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TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 1. P1.- Utilizando el diagrama de transformación isotérmica del acero de composición eutectoide (Figura 1), especificar la naturaleza de la microestructura resultante (en términos de los microconstituyentes presentes y porcentajes aproximados) de una pequeña probeta que se ha sometido a los tratamientos tiempo-temperatura siguientes. Suponer en cada caso, que la probeta se ha calentado a 760°C durante el tiempo suficiente para alcanzar una estructura austenítica homogénea. (a).- Enfriamiento rápido hasta 350 °C, donde se mantiene durante l04 s y temple a temperatura ambiente. (b).- Enfriamiento rápido a 250 °C, donde se mantiene durante 100 s y templa a temperatura ambiente. (c).- Enfriamiento rápido a 650 °C donde se mantiene durante 20 s, enfriamiento rápido a 400 ºC donde se mantiene durante 103 s y se templa a temperatura ambiente. Figura 1.- Diagrama de transformación isotérmica de un acero eutectoide con las transformaciones austenitaperlita (A-P) y austenita-bainita (A-B) TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 2. P2.- Utilizando el diagrama de transformación isotérmica de un acero eutectoide especificar la naturaleza de la microestructura final en términos de microconstituyentes presentes y porcentajes aproximados de una pequeña probeta sometida a los siguientes tratamientos. En todos los casos suponer que la probeta se ha calentado a 760 °C durante el tiempo suficiente para conseguir una completa y homogénea estructura austenítica. (a).- Enfriar rápidamente a 350 °C, donde se mantiene 103 s y luego templar a temperatura ambiente. (b).- Enfriar recipiente a 625 °C, mantener a esta temperatura durante 10 s y luego templar en temperatura ambiente. (c). Enfriar rápidamente a 600 °C, mantener a esta temperatura durante 4 s, enfriar rápidamente a 450°C, mantener 10 s y templar a temperatura ambiente. (d).- Volver a calentar a 700 °C durante 20 h la muestra del apartado (c). (e).- Enfriar rápidamente a 300 °C, mantener durante 20 s y luego templar a temperatura ambiente en agua. Volver a calentar a 425 °C durante 20 s y enfriar lentamente hasta temperatura ambiente. (f).- Enfriar rápidamente a 665 °C, mantener durante 103 s y templar a temperatura ambiente. (g).- Enfriar rápidamente a 575 °C, mantener durante 20 s, enfriar rápidamente a 350 °C, mantener durante 100 s y templar a temperatura ambiente. (h) Enfriar rápidamente a 350 °C, mantener durante 150 s, templar en agua hasta temperatura ambiente. : P3.- Copiar el diagrama de transformación isotérmica del acero eutectoide y luego esquematizar y nombrar las etapas de este diagrama temperatura-tiempo que producen las siguientes microestructuras. (a).- 100 % perlita gruesa (b).- 50 % martensita y 50 % austenita (c).- 50 % perlita gruesa, 25 % bainita y 25 % martensita P4.- (A) Utilizando el diagrama de transformación isotérmica del acero con 1.13 %C (Figura 2), determinar la microestructura final (en términos de los microconstituyentes presentes) de una pequeña probeta sometida a los siguientes tratamientos. En cada caso suponer que la probeta se ha calentado a 920 ºC durante el tiempo suficiente para conseguir la estructura austenítica completa y homogénea. (a).- Enfriar rápidamente a 250 °C, mantener durante 103 s y templar a temperatura ambiente. (b).- Enfriar rápidamente a 775 °C, mantener durante 500 s y templar a temperatura ambiente. (c).- Enfriar rápidamente a 400 °C, mantener durante 500 s y templar a temperatura ambiente. (d).- Enfriar rápidamente a 700 °C, mantener a esta temperatura durante 105 s, y templar a temperatura ambiente. (e).- Enfriar rápidamente a 650 °C, mantener a esta temperatura durante 3 s, enfriar rápidamente a 400 ºC, mantener a esta temperatura durante 25 s y templar a temperatura ambiente. (f).- Enfriar rápidamente a 350 °C, mantener durante 300 s y templar a temperatura ambiente. (g).- Enfriar rápidamente a 675 °C, mantener durante 7 s y templar a temperatura ambiente. (h).- Enfriar rápidamente a 600 °C, mantener a esta temperatura durante 7 s, enfriar rápidamente a 450 °C, mantener durante 4 s y templar a temperatura ambiente. (B).- Determinar el porcentaje aproximado de los microconstituyentes de los apartados a, c, d, f y h. P5.- Copiar el diagrama de la transformación isotérmica de un acero con 1.13 %C (Figura 2) y esquematizar y denominar las etapas del diagrama temperatura-tiempo para producir las siguientes microestructuras: (a).- 6.1 % cementita proeutectoide y 93.9 % perlita gruesa. (b).- 50 % perlita fina y 50 % bainita. (c).- 100 % martensita. (d).- 100 % martensita revenida. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 3. Figura 2.- Diagrama de transformación isotérmica de un acero al carbono de 1.13 %C: A, austenita; B, bainita; C, cementita proeutectoide; M, martensita; P, perlita. P6.- Nombrar los productos microestructurales del acero eutectoide (0.77 %C) (Figura 1) que se ha transformado en primer lugar en austenita y, en segundo lugar, se ha enfriado hasta temperatura ambiente a las siguientes velocidades: (a) l °C/s, (b) 20 °C/s, (C) 50 °C/s y (d) 175 °C/s. P7.- La figura 3 muestra el diagrama de transformación por enfriamiento continuo de un acero con 0.35 %C. Esquematizar y denominar las curvas de enfriamiento continuo que originan las siguientes microestructuras: (a).- Perlita fina y ferrita proeutectoide. (b).- Martensita. (c).- Martensita y ferrita proeutectoide. (d).- Perlita gruesa y ferrita proeutectoide. (e).- Martensita, ferrita proeutectoide y perlita fina. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 4. Figura 3.- Diagrama de transformación por enfriamiento continuo de un acero al carbono de 0.35 % C. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 5. P8.- La figura siguiente representa las curvas en S correspondientes a un acero aleado F-1204 austenizado a 850 °C. En un enfriamiento continuo, la disminución de temperatura con el tiempo puede aproximarse mediante una ley de tipo: k 0 t θ0= Temperatura del medio al que se cede calor, en este caso, la temperatura del líquido de temple: 20 °C . Se pide determinar: (a).- La constante k del enfriamiento correspondiente a la velocidad crítica de temple, para dicho acero. (b).- Si se pretendiese obtener estructuras bainíticas, determine las temperaturas del baño a utilizar y el tiempo necesario para obtener 100 % bainita. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 6. P9.- A partir de la curva de las S del acero aleado F-1260, determinar hasta que distancia del extremo templado en la probeta Jominy se obtendrán estructuras 100 % martensíticas. Notas: El acero ha sido austenizado a 850 °C. El agua empleada en el ensayo Jominy tiene una temperatura de 20°C. El enfriamiento sigue una ley de tipo: k 0 t El diagrama Jominy muestra siempre una correlación entre distancias al extremo templado y velocidades de enfriamiento en la probeta. La equivalencia aparece directamente en el eje de abscisas. El inferior muestra las distancias al extremo templado. El superior muestra las velocidades de enfriamiento (dq/dt), medidas a 704 °C. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 7. P10.- Utilizando el diagrama TTT correspondiente a un acero eutectoide, de la figura, describe el tratamiento isotérmico completo y la microestructura después de cada paso requerido para obtener una dureza de 32 HRc. P11.- Una excelente combinación de dureza, resistencia y tenacidad en los aceros la proporciona la estructura bainítica. Uno de los tratamientos es austenizar a 750 °C un acero eutectoide, como el representado en la figura anterior, enfriándolo rápidamente hasta una temperatura de 250 °C durante 15 minutos, y finalmente enfriar hasta temperatura ambiente. ¿Es posible con este tratamiento descrito obtener la estructura bainítica requerida? TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 8. P12.- Utilizando el diagrama de transformación isotérmica del acero de composición eutectoide, especificar la naturaleza de la microestructura que se obtendrá (en térmicos de microconstituyentes presentes y % aproximados) de una pequeña probeta que se ha sometido a los siguientes tratamientos. Suponer siempre, que la probeta se ha calentado a 800 °C durante el tiempo suficiente para alcanzar una estructura austenítica. (a).- Enfriamiento rápido hasta 350 °C, donde se mantiene durante 104 s, templando a continuación a temperatura ambiente. (b).- Enfriamiento rápido hasta 250 °C, donde se mantiene durante 100 s, templando a continuación a temperatura ambiente. (c).- Enfriamiento rápido hasta 650 °C, donde se mantiene durante 20 s, enfriamiento rápido a 400 °C manteniendo de nuevo 1000 s y templando a continuación a temperatura ambiente. P13.- En un diagrama de transformación isotérmica del acero eutectoide, esquematizar y nombrar las etapas de temperatura tiempo que producen las siguiente microestructuras: (a).- 100 % perlita gruesa. (b).- 50 % martensita y 50 % bainita (c).- 50 % perlita gruesa, 25 % bainita y 25-% martensita. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 9. P14.- Un acero al carbono, con un 0.5 % de C, es calentado es calentado a 800 °C durante 1 hora, enfriado rápidamente a 700 °C manteniéndolo a esta temperatura durante 50 s, enfriado de nuevo a 400 °C durante 20 s, y finalmente enfriado a temperatura ambiente. ¿Cual es la microestructura final del acero tras el tratamiento? P15.- Utilizando el diagrama TTT correspondiente a un acero al carbono con un 0.5 % C, representado en la figura, Describir el tratamiento térmico y la cantidad de cada constituyente después de cada fases del tratamiento para obtener una dureza en el acero de 23 HRc. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 10. P16.- Utilizando el diagrama TTT de la figura, correspondiente a un acero hipereutectoide con un 1.13% C, determinar la microestructura final, describiendo los microconstituyentes presentes, de una pequeña probeta sometida a los siguientes tratamientos térmicos. En todos los casos suponer que la probeta se ha calentado a 920°C durante el tiempo suficiente para conseguir la estructura austenítica completa y homogénea de partida. (a).- Enfriar rápidamente a 250 °C, mantener durante 16 minutos y templar a temperatura ambiente. (b).- Enfriar rápidamente a 650 °C, mantener a esta temperatura durante 3 s, enfriar rápidamente a 400 °C, mantener a esta temperatura durante 25 s y templar a temperatura ambiente. (c).- Enfriar rápidamente a 350 °C, mantener durante 5 minutos y templar a temperatura ambiente. (d).- Enfriar rápidamente a 675 °C, mantener durante 7 segundos y templar a temperatura ambiente. (e).- Enfriar rápidamente a 775 °C, mantener durante 8 minutos y templar a temperatura ambiente. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 11. P17.- Un acero al carbono F1120, con un 0.18-0.23 % de C, se enfría a una velocidad de 8 °C/s cuando se templa en aceite, y a 50°C/s cuando se templa en agua. ¿Cuál es la microestructura producida por cada uno de estos tratamientos descritos?. Considerar el diagrama de enfriamiento continuo de la figura. P18.- En la transformación isotérmica de un acero al carbono para herramientas, austenizado 5 minutos a 900 °C, se han obtenido los siguientes valores: Construir la gráfica T.T.T. o curva de las S, e indique los constituyentes en cada una de las diferentes zonas. NOTA: Considerar el valor de Ms de 185 °C y el valor de Mf de 35 °C TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 12. P19.- Utilizando el diagrama TTT correspondiente a un acero al carbono con un 0.5 % C, representado en la figura, describir: (a).- la microestructura final, indicando los constituyentes de una probeta sometida a una austenización a 800 °C seguida de un enfriamiento brusco hasta 400 °C, donde se mantiene durante 20 segundos tras los cuales vuelve a enfriarse bruscamente hasta temperatura ambiente. (b).- El tratamiento térmico y la cantidad de cada constituyente, después de cada fase del proceso térmico, para obtener una dureza en el acero de 30 HRc. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 13. P20.- Utilizando el diagrama TTT correspondiente a un acero al carbono eutectoide, con un 0.8 % C, representado en la figura, describir: (a).- La microestructura al someter al acero al siguiente tratamiento térmico: (i) temple instantáneo desde la región g hasta 500 °C, (ii) mantenimiento a esta temperatura durante 4 s, y (iii) temple instantáneo hasta 250 °C. (b).- ¿Qué ocurriría si se mantiene la microestructura resultante durante un día a 250 °C y posteriormente se enfría hasta temperatura ambiente? (c).- ¿Qué ocurriría si la microestructura resultante de la parte a) se templa directamente hasta la temperatura ambiente? (d).- Estimar la velocidad de enfriamiento necesaria para evitar la formación de perlita en este acero. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 14. P21.- El diagrama de transformación isotérmica de un acero aleado con un 2 % de Ni, 0.7 % de Cr y 0.25 % de Mo es el representado en la figura siguiente, describir la microestructura final, indicando los constituyentes, de una probeta sometida a los siguientes tratamientos térmicos: (a).- Una austenización a 750 °C seguida de un enfriamiento brusco hasta 300 °C, donde se mantiene durante 20 segundos tras los cuales vuelve a enfriarse bruscamente hasta temperatura ambiente. (b).- Tras la austenización, enfriar rápidamente hasta los 350 °C, manteniendo 3 horas, para enfriar de nuevo rápidamente hasta temperatura ambiente. (c).- Tras la austenización, enfriar rápidamente hasta los 550 °C, manteniendo 2 horas y 45 minutos, posteriormente enfriar de nuevo rápidamente hasta 400 °C manteniendo durante 200 s y finalmente enfriar hasta temperatura ambiente. (d).- Tras la austenización, enfriar rápidamente hasta los 650 °C, manteniendo 17 minutos, para enfriar de nuevo rápidamente hasta 400 °C manteniendo 17 minutos más a esa temperatura enfriando finalmente hasta temperatura ambiente. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 15. P22.- El diagrama TTT, de un acero con un 0.37 % de carbono, es el representado en la figura siguiente. Describir la microestructura final, indicando los constituyentes de la misma, tras ser sometido a los siguientes tratamientos térmicos: (a).- Tras la austenización a 820 °C, se enfría rápidamente en baño de sales a 650 °C, manteniéndose a esa temperatura durante 100 segundos, enfriando de nuevo bruscamente hasta temperatura ambiente. (b.-) Después de la austenización, se enfría rápidamente en horno de sales hasta los 400 °C, donde se mantiene durante 100 segundos, para enfriar posteriormente de forma brusca hasta temperatura ambiente. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 16. P23.- El diagrama TTT adjunto corresponde a un acero hipoeutectoide, sobre el que se realizan los siguientes tratamientos térmicos: TT1 Austenización a 850 ºC durante tiempo suficiente. Enfriamiento rápido hasta 660 ºC y mantenimiento durante 105 s. Enfriamiento rápido hasta temperatura ambiente. TT2 Austenización a 850 ºC durante tiempo suficiente. Enfriamiento rápido hasta 350 ºC y mantenimiento durante 105 s. Enfriamiento rápido hasta temperatura ambiente. TT3 Austenización a 850 ºC durante tiempo suficiente. Enfriamiento rápido hasta temperatura ambiente. Se pide: (a).- Identificar y dibujar los tratamientos térmicos realizados, así como los microconstituyentes obtenidos en cada caso. (b).- Determinar la velocidad crítica de temple del acero en cuestión, suponiendo un enfriamiento lineal desde 850 ºC. (c).- El acero considerado, tras un recocido de homogeneización, presenta un porcentaje (en volumen) de ferrita proeutectoide del 50 %. Identificar su contenido en carbono y las cantidades de cementita proeutectoide, cementita eutectoide y ferrita total que presenta dicho acero. ¿Qué tipo de aleantes pueden estar presentes en esta aleación?. Densidad de la ferrita = 7860 kg/m3, densidad de la cementita = 7539 kg/m3. P24.-Utilizando el diagrama TTT adjunto de un acero hipoeutectoide, determinar la microestructura final (microconstituyentes presentes) de una probeta sometida a los siguientes tratamientos. En cada caso la probeta se ha calentado a 920 ºC durante el tiempo suficiente para conseguir la estructura austenítica completa y homogénea. (a).- Enfriar rápidamente a 250 ºC, mantener durante 103 s y enfriar rápidamente hasta temperatura ambiente. (b).- Enfriar rápidamente a 400 ºC, mantener durante 500 s y enfriar rápidamente hasta temperatura ambiente. (c).- Enfriar rápidamente a 700 ºC, mantener durante 105 s y enfriar rápidamente hasta temperatura ambiente. P25.- Cuatro muestras A, B, C, D de acero con 0.5 %C se someten independientemente a las siguientes operaciones: (a).- Calentamiento a 900 ºC y enfriamiento en agua hasta temperatura ambiente. (b).- Calentamiento a 900 ºC y enfriamiento hasta 450ºC, mantenimiento 1 hora y enfriamiento al aire. (c).- Calentamiento a 900 ºC enfriamiento rápido a temperatura ambiente y calentamiento posterior a 300 ºC seguido de enfriamiento. (d).- Calentamiento a 780 ºC y enfriamiento rápido a temperatura ambiente. Indicar el tratamiento realizado en cada caso, la microestructura obtenida y el propósito. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 17. P26.- Determinar las estructura obtenidas al cabo de 30 minutos de enfriamiento en agua a 0 ºC fuertemente agitada, de un redondo de diámetro teóricamente infinito partiendo del estado austenítico del acero cuya curva TTT se adjunta. Dibujar sobre la curva TTT las gráficas de enfriamiento de los límites de las diversas zonas. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 18. 5. Dadas las curvas TTT y de revenido adjuntas, determinar: (a).- Máxima resistencia que puede obtenerse con este acero. (b).- Tratamiento que se puede dar al material para obtener una resistencia de 90 kg/mm2. (c).- Calcular el tiempo que requiere cada tratamiento. (d).- ¿Cuál y por qué es el tratamiento más adecuado? (e).- Representar sobre las curvas gráficamente cada uno de los tratamientos. TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.- Curvas TTT HOJA 19.
