Ultimo informe de ciencias

Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Mecánica
Informe de Laboratorio Nº 4
“Ensayos de Metalografía”
Integrantes:
 Geronimo Amancay, Brayan Edwin 20160038k
 Huaynate Lázaro, Joel Bernandino 20162151I
 ……………………………………………………………
 …………………………………………………………...
Curso:
CIENCIAS DE LOS MATERIALES I
Profesor:
PONLE EN NOMBRE
Sección:
“B”
Fecha de entrega:
26 de junio de 2017

Tratamientos térmicos Página 1
Informe de Laboratorio
Cienciasde losmaterialesI
CONTENIDO
Pág.
1. INTRODUCCIÓN…………………………..……………………………………………………………………………………….2
2. OBJETIVOS…………………….……………………………………………………………………………………………………..3
3. FUNDAMENTO TEORICO………………………………………………………………………………………………………4
4. DESCRIPCIOMDEMATERIALES………………………………………………………………………………………………6
5. PROCEDIMIENTO…………………………………………………………………………………………………………………..8
6. CALCULOSY RESULTADOS……………………………………………………………………………………………………..9
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………………………………..………………………….12
8. ANEXO………………………………………………………………………………………………………………………………….13
6. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………………………………….18

OBJETIVOS
 Comprender la utilidad de los tratamientos térmicos.
 Dominar los diferentes procesos de tratamiento térmico.
 Reconocer la aplicación de los diferentes tipos de acero.
 Conocer los diferentes tipos de tratamientos térmicos para poder emplearlos
en situaciones convenientes.
 Determinar las variaciones de las propiedades de los materiales frente a los
tratamientos térmicos.

FUNDAMENTO TEÓRICO
TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ACERO
El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que
pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo
de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado
sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado
se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la
tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los
tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material,
tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso
de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos
establecido.
Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un
tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases
como el de hierro–hierro–carbono. En este tipo de diagramas se especifican las
temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura
cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los principales tratamientos
térmicos son:
 Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para
ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la
crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se enfría luego más o menos
rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua,
aceite, etcétera.
TEMPLADO EN AGUA
TEMPLADO EN
ACEITE

 Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir
ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y
aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia
de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se
mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada.
Se distingue del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de
enfriamiento.
 Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de
austenitización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este
tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la
dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la
estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que
produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
REVENIDO 150 REVENIDO 450
RECOCIDO

TIPOS DE RECOCIDO
a) Recocido Supercríticos
De austenización completa (recocido de regeneración): se calienta el acero
a temperaturas superiores a las críticas Ac3 ó Accm para transformar el
material en austenita, mayormente se utilizan para los aceros que presentan
efectos de fatiga. De austenización incompleta (recocido globular de
austenización incompleta): se realizan a solo temperaturas superiores a las
Ac1 y Ac3-2-1 se convierte la ferrita en austenita.
b) Recocido subcrítico
Se calientan los materiales a temperaturas inferiores a las temperaturas
críticas Ac1 ó Ac3-2-1. Este a su vez se clasifica en: recocido globular que
consigue la cementita de estructura globular más perfecta; recocido de
ablandamiento; recocido contra acritud se realiza para mejorar la ductilidad y
maleabilidad del acero y poder someterlo a nuevos procesos de laminación;
recocido de estabilización
c) Recocido Isotérmico
A diferencia de todos los anteriores se trasforma la austenita en perlita a una
temperatura constante.
En el recocido de segundo genero o de austenizacion completa ,se calienta
el material por encima del punto crítico superior , y se mantiene caliente hasta
lograr una homogenización del material, luego producimos un enfriamiento
lento para conseguir que el acero quede blando , cuanto más lento sea el
enfriamiento más blando será el acero, si se aumenta la velocidad de
enfriamiento al atravesar el acero la zona critica , se aumenta la dureza , si
esta velocidad sobrepasa la velocidad critica , la austenita comienza a
transformarse en otros constituyentes. El acero se puede sacar del horno
cuando ya los cristales de austenita se han transformado completamente en
perlita blanda, este punto depende de la velocidad de enfriamiento, por

ejemplo a una velocidad de 10 grados -hora, el proceso de transformación
ocurre sobre los 700-680 grados, y a 20 grados - hora, la transformación
ocurre a 680-650 grados
 Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir,
ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono.
Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
Hay otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero.
d) Cementación: Las superficies de las piezas de acero terminadas se
endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno.
e) Carburización: La pieza se calienta manteniéndola rodeada de carbón
vegetal, coque o gases de carbono.
f) Cianurización: Se introduce el metal en un baño de sales de cianuro,
logrando así que endurezca.
g) Nitrurización: Se usa para endurecer aceros de composición especial
mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso.
NORMALIZADO

CONSTITUYENTES DE ALEACIONES FERROSAS
1. Cementita
Es el carburo de hierro de fórmula Fe3C, contiene
6.67 %C y 93.33 % de hierro, es el
microconstituyente más duro y frágil de los aceros al
carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68
Rc) y cristaliza en la red ortorrómbica.
Microestructura del acero 1%C, red blanca de
dementita en las probetas atacadas con ácidos se
observa de un blanco brillante y aparece como
cementita primaria o proeutéctica en los aceros con más de 0.9%C formando una
red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la perlita como láminas
paralelas separadas por otras láminas de ferrita, se presenta en forma de glóbulos
o granos dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros de alto carbono se
han sometido a un recocido de globulización, en los aceros hipoeutectoides que no
han sido bien templados.
2. Perlita
Es el microconstituyente eutectoide formado por
capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta
por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene
el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell,
resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un
alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a
las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a
las perlas. La perlita aparece en general en el
enfriamiento lento de la austenita y por la
transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C.

3. Austenita
Es el constituyente más denso de los aceros y está
formado por una solución sólida por inserción de
carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono
disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima
solubilidad a la temperatura de 1130 °C. La austenita
no es estable a la temperatura ambiente pero existen
algunos aceros al cromo-níquel denominados
austeníticos cuya estructura es austenita a
temperatura ambiente.
La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras, con una
dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 y un
alargamiento del 30 %, no es magnética.
Microestructura de la austenita: La austenita no puede atascarse con nital, se
disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos poligonales
frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros
templados.
4. Martensita
Es el constituyente de los aceros templados, está
conformado por una solución sólida sobresaturada de
carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por
enfriamiento rápido de los aceros desde su estado
austenítico a altas temperaturas.
Microestructura de la martensita. La martensita tiene
una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la tracción de
170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %,
muy frágil y presenta un aspecto acicular formando
grupos en zigzag con ángulos de 60 grados.

5. Troostita
Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de
la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crítica de
temple o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura
de 500 a 6000C, o por revenido a 4000C.
Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una
dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la tracción de 140 a 175 kg/mm2 y un
alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial
apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompañando a la martensita y
a la austenita.
6. Sorbita
Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de
la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple
o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650%, o por
revenido a la temperatura de 600%. Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su
resistencia a la tracción es de 88 a 140 kg/mm2, con un alargamiento del 10 al 20%.
Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X
toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, figura 16; de hecho
tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy
fino.
7. Bainita
Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita
cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C. Se diferencian
dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a 500-
580°C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos. Bainita inferior,

formada a 250-4000C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y constituida
por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos.
La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las
correspondientes a la perlita y a la martensita.
Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismos
de los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser único contituyente y
además pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos
8. Ledeburita
La ledeburita no es un constituyente de los aceros. Sino de las fundiciones. Se
encuentra en las aleaciones hierro-carbono cuando el porcentaje de carburo de
hierro aleado es superior al 25 %, o sea, con un contenido total mayor de 1,76 % de
C. La ledeburita es una eutéctica, palabra que en griego significa fluidez perfecta y
se emplea para designar una mezcla de componentes que pasan sin
descomposición ni segregación del estado sólido al líquido. Se forma al enfriar la
fundición líquida de 4,3 % de C desde 1.130º, siendo estable hasta 723º (A1, punto
crítico inferior), descomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y
cementita. La ledeburita contiene el 52% de cementita y el 48 % de austenita de
1,76 % de carbono. El contenido total de carbono de la ledeburita es el 4,3 %
9. Steadita
Es un constituyente de naturaleza eutéctica, que aparece en las fundiciones de más
de 0,15 % de fósforo. Como la steadita se compone de un 10% de fósforo
aproximadamente, y casi todo el fósforo de la fundición se concentra en este
constituyente, se puede calcular el porcentaje de stedita que contiene la fundición
por su contenido en fósforo. Así, por ejemplo, una fundición que contenga 0,15% de
fósforo, tendrá el 15% de stedita. La steadita es muy dura y frágil. Funde a 960º. En
las fundiciones grises está compuesta de un eutéctico de ferrita y fosfuro de hierro,

y en las fundiciones blancas y atruchadas, por un eutéctico de ferrita, fosfuro de
hierro y cementita.
10. Grafito
El grafito es una de las variedades alotrópicas en que se encuentra el carbono libre
en la naturaleza, siendo la otra el diamante. Es blando, untuoso, de color gris oscuro
y de peso específico 2,25. Se presenta en forma de láminas en las fundiciones
grises; en forma de nódulos, en las fundiciones maleables, y en forma esferoidal, en
algunas fundiciones especiales. El grafito baja la dureza, resistencia mecánica,
elasticidad y plasticidad de las fundiciones que lo contienen, pero, en cambio,
mejora la resistencia al desgaste y a la corrosión y sirve de lubricante en el roce.
Diagrama TTT (Temperatura-Tiempo-Transformación) de un acero
al carbono. Por su forma también se le llama «curva de la S».

HORNOS UTILIZADOS PARA EL TRATAMIENTO TÉRMICO
Se pueden clasificar a partir del proceso de calentamiento, por la atmósfera o por la
solera del horno.
4.1 El calentamiento por gas
Los hornos de gas pueden ser del tipo de fuego directo, en el cual los productos de
la combustión entran a la cámara de calentamiento. Alternativamente, pueden ser
de combustión indirecta, de manera que la cámara del horno quede aislada de los
productos de la combustión. Un tercer tipo de horno calentado por gas, es el de
tubos radiantes, en el cual un gas en combustión dentro de tubos metálicos, que se
proyecta dentro de la cámara de calentamiento, y que constituyes la fuente de calor
radiante. El calentamiento por gas tiene como ventaja la economía y como
inconveniente la dificultad del control de la temperatura. La temperatura alcanzada
por el horno suele llegar a 1100 ºC y el control de la atmósfera es muy difícil por ello
se emplea poco este proceso de calentamiento para tratamientos térmicos.
4.2 Calentamiento por resistencia eléctrica
Es el más usado para los hornos de tratamiento térmicos que aprovecha el calor
generado según la ley de joule. La disposición de la resistencia da nombre a los
hornos, que son de tipo mufla o caja, la resistencia está instalada a lo largo de las
paredes interiores y por lo tanto en contacto con las paredes del horno. El material
de la resistencia suele ser nicrom (Níquel 70%, Cromo 30%), que alcanza
temperaturas de 1100 ºC y de aleación de carburo de silicio que alcanza
temperaturas de 1300 ºC. Para lograr temperaturas superiores se utilizan

resistencias de molibdeno (1800 ºC), de tungsteno (2500 ºC), y de grafito (2700 ºC).
Para temperaturas aun mayores se utilizan los hornos de inducción (3000 ºC).
4.3 Hornos según su atmósfera
En tratamientos térmicos se entiende por atmósfera la masa gaseosa encerrada
dentro del horno que está en contacto con la pieza a tratar las atmósfera pueden
tener carácter neutro, oxidante o reductor el papel desempeñado por la atmósfera
controlada es doble, por una parte evita que se produzcan reacciones perjudiciales
como la oxidación y la descarbonizacion de las piezas. Por otra parte permite
realizar las acciones previstas a saber, la reducción de óxidos superficiales y la
eliminación de gas sean absorbidas.
4.3.1 En vacío
Se utiliza para sintetizar carbonos cementados y para el tratamiento térmico
especial de aceros aleados se consiguen mediante bombas mecánicas y de difusión
de aceite o mercurio. Las atmósferas neutras de argón helio y nitrógeno apenas se
emplean debido al precio de estos gases y a las trazas de oxigeno que suelen
contener. Las atmósferas carburantes o descarburantes obtenidas por combustión
o disociación de mezclas de hidrocarburos (metano, propano, butano, gas natural),
con aire estas suelen contener N2, CO, H2, CO2, y pequeñas cantidades de vapor
de agua.
4.3.2 Hornos de atmósfera del tipo de generador Exotérmico o endotérmico
En el generador exotérmico de introducen hidrocarburos y aire secos limpios
convenientemente dosificados se queman en la cámara de combustión se filtran y
se separan en del agua. El gas seco resultante se introduce al horno de tratamiento
térmico. La mezcla que se introduce al generador endotérmico es parecida a la

inyectada en el exotérmico pero el generador endotérmico no tiene quemador sino
los gases reaccionan entre sí en un catalizador calentado exageradamente
HORNOS PARA TRATAMIENTOS TÉRMICOS

EQUIPOS Y MATERIALES
1) Probetas de acero: Son de acero SAE 1040 primero son tratadas por el ensayo
metalografico luego son puestas dentro de un horno para calentarlas y hacerles los
diferentes tratamientos.
2) Horno: posee una manija al lado derecho para levantar la tapa frontal y extraer las
probetas así como un indicador electrónico que mide la temperatura interna.

3) Agua: Usada para el temple.
4) Aceite: Usada para el temple.
5) Microscopio:Usado para observar la superficie de las probetas luego de haber sido
tratadas térmicamente.
6) Pulidora metalográfica
7) Durómetro Rockwell digital

8) Alcohol, solución de Nital (HNO3 2.5%) y solución de Ácido Nítrico
IMÁGENES DEL ACERO TRATADO
 NORMALIZADO

 RECOCIDO
 REVENIDO 150°POR 30 MIN

 REVENIDO 450° POR 30
 TEMPLADO EN AGUA

 TEMPLADOXENXACEITE

PROCEDIMIENTO
1. Seleccionar las probetas a trabajar, en este caso el acero SAE1040 , dos
de ellas para templar en agua y aceite y 4 probetas para el normalizado,
recocido y revenido.
2. Introducir todas las probetas al horno, y encenderlo para que comiencen a
calentarse hasta una temperatura de 850°C aprox.
3. Habiendo ya introducido las probetas, esperar entre aproximadamente de
30 a 45 min, para que el horno pueda llegar a la temperatura establecida.
Selección de las probetas,
destinándolas para cada
tratamiento a realizarse.
Momento de escoger las
probetas para poder
introducirlas en el horno.

4. Una vez pasado ya el tiempo establecido, fijarse que el horno este a
temperatura escogida, sino es así esperar un tiempo más. Una vez que la
temperatura ya se haya establecido, colocarse el material de protección y
preparar las herramientas que servirán para retirar las probetas.
5. Preparados y puestos los materiales de protección, se abre el horno y se
procede a retirar las probetas del temple, normalizado, revenidos; para que
sigan el procedimiento que les corresponde, y no las del recocido, puestos que
estos se enfriarán lentamente dentro del horno.
Fijación de la temperatura
a trabajar en el ensayo:
850°C
Retirando las probetas,
luego de haber esperado
el tiempo establecido.

6. Una vez ya listas las probetas, se procede al tratamiento metalográfico
común, visto en el ensayo anterior, siguiendo los mismos procedimientos.
Introduciendo las probetas
a los medios de
enfriamiento (aceite y
agua), para obtener el
temple.
Retirando la probeta de la
rejilla, que fue colocada en
el aceite, para que se
pueda retirar luego de la
inmersión.
Lijado al agua de las
probetas, luego del
tratamiento, de la lija más
gruesa a la más fina.

Pulido de la probeta, luego
del lijado; con alúmina y
agua.
Ataque de la superficie
trabajada, con el NITAL,
para terminar de limpiar
impurezas.
Foto microscópica, luego
del ensayo, para poder
determinar nuevas
características de las
probetas tratadas.

OBSERVACIONES
 Se observa que las probetas templadas es agua presenta una mayor dureza con
respecto a las demás.
 Las probetas que fueron recocidas presentan una dureza mucho menor con
respecto a las demás.
 En el temple del agua y del aceite se observa que la concentración de martensita es
mayor en el agua que en el aceite lo cual nos indica que el temple del agua será
más duro que el temple en aceite
Temple en agua Temple en aceite
 Entre las probetas templadas al agua se observa que a menor diagonal principal el
valor de la dureza es mucho mayor debió a que se deforma menos en un área de
contacto menor.

CONCLUSIONES
 En la experiencia se han podido apreciar los métodos de templado, recocido y
revenido en las probetas de acero y se ha visto como influyen en las propiedades
mecánicas de dichas probetas.
 En la experiencia se han podido observar las diferentes formas de variar las
propiedades mecánicas de un acero hipoeutectoide al ser sometido a los diferentes
tratamientos térmicos.
 Los tratamientos térmicos son esenciales en la ciencia de los materiales porque nos
permiten variar la estructura cristalina del metal a tratar, obteniendo de este modo
obtenemos un material con una mayor resistencia que la matriz original mediante el
normalizado, recocido, templado y revenido.
 Los diferentes tratamientos térmicos empleados para el acero SAE1040 son:
Normalizado: nos permite pasar todo el metal al estado austenitico.
Recocido: nos permite ablandar el material para poder tratarlo mejor.
Temple: nos permite transformar todo la masa del acero es austentita seguido de
un enfriamiento lo suficientemente rápido para transformar la austentita en
martensita.
Revenido: es un tratamiento complementario al temple, consiste en calentar el
acero a una temperatura inferior a Ac1 y enfriarlo después generalmente al aire
aunque algunos también al agua y acero.

RECOMENDACIONES
 Lijar bien las parte de la sección recta de las probetas para obtener resultados más
óptimos en la parte experimental al momento de proceder a observar en el microscopio.
 Evitar algún tipo de accidente al momento de lijar las probetas.
 Se recomienda realizar el ensayo de tratamientos térmicos con guantes y pinzas de
protección para retirar las probetas del horno.
 Se recomienda realizar el ensayo en un ambiente aislado para evitar el olor de las
probetas al templarse.

BIBLIOGRAFIA
 Fundamentos de la ciencia e ingenieríade materiales.Smith, William F.McGraw-
Hill Interamericana.
 Ciencia e ingeniería de los materiales. Askeland, Donald R. International
Thomson.
 Tecnología de los materiales industriales. Lasheras Esteban, José Ma. Cedel.
 Metalografía. Guliáev, A. P. Mir.
 Metalografía y tratamiento térmico de los metales. Lajtin, Yu. M. Mir.
 Tecnología del acero. Lasheras Esteban, José María. José O. Ávila Monteso.
 Tratamientos térmicos de los aceros.Apraiz Barreiro, José. Dossat: Patronato de
Publicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

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