Resumen
El trabajo presenta el estudio realizado a un acero estructural de medio aleación con un contenido de 0.30 % de carbono, 0.76 % de cromo, 0.87% de manganeso, 0.9 % de cromo, sometido previamente a temple y revenido a diferentes temperatura.
En el mismo se realiza el estudio de la microestructura como se evalúa de forma estadística con valor predictivo. Las propiedades mecánicas del mismo.
Palabra clave: Acero de media aleación, revenido de cero de media aleación, propiedades mecánicas.
Introducción
Los aceros de medio aleación en su mayoría son aceros que para su empleo es necesario un proceso de tratamiento térmico para mejorar sus propiedades mecánicas, en la práctica este proceso se realiza mediante un temple seguido de un revenido.
Según la literatura actualizada, se recomienda un temple seguido de un revenido alto a una temperatura de 520 0C, sin embargo a esta temperatura la dureza disminuye como la resistencia mecánica, mientras que la tenacidad aumenta.
También con el revenido alto para este tipo de acero se modifica la microestructura, influyendo la misma con las propiedades mecánicas.
En ciertos aceros en los que después del temple queda austenita residual, se presenta un aumento de dureza, cuando el revenido se hace entre 350ºC y 550ºC, transformándose la austenita en otros constituyentes. Los aceros después del revenido, por lo general se contraen estas variaciones de propiedades que suceden en el revenido, se deben a los cambios microestructurales, que consisten en la descomposición de la martensita que se había obtenido en el temple y que se transforma en otros constituyentes más estables. La estructura obtenida en un revenido a 200-250ºC es de martensita de red cúbica, a 400ºC se observa un oscurecimiento fuerte, al aumentar a 600-650º [1]se desarrolla la coalescencia de la cementita. Con ayuda del telescopio electrónico se ha podido llegar a la conclusión que el revenido se hace en tres etapas:
Desarrollo
Para realizar el estudio de dicho material se fabricaron varias probetas del material en cuestión con de plancha de 8mm de espesor, 10mm de ancho por 20 de largo.
Posteriormente se sometió a temple con una temperatura de 880 oC [2] con enfriamiento en agua, obteniendo una microestuctura martensística [3], seguido de un revenido a temperaturas variable desde 200 oC a 600 oC con una permanencia de 1h.
El análisis metalografico se realizo con el empleo del reactivo Nital al 1% para el ataque químico durante 10 s.
Resultados obtenidos
1- Análisis microestructural
Figura 1. Microestructura del acero 30X?C con temple en agua desde los
880 oC, compuesta fundamentalmente por placas de martensita.
Figura 2. Microestructura del acero 30X?C con temple en agua desde los 880 oC y revenido a 200 oC durante 1 h, compuesta fundamentalmente por placas de martensita revenida y lagunas de austenita residual.
Figura 3. Microestructura del acero 30X?C con temple en agua desde los 880 oC y revenido a 300 oC durante 1 h, compuesta fundamentalmente por placas de martensita revenida y lagunas de austenita residual en menor cantidad que para el revenido a 200 oC.
Figura 4. Microestructura del acero 30X?C con temple en agua desde los 880 oC y revenido a 400 oC durante 1 h, compuesta por carburos cementíticos que comienzan a coalescer en una matriz ferrítica.
Figura 5. Microestructura del acero 30X?C con temple en agua desde los 880 oC y revenido a 500 oC durante 1 h, compuesta por carburos cementíticos coalescidos y engrosados en una matriz ferrítica.
Figura 6. Microestructura del acero 30X?C con temple en agua desde los 880 oC y revenido a 600 oC durante 1 h, compuesta por carburos cementíticos densamente coalescidos y engrosados en una matriz ferrítica.
2- Análisis de dureza
Para la medición de dureza se empleó un microdurómetro Vickers de la marca Shimadzu con carga de 1 Kg/f, aplicada durante 10 s, según la norma ASTM (4(.
En la tabla.1 se muestran los resultados generales que indican el efecto de la temperatura de revenido sobre el comportamiento mecánico del acero 30X?C, tanto del punto de vista de la resistencia mecánica tanto de la plasticidad como la tenacidad. Los resultados del comportamiento mecánico con respecto a la temperatura de revenido resultan ser una expresión de los cambios microestructurales que ocurren en el acero durante el revenido.
Tabla 1 Resultado de los ensayos de microdureza.
Los valores de dureza obtenidos para las diferentes temperaturas de revenido se muestran en la figura 7, donde se aprecia una caída paulatina de la dureza en la medida que aumenta la temperatura de revenido.
Figura 7. Puntos experimentales y curva del modelo estadístico del ajuste de los datos que muestran la variación de la dureza del acero 30X?C en función de la temperatura de revenido.
El análisis de regresión de los datos obtenidos conlleva al modelo estadístico expresado por la ecuación 1, caracterizado por un polinomio de tercer orden con un ajuste muy satisfactorio que justifica su empleo con carácter predictivo con un nivel de significación superior al 0.001 (tabla 2) [5].
Tabla 2. Resultados del análisis de varianza aplicado en el ajuste de los datos experimentales al modelo expresado por la ecuación 1.
Conclusiones
En el acero 30X?C, luego del temple en agua desde los 880 oC, el revenido entre 200 y 600 oC provoca:
1. Desde el punto de vista microestructural:
Con el temple en agua desde los 880 oC se alcanza una microestructura compuesta fundamentalmente por placas de martensita y restos de austenita residual.
El revenido a 200 oC provoca la transformación de la martensita de temple en martensita de revenido con presencia de finos carburos (.
Con el revenido a 300 oC, cualitativamente, se mantiene una estructura similar a la obtenida con el revenido a 200 oC
Con el revenido a 400 oC comienzan a observarse carburos cementíticos coalescidos en una matriz ferritíca y desaparece la austenita residual.
El revenido a 500 oC contribuye al fenómeno de coalescencia y crecimiento de carburos cementíticos, que se hace más intenso con el revenido a
600 oC.
2. Desde el punto de vista del comportamiento de la dureza.
Hay un incremento significativo de la razón instantánea de cambio de la dureza con respecto a la temperatura, que se acentúa paulatinamente con el incremento de la temperatura de revenido desde 200 oC hasta 537 oC; a partir de 537 oC el referido cambio se atenúa.
El modelo paramétrico se puede utilizar para valores de temperaturas de revenido de 200 0C hasta 600 0C aunque también para otras temperaturas pero con menor exactitud.
Referencia
1- Pula Avila Linda http://www.esi2.us.es/IMM2/Practhtml/trataminto.html www.utp.edu.co/~publio17/prep_probeta.htm
2- Metallurgists Handbook. Segunda edición. Editora MIR. 1969
3- De Ferri metallographia: metallographic atlas of iron, steel and cast iron.1996
4- ASTM E 92-82 Standard Test Method for Vickers Hardnees-2003.
5- Spiegel, M.R. Teoría y problemas de estadística. Editorial Pueblo y Educación. La Habana, 1977
6- Programa estadístico STATGRAPHICS versión 4.0.
7- Programa de varianza ANOVA.
Autor:
Ing. Román Terry Jiménez
Dr. Rafael Fernández Fuentes
Enviado por:Enrique Velázquez Pérez
Centro de investigación de la soldadura, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas. Cuba.