Endurecer un material D2 hasta 58 RC desde una dureza inicial de 22 RC, esto con el fin de encontrar un material que pueda ser utilizado en una soldadura por friccion donde el material actualmente utilizado es más costoso que el material D2 El acero D2 es un acero de alto carbono de grado herramientas y alto cromo, es una subcategoría de aceros para herramientas de trabajo en frío que es designado por el símbolo de la letra D. Ellos se caracterizan por el alto contenido de carbono, 1,40 a 2,60%, y nominalmente 12% de cromo. Los aceros que contienen molibdeno son endurecidos por aire, y por lo tanto ofrecen un alto grado de estabilidad en el tratamiento térmico. Aunque estos aceros pueden ser inactivós en aceite, el movimiento es ligeramente mayor cuando el aceite se apaga.

1. CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN EN
MATERIALES S.A. DE C.V.
DUREZA
POR:
MARÍN ALONSO RAMÓN JESÚS
PÉREZ GARCÍA RAFAEL ANTONIO
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Saltillo, Coahuila. 14/12/2015
PRÁCTICA

2. 1
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN.......................................................................................... 2
1.1 Objetivo .................................................................................................. 2
1.2 Antecedentes del material...................................................................... 2
1.3 Aplicaciones ........................................................................................... 6
TRATAMIENTO TÉRMICO .......................................................................... 7
2.1 Descripción del tratamiento.................................................................... 7
2.2 Procedimiento....................................................................................... 10
RESULTADOS ........................................................................................... 16
3.1 Discusión de resultados ....................................................................... 18
BIBLIOGRAFÍA........................................................................................... 19

3. 2
INTRODUCCIÓN
1.1 Objetivo
Endurecer un material D2 hasta 58 RC desde una dureza inicial de 22 RC,
esto con el fin de encontrar un material que pueda ser utilizado en una
soldadura por friccion donde el material actualmente utilizado es más
costoso que el material D2
1.2 Antecedentes del material
El acero D2 es un acero de alto carbono de grado herramientas y alto
cromo, es una subcategoría de aceros para herramientas de trabajo en frío
que es designado por el símbolo de la letra D. Ellos se caracterizan por el
alto contenido de carbono, 1,40 a 2,60%, y nominalmente 12% de cromo.
Los aceros que contienen molibdeno son endurecidos por aire, y por lo
tanto ofrecen un alto grado de estabilidad en el tratamiento térmico.
Aunque estos aceros pueden ser inactivós en aceite, el movimiento es
ligeramente mayor cuando el aceite se apaga.

4. 3
La serie D exhibe alta resistencia al desgaste, lo que aumenta con mayor
contenido en carbono y vanadio. El alto contenido de carbono, en aceros
para herramientas de alto cromo son esencialmente modificados durante el
tratamiento térmico. Por ejemplo, una pieza de AISI D2 de 25 mm (l-in.) De
largo se expandiría alrededor de 0,02 mm (0,0008 in.) en el
endurecimiento, pero en el revenido a 205 grados centigrados (400 ° F),
tiende un cambio de 0,005 mm (0,0002 pulg.) de su longitud original.
Los Aceros tipo D AISI pueden soldarse satisfactoriamente utilizando el
hidrógeno atómico, oxi-acetileno, gas tungsteno-arco, y procesos blindado
de metal de arco. El Precalentamiento y post calentamiento generalmente
son obligatorios al soldar material endurecido, el precalentamiento o la
temperatura post calentamiento no debe superar la temperatura de
revenido el porcentaje de maquinabilidad de estos aceros es de 40 a 60%.
(Harvey, 1982)
1.2.1 Clasificación.
Tabla 1.1 Composición Química respecto a los diferentes tipos de aceros D.

5. 4
Tabla 1.2 Propiedades Físicas de los Aceros D2 de alto Carbono y Cromo.
Tabla 1.3 Efecto de la temperatura en la dureza en los aceros D.
a) Enfriamiento en aceite desde 1010 ºC manteniendo una hora, b) Enfriamiento en aceite desde
970 ºC manteniendo dos horas, c) Enfriamiento desde 995 ºC manteniendo tres horas.

6. 5
Figura 1.1 Efectos de la temperatura de revenido contra la energía de impacto de torsión.
Tipo de ensayo D2 espécimen composición 1.60% carbono,13 % de
cromo.075% de molibdeno,0.27% de vanadio enfriamiento en aire a 980
grados centígrados comparado con un acero tipo D3 2.10% de carbono
,12.5% de cromo,y 0.50% de níquel el enfriamiento es en aceite a 970
grados centígrados y la magnitud absoluta de energía de impacto non
debería ser comparada porque las condiciones en fueron probadas en
diferentes condiciones.

7. 6
Figura 1.2 Comparación de la ductibilidad en un ensayo estático de torsión de materiales D, a una
dureza máxima.
Aceros Tipos D3, D2 de alto carbono y alto cromo para aceros grado
herramienta: Probetas D3 en aceite templado desde 970 ºC (1775 ºF).
Probetas D2 fueron enfriadas en aire desde 1010 ºC (1850 ºF). Las
muestras de ensayo de ambos tipos se templaron a las siguientes
temperaturas: 175 ºC (350 ºF), 290 ºC (550 ºF), 400 ºC, (750 ºF).
1.3 Aplicaciones
Las aplicaciones de los aceros de alto contenido de carbono y alto cromo
incluyen husillos, placas, rollos fríos, cortadores de corte longitudinal,
supresión matriz, troqueles de formación, acuñando matrices, bujes, grifos,
broches, boquillas con chorro de arena, moldes de ladrillos, y anillo
(Harvey, 1982)

8. 7
TRATAMIENTO TÉRMICO
2.1 Descripción del tratamiento
Con el fin de alcanzar la dureza deseada para el material D2 se propuso un
tratamiento de temple, para lograr esto se planteo llevar el material a una
temperatura superior a la de austenización ocupando una temperatura de
1010 ºC. Por cada pulgada de espesor el material deberia permanecer una
hora, la probeta del material tenia una dimension cercana a una pulgada de
espesor por lo tanto se propuso que la pieza estuviera una hora en la
mufla. Posteriormente la pieza deberia ser enfriada por medio de aceite en
turbulencia durante quince segundos, posteriormente deberia ser retirada
la pieza del aceite y dejarse enfriar a temperatura ambiente.
2.1.1 Materiales
• Probeta de acero grado herramienta D2
• Aceite SAE 15W-40
• Alcohol
• Pasta de diamante de 3 micras

9. 8
• Pasta de diamante de 1 micra
• Pasta de diamante de 0.25 micras
• Lijas de 120, 240, 400 y 600.
• Agua
• Paño DP-Floc de 200mm
• Picral al 4% (4% ácido pícrico y 96% de alcohol en solución)
Figura 2. 1 Probeta de acero grado
herramienta D2.
Figura 2. 2 Aceite 15W-40.
Figura 2. 3 Alcohol.
Figura 2.4 Picral al 4%.
2.1.2 Equipo
• Equipo de corte “Struers Discotom-10”
• Mufla “Felisa”
• Pulidor Metalográfico “DEM-P2020 DSY”

10. 9
• Pulidor Metalográfico “DEM-P1020 DSY”
• Microscopio Óptico Nikon Eclipse MA200
• Microscopio Óptico Nikon Infinity1 SMZ 745T
• Durómetro “Hardness Rockwell Instron”
Figura 2. 5 Equipo de corte.
Figura 2. 6 Mufla.
Figura 2. 7 Pulidor metalográfico.
Figura 2. 8 Pulidor metalográfico.

11. 10
Figura 2. 9 Pulidor metalografico.
Figura 2. 10 Microscopio Óptico “Micro”.
Figura 2. 11 Microscopio Óptico “Macro”.
Figura 2. 12 Durómetro Rockwell.
2.2 Procedimiento
En la Figura 2.13 se muestra la secuencia utilizada en el procedimiento
realizado en la práctica de laboratorio

12. 11
Figura 2.13 Secuencia de experimentación
A continuación se detallan cada una de las acciones realizadas en cada
etapa:
1. Asignación del Material.
Se asignó el material grado herramienta D2 para el cual se planteaba
obtener una dureza de 58 RWC y suponiendo una dureza inicial de 22
RWC.
Figura 2.14 Probeta acero grado herramienta D2

13. 12
2. Planteamiento del tratamiento térmico a utilizar.
Basándonos en la graficas de la Figura 1.2 se planteo realizar un temple en
aceite desde una temperatura de austenización de 1010 ºC después de
mantener la pieza en la mufla durante una hora de acuerdo a sus
dimensiones. El enfriamiento debería ser durante 15 segundos hasta
alcanzar una temperatura de 290 ºC retirar la pieza del aceite, esto con el
fin de evitar agrietamientos y posteriormente se debería enfriar al aire hasta
alcanzar la temperatura ambiente.
3. Medición de dureza inicial
Una vez planteado el procedimiento de temple se procedió a medir la
dureza inicial con la que contaba el material, el cual fue de 22.6 HRC.
Figura 2. 15 Medición de dureza con equipo. Figura 2. 16 Dureza obtenida mediante
durómetro.
4. Calentamiento de la mufla a 1010 ºC
Se realizo la programación de la mufla para alcanzar una temperatura de
1010 ºC

14. 13
5. Ingreso de material en mufla
Con ayuda de pinzas se ingresó la pieza en la mufla contando ya con una
temperatura de 1010 ºC. La pieza permaneció durante una hora en la mufla
para lograr la homogenización de la fase austenita en la pieza.
Figura 2. 17 Ingreso de material en mufla.
6. Enfriamiento de la pieza en aceite
Mediante inmersión en aceite con agitación se busco reducir las posibles
grietas que podrían presentarse con un temple brusco como puede ser el
agua.
Figura 2.18 Recipiente con aceite para
enfriamiento
Figura 2.19 Inmersión de la pieza en aceite
con agitación

15. 14
7. Enfriamiento a temperatura ambiente
Una vez alcanzada la temperatura de 290 ºC en el aceite, se dejo enfriar la
pieza al aire hasta alcanzar la temperatura ambiente.
8. Desbaste fino y grueso del material
Para obtener un perfil de dureza confiable y además poder observar con el
microscopio óptico la microestructura que se obtuvo mediante el temple. Se
realizo un proceso de pulido grueso fino y acabado espejo de la pieza.
Figura 2. 20 Pieza despues del temple.
Figura 2. 21 Desbaste fino de la pieza
Figura 2. 22 Acabado espejo de la pieza.

16. 15
9. Obtención de dureza final
Se procedió a utilizar el Durómetro Rockwell para encontrar las durezas
obtenidas en el tratamiento térmico donde se encontró la dureza mas baja
de 57.6 RC y la dureza mas alta de 59.7 RC.
Figura 2.23 Test #74 Dureza más baja. Figura 2. 24 Test #77 Dureza más alta.
Tabla 2. 1 Durezas obtenidas en la pieza templada
Número de indentación
(Consecutivo de equipo)
DRC
73 57.7
74 57.6
75 57.8
76 58.8
77 59.7
Promedio 58.32

17. 16
RESULTADOS
Mediante el ataque con Picral al 4% y con ayuda del Microscopio óptico
pudimos identificar la microestructura que se presento en la pieza, se
observo que la pieza presenta carburos de Cr asi como tambien una matriz
martensítica.
Figura 3. 1 Indentación en pieza templada 5X
Figura 3. 2 Se observa una matriz
martensítica 10X

18. 17
Figura 3. 3 Se observa una matriz
martensítica y unas manchas blancas
pertenecientes a los carburos de Cr 20X
Figura 3. 4 Se logra distinguir con mayor
precisión los carburos de Cr 50
Figura 3. 5 Matriz martensítica con carburos de Cr. 100X

19. 18
3.1 Discusión de resultados
Debemos mencionar que el tratamiento que se utilizó fue adecuado para
encontrar la dureza requerida de 58 RC, entre los puntos a favor debemos
mencionar que se utilizó una temperatura de calentamiento razonable la
cual fue de 1010 ºC en comparación de otras experimentaciones donde se
utilizó más temperatura y por lo tanto más energia, tambien debemos
mencionar que la pieza no presentó grietas, esto debido a que el medio de
enfriamiento no fue tan brusco al utilizar aceite.
Entre lo que podemos recomendar es que la pieza permanezca en aceite
con agitación hasta llegar a la temperatura ambiente y no ser retirada antes
ya que en la presente experimentación la pieza fue retirada del aceite a
una temperatura de 290 ºC. Con esto buscariamos la homogenización de
la pieza y una dureza mayor a la obtenida.

20. 19
BIBLIOGRAFÍA
1. Harvey, P. v. (1982). Enginnering properties of steel. America society
for metals , 450-459.
2. Askeland, Donal R., “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”,
Thomson Editores. México, 1998.
3. Anderson, J.C. y otros, “Ciencia de los Materiales”, Limusa Editores,
México, 1998.
4. Flim, R.A, y otro, “Materiales de Ingeniería y sus Aplicaciones”, Mc
Graw - Hill, México, 1979.
5. Budinsky, K. y otro, “Engineering Materials”, Prentice – Hall, U.S.A.,
1999.