1. 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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2. 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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3. 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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4. 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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5. 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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6. 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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7. 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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8. 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.
Temperatura de calentamiento. 860° C
Tiempo de calentamiento. 30 min.
Tipo de horno Mufla, horno eléctrico de resistencia tipo
barras. Rango de t° entre t° ambiente y
1100°C.
PUNTOS DE PRUEBA.
7 6 5 4 3 2 1
Puntos. 1 2 3 4 5 6 7
Distancias. 3 mm 10 mm 15 mm 25 mm 45 mm 60 mm 80mm
Dureza 90,5 75,4 73 71 57,5 52,5 50,5
HRB.
Dureza 33,5 27 25 23 15 13 10
HRC.
100
ENSAYO DE JOMINY ACERO 1045.
90
80
70
60
DUREZA
50
HRC.
40
30 HRB.
20
10
0
3 10 15 25 45 60 80
DISTANCIAS
CURVAS DE ENFRIAMIENTO
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9. ENSAYO JOMINY ACERO 4140.
ACERO AISI-SAE 4140: Dureza inicial 26,7 HRC.
Composición química. 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.
Temperatura de calentamiento. 860° C
Tiempo de calentamiento. 30 min.
Tipo de horno Mufla, horno eléctrico de resistencia tipo
barras. Rango de t° entre t° ambiente y
1100°C.
PROBETA UTILIZADA.
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11. 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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13. 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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14. 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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15. 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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16. 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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