LABORATORIO # 6
LABORATORIO # 6
I. TITULO:
ENSAYO JOMINY (MTODO DE PRUEBA POR EXTREMO TEMPLADO)
II. OBJETIVOS:
2.1. Determinar la templabilidad o capacidad de temple mediante
la obtencin de la profundidad y distribucin de la dureza en el
interior de una pieza, (para un acero de construccin SAE 1045).
2.2. Evaluar las curvas de templabilidad o curvas Jominy de los
aceros.
2.3. Determinar el dimetro critico (Dc) y el dimetro critico
ideal (Di).
III. FUNDAMENTO TERICO:
El trmino templabilidad se refiere a la capacidad relativa de un
acero de ser endurecido por transformacin a martensita. Es una
propiedad que determina la profundidad por debajo de la superficie
templada a la cual el acero se endurece o la severidad del temple
requerido para lograr una cierta penetracin de la dureza. Los
aceros con buena templabilidad pueden endurecerse ms profundamente
debajo de la superficie y no requieren altas velocidades de
enfriamiento. La templabilidad no se refiere a la mxima dureza que
se puede lograr en el acero; eso depende del contenido de
carbono.
La templabilidad de un acero se incrementa mediante la aleacin.
Los elementos aleantes que tienen el mayor efecto son el cromo, el
manganeso, el molibdeno y el nquel en menor grado. El mecanismo
mediante el cual operan estos elementos aleantes es el aumento del
tiempo antes de que ocurra la transformacin de austenita a perlita
en el diagrama TTT. En efecto, la curva TTT se mueve hacia la
derecha, permitiendo as velocidades de enfriamiento ms lentas
durante el apagado. Por tanto la trayectoria del enfriamiento es
capaz de seguir ms fcilmente una ruta ms lenta hacia la lnea Ms,
evitando el obstculo impuesto por la nariz de la curva TTT.
El mtodo ms comn para medir la templabilidad es el ensayo de
Jominy del extremo templado. El ensayo involucra el calentamiento
de un espcimen normal de dimetro = 1.0 pulg (25.4 mm) y longitud =
4.0 pulg (102 mm) hasta la escala de la austenita y despus el
templado de uno de sus extremos con agua fra mientras se sostiene
verticalmente, como se muestra en la figura 1. La velocidad de
enfriamiento en el espcimen de prueba disminuye con el incremento
de la distancia desde el extremo que se templa. Luego una vez fra
la pieza se hacen superficie planas paralelas y se toman medidas de
dureza cada 1/16". La dureza se encuentra en el extremo templado
donde se forma martensita y a medida que se aleja el extremo se
forman productos de transformacin ms blandos.
La templabilidad es indicada por la dureza del espcimen como una
funcin de la distancia desde el extremo templado como se muestra en
la figura 1.
Fig. 1: Prueba de punta templada
Sobre la templabilidad ejercen su influencia la velocidad de
enfriamiento, la homogeneidad de la estructura, la temperatura del
temple, el tamao de grano austenitico asi como la estructura
inicial. Con el aumento de la velocidad de enfriamiento la
templabilidad se incrementa, si se tiene una
estructura no homognea por ejemplo en presencia de carburos no
disueltos por completo y de inclusiones metlicos que intervienen
como centros y de inclusiones metlicas que intervienen como centros
de cristalizacin, la templabilidad disminuye; la elevacin de la
temperatura del calentamiento da lugar al crecimiento del grano, a
la obtencin de una estructura ms homognea y al aumento de la
temperatura.
La dureza de un sitio en la barra Jominy es equivalente la
dureza que se podra obtener en un punto de una pieza templada en
agua o aceite con la misma rata de enfriamiento.
3.1. USOS DE LAS CURVAS DE TEMPLABILIDAD:
Las curvas de endurecimiento obtenido por el ensayo jominy son
de gran valor practico debido a:
a. Si se conoce la velocidad de enfriamiento de un acero en
cualquier tipo de templado, la dureza puede leerse directamente de
la curva de templabilidad para ese acero.
b. Si se puede medir la dureza en cualquier punto, la velocidad
de enfriamiento puede obtenerse de la curva de enfriamiento para
este acero.
La Fig. 2 nos muestra las curvas de endurecimiento para 5
aceros, los aceros fueron templados por la punta como se indica en
la Fig. 1.
Fig. 2: Curvas de endurecimiento para 5 aceros.
3.2. DIMETRO CRITICO IDEAL(Di):
La profundidad a la que se obtiene la martensita en una barra es
una funcin de cierto nmero de variables. La barra con dimetro
pequeo se endurecen por todas partes y las que tiene dimetros ms
grandes se obtendrn un ncleo ms blando conteniendo perlita.
El dimetro critico es donde se a formar en su centro 50% de
martensita y 50% de perlita. Su valor depende del acero en cuestin
y del medio de temple y su importancia descansa en el hecho de que
da la medida de la habilidad del acero o responder al tratamiento
trmico del temple.
El dimetro critico es una medida de la templabilidad pero
depende tambin de la velocidad de enfrentamiento.
Con el propsito de eliminar esta ltima variable es prctica
general hacer referencia de todas las mediciones de templabilidad a
un medio de enfrentamiento hipottico supuesto para llevar la
superficie de una pieza instantneamente a la temperatura del bao
simple y mantenerla a esta temperatura. El dimetro correspondiente
a esta temple ideal es llamado dimetro critico ideal.
Para poder determinar el dimetro critico ideal partiendo de que
conocemos la curva jominy de un acero determinado, podemos calcular
de ella su templabilidad expresadas en cifras jominy o en dimetro
ideal.
Para ello nos bastara conocer la dureza que corresponde al
estructura deseada para el acero en cuestin.
La Fig. 3 nos expresa para cada porcentaje de martensita deseada
la dureza que segn el porcentaje de carbono debe alcanzar el
acero.
Fig. 3
Fig. 4: nos expresa la curva de equivalencia entre dimetros
crticos ideales y distancia jominy.
Fig. 4
3.3. Severidad de Temple (H)
En el temple ideal se supone un medio de temple ideal que
remueve el calor hacia la superficie tan rpidamente como fluye este
del interior de la barra.
Dicho medio no existe pero su accin refrigerante puede ser
calculada y comprobada con la de los medios de temple ordinarios.
Los valores de severidad de temple para los diversos tipos de medio
de temple, y la grfica entre Dc y Di con H, se muestra
acontinuacin.
Tabla: Valores de la severidad de temple H.
Agitacin del medioSalmueraAguaAceiteSalesAire
Ninguna20.9-1.00.25-0.300.25-0.300.02
Media2-2.21.0-1.10.30-0.350.30-0.35
Moderada1.2-1.30.35-0.400.35-0.40
Acentuada1.4-1.50.40-0.500.40-0.50
Fuerte1.6-20.50-0.800.50-0.80
Violenta40.8-1.1
3.4. Influencia del Contenido de CarbonoEl aumento en el
contenido de carbono esta asociado con un aumento en la
templabilidad, la formacin de la perlita y constituyentes
proeutectoides se vuelve ms difcil entre ms alto sea el contenido
de carbono en el acero.
El tamao de grano austenitico tiene gran influencia en la
templabilidad de los aceros. La perlita se nuclea en los limites de
grano de la austencia; la formacin de perlita en el acero de grano
mas grueso y en consecuencia el acero de grano mas fino tiene mas
baja templabilidad. El uso de un tamao de grano autntico grueso
para aumentar la templabilidad esta acompaado por cambios
indeseables en otras propiedades tales como un aumento en la
fragilidad y prdida de ductibilidad. A continuacin se muestra una
grfica del Di en funcin del %C y el tamao de grano austenitico.
3.5. Los Elementos Aleantes en la Templabilidad:
Los elementos aleantes aumentan la templabilidad de los aceros;
el grado depende del elemento en cuestin; el nico elemento gue hace
bajar la templabilidad es el cobalto porque este aumenta la
velocidad de nucleacin como la del desarrollo de la perlita. Los
aceros gue contienen cualguier cantidad de elementos aadidos son
difciles de soldar con xito.
Con la ayuda de los factores multiplicadores para cada elemento
de aleacin, el %C y el tamao de grano austnico se puede determinar
el dimetro ideal para el tipo de acero en mencin.
IV. DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA TEMPLABILIDAD (METODO DE
PRUEBA DEL EXTREMO TEMPLADO) PARA UN ACERO SAE 1045
4.1 MATERIALES Y EQUIPO
Caractersticas del acero
Tipo de aceroBohelerDINSAE
HCK 45 (st 70)1045
AleacinPORCENTAJE
CSiMn
0,450,250,5
ESTADO DE SUMINISTRO DUREZA NATURAL 18 HR C
Dimenciones de la probeta 25,4 mm x100mm de largo
NORMALIZADOC
820 - 870
TEMPLEAGUAACEITE
C C
810 - 840820 - 850
4.1.2.- EQUIPOS
Equipo para ensayo Jominy
Horno elctrico
Durometro
vernier
Desbastadora V.- PROCEDIMIENTO
PROBETA:
Se mecanizo una barra cilndrica de 32mm de dimetro acero SAE
1045 a las medidas indicadas por la SAE 25.4m de dimetro (1) y
100mm de largo (4): teniendo en un extremo un tope para suspenderla
verticalmente cuando se realice el temple, en el extremo que se ha
de templar se hizo ligeramente un pulido. Previamente a ella se
hizo un normalizado a 850grados C mantenindose la probeta a esta
temperatura durante una hora y luego se en fri al aire
calmo.TEMPLE:
Se coloco la probeta en el horno en posicin vertical, se
austenizo a 830 grados C mantenindose por espacio de 30 minutos al
cabo de los cuales se llevo al dispositivo de temple , que ha de
estar seco . posteriormente se abri la llave del surtidor de agua
para templarla.
El tiempo transcurrido desde el retiro de la probeta del horno y
el comienzo del temple no deben ser mayores de 5 segundos. la
probeta debe permanecer en el soporte como mnimo 10 minutos
MEDICION DE LA DUREZA
Una ves fra la probeta se rectifico, a lo largo de dos
generatrices opuestas , dos planos perfectamente paralelos de 0.4
mm , es preferible realizarlo con abundante agua para no modificar
la estructura del temple . se calibro el durometro y se empez a
medir la dureza por el mtodo Vickers ,cada 1/16 hasta una longitud
de 2a lo largo de los planos paralelos . la carga aplicada es de 40
Newton .la medicin de la dureza se hizo en los dos planos paralelos
, luego se promedio estos dos resultados obtenindose y se llevaron
a un grafico obtenindose una curva conocida como la curva
Jominy.
VI RESULTADOS:
6.1.- Las durezas en RC obtenidas en las pruebas por el mtodo
del extremo templado para un acero SAE 1045 de grano fino cada 1/16
fueron segn la tabla N 1
6.2.- Con los datos de dureza RC vs. la distancia de extremo
templado se obtuvo la curva de la templabilidad para un acero
SAE1045 la cual se muestra en la figura 4.1
6.3 los resultados de la templabilidad obtenidos para el acero
SAE 1045 en valores Jominy dimetros crticos (Dc) y dimetro critico
ideal (di) fueron los siguientes:
Acero SAE 1045
Dureza 50% martensita = 46 RC (obtenido en la figura 3.5.1)
Este valor de dureza le corresponde una distancia de extremo
templado : 9/32 (figura $.!)
Templabilidad expresada en Jominy ser : J= 9/32 =50%
martensita
En dimetro critico ideal (Di) = 2.12 (figura 3.2.5)
En dimetro critico (Dc) = 1.44 ( figura 3.5.4) para una
severidad de temple = H = 1.5 (con agitacin acentuada 9)VII
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 CONCLUSIONES
La mxima dureza alcanzada por el acero SAe 1045 en el extremo
templado es de 62 RC y la mnima dureza es de 27 RC que corresponde
aproximadamente al estado normalizado .
Si observamos la grafica de la curva de templabilidad (ver
figura 4.1) elaborado con los datos de la dureza obtenidas cada
1/16 de pulga da por el mtodo del extremo templado , veremos que la
dureza desciende bruscamente de 62RC en el extremo templado a 32RC
a 16/16 de pulgada del extremo templado y de alli en adelante casi
se mantiene constante ,el descenso es mnimo hasta llegar a 27 RC a
30/16 y de all en adelante se mantiene constante . comprobndose
experimentalmente que el acero SAE 1045 es de baja
templabilidad.
El dimetro critico ideal para el acero SAE 1045 de grano fino y
con severidad de temple H= 1.5 es Di = 2.12
El dimetro critico Dc para el acero SAE 1045 de grano fino con H
= 1.5 es Dc=1.44
7.2 RECOMENDACIONES
Se recomienda que tanto el tamao como el dimetro del orificio al
fondo de la muestra , la temperatura y circulacin del agua sigan la
estandarizacin hechos por la ASTM, la SAE y la AISI de manera que
toda muestra templada en este sostn reciba la misma rapidez de
enfriamiento.
Se recomienda para una mayor exactitud en la medida de dureza
Hacerlo en los dos planos paralelos y si ellos difieren grandemente
, realizar el ensayo nuevamente hasta que el error en las medidas
de dureza sean mnimas , para evitar distorsionar la curva de
templabilidad del mencionado acero .
Se recomienda colocar la probeta Jominy dentro del horno en una
posicin vertical ,de tal manera que al momento de retirarlo para
realizar el templado en el dispositivo se emplee el menor tiempo
posible obtenindose resultados menos errneos
Es recomendable que el horno tenga una atmsfera protectora
adecuada para evitar que el extremo a templar presente es camaduras
o descarburizacion. Si no se dispone de tal ambiente debe colocarse
la probeta en un recipiente adecuado para el extremo apoyado en un
disco de carbn o grafito
Es preciso asegurase que durante el rectificado no hubo revenido
de la zona templada y para ello se atacara las superficies
rectificada, despus de lavada con agua caliente , con una solucin
al 5% de HNO3 hasta ennegrecimiento y despus de volver a lavar con
agua caliente se introducir en una solucin al 50% de HCl durante 3
segundos , despus se vuelva a lavar con agua E
VIII . CUESTIONARIO:
1.- Trazar las curvas de Jominy.
2. Determinar la curva Jominy de un acero Cr-Ni-Mo de
la siguiente composicin:
0.40% C, 0.8% Mn, 0.25% Si, 0.50% Ni, 0.50% Cr, 0,25% Mo, su
tamao de grano es 7.
Solucin:
La siguiente tabla, determina en funcin de la composicin y del
tamao de grano de cada acero, su Di y la dureza que se alcanza en
la probeta Jominy a 1/16" de la base.
La determinacin del dimetro critico se hace usando las tablas de
los factores multiplicadores, los cuales nos dan los siguientes
datos:
% de elementos aleantesFactores multiplicadores (fi)
Mn = 0.8f1 = 3.667
Si = 0.25f2 = 1.175
Ni = 0.5f3 = 1.182
Cr = 0.5f4 = 2.080
Mo = 0.25f5 = 1.750
% de CarbonoFactores multiplicadores (f)
0.4 (ASTM 7)0.2130
Multiplicando todos estos factores encontramos el Di:
Di = f x f1 x f2 x f3 x f4 x f5
Di = 0.2130 x 3.667 x 1.175 x 1.182 x 2.080 x 1.750
Di = 3.95"
Para reconocer los valores de dureza en cada uno de lo puntos de
la probeta Jominy, se emplea la tabla de la relacin del contenido
de carbono y la dureza mxima en la que hallamos, que la dureza que
se obtiene a 1/16" de la base de la probeta templada con un
contenido de 0.40%C, es de 56 RC.
Luego, usando la tabla de relacin entre el dimetro critico ideal
y los factores de distancia, y buscando de la primera columna el
Di= 3.95, hallaremos por interpolacin entre 3.90 y 4.00 los
factores que se indican a continuacin y luego dividiendo la dureza
inicial que se obtiene en la base, 56 Rc el factor correspondiente
a cada punto.
Distancia a la base templada (pulg.)FactoresDurezas (Rc.)
1/161.02254.8
1/41.20246.6
1/21.39740.1
3/41.5935.2
11.7332.4
1 1/41.8230.8
1 3/41.89529.6
21.9428.0
Con estos valores de dureza se construye la curva Jominy:
3. Determinar el Di y el Dc en funcin de la composicin del acero
y del tamao de grano austenitico hallado. Considerar la severidad
de temple para el agua con agitacin H = 1.5.
% de elementos aleantesFactores multiplicadores (fi)
Mn = 0.8f1 = 3.667
Si = 0.25f2 = 1.175
Ni = 0.5f3 = 1.182
Cr = 0.5f4 = 2.080
Mo = 0.25f5 = 1.750
% de CarbonoFactores multiplicadores (f)
0.4 (ASTM 7)0.2130
Multiplicando todos estos factores encontramos el Di:
Di = f x f1 x f2 x f3 x f4 x f5
Di = 0.2130 x 3.667 x 1.175 x 1.182 x 2.080 x 1.750
Di = 3.95"
con el valor de H = 1.5
De la grfica:
Donde del grafico se obtiene:
D = 3.1"
4. Comparar y comentar las velocidades de enfriamiento (dureza)
en un diagrama TTT para el acero en mencin.
Solucion:
Para este acero 4340 (del paso anterior) hemos supuesto unas
curvas de enfriamiento:
Hipotticamente para la curva 1 con una velocidad de enfriamiento
de 815C en 1 seg.(815C/seg) obtendremos una dureza de 56 Rc. Para
la curva 2 con una velocidad, de 815C en 1.25 seg.(652C/Seg.) se
obtendr 54.5 Rc. Para la curva 3 con un tiempo de 1.5 seg. Se tendr
una velocidad de enfriamiento (543.3C/seg)
IX. BIBLIOGRAFA:
ASDRBAL, Valencia. Tecnologa del Tratamiento Trmico. Ed.
Universal. Colombia 2da edicin. 1992
SYDNEY Avner. Introduccin a la Metalrgica Fsica.
FLINN Y TROJAN. Fundamentos de Metalrgica Fsica.
FOTOS ADICIONALES:
Distancia del extremo templadoDureza RC
1/1662
2/1660
3/1658
4/1651
5/1644
6/1638
7/1635
8/1635
9/1634
10/1632
11/1632
12/1631
13/1632
14/1632
15/1632
1 32
1 1/1631
1 2/1631
1 3/1631
1 4/1630
1 5/1630
1 6/1630
1 7/1630
1 8/1630
1 9/1629
1 10/1630
1 11/1630
1 12/1629
1 13/1628
1 14/1627
1 15/1627
2 27
EMBED PBrush
EMBED PBrush
_1164386556.xlsGrfico1
54.8
46.6
40.1
35.2
32.4
30.8
29.6
28
Distancia al extremo templado (1/16)
Dureza (Rc)
Curva de Templabilidad
Hoja1
154.8
446.6
840.1
1235.2
1632.4
2030.8
2829.6
3228
Hoja1
0
0
0
0
0
0
0
0
Distancia al extremo templado (1/16)
Dureza (Rc)
Curva de Templabilidad
Hoja2
Hoja3
_1164224510.xlsGrfico2
59
59
58
57
56.5
55
54.5
53.3
51.5
50
49
48
47.2
46.1
44.9
44
44
43
43
43
Distancia al estremo templado (1/16")
Dureza (Rc)
Curva de Templabilidad
Hoja1
159
259
358
457
556.5
655
754.5
853.3
951.5
1050
1149
1248
1347.2
1446.1
1544.9
1644
1744
1843
1943
2043
Hoja1
Distancia al estremo templado (1/16")
Dureza (Rc)
Curva de Templabilidad
Hoja2
Hoja3