Martempering Del Acero d2 Ve (4)

Tratamientos térmicos.

Proyecto:

Martenpering al acero D2 para herramientas.

Profesor:

Miguel Ángel López Navarrete.

Alumnos:

Carlos Omar Vázquez Espitia.

Javier Ramírez López.

Juan Manuel Granados Martínez

Saúl Daniel Carrera Pérez

Cecilio Rosas Saavedra

Karen Zariñan Berrúm

Paulina Rangel López

Fecha de entrega:

02/11/2015

MARTENPERING DEL ACERO D2

Desarrollo

CARACTERÍSTICAS

Acero al alto carbón y alto cromo. Dimensionalmente estable de excelente rendimiento al corte y resistencia al desgaste

.

Importancia de los elementos aleantes en el acero D2

Aceros al Carbono:

Alto Carbono (0.7 < C < 1.40) Son los más duros, fuertes y menos dúctiles Responden mejor al tratamiento térmico Resortes Alambres de alta resistencia a la tension

Clasificación de aceros

Atendiendo al contenido de Carbono Aceros Hipoeutectoides Contenido en Carbono inferior a 0,8% Aceros Eutectoides Contenido en Carbono igual a 0,8% Aceros Hipereutectoides Contenido en Carbono comprendido entre 0,8% y 2% Los aceros de construcción, soldables son todos del tipo Hipoeutectoide

Influencia de los elementos de aleación

• Aumentar la templabilidad

• Mejorar la resistencia a temperaturas

• Mejorar las propiedades mecánicas tanto a altas como a bajas temperaturas

• Mejorar la tenacidad

• Aumentar la resistencia al desgaste

• Aumentar la resistencia a la corrosión.

Atendiendo a los elementos constituyentes en los Aceros al Carbono

Contienen, además de Fe y Carbono;

Manganeso (Mn) =< 1,65% Silicio (Si) =<0,6% Cobre (Cu) =<0,6% Azufre (S) =<0,05% Fósforo (P) =<0,05%

Azufre

En general, elemento perjudicial. Conviene mantenerlo por debajo del 0,05%. El azufre reacciona con el hierro, dando Sulfuro de Hierro, que es soluble en el acero fundido, formando un eutéctico Fe-Sfe a unos 980ºC, que se deposita en los bordes de los granos de austenita, facilitando el “agrietamiento en caliente”.

Fosforo

En general, elemento perjudicial. Conviene mantenerlo por debajo de 0,05%. Valores superiores producen “Fragilización en Frío”. Durante la solidificación, el Fósforo reacciona con el Hierro formado Fosfuro de Hierro Fe3P, que aumenta el tamaño del grano, y en consecuencia, la fragilidad en fío. Para no afectar a la soldabilidad de los aceros al Carbono, se debe mantener S+P =<0,08%.

Manganeso (Mn)

Tiene mayor afinidad que el Fe para combinarse con el O2 ,S y C. Se emplea como desoxidante y desulfurante. Al aumentar C, debe aumentar la relación Mn/C para evitar fisuración en caliente. Elemento Gammageno. Retiene la Austenita.

Silicio (Si)

Su mayor importancia, es ser un gran agente desoxidante, para controlar el contenido de Oxígeno en el acero. Es un elemento alfágeno, formador de ferrita. Su contenido en los aceros al C puede llegar hasta el 0.35%, y en los aceros aleados hasta el 0,65%.

Cromo (Cr)

Importantísimo en los aceros aleados Aumenta la templabilidad del acero Aumenta la resistencia a la oxidación y corrosión Características del Cr Gran afinidad por el C, para formar Carburos de Cromo A altas temperaturas se combina con O2 para formar óxidos de Cr, no metálico y

refractario Es un gran formador de ferrita En aceros aleados con Cr>3%, gran resistencia a elevadas temperaturas, hay que emplear

técnicas de soldeo especiales Los aceros Inoxidables contienen un mínimo de 12% de Cr para aumentar su resistencia a

la corrosión.

Níquel (Ni)

Elemento gammágeno por excelencia. Favorece la formación y persistencia de estructuras austeníticas

Mejora las propiedades mecánicas del acero de manera importante, en especial La ductilidad Resiliencia. (Tenacidad a bajas temperaturas) No forma óxidos ni carburos ya que su afinidad por el Oxígeno y el Carbono es menor que

la del Hierro. Imprescindible e aceros inoxidables austeníticos (>8%) y en aceros aleados para usos

criogénicos.

Cobre (Cu)

Elemento que no tiene gran reputación entre los elementos aleantes del acero Actualmente se utiliza como eun elemento que favorece el endurecimiento por

precipitación Se utiliza en el rango de 0,2 – 0,3% como aleante de los aceros al C, para formar una

película superficial de Oxido de Cobre que retarda y , a veces, evita la corrosión atmosférica, dando a la estructura una pátina rojiza que se acrecienta con el tiempo. (Estructura del BBVA en Pº Castellana, Madrid)

Nitrógeno (N)

Se pretende evitar el contacto del N del aire con el baño de fusión. (Gases atrapados que pueden producir porosidad)

En algunos aceros aleados se emplea para mejorar sus características mecánicas Su uso correcto depende de la presencia de otros elementos (Al, Cr, Ti) con los que

combinarse para dar Nitruros, en vez de que lo haga con el Fe para dar N3Fe que fragilizaría la soldadura. Aceros “Nitrurados”, con extremada dureza en una capa superficial

Es un poderoso elemento austenizante. (Gammágeno)

Aluminio (Al)

Utilizado en pequeñas cantidades como desoxidante y afinador del grano. ES un elemento alfágeno, formador de ferrita presenta gran afinidad por el Oxígeno con el que reacciona para formar AL2O3, sólido blanquecino de elevado punto de fusión.

Niobio (Nb/Cb) Titanio (Ti)

Presentan gran afinidad por el Carbono para formar Carburos, por el Oxígeno y por el Nitrógeno (Sobretodo el Titanio). Ambos actúan como formadores o estabilizadores de ferrita disueltos en hacer, aumenta su templabilidad, sin embargo, su tendencia a formar Carburos es tan grande, que en forma de Carburos insolubles, disminuye la templabilidad de los aceros. Su mayor propiedad es la de ser Estabilizadores de Carburos en soldaduras de aceros inoxidables Austeníticos, para evitar la migración de los posible Carburos de Cromo, al borde de los granos.

Relevado de Tensiones Material

Recocido: 650-675°C (1200-1250°F) Mantener 2 horas después de calentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire. Material Templado Calentar 15-30°C (25-50°F) por debajo de la temperatura de revenido, mantener 2 horas después de calentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire. Recomendable para reducir las tensiones causadas por un extenso maquinado en caso de herramientas de configuración complicada y para reducir las tensiones después de un proceso de electro-erosión. Enderezado Preferible a 205-425°C (400-800°F).

El objetivo de los tratamientos de recocido; de los aceros para herramientas es producir una microestructura consistente de carburos esferoidizados uniformemente distribuidos en una matriz de ferrita. Tal microestructura tiene baja dureza que resulta útil para el maquinado y reduce el desgaste en las herramientas de corte. El recocido también afina la estructura de granos gruesos que pudieron haberse formado durante el trabajado a alta temperatura, elimina las estructuras

duras de martensita o perlita que se pudieron haber formado durante el enfriamiento después del trabajado en caliente y homogeniza los efectos de deformaciones no uniformes que pueden desarrollarse durante el trabajado en caliente de secciones gruesas o complejas. La Fig. 11.9 muestra la microestructura de recocido de un acero D2. El alto contenido de aleantes de este acero causa dos tipos de distribuciones de carburos. Las partículas gruesas son carburos tipo M7C3 que se forman durante la fusión y son dispersados durante el trabajado en caliente. Las partículas más finas y esferoidizadas son el resultado de la precipitación secundaria a bajas temperaturas o debido a transformaciones de fase. Los aceros para herramientas con menores contenidos de aleantes que la aleación D2 tendrán sólo finos carburos esferoidizados y en menor cantidad.

El recocido se efectúa por calentamiento justo a la temperatura donde toda la ferrita transforma a austenita. Las partículas de carburos quedan retenidas y esferoidizadas y la austenita transforma a ferrita y carburos esferoidizados adicionales durante el enfriamiento. Si el recocido se lleva a cabo a muy altas temperaturas, los carburos aleados se disuelven y la austenita enriquecida puede formar carburos en borde de grano austeníticos o transformar a perlita o martensita durante el enfriamiento, produciendo microestructuras demasiado duras para maquinar. De manera similar, la alta templabilidad de los aceros para herramientas hace esencial que el enfriamiento desde las temperaturas de recocido sea lento para asegurar que la austenita transforme a microestructuras dúctiles de ferrita y carburos esferoidizados en vez de perlita o martensita.

Revenir: 205-540°C (400-1000°F) - Doble revenido es necesario. Revenir por un mínimo de 2 horas por cada revenido o por lo menos 1 hora por cada pulgada (25 mm) de espesor para secciones arriba de 2” (50 mm) de espesor. Enfriar a temperatura ambiente entre revenidos.

Recocido para el acero D2.

Los aceros alto carbono alto cromo deben de ser recocidos después de forjarlos y antes de templarlos. Son dos los tipos de recocido que se realizan en estos aceros. 1) El recocido total y 2) el recocido para liberar esfuerzos.

El recocido total tiene como fin el crear una estructura suave, la cual pueda ser maquinada con facilidad después de realizada la forja. El recocido se realiza ligeramente arriba de la temperatura crítica a la cual se lleva a cabo la transformación. La atmósfera debe ser controlada o bien la pieza empacada en algún material inerte. El ciclo de calentamiento debe ser lento y uniforme, hasta una temperatura de 870 a 900°C. Por su parte el enfriamiento debe de ser lento, principalmente en la parte crítica y de preferencia debe llevarse a cabo en el horno, al aire o en algún material aislante. La máxima rapidez de enfriamiento no debe ser mayor a los 22°C/hr. Abajo de los 540°C la rapidez de enfriamiento no es tan crítica. Por otra parte, el recocido para liberar esfuerzos es utilizado para eliminar los esfuerzos residuales inducidos por las operaciones de trabajo en frío como lo son el maquinado y formado entre otros. El maquinado provoca esfuerzos internos que deformarán la pieza al tratarla térmicamente. Este tratamiento se aplica entre el maquinado inicial, que se le da a la pieza, y el maquinado final y se lleva a cabo por abajo de la temperatura crítica. El calentamiento es entre los 675 y 705°C, seguido de un enfriamiento lento en el homo o al aire calmado.

Procedimiento:

MARTENPERING

La operación de martenpering consiste en calentar el acero, en el intervalo de temperatura en que únicamente esté presente la fase austenítica más carburos, seguido de una rapidez de enfriamiento tal, que permita la formación de martensita. Las dimensiones de la pieza a tratar y su composición son factor importante en la determinación de la temperatura de austenización, el tiempo de calentamiento y el medio de temple. Durante la austenización del acero se debe de tener en mente que la cantidad de carburos disueltos en la austenita es proporcional a la temperatura de austenización. Además, dependiendo del contenido de aleación, cada acero herramienta tendrá un intervalo critico en la que estos carburos serán disueltos.

Diagrama tiempo-temperatura-transformación del acero D2

Micro-estructuras a diferentes pasos del proceso de martenpering –revenido del acero D2

Resultados

Pasos elementales para la caracterización del acero D2

1) Corte ( cortar probetas de acero D2 a un tamaño adecuado 1.5cmx2cm)2) Desbastado ( ligar rebabas sobrantes del corte)3) Tratamiento térmico ( martempering a 1025 °C en baño de arena en 400°C y

recosido 870-900 °C)4) Pulido a espejo ( utilizar lijas de SiC del número 600, 800, 1000, 1200 y 2000 hasta

que la pieza quede sin ralladuras y después meterlo al paño de alúmina Al2O3)5) Ataque químico con nital o cloruro férrico.6) Análisis microscópico.7) Comparación de micrografías.8) Resultados.

Resultados obtenidos del acero D2 atacado con nital para revelar sus fases

Conclusión

Al parecer esta práctica, nos fue de gran ayuda para darnos cuenta, lo que podemos realizar mediante el martenpering y el revenido mediante el material D2. EL martenpering consiste en calentar el acero, en el intervalo de temperatura en que únicamente esté presente la fase austenítica más carburos, seguido de una rapidez de enfriamiento tal, que permita la formación de martensita. La austenisacion empieza a formarse a los 5 minutos a una temperatura de 1025 °C su tiempo de permanencia de 5 a 20 minutos después un enfriamiento lento para obtener martensita.