Diagrama de fases del acero

Tratamientos térmicos del acero
Objetivos

Análisis con el microscopio metalográfico de las diferentes
microestructuras obtenidas a través de tratamientos térmicos
con diferentes tipos de enfriamientos (normalizado, recocido y
templado)..

Análisis de las curvas de dureza en los diferentes tratamientos
térmicos.

Relación de la microestructura observada con las medidas de
dureza.

Medida del tamaño de grano.
Equipo y material a utilizar
 6 tornillos de acero.
 Horno cerámico.
 Salmuera y agua.
 Prensa metalográfica.
 Pulidora automática
 Productos químicos
 Microscopio óptico
 Cámara fotográfica.
 Microdurómetro.
Conocimientos previos necesarios
La formación de aleaciones metálicas ha sido desarrollada desde el principio
de los tiempos con el fin de buscar materiales que presenten propiedades que
sean diferentes a los metales puros que nos proporciona la naturaleza. Por
tanto la metalurgia existe desde la prehistoria y en particular la metalurgia del
acero, debido a su gran uso industrial.
El análisis de los procesos fisicoquímicos que suceden en la formación de
las aleaciones y los diagramas de fase y en particular el del acero ha sido
estudiados
en
la
asignatura
de
Materiales.
Estos
conceptos
son
imprescindibles para entender los procesos que aquí se van a observar. Por
tanto antes de comenzar el experimento se deberán conocer los siguientes
conceptos:
 Definición de aleación.
 Conceptos de: componente, soluto, fase, interfase, núcleo,
solución sólida.
 Tipos de aleaciones; Reglas de Hume-Rothery.
 Procesos físicos que intervienen en la formación de las
aleaciones, Cambios de fase.
 Diagramas de fase: Construcción e interpretación de un
diagrama de fase para: un metal puro y una aleación
metálica.
 Diagrama de fases del acero, diferentes fases y tipos de
aceros
que
se
encuentran
dependiendo
de
la
concentración de carbono. Propiedades de cada uno de
ellos
 Fase martensita.
 Tipos de enfriamiento. Recocido, normalizado y templado.
 Efectos del enfriamiento.
Descripción de la práctica
Se va a trabajar con seis tornillos de acero hipoeutectoide. En primer lugar,
se programa el horno a 800oC; una vez alcanzada esta temperatura, se
introducen los cinco tornillos en el horno, manteniéndose 45 minutos a esa
temperatura para que adquieran la fase austenita homogénea. Transcurrido el
tiempo previsto, se apaga el horno,
A continuación, se realizarán seis tratamientos térmicos distintos, uno para
cada tornillo:
Normalizado: se saca un tornillo (usar guantes y pinzas de horno largas) y se
coloca encima de una cerámica refractaria hasta que se encuentre a
temperatura ambiente.
Templado en agua: se saca el tornillo y se introduce en un recipiente con
agua fría.
Templado en salmuera: se saca el tornillo y se introduce en un recipiente
con agua fría con sal preparada previamente.
Revenidos: se saca dos tornillos y se introducen en un recipiente con agua
fría. A continuación, se vuelven a calentar a 450ºC durante 45 minutos y a
continuación se dejan enfriar uno al aire y el otro en el horno apagado.
Recocido: dejamos que uno de los tornillos se enfríe lentamente dentro del
horno apagado.
Proceso de lijado y pulido
.
(ver Instrucciones de uso de la Prensa Metalográfica y de la Pulidora
automática)
A continuación hay que prensar cada uno de los tornillos en la prensa
metalográfica con objeto de preparar seis probetas que se pulirán mediante la
pulidora automática.
Ataque químico
.
Si se observa al microscopio la muestra pulida no se ve la microestructura,
por lo que es necesario un ataque químico selectivo. Se buscará información
sobre los posibles ataques químicos del acero. El tiempo de ataque y la
concentración de la disolución son factores muy influyentes en el ataque
químico de la superficie, si introducimos el tornillo en una disolución muy
concentrada o durante un período de tiempo excesivamente largo, puede que
la superficie se estropee y no pueda ser observada, por lo que se recomienda
usar disoluciones diluidas e ir aumentando progresivamente el tiempo de
ataque hasta observar la microestructura. Observar y fotografiar las fases que
aparecen.
Medidas de dureza
.
Después de conocer el manejo del microdurómetro, realizar varias medidas
sobre la misma muestra ya que la dureza de un material policristalino no
presenta la misma dureza en un grano o en una frontera de grano, dislocación
etc,., y la indentación se puede realizar en cualquiera de ellos; por tanto se
realizarán al menos tres medidas manteniendo fija la posición a lo largo del
tornillo para tener la certeza de que la fase que estamos midiendo es la misma,
posteriormente con las medidas realizadas y comprobando que no varían en
exceso, se calcula la media aritmética y el error cuadrático medio.
Acabado el proceso se da por finalizado el análisis del tratamiento térmico.
Informe
El informe de esta práctica debe constar de:

Representación de la dureza en los tornillos para cada uno de los
tratamientos térmicos.

Microfotografías de los tornillos con diferentes tratamientos
térmicos.

Análisis los resultados obtenidos:
-
Explicar la variación de la dureza con el tratamiento.
-
Identificar las diferentes fases del acero en las fotografías
realizadas.
Estudio previo
¿Qué es un diagrama de fases?
¿Cuántas fases presenta la aleación Fe-C? ¿Cuales de ellas son aceros?
¿Qué es el punto eutéctico?
¿Qué consideramos como acero hipoeutectoide?
¿Cuál es el mecanismo físico que interviene en los distintos tratamientos
térmicos del acero?
¿Qué es la dureza? ¿En qué unidades se mide?
Bibliografía
-
W.F. Smith "Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales"
.MacGraw Hill, (1998).
-
J.P. Mercier, G. Zambelli, W. Kurtz "Introduction á la Science des
Matériaux”, Presses Polytechnique et Universitaires Romandes Laussane
(1999).
-
J.F. Shackelford "Introduction to Materials Science", 5 th Edition, Prentice
Hall, (2000).
-
Colin J. Smithells “Smithells metal reference book” Butterworths Heinemann
Publications (1992)