EFECTO DE LA TEMPERATURA DE TRANSFORMACIÓN ISOTÉRMICA EN EL TRATAMIENTO TERMICO DE AUSTEMPERING SOBRE DUREZA , RESISTENCIA A LA TRACCIÓN , TENSIÓN DE

FLUENCIA Y RESISTENCIA AL IMPACTO DEL ACERO ASTM A 572

AUTORES: AUTORES: Br. BARRERA JAVE, TerwisBr. BARRERA JAVE, Terwis

Br. GOMEZ HURTADO, Wilson CarlosBr. GOMEZ HURTADO, Wilson Carlos

ASESOR: ASESOR: Ing. VERA ALVARADO, JorgeIng. VERA ALVARADO, Jorge

TRUJILLO - PERUTRUJILLO - PERU

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOUNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALÚRGICA METALÚRGICA

Ventajas: Se disminuye la distorsión, nivel de

tensiones residuales y probabilidad de fisuración en aceros estructurales post soldados, mejorando las propiedades mecanicas

Es el tratamiento más corto y económico para producir piezas en el rango 35 a 55 HRC pues no requiere revenido posterior.

Limitaciones:

El tiempo y costo necesario adicional Post soldadura para que se realice el tratamiento térmico.

No se pueden alcanzar durezas superiores a 55 HRC aún en aceros de alto C.

Aplicaciones:

Piezas de sección pequeña y geometría complicada o muy esbelta, que deben sufrir el mínimo de distorsión (barras estabilizadoras, arandelas, piezas fabricadas a partir de flejes o chapas finas).

Piezas de sección pequeña que deben poseer una tenacidad muy alta par durezas de alrededor de 50 HRC.

ENUNCIADO DEL PROBLEMA ENUNCIADO DEL PROBLEMA

¿ En que medida el aumento de la ¿ En que medida el aumento de la temperatura de transformación temperatura de transformación isotérmica, en el rango de 350 a 500isotérmica, en el rango de 350 a 500ооC, C, influirán en la dureza , resistencia a la influirán en la dureza , resistencia a la tracción, tensión de fluencia y tracción, tensión de fluencia y resistencia al impacto de un acero ASTM resistencia al impacto de un acero ASTM

A 572 Gr 50 ?A 572 Gr 50 ?

ANTECEDENTES ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOSBIBLIOGRAFICOS

Aceros al carbono ESTRUCTURALESAceros de baja aleación y alta

resistencia mecánica (HSLA)Aceros templados y revenidosAceros de baja aleación tratables

térmicamente (HTLA)Aceros al Cr – Mo

ANTECEDENTES ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOSBIBLIOGRAFICOS

Boyer H. (15) y Grinberg D. (16) sugieren que la elección debe basarse en los diagramas TTT, menciona 3 consideraciones:

Localización de la nariz de las curvas TTT y el tiempo disponible para sobrepasarla.

El tiempo requerido para la transformación completa de austenita a bainita a la temperatura de bainitizado

Localización de la temperatura Ms

ANTECEDENTES ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOSBIBLIOGRAFICOS

El diagrama tiempo-temperatura-transformación (TTT) de un acero típico revela un amplio rango de temperaturas intermedias en las cuales la austenita no transforma ni a perlita, ni a martensita. En su lugar se forma una microestructura compuesta por placas (o agujas) de ferrita y partículas de cementita DENOMINADA BAINITA

se pueden distinguir dos morfologías diferentes de bainita, bainita superior y bainita inferior.

DIAGRAMA TTTDIAGRAMA TTT

Bainita SuperiorBainita Superiorse forma en dos etapas, la primera supone la formación de ferrita bainítica, ésta presenta una muy baja solubilidad de carbono en la ferrita (<0.02 % en peso) por lo que el crecimiento de ferrita enriquece en carbono la austenita residual. Por último, la cementita precipita desde las láminas de austenita entre las sub-unidades de ferrita.

Bainita InferiorBainita InferiorEn la bainita inferior las partículas de cementita también precipitan dentro de las placas de ferrita. Por tanto, se pueden distinguir dos clases de precipitados de cementita: los que crecen a partir de la austenita enriquecida en carbono y separan las placas de ferrita, y los que parecen precipitar a partir de ferrita sobresaturada.

COMPARACIÓN ENTRE BAINITA COMPARACIÓN ENTRE BAINITA SUPERIOR E INFERIORSUPERIOR E INFERIOR

Significa que menos partículas de cementita y más finas precipitan entre las placas de ferrita bainítica inferior, si las comparamos con las de la bainita superior. Como consecuencia de esto, la bainita inferior tiende a ser más tenaz que la bainita superior, a pesar de ser más resistente. Las partículas groseras de cementita de la bainita superior actúan como puntos de nucleación de grietas de clivaje y asociación de vacantes

EFECTO DE LOS ELEMENTOS EFECTO DE LOS ELEMENTOS ALEANTESALEANTES

Como se puede deducir de la siguiente ecuación, los elementos aleantes reducen la temperatura BS, pero es el carbono el que ejerce una mayor influencia:

BS (°C) = 830-270C -90Mn-37Ni-70Cr-83Mo

      CARACTERÍSTICAS E CARACTERÍSTICAS E IMPORTANCIA DEL PROBLEMAIMPORTANCIA DEL PROBLEMA

El problema de estudio es de tipo El problema de estudio es de tipo explicativo. Su importancia radica en explicativo. Su importancia radica en que permitirá conocer el efecto de la que permitirá conocer el efecto de la temperatura de transformación temperatura de transformación isotérmica sobre las propiedades isotérmica sobre las propiedades mecánicas del acero ASTM A 572 Gr mecánicas del acero ASTM A 572 Gr 50, en la actualidad este tipo de 50, en la actualidad este tipo de tratamiento térmico no es aplicado en tratamiento térmico no es aplicado en ningun acero estructural soldadoningun acero estructural soldado

FORMULACIÓN DE LA FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESISHIPÓTESIS

Micro estructuras obtenidas por transformación isotérmicas a 500 y 475oC , presentarán bajas durezas , bajas resistencias a la tracción y baja tensión de fluencia , pero a su vez una buena resistencia al impacto

La disminución de la temperatura de transformación isotérmica , en el rango de 450º a 350oC,mejorará la dureza , resistencia a la tracción y tensión de fluencia , pero disminuye la resistencia al impacto

OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL

Explicar la influencia de la temperatura de transformación isotérmica , en función de su microestructura obtenida , sobre las propiedades mecánicas de resistencia al impacto , dureza , resistencia a la tracción y tensión de fluencia .

ANÁLISIS QUÍMICO DEL ASTM A ANÁLISIS QUÍMICO DEL ASTM A 572 Gr 50572 Gr 50

CARBONOCARBONO 0.20-0.230.20-0.23SILICIOSILICIO 0.30-0.320.30-0.32

MANGANESOMANGANESO 1.20-1.351.20-1.35 Niobio 0.05Niobio 0.05FOSFOROFOSFORO 0.04 max.0.04 max.

AZUFREAZUFRE 0.05 max.0.05 max.

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO ASTM A 572 Gr 50 EN ACERO ASTM A 572 Gr 50 EN

SUMINISTROSUMINISTRO

Límite de fluenciaLímite de fluencia :: 490Mpa490MpaResistencia a la tracción :Resistencia a la tracción : 637Mpa637MpaDureza Dureza : : 275 HB275 HBResistencia al impacto :Resistencia al impacto : 32 J32 J

METALOGRAFIA DEL ACERO ASTM METALOGRAFIA DEL ACERO ASTM A 572 Gr 50 EN ESTADO A 572 Gr 50 EN ESTADO

SUMINISTROSUMINISTRO

Microestructura del material base del acero ASTM 572 G50. 400 X atacado con Nítal al 3% estructura 74.87 % ferrita y 25.13 %

perlita (determinado por análisis de imagen software Aequitas).

VARIABLES INDEPENDIENTESVARIABLES INDEPENDIENTES

Temperatura de Transformación isotérmica

VARIABLES NO CONTROLABLESVARIABLES NO CONTROLABLES

Temp. ambiental, humedad relativa, presión atmosférica.

VARIABLES VARIABLES DEPENDIENTESDEPENDIENTES

Resistencia a la tracciónDurezaTensión de fluenciaResistencia al impacto

SELECCIÓN DE DISEÑO SELECCIÓN DE DISEÑO EXPERIMENTALEXPERIMENTAL

Método experimental: Diseño unifactorialFactor: Temperatura isotérmicaNiveles:

350ºC 375ºC 400ºC 450ºC 475ºC 500ºC

PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEXPERIMENTAL

Superficies limpias y acondicionadasAustenización a 850 ºC por 25

minutosBainitizado en baño de sales tipo AS-

140 durante 15 minutos a 500, 475, 450, 425, 400, 375 y 350 ºC

Enfriamiento al aireAcondicionamiento superficial final

mediante Arenado

ENSAYOS MECÁNICOSENSAYOS MECÁNICOS

Ensayo de Tracción Según norma: ASTM A370 Resistencia a la tracción y tensión de

fluencia Ensayo de dureza

Según norma: ASTM E92 Dureza Vickers con una carga de 10 kg.

Ensayo de Impacto Según Norma ASTM E32

CLASIFICACIÓN DE LAS PROBETASCLASIFICACIÓN DE LAS PROBETAS

Temperat Bainitizado

Nro. de réplicas

Tracción Dureza Fluencia Impacto

ST 4 4 4 4

500ºC 4 4 4 4

475ºC 4 4 4 4

450ºC 4 4 4 4

425ºC 4 4 4 4

400ºC 4 4 4 4

375ºC 4 4 4 4

350ºC 4 4 4 4

ENSAYO DE TRACCIÓNENSAYO DE TRACCIÓN

ENSAYO DE DUREZAENSAYO DE DUREZA

ENSAYO DE IMPACTOENSAYO DE IMPACTO

DIAGRAMA BLOQUES: PROCEDIMIENTO DIAGRAMA BLOQUES: PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEXPERIMENTAL

EN SAY O D E D U R EZA SU P ER F I CI AL

P U L I D O D E P R O BET AS

EN SAY O D E I M P ACT O

EN SAY O D E T R ACCI Ó N

T R AT AM I EN T O D E BA I N I T I ZAD O

M ECAN I ZAD O Y CO R T E

F ABR I CACI O N D E P R O BET AS

OBSERVACION DE FRACTURA

OBSERVACION DE MICROESTRUCTURA

R

E

S

U

L

T

A

D

O

OBSERVACION DE FRACTURA

RESULTADOSRESULTADOSYY

DISCUSIONESDISCUSIONES

PROPIEDADES MECÁNICASPROPIEDADES MECÁNICASTemperatura

(0C)Dureza(HB)

Resistencia a laTracción (Mpa)

Tensión de fluencia (Mpa)

Resistencia alImpacto (J)

350 336 689 530 14

375 324 685 524 20

400 311 678 515 22

425 288 664 508 25

450 276 658 499 31

475 264 645 488 38

500 230 630 480 45

RESISTENCIA A LA TRACCIÓNRESISTENCIA A LA TRACCIÓN

340 360 380 400 420 440 460 480 500

630

640

650

660

670

680

690

700

Y =1986-8.73095 X+0.02004 X2-1.6E-5 X3

RE

SIS

TE

NC

IA A

TR

AC

CIO

N (

Mp

a)

TEMPERATURA (C)

RESISTENCIA A LA FLUENCIARESISTENCIA A LA FLUENCIA

340 360 380 400 420 440 460 480 500 520

480

490

500

510

520

530

Y =303.02381+1.95968 X-0.00499 X2+3.55556E-6 X3

FL

UE

NC

IA (

Mp

a)

TEMPERATURA (OC)

RESISTENCIA AL IMPACTORESISTENCIA AL IMPACTO

340 360 380 400 420 440 460 480 500 52010

15

20

25

30

35

40

45

Y =-466.45238+3.43651 X-0.00838 X2+7.11111E-6 X3

RE

SIS

TE

NC

IA A

IMP

AC

TO

(J)

TEMPERATURA (OC)

DUREZADUREZA

340 360 380 400 420 440 460 480 500 520220

240

260

280

300

320

340

Y =1760.2619-9.84302 X+0.02335 X2-1.95556E-5 X3

DU

RE

ZA

(H

B)

TEMPERATURA (OC)

PROPIEDADES MECANICASPROPIEDADES MECANICAS

340 360 380 400 420 440 460 480 500 520200

300

500

600

700

RE

SIS

TE

NC

IA (

Mp

a)

TEMPERATURA (0C)

DU

RE

ZA

(H

B)

15

20

25

30

35

40

45

RE

SIS

TE

NC

IA A

L IM

PA

CT

O (J)

MICROESTRUCTURAMICROESTRUCTURA

475

500 450

425

400

375350

PRUEBA DE CAJA O BIGOTEPRUEBA DE CAJA O BIGOTE

BDUREZA

CTRACCION

DFLUENCIA

EIMPACTO

05

101520253035

200

400

600

800

R

ES

IST

EN

CIA

PROPIEDAD

DUREZA TRACCION FLUENCIA IMPACTO

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

1. La temperatura de transformación isotérmica, en la región de estudio, para un acero ASTM A 572 Gr 50, tiene un efecto relevante sobre la dureza a la identación, resistencia a la tracción, tensión de fluencia y resistencia al impacto.

Al disminuir la temperatura de transformación isotérmica, se observa un incremento en la dureza como resultado, principalmente, de la alta diseminación de carburos en la bainita

El deterioro de la resistencia al impacto a bajas temperaturas de transformación se debe a la presencia de martensita, la cual se forma por una transformación incompleta de la bainita en estos aceros

La disminución de la temperatura de transformación isotérmica, incrementa la resistencia a la tracción y tensión de fluencia, cuyo comportamiento presenta una relación inversa tipo lineal con la temperatura.