero.  Horno cerámico.  Salmuera y agua.  Prensa metalográfica.  Pulidora automática  Productos químicos  Microscopio óptico  Cámara fotográfica.  Microdurómetro.

Conocimientos previos necesarios

La formación de aleaciones metálicas ha sido desarrollada desde el principio de los tiempos con el fin de buscar materiales que presenten propiedades que sean diferentes a los metales puros que nos proporciona la naturaleza. Por tanto la metalurgia existe desde la prehistoria y en particular la metalurgia del acero, debido a su gran uso industrial.

El análisis de los procesos fisicoquímicos que suceden en la formación de las aleaciones y los diagramas de fase y en particular el del acero ha sido estudiados en la asignatura de Materiales. Estos conceptos son imprescindibles para entender los procesos que aquí se van a observar. Por tanto antes de comenzar el experimento se deberán conocer los siguientes conceptos:

 Definición de aleación.

 Conceptos de: componente, soluto, fase, interfase, núcleo,

solución sólida.

 Tipos de aleaciones; Reglas de Hume-Rothery.

 Procesos físicos que intervienen en la formación de las

aleaciones, Cambios de fase.

 Diagramas de fase: Construcción e interpretación de un

diagrama de fase para: un metal puro y una aleación metálica.

 Diagrama de fases del acero, diferentes fases y tipos de

aceros que se encuentran dependiendo de la concentración de carbono. Propiedades de cada uno de ellos

 Fase martensita.

 Tipos de enfriamiento. Recocido, normalizado y templado.

 Efectos del enfriamiento.

Descripción de la práctica

Se va a trabajar con seis tornillos de acero hipoeutectoide. En primer lugar,

se programa el horno a 800oC; una vez alcanzada esta temperatura, se

introducen los cinco tornillos en el horno, manteniéndose 45 minutos a esa temperatura para que adquieran la fase austenita homogénea. Transcurrido el tiempo previsto, se apaga el horno,

A continuación, se realizarán seis tratamientos térmicos distintos, uno para cada tornillo:

Normalizado: se saca un tornillo (usar guantes y pinzas de horno largas) y se coloca encima de una cerámica refractaria hasta que se encuentre a temperatura ambiente.

Templado en agua: se saca el tornillo y se introduce en un recipiente con agua fría.

Templado en salmuera: se saca el tornillo y se introduce en un recipiente con agua fría con sal preparada previamente.

Revenidos: se saca dos tornillos y se introducen en un recipiente con agua fría. A continuación, se vuelven a calentar a 450ºC durante 45 minutos y a continuación se dejan enfriar uno al aire y el otro en el horno apagado.

Recocido: dejamos que uno de los tornillos se enfríe lentamente dentro del horno apagado.

Proceso de lijado y pulido . (ver Instrucciones de uso de la Prensa Metalográfica y de la Pulidora

automática)

A continuación hay que prensar cada uno de los tornillos en la prensa metalográfica con objeto de preparar seis probetas que se pulirán mediante la pulidora automática.

Ataque químico .

Si se observa al microscopio la muestra pulida no se ve la microestructura, por lo que es necesario un ataque químico selectivo. Se buscará información sobre los posibles ataques químicos del acero. El tiempo de ataque y la concentración de la disolución son factores muy influyentes en el ataque químico de la superficie, si introducimos el tornillo en una disolución muy

concentrada o durante un período de tiempo excesivamente largo, puede que la superficie se estropee y no pueda ser observada, por lo que se recomienda usar disoluciones diluidas e ir aumentando progresivamente el tiempo de ataque hasta observar la microestructura. Observar y fotografiar las fases que aparecen.

Medidas de dureza .

Después de conocer el manejo del microdurómetro, realizar varias medidas sobre la misma muestra ya que la dureza de un material policristalino no presenta la misma dureza en un grano o en una frontera de grano, dislocación etc,., y la indentación se puede realizar en cualquiera de ellos; por tanto se realizarán al menos tres medidas manteniendo fija la posición a lo largo del tornillo para tener la certeza de que la fase que estamos midiendo es la misma, posteriormente con las medidas realizadas y comprobando que no varían en exceso, se calcula la media aritmética y el error cuadrático medio.

Acabado el proceso se da por finalizado el análisis del tratamiento térmico.

Informe

El informe de esta práctica debe constar de:

 Representación de la dureza en los tornillos para cada uno de los

tratamientos térmicos.

 Microfotografías de los tornillos con diferentes tratamientos

térmicos.

 Análisis los resultados obtenidos:

- Explicar la variación de la dureza con el tratamiento.

- Identificar las diferentes fases del acero en las fotografías

Estudio previo

¿Qué es un diagrama de fases?

¿Cuántas fases presenta la aleación Fe-C? ¿Cuales de ellas son aceros? ¿Qué es el punto eutéctico?

¿Qué consideramos como acero hipoeutectoide?

¿Cuál es el mecanismo físico que interviene en los distintos tratamientos térmicos del acero?

¿Qué es la dureza? ¿En qué unidades se mide?

Bibliografía

- W.F. Smith "Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales" .MacGraw Hill, (1998).

- J.P. Mercier, G. Zambelli, W. Kurtz "Introduction á la Science des Matériaux”, Presses Polytechnique et Universitaires Romandes Laussane (1999).

- J.F. Shackelford "Introduction to Materials Science", 5 th Edition, Prentice Hall, (2000).

- Colin J. Smithells “Smithells metal reference book” Butterworths Heinemann Publications (1992)