TEMPLABILIDAD

OBJETIVO

Determinar la profundidad de temple en un acero, por medio del ensayo Jominy.

GENERALIDADES

La dureza que se obtiene en el temple de los aceros y la templabilidad son dos características que se confunden con frecuencia y conviene diferenciarlas con claridad.

Si templamos varias clases de aceros, podemos ver que unos se endurecen más que otros y que la penetración de la dureza hacia el interior es unas veces mayor que otras. La dureza es la resistencia que opone el material a la penetración de un indentador bajo carga.

La templabilidad está determinada por la profundidad y distribución de la dureza en el interior de las piezas templadas, es decir, la profundidad de temple que se alcanza en una pieza de acero.

Por ejemplo: Si tenemos un acero al carbono con 0.45%C y un acero aleado con 0.40%C, l%Cr y 0.lO%Va. Al tomar redondos de l00 mm de diámetro y los templamos obtenemos las siguientes durezas:

Acero al carbono : 48 - 26 - 20 - 15 Rc.Acero aleado : 50 - 44 - 38 - 36 Rc.

Observamos que la dureza disminuye rápidamente del exterior al interior en el acero al carbono y se conserva más uniforme en el acero aleado.

Estas diferencias de penetración de la dureza se presentan por ser diferente la templabilidad de los aceros, vemos que la dureza y la templabilidad son cosas distintas.

La dureza máxima que se puede obtener en un acero después del temple, depende del contenido de carbono, la templabilidad depende en cambio de los elementos aleantes y del tamaño de grano del acero. Los elementos que más favorecen la templabilidad son el manganeso, el molibdeno y el cromo.

La templabilidad influye notablememente en los resultados cuando se ensayan piezas de bastante espesor y en cambio influyen muy poco cuando se templan piezas delgadas, es decir, que con aceros de diferente aleación y el mismo contenido de carbono se obtienen características casi idénticas cuando se trata de pequeños diámetros y muy diferentes cuando se trata de piezas de gran espesor.

En el temple, la velocidad de enfriamiento se distribuye por la sección de la probeta; la linea curva de la figura, muestra que en la superficie de la probeta, la velocidad de enfriamiento es máxima en el extremo y mínima en el centro.

Si la velocidad crítica de temple es igual a la magnitud que indica la linea horizontal, la pieza no se templará en todo su espesor y la profundidad de temple será igual a la capa rayada.

Variación de la zona templada con la velocidad de enfriamiento de una redondo de acero sometido a temple.

A medida que disminuye la velocidad crítica de temple, aumenta la profundidad de la capa templada, si la velocidad crítica es menor que la velocidad de enfriamiento en el centro, esta sección se templará completamente, pero si la sección es grande y la velocidad de enfriamiento en la superficie es menor que la velocidad crítica, no se templará el acero ni siquiera en la superficie, por tanto cuanto menor sea la velocidad crítica de temple, tanto mayor será la templabilidad del acero.

A mayor lentitud de transformación de la austenita en perlita, mayor templabilidad. Para valorar prácticamente la templabilidad, se utiliza una magnitud que se llama diámetro crítico.

Diámetro crítico real.

Es el diámetro máximo de una barra cilíndrica en el que después del temple en ese medio de enfriamiento se consigue en su núcleo una estructura con 50% de martensita; por consiguiente para un acero dado, a cada medio de temple le corresponde su diámetro crítico, cuanto más intensamente enfríe el medio de temple, tanto mayor será el diámetro crítico.

Si se necesita una pieza que se temple en todo su espesor, hay que elegir un acero tal que dé mayor diámetro crítico al de la pieza.

Diámetro crítico ideal.

Es el diámetro expresado en pulgadas del mayor redondo de ese acero en cuyo centro se consigue una estructura microscópica con 50% de martensita, después de ser enfriado desde la temperatura de temple en un medio de enfriamiento teórico, cuya capacidad de absorción de calor fuese infinita.

El diámetro crítico es una magnitud importante para seleccionar la calidad del acero con que debe fabricarse una pieza .

Las curvas críticas de templabilidad, permiten hallar los diámetros críticos ideal y real, se toma como límite entre la zona templada y no

templada la llamada capa semimartensítica que está exactamente donde se presenta el cambio brusco de la pendiente de la curva.

La existencia del 50% de Troostita, hace que desciendan las propiedades del acero templado por esto, el valor del diámetro crítico determinado por la dureza semimartensítica, debe considerarse como un escalón de tránsito para hallar el diámetro critico real con el cual se consigue que en el centro de la barra el temple sea completo (95% martensita).El método más cómodo para derterminar la templabilidad y por consiguiente, establecer experimentalmente el diámetro crítico ideal , es el ensayo Jóminy

Además de valorar el diámetro crítico ideal, la templabilidad del acero permite calcular el diámetro máximo de un acero para obtener en su centro un 50% a un 99% de martensita en un medio de enfriamiento práctico determinado, para ésto es necesario conocer lo que Grossman llama severidad de temple H, que es proporcional a la energía de enfriamiento de cada medio. La gráfica de Grossman representa los valores de los diámetros críticos de los aceros enfriados en un medio práctico determinado de severidad de temple en función de los diámetros críticos ideales.

 

Gráfica que relaciona los diámetros críticos reales, la severidad de temple y los diámetros críticos ideales de los aceros.Los valores de la severidad de temple (H) de los medios de enfriamiento más frecuentes son:

Medio refrigerante H

Agua 20°C 1.0 Agua 80°C 0.2 Aceite mineral 20-200°C 0.3 Agua-l0%NaCl 3.0 Agua-50%NaOH 2.0

La figura, indica la rapidez de enfriamiento como una función de la distancia del extremo templado, aplicable a todos los aceros al carbono o aceros de baja aleación.

Velocidad de enfriamiento contra distancia al extremo templado.

El extremo templado en la probeta del ensayo Jóminy es enfriada muy rápidamente y por lo tanto tiene la máxima dureza posible de acuerdo con el contenido de carbono de la pieza.

Dado que la prueba se ha estandarizado de acuerdo con la temperatura, tamaño de la pieza y procedimiento, la velocidad de enfriamiento en cualquier punto es casi completamente independiente del tipo de acero.

ENSAYO JOMINY

Consiste en:

1. Preparar una probeta cilíndrica de 25 mm de diámetro y 100 mm de longitud con cabeza de apoyo o pestaña de 3 mm.

2. Calentar la probeta a temperatura de 60°C por encima de Ac3, colocándola en el horno dentro de una caja con carbón para evitar la descarburación y oxidación superficial y mantenerla durante 30 minutos a dicha temperatura.

3. Enfriar la probeta por un extremo con chorro de agua a 25°C, salida de un grifo de 12.5 mm de diámetro con una presión que alcance 65 mm de altura libre, la distancia entre el extremo inferior de la probeta y el grifo es de 12.5 mm, el tiempo de enfriamiento es de 10 minutos.

4. Efectuar un refrentado de 2 mm en partes diametralmente opuestas de la probeta y tomar sobre ellas una serie de mediciones de dureza en puntos distanciados entre sí un dieciseisavo de pulgada.

Disposición de la probeta Jóminy para su enfriamiento.

5. Trazar un diagrama que relacione la disminución de dureza con la variación de la distancia al extremo templado.

 

Gráfica que muestra la disminución de dureza con la distancia al extremo templado o curva de templabilidad en el ensayo Jóminy.

Cálculos de templabilidad

Las curvas de templabilidad son de gran valor práctico por que si la velocidad de enfriamiento de un acero en cualquier temple es conocida, la dureza puede obtenerse directamente de la curva de templabilidad de ese acero y si la dureza puede medirse en cualquier punto, la velocidad de enfriamiento en ese punto puede obtenerse de la curva de templabllidad de ese acero, la siguiente gráfica presenta las curvas de templabilidad para varios aceros.

 

Curvas de templabilidad para varios aceros.

Con el empleo de los datos de la figuras de temple en gua agitada y aceite agitado y una curva de templabilidad de determinado acero, puede predecirse la dureza que tendrá después del temple en agua o en aceite agitado, en cualquier punto interno.

Gráficas que relacionan el diámetro de la barra y la distancia al extremo templado o la velocidad de enfriamiento cuando el temple se efectúa en agua agitada y en aceite agitado. S, superficie de la barra. M-R, mitad del radio. C, centro de la barra.

Material y equipo.

1. Probetas Jóminy de Acero Asab DF2 o Asab 4140.2. Mufla eléctrica de resistencia.3. Guantes de asbesto.4. Pinzas.

Trabajo a realizar:

Hacer el ensayo Jóminy y elaborar la curva de templabilidad correspondiente.

CUESTIONARIO

1. Cómo se determina la templabilidad de un acero mediante fractura.?

2. De qué factores depende la templabilidad de un acero.?

3. Qué son bandas de templabilidad y para qué se emplean.?

4. Que dureza se obtendrá en el centro (C), mitad del radio (M-R) y la superficie (S) de una barra de dos pulgadas de diámetro de acero AISI 1040 si se templa en a) agua agitada. B) aceite agitado.?

5. Una barra de acero 1040 se endureció superficialmente a 41 Rc y en el centro 20 Rc. Cuáles fueron las velocidades de enfriamiento en estos puntos.?

6. Una barra de tres pulgadas de diámetro de acero 1040 AISI se templa en aceite agitado, halle la dureza una pulgada bajo la superficie.

7. Un engranage de acero 3140 AISI tiene una dureza de 41 Rc en el centro. Qué dureza tendrá otro acero 1040 en la superficie si se enfrían en aceite agitado?.

8. La dureza superficial de un acero 1040 templado en aceite agitado es de 40 Rc. Hallar la dureza en el centro del acero 4140 templado en agua agitada si su diámetro es dos veces el diámetro del acero 1040