UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOLABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO ASTM A36 I. INTRODUCCIÓN ASTM A36. Esta norma es aplicable a una gran variedad de perfiles estructurales laminados en caliente y a placas de la misma calidad que aún están disponibles en el mercado. Tiene un esfuerzo de fluencia de 2 530 kg/cm2 (250 MPa, 36 ksi) y un esfuerzo mínimo de ruptura en tensión de 4 080 kg/cm2 a 5 620 kg/cm2 (400 a 550 MPa, 58 a 80 ksi), y su soldabilidad es adecuada. Se desarrolló desde hace muchos años en Estados Unidos para la fabricación de estructuras remachadas, atornilladas y soldadas, mejorando el contenido de carbono de los aceros disponibles en aquella época, como el ASTM A7. Con la innovación de este tipo de acero, las conexiones soldadas empezaron a desplazar a las remachadas que pronto desaparecieron. El acero A36 es un acero de carbono templado, con una estructura química muy simple. Debido a que la estructura química es tan simple, el acero es más barato para fabricar que los aceros más especializados, razón por la cual es utilizado en una amplia gama de industrias. Sin embargo, su resistencia y otras propiedades estructurales se degradan bastante a temperaturas elevadas, esto no parasaria con un acero mas especializado En la ciencia de materiales, el 'templado ' o temple es un tratamiento térmico consistente en el rápido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones de fase, se produzcan al sólo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que la reacción es a la vez favorable termodinámicamente y posible cinéticamente. Por ejemplo, se puede reducir la cristalización y por lo tanto aumentar la tenacidad, tanto de aleaciones como de plásticos. En metalurgia, es comúnmente utilizado para endurecer el acero mediante la introducción de martensita, en cuyo caso el acero debe ser enfriado rápidamente a través de su punto eutectoide, la temperatura a la que la austenita se vuelve inestable. En acero aleado con metales tales como níquel y manganeso, la temperatura eutectoide se vuelve mucho más baja, pero las barreras cinéticas a transformación de fase siguen siendo las mismas. Esto permite iniciar el temple a una temperatura inferior, haciendo el proceso mucho más fácil. Al acero de alta velocidad también se le añade wolframio, que sirve para elevar las barreras cinéticas y dar la ilusión de que el material se enfria más rápidamente de lo que en realidad lo hace. Tales aleaciones incluso al enfriarse lentamente en el aire tienen la mayoría de los efectos deseados de temple. El enfriamiento extremadamente rápido puede evitar la formación de toda la estructura cristalina, lo que resulta en metal amorfo o "vidrio metálico". El temple de metales es una progresión: El primer paso está absorbiendo el metal, es decir, calentamiento a la temperatura requerida. El remojo se puede hacer por vía aérea (horno de aire), o un baño. El tiempo de remojo en hornos de aire debe ser de 1 a 2 minutos para cada milímetro de sección transversal. Para un baño el tiempo puede variar un poco más alto. La asignación de tiempo recomendado en baños de sales o de plomo es de 0 a 6 minutos. Se debe evitar a toda costa el calentamiento desigual o el P á g i n a 1 | 16 15% a 0.60% de carbono. Cuando se puede sacrificar la dureza se utilizan aceites de ballena. Un tratamiento térmico en el cual las aleaciones porosas se calientan hasta aproximadamente 100F sobre el rango crítico. donde se adquiere la máxima dureza. El agua es uno de los medios de enfriamiento más eficientes. La velocidad de enfriamiento es más lenta que en el temple y más rápida que en recocido. Tasas intermedias entre el agua y el aceite se puede obtener con agua que contiene 10-90 % UCON de Dow Chemical Company.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES recalentamiento. La mayoría de los materiales se calientan desde cualquier lugar a 815 a 900 °C. el enfriamiento será más lento y por tanto la resistencia y el límite elástico disminuirán y el alargamiento aumentará ligeramente. y enfriándola a la temperatura del medio ambiente. II. los depósitos en el objeto para ralentizar la velocidad de enfriamiento. que consecuentemente disminuye la eficiencia. Estos tienden a oxidarse y formar un lodo. La velocidad de enfriamiento (velocidad de enfriamiento) de aceite es mucho menor que el agua.01 HBW P á g i n a 2 | 16 . pero hay una pequeña posibilidad de que se causen deformaciones y pequeñas grietas. sosteniendo esa temperatura por el tiempo requerido. Esta variación será más acusada cuanto más cerca del núcleo realicemos el ensayo. Se realiza calentando el acero a una temperatura unos 50ºC superior a la crítica y una vez austenizado se deja enfriar al aire tranquilo. Durómetro: o Precisión : 0. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS INSTRUMENTOS a. MATERIALES. El siguiente paso es el enfriamiento de la pieza. una sustancia con una solubilidad inversa que por lo tanto. A medida que aumenta el diámetro de la barra. Vernier : o Precisión: 0. Este tratamiento es típico de los aceros al carbono de construcción de 0. de semilla de algodón o minerales. Con este tratamiento se consigue afinar y homogeneizar la estructura.1 mm b. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES EQUÍPOS a. Agua en balde P á g i n a 3 | 16 . Horno de 1200°C MATERIALES a. Sierra de arco b. Material refractario d.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES c. Pinzas metálicas e. Equipo de seguridad como materiales P á g i n a 4 | 16 . Arcilla h.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES f. Depósitos términos P á g i n a 5 | 16 . Carbón g. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES i. Alicate P á g i n a 6 | 16 . UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES III. CÁLCULOS P á g i n a 7 | 16 . el cual tendrá carbón en su interior con el objetivo de que no afecte a las muestras de acero al momento de calentarlas. Después de haber sujetado bien las piezas de acero con los alambres. Utilizando una cierra manual. se procede a colocarlos en el contenedor térmico. Ahora cortamos dos extensiones de alambre con la finalidad que sujeten a las dos piezas de acero y sean más fáciles de manipular al momento de sacarlas del horno. 2. Medio de enfriamiento: Normalizado(Aire) y Templado(Aire) 1. se corta por la mitad una barra de acero ASTM A36. 3. PROCEDIMIENTOS Tratamiento Térmico Determinamos los parámetros del tratamiento Temperatura de Austenización: 900°C Tiempo de Permanencia: 20minutos.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES IV. que son de temple y normalizado. P á g i n a 8 | 16 . para que cada pieza pueda someterse a una prueba térmica diferente. al momento que la primera muestra llega a esta temperatura se saca del horno y utilizando agua propiciamos un enfriamiento brusco con la finalidad de aumentar su dureza y resistencia de la muestra. Para el temple. ya que este conserva oxígeno en su interior lo cual reaccionara con el carbono puesto en el interior de este. Como el acero con el que trabajamos posee 0.25% aprox. Una contenedor. P á g i n a 9 | 16 . para el normalizado repetimos la primera parte pero con la diferencia que solo esperamos a que enfríe naturalmente. por otro lado. Luego se recubre el contenedor térmico con arcilla hecha en el laboratorio.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES 4. 5. 6. de carbono entonces vimos conveniente colocarlos en el horno a una temperatura de 900°C min. con el propósito de aislar el interior del contenedor con el exterior. vez asegurado el aislamiento del se procede a llevar las muestras al horno con las cuales se realizaran las dos pruebas mencionas anteriormente. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES 7. P á g i n a 10 | 16 . pasaremos a realizar un ensayo de dureza con cada probeta y compara los resultados obtenidos al final con los iniciales 2. Ensayo de Dureza 1. Finalmente se guardan las muestras para un próximo ensayo de dureza con el cual comprobaremos si cambiaron las propiedades mecánicas del acero. Luego pasamos a la preparación de Probetas para realizar el ensayo de dureza y nos valemos de una lija N° 400 la cual colocamos sobre un vidrio y procedemos a lijar las probetas en una sola dirección por la parte más prolongada. Después de sacar el recipiente del horno y posteriormente las probetas y haberlas enfriado de forma distinta en ese momento. una a temperatura ambiente y otra en agua (enfriamiento brusco). con una duración de 20 segundos.5875. utilizando la maquina con la que cuentan Ensayo de dureza BRINELL. d2= 0.6. Resultados: HBW = 101.5792 P á g i n a 11 | 16 . d1= 0. calibrado a 1/30 kg de fuerza. calibrado a 1/30 kg de fuerza. con una punta de dimensión una micra (φ 1mm). con una duración de 20 segundos.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES 3. 4. Ensayo de Dureza de la Probeta Templada Templado (Pieza enfriada rápidamente en agua) Colocamos la probeta en el lugar de ensayo con una punta de dimensión una micra (φ 1mm). En la facultad de INGENIERIA DE MATERIALES realizaremos los ensayos de dureza. 7687. d2= 0.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES 5. d1= 0. calibrado a 1/30 kg de fuerza.9. Resultados: HBW = 53. Ensayo de Dureza de la Probeta Normalizada Normalizado (Pieza enfriada lentamente en aire) Colocamos la probeta en el lugar de ensayo con una punta de dimensión una micra (φ 1mm). con una duración de 20 segundos.7572 P á g i n a 12 | 16 . Y se llega a cubrir el objetivo de este tratamiento que es. Es lo que llamamos perlita fina (observar un diagrama TTT. consiguiendo un acero más tenaz pero no necesariamente duro.7HBW(estado de suministro) hasta 53.9HBW. Con esto se consigue una estructura perlítica con el grano más fino y más uniforme que la estructura previa al tratamiento.7HBW(estado de suministro) hasta 101. P á g i n a 13 | 16 . Después de enfriamiento rápido endurecimiento. dar al acero una estructura y características tecnológicas que se consideran el estado natural o final del material que fue sometido a trabajos de forja. que antes de endurecer el material. Y se presenta un fenómeno. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita formada cuando el acero o hierro fundido se fabrican y se enfría a una velocidad lenta. la microestructura del material es una estructura de grano de perlita que es uniforme y laminar. laminación o tratamientos defectuosos Si le aplicamos como tratamiento térmico un TEMPLADO a una probeta de acero ASTM A36 nos percatamos que en cuestión a su dureza esta aumenta considerablemente desde 81. Y Se llega a cubrir el objetivo de este tratamiento que es hacer que las aleaciones de acero y el hierro fundido se fortalezcan y endurezcan.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES V. El medio de enfriamiento es una variable muy considerable al momento de realizar un tratamiento térmico. la microestructura de la forma material en martensita como una estructura fina. al menos en nuestro caso se presentó en los resultados al determinarse ciertas características mecánicas en cada una de las probetas. grano de aguja. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES Si le aplicamos como tratamiento térmico un NORMALIZADO a una probeta de acero ASTM A36 nos percatamos que en cuestión a su dureza esta disminuye considerablemente desde 81. de la fase austenita y posteriormente realizar una isoterma a una temperatura determinada).6HBW. Sin embargo. pierde gran parte de su resistencia. Sin embargo. Tiene una resistencia de rendimiento de 36.35 a 36. lo que lo convierte en un material estructural atractivo en los oficios de construir donde puede ser encontrado como un soporte temporal o permanente de material de revestimiento. como en los edificios muy grandes. En términos de propiedades mecánicas. tales como el acero estructural en puentes o carreteras. todavía muy por debajo del punto de fusión. el A36 tiene una medida de deformación máxima de más de 70 kilogramos por pulgada cuadrada a 200 grados celsius.300 psi y un alargamiento del 20 por ciento. el acero A36 tiene una resistencia a la tensión o la cantidad de presión necesaria para separar una barra de espesor establecido de 58. Debido a que el A36 tiene una composición química simple. De acuerdo con las gráficas del estudio de la FEMA.196. rigidez y resistencia a la tracción al ser expuesto a altas temperaturas. y por lo tanto el más usado en la industria. El pobre rendimiento a alta temperatura del A36 significa que es una mala elección para aplicaciones estructurales donde hay posibilidad de incendios o altas temperaturas. El límite de elasticidad y la fuerza global del A36 sigue un patrón similar de degradación aguda a altas temperaturas.800 libras (26.UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES RECOMENDACIONES Según un estudio de la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (Federal Emergency Management Agency (FEMA)). P á g i n a 14 | 16 .67 kg) por pulgada cuadrada. las propiedades del A36 a una temperatura moderada a baja significa que es una excelente opción para aplicaciones externas. aunque el A36 es un material con una estructural excelente. en los que un acero de mayor precio y con un mejor rendimiento no es necesario. a 600 grados celsius.308. lo que hace que sea predecible en las estructuras. es muy fácil de soldar. Una ventaja muy importante de este material es que tienen un comportamiento lineal y elástico hasta la fluencia. la tensión máxima en el acero es de aproximadamente 23 MPa.000 a 79. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES P á g i n a 15 | 16 . UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES P á g i n a 16 | 16 .