PREDICCION DE LA TEMPLABILIDAD DE UN ACERO SAE: 1045 Y LA RELACION ENTRE LAS MICROESTRUCTURAS FORMADAS POR TEMPLE Y AUTO-REVENIDO CON LAS PROPIEDADES MECANICAS

PREDICCION DE LA TEMPLABILIDAD DE UN ACERO SAE: 1045 Y LA RELACION ENTRE LAS MICROESTRUCTURAS FORMADAS POR TEMPLE Y AUTO-REVENIDO

OBJETIVO GENERALDeterminar la templabilidad del acero SAE: 1045 y el efecto de las microestructuras formadas por temple y auto revenido sobre las propiedades mecnicas finales

JUSTIFICACINEl presente trabajo se le considera importante debido a que:Este estudio resulta ser novedoso desde que se propone modificar las propiedades iniciales del acero SAE: 1045, buscando su potencial aplicacin para fabricar elementos molturantes para molienda.

INDICECAPITULO IITRANSFORMACION EN ESTADO SLIDO ADIFUSIONALESCARACTERSTICASDEFINICIONES DE TEMPLABILIDAD DE LOS ACEROSDISTRIBUCION DE LA DUREZACAPITULO IIIPREDICCIN DE LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO SAE:1045CLCULO DEL DIMETRO CRTICO IDEALESTIMACIN DE LA CURVA JOMINYMETODOLOGA EXPERIMENTALCAPITULO IVRESULTADOS OBTENIDOSCONCLUSIONES

CAPITULO IIMARCO TEORICO

TRANSFORMACION EN ESTADO SOLIDO ADIFUSIONALES

CARACTERSTICAS DE LAS TRANSFORMACIONES SIN DIFUSIN

Fuerza motriz de la transformacion Primera placa de MartensitaLA SOLUCIN SLIDA DE CARBONO EN HIERRO

EL ATOMO DE C ES 0.154 nm

CRECIMIENTO DE LA MARTENSITA

Variacin del volumen de listones a partir del contenido de C

Muestra las velocidades de enfriamiento en funcin de la posicin en una barra templada de 1 pulg. de dimetro

Curva obtenida midiendo la temperatura en funcin del tiempo en el centro de una barra de acero durante el temple en agua.DISTRIBUCION DE LA DUREZA

Temple en agua

Temple en AceiteSEVERIDAD DEL TEMPLE

CUANTIFICACION DE LA TEMPLABILIDADCmo evaluar la templabilidad en funcin de la composicin del acero?

CAPITULO IIIMETODOLOGIA DE PRUEBAS EXPERIMENTALESACERO SAE: 1045COMPOSICION QUIMICA

PROPIEDADES MECANICAS

CalidadC[%]Si[%]Mn[%]P[%]S[%]Cr[%]Ni[%]Cu[%]10450.440.220.690.0100.0050.030.010.01CalidadResistencia (Kg/mm2) Fluencia(Kg/mm2) Elongacin (%)1045(680 MPa) 65.26(431 MPa) 34.6725DUREZA DE SUMINISTRO: 207HB max. 17 HRC

TAMAO DE GRANO: 7ASTM E-23 MICROCONSTITUYENTES

Microestructura de Perlita y Ferrita. Aumento 500x. NitalFERRITAPERLITADIAGRAMA TTT Y CCT DEL ACERO SAE: 1045

INSTITUTO DE SOLDADURA EDISON (EWI) PREDICCIN DE LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO SAE:1045CLCULO DEL DIMETRO CRTICO IDEAL: El mtodo descrito y publicado por SECO/Warwick Corporation

Dureza IH en funcin del contenido de carbono del aceroFactores multiplicadores para el Carbono por el Tamao de Grano

0.4459.8

0.238PREDICCIN DE LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO SAE:1045Factores multiplicadores para elementos de aleacionesElementoCMnSiCrNiMo%0.440.690.220.030.010.00Factor0.2383.4001.2000.000.000.00DI = 0.971

PREDICCIN DE LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO SAE:1045ESTIMACIN DE LA CURVA JOMINY: Mediante la relacin entre el DI y los factores de divisin para diferentes distancias.

Jx Distancia (mm)Factor de Divisin3.0FD = 1.65890 0.03528 X + 0.00068 X2 0.000005 X34.5FD = 2.76123 0.07974 X + 0.00125 X2 0.000007 X36.0FD = 3.67224 0.09306 X + 0.00112 X2 0.000004 X37.5FD = 3.99220 0.08654 X + 0.00089 X2 0.000003 X39.0FD = 4.16084 0.07800 X + 0.00068 X2 0.000002 X310.5FD = 4.30625 0.07467 X + 0.00059 X2 0.000002 X312.0FD = 4.40247 0.07494 X + 0.00059 X2 0.000002 X313.5FD = 4.52840 0.07460 X + 0.00057 X2 0.000002 X315.0FD = 4.70933 0.07692 X + 0.00058 X2 0.000002 X318.0FD = 4.94914 0.07514 X + 0.00052 X2 0.000001 X321.0FD = 4.93379 0.06875 X + 0.00043 X2 0.000001 X3ASTM A 255-02PREDICCIN DE LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO SAE:1045Expresin matemtica propuesta por JustJo = 60 %C + 20Jx Distancia (mm)Factor de DivisinHRc Calculado1.6----59.83.01.1351.94.51.4540.36.02.0029.37.52.3524.89.02.6222.310.52.7920.912.02.8820.313.53.0119.515.03.1418.718.03.4017.221.03.4816.8PREDICCIN DE LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO SAE:1045

Curva Jominy para el acero SAE: 1045

PROCESO EXPERIMENTAL

ASTM E-23DIAGRAMA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO TRMICO35 Tiempo (seg) 850C900C Agua Auto RevenidoTemperatura 875C7 Ac3DETERMINACIN DE LA TEMPERATURA Y TIEMPO DE SOSTENIMIENTOTEMPERATURA DE AUSTENIZACIN - HougardyAc3 = 902 255%C - 11%Mn + 19%Si - 5%Cr + 13%Mo 20%Ni + 55%VReemplazando los valores de la composicin qumica, la Temperatura de Austenizacin para el acero SAE: 1045 es:Temperatura de Austenizacin = Ac3 + 50CTemperatura de Austenizacin = 799. 4C + 50C = 849.4C ~ 850 C

DETERMINACIN DE LA TEMPERATURA Y TIEMPO DE SOSTENIMIENTOTIEMPO DE AUSTENIZACINT = 20 + D/2 D = mmTiempo de Austenizacin = 30 min

TEMPERATURAS REQUERIDAS PARA LA TRANSFORMACIN BAINTICA Relacin propuesta por Bodnar: Bs = 844 597%C 63%Mn 16%Ni 78%Cr Bs = 535.4CTransformacin Baintica al 50% = 535 50 = 485CTransformacin Baintica al 100% = 535 120 = 415C

DETERMINACIN DE LA TEMPERATURA Y TIEMPO DE SOSTENIMIENTOTEMPERATURAS REQUERIDAS PARA LA TRANSFORMACIN MARTENSTICA Relacin propuesta por Grange & Stewart y Krauss:

Ms = 538 350%C 37.7%Mn 37.7%Cr 18.9%Ni 27%Mo Mf = 561 474%C 33%Mn 17%Cr 17%Ni 21%Mo

Ms = 357C Mf = 330C

PERFIL DE CALENTAMIENTO DEL HORNO DE RESISTENCIAS ELCTRICAS

Rango de Calentamiento (C)Velocidad de Calentamiento (C/min)0 a 100C33.95200 a 400C22.00400 a 500C15.01500 a 700C11.25700 a 850C10.03METODOLOGA EXPERIMENTAL

Horno de resistencias Muestras en el contenedor elctricas TRATAMIENTO TRMICO

CAPITULO IVRESULTADOS OBTENIDOSDUREZADUREZA OBTENIDA MuestraTemperatura de Austenizacin (C)Tiempo de Austenizacin (min)Tiempo de Temple (seg)DurezaHRc185030356.9290030355.6385040358.7490040354.2585030758.7690030757.8785040749.9890040759.5987535553.21087535554.81187535557.812Muestra sin tratamiento10.5EFECTO DE LA TEMPERATURA DE AUSTENIZACIN

850 a 900CDureza en funcin de la temperatura de austenizacin. Tiempo de autenizacin 30 min. Temple a 3 y 7 seg.Baja 0.9 HRcBaja 1.3 HRcEFECTO DE LA TEMPERATURA DE AUSTENIZACIN

A 850 y 900CDureza en funcin de la temperatura de austenizacin. Tiempo de autenizacin 40 min. Temple a 7 seg.Aumenta 9.6 HRcEFECTO DEL TIEMPO DE AUSTENIZACIN

Tiempo de 30 a 40 min.Dureza en funcin del tiempo de austenizacin. Temperatura de austenizacin 850 y 900C. Temple a 3 seg.Sube 1.8 HRcBaja 1.4 HRcEFECTO DEL TIEMPO DE TEMPLE

Tiempo de 3 a 7 seg.Dureza en funcin del tiempo de temple. Temperatura de austenizacin 850 y 900C. Tiempo de austenizacin 30 min.Sube 1.8 HRcSube 2.2 HRc

Dureza despus del Temple y Auto RevenidoCOMPARACIN DE LA DUREZAS OBTENIDA DESPUS DEL TEMPLE Y AUTO REVENIDO CON LA ECUACIN DE JUST.H 100%mart = 60 %C + 20H 100%mart = 59.7 HRc

Comparacin de las durezas obtenidas en el tratamiento trmico con la estimada cuando se forma 100% de martensita.DUREZA EN SECCIN TRANSVERSAL

Prueba 1: Temperatura de austenizacin= 850C. Tiempo de austenizacin= 30 min. Tiempo de Temple= 3 seg

Prueba 8: Temperatura de austenizacin= 900C. Tiempo de austenizacin= 40 min. Tiempo de Temple= 7 segTENACIDADMuestraTemperatura Austenizacin (C)Tiempo Austenizacin (min)Tiempo Temple (seg)Tenacidad (Jouls)185030311.7629003037.84385040310.7849004036.8658503075.8869003075.8878504075.8889004076.8698753555.88108753555.88118753555.8812Muestra sin tratamiento 44.10EFECTO DEL TEMPERATURA DE AUSTENIZACIN

Temperatura de 850 a 900 CVariacin de la Tenacidad con la temperatura de austenizacin. Austenizado por 30 min. Templado a 3 y 7 seg.Baja 3.9 JoulsEFECTO DEL TIEMPO DE AUSTENIZACIN

Tiempo de 30 a 40 minVariacin de la Tenacidad con el tiempo de austenizacin. Temperatura de austenizacin 850 y 900C. Temple a 3 seg.Disminuye 1 JoulsBaja 0.9 JoulsEFECTO DEL TIEMPO DE TEMPLE

Tiempo de 3 a 7 seg.Tenacidad en funcin del tiempo de temple. Temperatura de austenizacin 850C Tiempo de austenizacin 30 min.Tiempo de 3 a 7 seg.Tenacidad en funcin del tiempo de temple. Temperatura de austenizacin 900C. Tiempo de austenizacin 30 minDesciende 5.9 JoulsBaja 1.9 JoulsEFECTO DEL TIEMPO DE TEMPLE

Tenacidad en funcin del tiempo de temple. Temperatura de austenizacin 850C. Tiempo de austenizacin 40 min.Descenso de 4.9 JoulsEFECTO DEL TIEMPO DE TEMPLE

Comparacin de la Tenacidad y la Dureza a diferentes condiciones de ensayo.DISEO EXPERIMENTALVariableNivel (-)Nivel (+)Z1: Temperatura de Austenizacin (C)850900Z2: Tiempo de Austenizacin (min)3040Z3: Tiempo de Temple (seg)37Variables y niveles del diseo factorialMuestraZ1Z2Z3X1X2X31850303-1-1-12900303+1-1-13850403-1+1-14900403+1+1-15850307-1-1+16900307+1-1+17850407-1+1+18900407+1+1+198753550001087535500011875355000Matriz del diseo factorialANLISIS DE LA VARIACIN DE LA DUREZA NroFactoresDureza (HRc)X1X2X3X1X2X1X3X2X3X1X2X31-1-1-1+1+1+1-156.92+1-1-1+1-1-1+155.63-1+1-1-1+1-1+158.74+1+1-1-1-1+1-154.25-1-1+1-1-1+1+158.76+1-1+1-1+1-1-157.87-1+1+1+1-1-1-149.98+1+1+1+1+1+1+159.59000000053.210000000054.811000000057.8Matriz del diseo con factores codificados para la DurezaFactorSSdfMSFop(1) TEMPAUST1.0512511.051250.2290100.664972(2) TIEMPAUST5.6112515.611251.2223840.349594(3) TIEMPTEM0.0312510.031250.0068080.9394391 by 26.6612516.661251.4511210.3147141 by 326.28125126.281255.7252430.0965022 by 37.0312517.031251.5317240.3038881*2*323.46125123.461255.1109190.108852Error13.7712534.59042Total SS83.9000010Para un nivel de significacin de = 0.10; glT = 1; gle = 3 se tiene F (0.10; 1; 3) = 5.54. La condicin de Fo > F (; glt; gle) se cumple para la interaccin X1X3. Por consiguiente, el modelo matemtico ser: = 56.1 + 0.362*X1 - 0.837*X2 + 0.912*X1*X2 + 1.8125*X1*X3 0.937*X2*X3 + 1.712*X1*X2*X3 + X3

Diagrama de superficie para la Dureza

Diagrama de Pareto para la DurezaValores observados VS Valores estimados para la durezaR2 = 0. 83586 R = 0.9142ANLISIS DE RESIDUOS PARA LA DUREZANro. PruebaX1X2X3YrR=(Yr )1-1-1-156.956.60.32+1-1-155.655.30.33-1+1-158.755.92.84+1+1-154.253.90.35-1-1+158.758.40.36+1-1+157.857.50.37-1+1+149.949.60.38+1+1+159.559.20.3900053.256.1-2.91000054.856.1-1.31100057.856.11.7Diferencia entre valores experimentales y predichos para la DurezaANLISIS DE RESIDUOS PARA LA DUREZASSMR = 21.46 / 8 = 2.6825Se determina estadsticamente si el modelo matemtico hallado representa adecuadamente a los datos experimentales realizando el clculo de: Fo = 2.6825 / 4.59042= 0.584

ANLISIS DE RESIDUOS PARA LA DUREZAEstimacin de Durezas en funcin del Tiempo de temple mediante el modelo matemtico experimentalANLISIS DE LA VARIACIN DE LA TENACIDAD NroFactoresTenacidad (Jouls)X1X2X3X1X2X1X3X2X3X1X2X31-1-1-1+1+1+1-111.762+1-1-1+1-1-1+17.843-1+1-1-1+1-1+110.784+1+1-1-1-1+1-16.865-1-1+1-1-1+1+15.886+1-1+1-1+1-1-15.887-1+1+1+1-1-1-15.888+1+1+1+1+1+1+16.86900000005.881000000005.881100000005.88Matriz del diseo con factores codificados para la Tenacidad.ANLISIS DE LA VARIANZA FactorSSdfMSFop(1) TEMPAUST5.8824515.882452.3955560.219428(2) TIEMPAUST0.1200510.120050.0488890.839202(3) TIEMPTEM20.28845120.288458.2622220.0638201 by 20.1200510.120050.0488890.8392021 by 39.7240519.724053.9600000.1406872 by 31.0804511.080450.4400000.5545401*2*30.1200510.120050.0488890.839202Error7.3667032.45557Total SS44.7022510Para un nivel de significacin de = 0.10; glT = 1; gle = 3 se tiene F (0.10; 1; 3) = 5.54. La condicin de Fo > F (; glt; gle) se cumple para la interaccin X3. Por consiguiente, el modelo matemtico ser: = 7.2163 - 0.8575*X1 - 0.1225*X2 + 0.1225*X1*X2 + 1.1025*X1*X3 + 0.3675*X2*X3 + 0.1225*X1*X2*X3 + X3

Diagrama de superficie para la Tenacidad

Diagrama de Pareto para la TenacidadValores observados VS Valores estimados para la tenacidad

R2 = 0. 835521 R = 0.9141Diferencia entre valores experimentales y predichos para la TenacidadANLISIS DE RESIDUOS PARA LA TENACIDADNro. PruebaX1X2X3YrR=(Yr )1-1-1-111.7611.260.52+1-1-17.847.340.53-1+1-110.7810.280.54+1+1-16.866.360.55-1-1+15.885.380.56+1-1+15.885.380.57-1+1+15.885.380.58+1+1+16.866.360.590005.887.22-1.34100005.887.22-1.34110005.887.22-1.34SSMR = 7.39 / 8 = 0.9233Se determina estadsticamente si el modelo matemtico hallado representa adecuadamente a los datos experimentales realizando el clculo de: Fo = 0.9233 / 2.45557 = 0.3760ANLISIS DE RESIDUOS PARA LA TENACIDADEstimacin de Tenacidad en funcin del Tiempo de temple mediante el modelo matemtico experimentalANLISIS DE RESIDUOS PARA LA TENACIDAD

ANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 1 (Superficie). Martensita acicular y martensita revenida. Prueba a 850C/30 min/3 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital + Picral

Muestra 1 (Centro). Martensita revenida Prueba a 850C/30 min/3 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+PicralANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 2 (Superficie). Martensita acicular y martensita revenida Prueba a 900C/30 min/3 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+PicralMuestra 2 (Centro). Martensita revenida y Bainita.Prueba a 900C/30 min/3 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral

ANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 3 (Superficie). Martensita revenida. Prueba a 850C/40 min/3 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+PicraMuestra 3 (Centro). Martensita revenida y Bainita.Prueba a 850C/40 min/3 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral

ANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 4 (Superficie). Martensita revenida. Prueba a 900C/40 min/3 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+PicralMuestra 4 (Centro). Martensita revenida y Bainita. Prueba a 900C/40 min/3 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral

ANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 5 (Superficie). Martensita revenida. Prueba a 850C/30 min/7 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral Muestra 5 (Centro). Martensita revenida y Bainita.Prueba a 850C/30 min/7 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral

ANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 6 (Superficie). Martensita revenida. Prueba a 900C/30 min/7 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+PicralMuestra 6 (Centro). Martensita revenida y formaciones de Bainita.Prueba a 900C/30 min/7 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral

ANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 7 (Superficie). Martensita revenida. Prueba a 850C/40 min/7 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital + PicraMuestra 7 (Centro). Martensita revenida y Bainita. Prueba a 850C/40 min/7 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral

ANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 8 (Superficie). Martensita revenida. Prueba a 900C/40 min/7 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+PicraMuestra 8 (Centro). Martensita revenida y Bainita.Prueba a 900C/40 min/7 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral

ANALISIS DE MICROESTRUCTURAS

Muestra 9 (Superficie). Martensita revenida. Prueba a 875C/35 min/5 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+PicralMuestra 9 (Centro). Martensita revenida y Bainita.Prueba a 875C/35 min/5 seg. Aumento 500x. Reactivo Nital+Picral

CONCLUSIONESExisten dos zonas con diferente dureza. El crecimiento de la zona endurecida esta en funcin de la temperatura de austenizacin y del tiempo de temple. Zona superficial de alta dureza (59.4 HRc dureza mx.) y una zona central de mediana dureza (52.3 HRc dureza mx.). Se comprob que la alta dureza alcanzada en la zona superficial, es debido a la formacin de martensita acicular y martensita revenida; mientras que la dureza mediana en zona central obedece a la formacin de martensita revenida ms bainita. A las temperaturas de 850, 875 y 900C, se tiene 100% de fase austenita.El enfriamiento rpido de la zona de superficie, causa que la austenita se transforma en martensita acicular de alta dureza.La determinacin del dimetro Crtico ideal y la Curva Jominy antes de realizar el tratamiento trmico ayuda a realizar una correcta seleccin del acero a ser endurecido. GRACIAS