copia de practica_4(bainitizado) 2007 i
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA
LABORATORIO Nº 4
¨BAINITIZADO O AUSTEMPERING DE LOS ACEROS¨
CURSO : LABORATORIO DE METALURGIA FISICA II
INTEGRANTES : BEJARANO GUEVARA , PITER
CASIMIRO CABRERA , HENRRY
CHARCAPE JIMENEZ , OMAR
SAGARDIA VERASTEGUI , PEDRO
SANCHEZ GARCIA , ALAN
DOCENTE : Ing. ISMAEL PURIZAGA FERNADEZ
CICLO : VII
TRUJILLO – PERÚ
2010
PRACTICA Nº 4
I. TITULO: BAINITIZADO O AUSTEMPERING DE LOS ACEROS
II. OBJETIVOS:
1. Transformar la Austenita en Bainita.
2. Evaluar el efecto de la temperatura de bainitizado en la formación del tipo de bainita
(superior e inferior).
3. Tener un aumento de la ductibilidad y de la resilencia al impacto con valores de dureza
altos (entre 40 - 60 RC).
III. FUNDAMENTO TEORICO:
El Bainitizado llamado también Revenido Austenítico, es una transformación isotérmica de
las aleaciones ferrosas a una temperatura por debajo de la perlita y por encima de la
formación de la Martencita (Ms).
Fig. 4.1. Representación de un tratamiento de Bainitizado sobre un diagrama TTT para un
acero.
Fig. 4.1. Bainita acicular o inferior, agujas
negras en una matriz martensítica (blanca)
2500x.
Fig.4.2. Bainita plumosa o superior y perlita fina
en una matriz en una matriz martensítica (blanca),
1000x.
Para hacer un Bainitizado se procede de la siguiente manera:
1. Se calienta el acero a la temperatura de austenización, dependiendo de
la aleación del acero.
2. Se templa de un baño manteniendo a una temperatura constante en la
región de la formación de la Bainita (temperatura entre 260° y 400° C).
3. Se deja permanecer en este baño el tiempo necesario para que se
complete la transformación bainitica.
4. Se enfría hasta la temperatura ambiente en aire quieto.
En la tabla 4.1. Se muestran las diferencias fundamentales entre un Bainitizado, un
temple interrumpido y un temple convencional.
3.1. ACEROS PARA BAINlTIZADO
La selección de aceros, para Bainitizado debe basarse en los diagramas TTT. Se debe
tener en cuenta tres consideraciones importantes:
1. La localización de la nariz de la curva TTT. y el tiempo disponible para
sobrepasada.
2. El tiempo requerido para la transformación completa de la austenita a Bainita a la
temperatura de Bainitizado.
3. Localización de la temperatura Ms.
El Bainitizado de un acero SAE 1080 (según diagrama TTT) se puede lograr solo en
piezas de secciones delgadas. El enfriamiento desde la temperatura de austenización
hasta el baño de Bainitizado se debe realizar en 1 segundo, aproximadamente, para
evitar la nariz de la curva TTT y así impedir la transformación a perlita durante el
enfriamiento.
Existen otros aceros que se pueden utilizar al Bainitizado y son:
1. Aceros de baja aleación que contienen de 0.50% a 1.0% de C y un mínimo de
0.60% de Mn.
2. Aceros de alto carbono con un contenido mayor de 09.0% de C y posiblemente un
poco menos de 0.60% de Mn.
3. Ciertos aceros al carbono con un contenido de carbono menor de 0.50% como SAE
1040, pero con un contenido de Mn comprendidos entre 1.0% y 1.65%.
4. Ciertos aceros de baja aleación tales como la serie SAE 5100 que contengan mas de
0.30% C y las series SAE 1300 hasta la SAE 4000, con un contenido de carbono de
mas 0.40% y otros tales como el SAE 4140, SAE 6145 y SAE 9440, SAE 4300, SAE
4600 y SAE 4800.
3.2. TEMPERATURAS DE BAINITIZADO
Cuando la temperatura de austenización de un acero de alto carbono aumenta su
temperatura Ms
Disminuye debido a su más completa solubilidad de los carburos. El efecto directo de
los elementos de aleación sobre el punto Ms es mucho más pronunciado que el efecto
del carbono sin embargo los elementos formadores del carburo tales como Mo y V
pueden retener carbono en la aleación en forma de carburos e impedir la completa
solubilización del carbono.
La temperatura Ms en grados Celsius para un acero completamente austenizado se
puede obtener a partir de la formula empírica:
Ms = 1000. (650 x %C)- (70 x %Mn) - (35 x%Ní) - (70 x %Cr)- 50 x %Mo)
Ms = 930°F. [54Ox%C + 60x%Mn + 40x%Cr + 30x%Ni + 20x%Mo] o en grados
Celsius
Ms = 538°C. [36 x %C + 39 x %Mn + 19 x %Ni + 39 x %Cr]
3.3. APLICACIÓN DEL BAINITIZADO
El Bainitizado reemplaza al temple convencional con revenido cuando se desea
obtener propiedades con revenido cuando se desea obtener propiedades mecánicas
mejoradas particularmente mayor ductibilidad y mayor resistencia al impacto o para
disminuir la tendencia del acero a formar fisuras o sufrir distorsión.
El rango de aplicación del Bainitizado comprende piezas fabricadas a partir de barras
de diámetro pequeño o láminas y hojas de pequeño espesor, particularmente de aceros
al carbono que requieren una dureza final de 50 RC.
Es más concerniente que las piezas bainitizadas posean propiedades mecánicas
apropiadas a que tengan l000% de estructura bainitica. Es evidente que algunos
valores de dureza correspondan a estructuras mezcladas, durezas mayores que las
normales indica la formación de algo de perlita.
La formación de perlita es lo más común y se produce por una velocidad de temple
más lenta que la necesaria para evitar completamente la nariz de la curva TTT.
3.4. MEDIOS DE TEMPLE PARA BAINITIZADO
La sal fundida es el medio de temple más común en el Bainitizado debido a que:
1. Transfiere rápidamente el calor.
2. Elimina los problemas de la fase vapor en la etapa inicial de temple.
3. Su velocidad es uniforme sobre un intervalo grande de temperatura.
4. Su viscosidad es baja a la temperatura de Bainitizado minimizándose si las
pérdidas por arrastre.
5. Permanece estable a la temperatura de operación.
6. Es completamente soluble en agua lo cual facilita las operaciones de limpieza
subsecuentes.
La tabla 4.2. Composición y características de las sales usadas en Bainitizado.
Las sales de rango a1to solo son convenientes para Bainitizado mientras que las sales
que presentan un rango amplio de temperaturas se pueden usar en Bainitizado, temple
interrumpido y sus modificaciones.
El baño de plomo se usa también para un temple interrumpido pero su empleo se ve
restringido por su alto costo inicial y su elevada densidad, que hace necesario el uso
de un sistema para mantener las piezas sumergidas durante el tratamiento.
El aceite se emplea muy pocas veces para Bainitizado debido a su inestabilidad
térmica y a los cambios de viscosidad que presenta las temperaturas de Bainitizado y
presenta peligros de incendio.
3.5. CONTROL DE LAS VARIABLES DEL PROCESO
Se debe controlar la temperatura de baño, tiempo de inmersión de la pieza por
procesar y la agitación del baño para alcanzar los resultados deseados.
El control de la temperatura del baño determina la dureza y otras propiedades que se
obtiene en la pieza. Temperaturas bajas del baño pueden provocar congelaciones y
este es un problema molesto y caro de solucionar. Temperaturas alta produce un
ataque rápido del recipiente del baño y si las sales se sobrecalientan pueden ocurrir
explosiones violentas.
El tiempo de permanencia en el baño de las piezas debe ser suficiente como para
permitir transformación completa, tiempos más largos que los requeridos, aumentaran
los costos de producción pero no son nocivos para las piezas.
La agitación del baño es una variable muy importante en el Bainitizado debido a que
tiene efectos en la velocidad del temple. Una agitación mecánica tal como una
agitación por aire puede producir velocidades convenientes.
3.6. BAINITIZADO MODIFICADO O PATENTING
Bainitizado que dan lugar a estructuras mezcladas de Bainita y perlita son
completamente comunes en la práctica industrial.
El "Patenting" es un proceso que se usa en la industria del alambre y es una forma
útil de Bainitizado modificado. Aquí el alambre o varilla austenizada, se templa en
forma continua en un baño mantenido entre 510°C y 540°C por tiempo que va entre
10 segundos para alambres delgados a 90 segundos para vari1las.
IV. MATERIALES y EQUIPOS.
Equipo de desbaste
02 muestras de acero AISI 1080
Sales para el Bainitizado
Algodón.
Alcohol
Resina epóxica
Peróxido de cobalto
Papeles Abrasivos (100 - 320 - 400 - 600 -1000- 2000)
Alúmina
Paños de pulido
Reactivo de ataque (Nital al 4%)
Microscopio Metalográfico
Cámara fotográfica
Horno Eléctrico
Guantes de asbesto
Durómetro
Esmeril
Durómetro Microscopio
V. -PROCEDIMIENTO
Encendemos los hornos colocamos una probeta de acero AISI 01 y otra probeta de
AISI 9260 para llevarlas a temperatura de austenización por 15 minutos a una
temperatura de 900 ºC en el horno tipo mufla luego estas son sometidas en un temple
en baño de sales a una temperatura de 350°C esta controlada por una termocupla por un
tiempo de 2 horas y media aquí obtenemos Bainita inferior.
Una vez completo su tiempo de transformación la pieza de acero AISI 01 y AISI 9260
son templadas en agua.
Finalizando el tratamiento se limpia las adherencias de sales sobre las probetas
quedando listas para los ensayos de dureza y análisis Metalográfico.
Para las otras probetas haremos un Bainitizado superior entonces aplicaremos los
mismos pasos solo tendremos en cuenta la temperatura a 450ºC en Baño de sales y un
tiempo de 2 horas y media , luego el enfriamiento temple en agua.
Acero AISI 9260
VI. RESULTADOS Y DISCUCION DE LOS RESULTADOS
Se determinó la influencia de la temperatura y el tiempo de transformación
isotérmica en el Bainitizado.
Observamos según la grafica que a un aumento de temperatura disminuye su
dureza.
La evaluación se hizo desde el punto de vista micro-estructural.
Se midió la Dureza en HRc
DUREZA : Para el Acero 1080
TRATAMIENTO
TERMICO
T (ºC) PROBETA Nº 1
PROBETA Nº 2
DUREZA PROMEDIO
( HRC )
BAINITA
SUPERIOR
350
BAINITA
INFERIOR
450
GRAFICA DE TEMPERATURA VS. DUREZA
VII.CUESTIONARIO
1. Con los diagramas TTT para los aceros , utilizados en la práctica y represente la curva
de enfriamiento para el proceso de Bainitizado , compare los resultados técnicos con
la práctica.(Dureza y Microestructural). (Ver diagrama TTT en página anterior).
2. ¿Cuáles son las principales ventajas de Bainitizado en comparación con el temple
convencional y revenido (Bonificado)?
Las principales ventajas de Bainitizado son:
Aumento de la ductilidad comparado con el revenido.
Aumento de la tenacidad (Resistencia al impacto).
Se mantiene los valores de dureza elevados a pesar del aumento en la
ductilidad.
TEMPERATURA VS DUREZA
450; 47.3
350; 57.3
0
10
20
30
40
50
60
70
0 200 400 600
T ºC
DUREZA (HRC)
Serie1
Al verificarse la transformación de la austenita isotérmicamente y no existir la
etapa martensítica, el peligro de grietas y deformaciones desaparece.
Las partes pueden ser producidas con cambios dimensionales menores que en
el temple y revenido convencional.
Las consideraciones de costos en el austenizado son similares a aquellas para
cualquier otro tratamiento térmico.
El austenizado es fácilmente automatizable.
3. Cuáles son las limitaciones del Bainitizado.
El efecto de la masa de la pieza que se trata térmicamente
Solo se puede lograr en piezas de secciones delgadas que pueden enfriarse con
suficiente rapidez para evitar la transformación a perlita
Espesores menores a ½ pulg.
Existe una limitación en el espesor de sección.
A veces no se consigue la velocidad de enfriamiento necesario para evitar la
transformación de la austenia en la zona de la nariz en el diagrama TTT.
Es menester resaltar que en la práctica se han obtenido muy buenos resultados en
aceros de 0.50% a 1,20% de carbono. En cambio, las experiencias realizadas con
carburos en la estructura. La dureza media obtenida en estos aceros es 60-65 HRC.
4. Es posible obtener 100% de Bainita por medio de enfriamiento continuo en el
acero en estudio.
No, porque observando este grafico de enfriamiento continuo para este acero SAE 1080
observamos el intervalo de Bainita cubre la nariz sobresaliente de perlita obteniendo perlita
mas Martencita y la Bainita, no se forma en alguna cantidad apreciable a enfriamiento
continuo ordinario. Este proceso es posible que se obtenga 100% Bainita por medio de un
diagrama de T-I. (Sydney H. Avner pág.275)
VIII. CONCLUSIONES
La presente practica esta orientada a buscar y obtener mejores propiedades mecánicas
para el acero AISI 01 y AISI 1080, teniendo como variables la temperatura y el tiempo.
La dureza aumenta debido a que los carburos precipitan en el interior de la ferrita
produciendo mayor endurecimiento.
La dureza disminuye a medida que aumenta la temperatura.
IX. RECOMENDACIONES
No es recomendable usar el tratamiento de Bainitizado en aceros altamente
aleados debido a que el tiempo de formación de la Bainita es demasiado largo.
Se recomienda realizar el tratamiento térmico en hornos al vacío para evitar
descarburización.
Se recomienda realizar estudios de Bainitizado haciendo variar la
composición del baño de sales.
X. BIBLIOGRAFIA
D.M.K. DE GRINBERG: “Tratamientos Térmicos Aceros y sus Prácticas de
Laboratorio.
FLIN Y TROJAN: "Materiales de Ingeniería y sus aplicaciones".
AVNER SYNEY: "Introducción a la Metalurgia Física".
ASDRUBAL VALENCIA: "Tecnología del Tratamiento Térmico de los Metales".