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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES

TRATAMIENTO TRATAMIENTO TÉRMICO TÉRMICO DEL ACERO ASTM ASTM A36 I.

INTRODUCCIÓN

ASTM ASTM A36. A36. Esta Esta norma norma es aplica aplicable ble a una gran gran varied variedad ad de perfle perfles s estru estructu ctural rales es laminados en caliente y a placas de la misma calidad que aún están disponibles en el mercado. Tiene un esuer!o de "uencia de # $3% &g'cm# (#$% M)a* 36 &si+ y un esuer!o m,nimo de ruptura en tensi-n de  %/% &g'cm# a $ 6#% &g'cm# (%% a $$% M)a* $/ a /% &si+* y su soldabilidad es adecuada. Se desarroll- desde 0ace muc0os a1os en Estados 2nidos para la abricaci-n de estructuras remac0adas* atornilladas y soldadas* meorando el contenido de carbono de los aceros disponibles en aquella 4poca* como el ASTM A5. on la innovaci-n de este tipo de acero* las cone7iones soldadas empe!aron a despla!ar a las l as remac0adas que pronto desaparecieron. desaparecieron. El acero acero A36 es un acero acero de carbon carbono o templa templado* do* con una estru estructu ctura ra qu,mic qu,mica a muy simple. 8ebido a que la estructura qu,mica es tan simple* el acero es más barato para abricar que los aceros más especiali!ados* ra!-n por la cual es utili!ado en una amplia gama de industrias. Sin embargo* su resistencia y otras propiedades estructurales se degrad degradan an bastan bastante te a temper temperatu aturas ras elevad elevadas* as* esto esto no parasa parasaria ria con un acero acero mas mas especiali!ado En la l a cienci ciencia a de materi materiale ales s* el 9te 9templa plado 9 o tem temple ple es un tratamient tratamiento o t4rmico t4rmico cons consis iste tent nte e en el rápi rápido do enr enriam iamie ient nto o de la pie! pie!a a para para obte obtene nerr dete determ rmina inada das s propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baa temperatura* tales como como trans transorm ormaci acione ones s de ase* ase* se produ produ!ca !can n al s-lo s-lo propo proporci rciona onarr una estre estrec0a c0a ventana de tiempo en el que la reacci-n es a la ve! avorable termodinámicamente y posible cin4ticamente. )or eemplo* se puede reducir la cristali!aci-n y por lo tanto aumentar la tenacidad* tanto de aleaciones como de plásticos. En meta metalu lurg rgia ia** es comú comúnm nmen ente te util utili! i!ad ado o para para endur endurec ecer er el acer acero o medi median ante te la intro introduc duccici-n n de martensita* martensita* en cuyo caso el acero debe ser enriado rápidamente a trav4s de su punto eutectoide* eutectoide* la temperatura a la que la austenita se austenita se vuelve inestable. En acer acero o alead leado o con con metale tales s tale tales s com como n,quel y manganeso* manganeso* la temp temper erat atur ura a eutectoide se vuelve muc0o más baa* pero las barreras cin4ticas a transormaci-n de ase ase siguen siguen siendo siendo las mismas mismas.. Esto Esto permit permite e inicia iniciarr el temple temple a una temper temperatu atura ra inerior* 0aciendo el proceso muc0o más ácil. Al acero de alta velocidad tambi4n se le a1ade :olramio* :olramio* que sirve para elevar las barreras cin4ticas y dar la ilusi-n de que el material se enria más rápidamente de lo que en realidad lo 0ace. Tales aleaciones incluso al enriarse lentamente en el aire tienen la mayor,a de los eectos deseados de temple. El enriamiento e7tremadamente rápido puede evitar la ormaci-n de toda la estructura cristalina* lo que resulta en metal amoro o ;vidrio metálico;. El temple de metales es una progresi-n< El primer paso está absorbiendo el metal* es decir* calentamiento a la temperatura requerida. El remoo se puede 0acer por v,a a4rea (0orno de aire+* o un ba1o. El tiempo de remoo en 0ornos de aire debe ser de = a # minutos para cada mil,metro de secci-n transversal. )ara un ba1o el tiempo puede variar un poco más alto. >a asignaci-n de tiempo recomendado en ba1os de sales o de plomo es de % a 6 minutos. Se debe evitar a toda costa el calentamiento desigual o el

) á g i n a = ? =6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES recalentamiento. >a mayor,a de los materiales se calientan desde cualquier lugar a /=$ a @%% . El siguiente paso es el enriamiento de la pie!a. El agua es uno de los medios de enriamiento más efcientes* donde se adquiere la má7ima dure!a* pero 0ay una peque1a posibilidad de que se causen deormaciones y peque1as grietas. uando se puede sacrifcar la dure!a se utili!an aceites de ballena* de semilla de algod-n o minerales. Estos tienden a o7idarse y ormar un lodo* que consecuentemente disminuye la efciencia. >a velocidad de enriamiento (velocidad de enriamiento+ de aceite es muc0o menor que el agua. Tasas intermedias entre el agua y el aceite se puede obtener con agua que contiene =%B@% C 2D de 8o: 0emical ompany* una sustancia con una solubilidad inversa que por lo tanto* los dep-sitos en el obeto para ralenti!ar la velocidad de enriamiento. 2n tratamiento t4rmico en el cual las aleaciones porosas se calientan 0asta apro7imadamente =%%F sobre el rango cr,tico* sosteniendo esa temperatura por el tiempo requerido* y enriándola a la temperatura del medio ambiente. Se reali!a calentando el acero a una temperatura unos $%G superior a la cr,tica y una ve! austeni!ado se dea enriar al aire tranquilo. >a velocidad de enriamiento es más lenta que en el temple y más rápida que en recocido. on este tratamiento se consigue afnar y 0omogenei!ar la estructura. Este tratamiento es t,pico de los aceros al carbono de construcci-n de %.=$C a %.6%C de carbono. A medida que aumenta el diámetro de la barra* el enriamiento será más lento y por tanto la resistencia y el l,mite elástico disminuirán y el alargamiento aumentará ligeramente. Esta variaci-n será más acusada cuanto más cerca del núcleo realicemos el ensayo.

II.

MATERIALES, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS INSTRUMENTOS a. Hernier < )recisi-n< %.= mm o

b. 8ur-metro< o )recisi-n < %.%= IJK

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EQUÍPOS a. Iorno de =#%%



MATERIALES a. Sierra de arco

b. Agua en balde

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c. Material reractario

d. )in!as metálicas

e. Equipo de seguridad como materiales

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. arb-n

g. Arcilla

0. 8ep-sitos t4rminos

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i. Alicate

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III.

CÁLCULOS

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IV.

PROCEDIMIENTOS

Trata!"#t$ T%r!&$ 8eterminamos los parámetros del tratamiento • • •

 Temperatura de Austeni!aci-n< @%%  Tiempo de )ermanencia< #%minutos. Medio de enriamiento< ormali!ado(Aire+ y Templado(Aire+

=. 2tili!ando una cierra manual* se corta por la mitad una barra de acero ASTM A36* para que cada pie!a pueda someterse a una prueba t4rmica dierente* que son de temple y normali!ado.

#. A0ora

cortamos

dos e7tensiones de alambre

con la fnalidad que sueten a las dos pie!as de acero y sean más áciles de manipular al momento de sacarlas del 0orno. 3. 8espu4s de 0aber suetado bien las pie!as de acero con los alambres* se procede a colocarlos en el contenedor t4rmico* el cual tendrá carb-n en su interior con el obetivo de que no aecte a las muestras de acero al momento de calentarlas.

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. >uego se recubre el

contenedor t4rmico con arcilla

0ec0a en el laboratorio* con el prop-sito de aislar el interior del contenedor con el e7terior* ya que este conserva o7,geno en su interior lo cual reaccionara con el carbono puesto en el interior de este.

$. 2na contenedor*

ve!

asegurado el aislamiento del

se

procede a llevar las muestras

al 0orno con las cuales se reali!aran las dos pruebas mencionas anteriormente.

6. omo el acero con el que trabaamos posee %.#$C apro7. de carbono entonces vimos conveniente colocarlos en el 0orno a una temperatura de @%% min. )ara el temple* al momento que la primera muestra llega a esta temperatura se saca del 0orno y utili!ando agua propiciamos un enriamiento brusco con la fnalidad de aumentar su dure!a y resistencia de la muestraL por otro lado* para el normali!ado repetimos la primera parte pero con la dierencia que solo esperamos a que enr,e naturalmente.

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5.

Finalmente se guardan las muestras para un pr-7imo ensayo de dure!a con el cual comprobaremos si cambiaron las propiedades mecánicas del acero.

E#'a($ )" D*r"+a =. 8espu4s de sacar el recipiente del 0orno y posteriormente las probetas y 0aberlas enriado de orma distinta en ese momento* una a temperatura ambiente y otra en agua (enriamiento brusco+* pasaremos a reali!ar un ensayo de dure!a con cada probeta y compara los resultados obtenidos al fnal con los iniciales

#. >uego pasamos a la preparaci-n de )robetas para reali!ar el ensayo de dure!a y nos valemos de una lia  %% la cual colocamos sobre un vidrio y procedemos a liar las probetas en una sola direcci-n por la parte más prolongada.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO LABORATORIO DE MECÁNICA DE MATERIALES 3. En la acultad de NEEOA 8E MATEOA>ES reali!aremos los ensayos de dure!a* utili!ando la maquina con la que cuentan Ensayo de dure!a JOE>>* con una punta de dimensi-n una micra (P =mm+* calibrado a ='3% &g de uer!a* con una duraci-n de #% segundos.

. Ensayo de 8ure!a de la )robeta Templada  Templado ()ie!a enriada rápidamente en agua+ •

•

•

olocamos la probeta en el lugar de ensayo con una punta de dimensi-n una micra (P =mm+* calibrado a ='3% &g de uer!a* con una duraci-n de #% segundos.

Oesultados< IJK Q =%=.6* d=Q %.$/5$* d#Q %.$5@#

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$. Ensayo de 8ure!a de la )robeta ormali!ada ormali!ado ()ie!a enriada lentamente en aire+ •

•

•

olocamos la probeta en el lugar de ensayo con una punta de dimensi-n una micra (P =mm+* calibrado a ='3% &g de uer!a* con una duraci-n de #% segundos.

Oesultados< IJK Q $3.@* d=Q %.56/5* d#Q %.5$5#

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V.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES •

•

•

Si le aplicamos como tratamiento t4rmico un DOMA>RA8D a una probeta de acero ASTM A36 nos percatamos que en cuesti-n a su dure!a esta disminuye considerablemente desde /=.5IJK(estado de suministro+ 0asta $3.@IJK. on esto se consigue una estructura perl,tica con el grano más fno y más uniorme que la estructura previa al tratamiento* consiguiendo un acero más tena! pero no necesariamente duro. Es lo que llamamos perlita fna (observar un diagrama TTT* de la ase austenita y posteriormente reali!ar una isoterma a una temperatura determinada+.  se llega a cubrir el obetivo de este tratamiento que es* dar al acero una estructura y caracter,sticas tecnol-gicas que se consideran el estado natural o fnal del material que ue sometido a trabaos de ora* laminaci-n o tratamientos deectuosos Si le aplicamos como tratamiento t4rmico un TEM)>A8D a una probeta de acero ASTM A36 nos percatamos que en cuesti-n a su dure!a esta aumenta considerablemente desde /=.5IJK(estado de suministro+ 0asta =%=.6IJK.  se presenta un en-meno* que a ntes de endurecer el material* la microestructura del material es una estructura de grano de perlita que es uniorme y laminar. >a perlita es una me!cla de errita y cementita ormada cuando el acero o 0ierro undido se abrican y se enr,a a una velocidad lenta. 8espu4s de enriamiento rápido endurecimiento* la microestructura de la orma material en martensita como una estructura fna* grano de agua.  Se llega a cubrir el obetivo de este tratamiento que es 0acer que las aleaciones de acero y el 0ierro undido se ortale!can y endure!can. El medio de enriamiento es una variable muy considerable al momento de reali!ar un tratamiento t4rmico* al menos en nuestro caso se presenten los resultados al determinarse ciertas caracter,sticas mecánicas en cada una de las probetas.

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RECOMENDACIONES •

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Según un estudio de la Agencia Federal para el Maneo de Emergencias (Federal Emergency Management Agency (FEMA++* aunque el A36 es un material con una estructural e7celente* pierde gran parte de su resistencia* rigide! y resistencia a la tracci-n al ser e7puesto a altas temperaturas. 8e acuerdo con las gráfcas del estudio de la FEMA* el A36 tiene una medida de deormaci-n má7ima de más de 5% &ilogramos por pulgada cuadrada a #%% grados celsius. Sin embargo* a 6%% grados celsius* todav,a muy por debao del punto de usi-n* la tensi-n má7ima en el acero es de apro7imadamente #3 M)a. El l,mite de elasticidad y la uer!a global del A36 sigue un patr-n similar de degradaci-n aguda a altas temperaturas. El pobre rendimiento a alta temperatura del A36 signifca que es una mala elecci-n para aplicaciones estructurales donde 0ay posibilidad de incendios o altas temperaturas* como en los edifcios muy grandes. Sin embargo* las propiedades del A36 a una temperatura moderada a baa signifca que es una e7celente opci-n para aplicaciones e7ternas* tales como el acero estructural en puentes o carreteras* en los que un acero de mayor precio y con un meor rendimiento no es necesario. 2na ventaa muy importante de este material es que tienen un comportamiento lineal y elástico 0asta la "uencia* lo que 0ace que sea predecible en las estructuras* y por lo tanto el más usado en la industria. En t4rminos de propiedades mecánicas* el acero A36 tiene una resistencia a la tensi-n o la cantidad de presi-n necesaria para separar una barra de espesor establecido de $/.%%% a 5@./%% libras (#6.3%/*3$ a 36.=@6*65 &g+ por pulgada cuadrada. Tiene una resistencia de rendimiento de 36.3%% psi y un alargamiento del #% por ciento. 8ebido a que el A36 tiene una composici-n qu,mica simple* es muy ácil de soldar* lo que lo convierte en un material estructural atractivo en los ofcios de construir donde puede ser encontrado como un soporte temporal o permanente de material de revestimiento.

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