Embed Size (px)
Citation preview
1
EFECTO DEL TRATAMIENTO CRIOGENICO EN LA RESISTENCIA AL
IMPACTO Y LA MICROESTRUCTURA DE UN ACERO A572
DILAN ESTIDT LOAIZA TAPIERO
FREDDY ALEJANDRO RUIZ MURILLO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTA – D.C.
2017
2
EFECTO DEL TRATAMIENTO CRIOGENICO EN LA RESISTENCIA AL
IMPACTO Y LA MICROESTRUCTURA DE UN ACERO A572
DILAN ESTIDT LOAIZA TAPIERO
FREDDY ALEJANDRO RUIZ MURILLO
Trabajo de grado para optar por al título de
INGENIEROS MECÁNICOS
Msc. Ing CARLOS ARTURO BOHÓRQUEZ ÁVILA
DIRECTOR PROYECTO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTA - COLOMBIA
2017
3
CONTENIDO
1. RESUMEN ................................................................................................................. 8
2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 9
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................... 10
4. ESTADO DEL ARTE................................................................................................ 11
5. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 15
6. OBJETIVOS ............................................................................................................. 16
6.1 Objetivo general .................................................................................................... 16
6.2 Objetivos específicos ............................................................................................ 16
7. MARCO TEORICO .................................................................................................. 17
7.1 ACEROS ............................................................................................................... 17
7.1.1 COMPONENTES DE LOS ACEROS -DIAGRAMA DE FASE HIERRO-
CARBONO ............................................................................................................... 17
7.1.1.1 Ferrita .......................................................................................................... 17
7.1.1.2 Cementita .................................................................................................... 18
7.1.1.3 Perlita ........................................................................................................... 18
7.1.1.4 Austenita ...................................................................................................... 19
7.1.1.5 Martensita .................................................................................................... 19
7.2 ACERO A-572: ...................................................................................................... 19
7.3 INFLUENCIA DEL MANGANESO EN LOS ACEROS .......................................... 20
7.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS: ............................................................................. 21
7.4.1 Criogenia ........................................................................................................ 22
7.4.2 Temple ............................................................................................................ 24
7.4.3 Revenido ......................................................................................................... 26
7.5 DUREZA ............................................................................................................... 27
7.5.1 Método Rockwell:............................................................................................ 27
7.5.2 Metodo Vickers ............................................................................................... 28
7.5.3 Microdureza .................................................................................................... 28
7.6 RESISTENCIA AL IMPACTO ............................................................................... 29
4
7.6.1 Ensayo Charpy ............................................................................................... 29
7.7 ANALISIS METALOGRAFICO .............................................................................. 31
7.8 MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (MEB/SEM) .............................. 32
8. METODOLOGIA ...................................................................................................... 34
8.1 Diseño experimental ............................................................................................. 35
8.2 Selección y compra del material ........................................................................... 36
8.3 Espectrometría y determinación de la composición química. ............................... 37
8.4 Fabricación de probetas de ensayo de impacto .................................................... 38
8.5 Determinación de Temperaturas Intercríticas de temple ....................................... 39
8.6 Determinación de temperatura de revenido. ......................................................... 40
8.7 Tratamiento térmico Temple ................................................................................. 43
8.8 Tratamiento de Criogenia ...................................................................................... 44
8.9 Tratamiento de Revenido ...................................................................................... 46
8.10 Ensayo de impacto Charpy ................................................................................. 46
8.11 Ensayo de Dureza ............................................................................................... 47
8.12 Preparación metalográfica de las probetas ......................................................... 47
8.13 Microscopio electrónico de barrido ...................................................................... 49
8.14 Ensayo de microdureza ...................................................................................... 51
8.15 Estereoscopia de fractura ................................................................................... 51
9. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................................... 52
9.1 Ensayo de impacto Charpy ................................................................................... 52
9.2 Dureza .................................................................................................................. 55
9.3 Microscopia electrónica de barrido ........................................................................ 59
9.4 Microdureza .......................................................................................................... 62
9.5 Fractografía. .......................................................................................................... 63
9.6 Análisis de resultados y Discusión ........................................................................ 65
10. CONCLUSIONES. ................................................................................................ 68
11. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 69
12. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 70
5
Lista de Tablas
Tabla 1 Composicion química del acero ASTM A-572 ................................................... 20
Tabla 2 Propiedades Mecánicas del Acero A572 ........................................................... 20
Tabla 3 Definición de la secuencia de tratamientos térmicos y la cantidad de probetas a
ser tratadas. ................................................................................................................... 35
Tabla 4 Composición Quimica del Acero A572 Examinado con espectrometría de masas
U.N. ................................................................................................................................ 37
Tabla 5 Resultados de ensayo de impacto Charpy para las 20 probetas según su
tratamiento térmico. ........................................................................................................ 52
Tabla 6 Promedio de energía absorbida por las probetas según su secuencia de
tratamientos .................................................................................................................... 53
Tabla 7 Promedio de durezas superficiales de las probetas. ......................................... 55
Tabla 8 Promedio ponderado de dureza de las probetas ............................................... 56
Tabla 9 Probetas seleccionadas para la preparación metalográfica y micrografías. ...... 57
Tabla 10 Micrografias obtenidas por SEM...................................................................... 61
Tabla 11 Promedio de microdurezas .............................................................................. 62
Tabla 12 Comparativo entre modos de fractura de probetas de impacto Charpy según su
tratamiento térmico. ........................................................................................................ 64
6
Lista de figuras
Figura 1 Diagrama de Hierro-Carbono Metastable. ........................................................ 18
Figura 2 Recipiente de nitrógeno líquido utilizado para tratamientos criogénicos. ......... 23
Figura 3. Ciclo termico del temple. ................................................................................. 25
Figura 4 Ciclo Térmico del temple-revenido ................................................................... 26
Figura 5 Identador de dureza Vickers. ........................................................................... 28
Figura 6 Ensayo Charpy ................................................................................................. 30
Figura 7 Diferencia entre área bajo la curva de un material frágil (A) y un material dúctil
(B) .................................................................................................................................. 31
Figura 8 Interaccion de los electrones con las muestras solidas .................................... 32
Figura 9 Microscopio Electronico de Barrido .................................................................. 33
Figura 10 Paso a paso de la metodología de investigación del proyecto. ...................... 34
Figura 11 Secuencia de tratamientos térmicos diseñados para el presente proyecto .... 36
Figura 12 Placa de acero A 572 ..................................................................................... 37
Figura 13 Resultados de espectrometría del material A572 ........................................... 38
Figura 14 Dimensiones de la probeta para el ensayo Charpy de impacto. .................... 38
Figura 15 Probeta de impacto Charpy mecanizada. ...................................................... 39
Figura 16 Muesca de la probeta vista en el estereoscopio. ........................................... 39
Figura 17 Esquema de tratamiento térmico de las probetas tratadas a temple ............. 41
Figura 18 Secuencia de tratamientos térmicos temple-revenido (4 probetas) ............... 42
Figura 19 Secuencia de tratamientos térmicos para las probetas de acero A572 con
temple-criogenia y revenido (4 probetas a criogenia de 12 horas y 4 probetas a criogenia
de 24 horas) s ................................................................................................................ 42
Figura 20 Mufla de tratamientos Labtech/lef-p type. ...................................................... 43
Figura 21 Recipiente de agua para el templado con las probetas enfriándose .............. 43
Figura 22 Probetas templadas antes el tratamiento criogénico ...................................... 44
Figura 23 Recipiente de almacenamiento de nitrógeno líquido, donde se realizó el
tratamiento criogénico .................................................................................................... 44
Figura 24, Canastillas cilíndricas donde reposan las probetas....................................... 45
Figura 25 Emanación de vapor de nitrógeno líquido producto del choque térmico entre el
mismo y las probetas. .................................................................................................... 45
Figura 26 Maquina de ensayo de impacto Charpy marca SATEC ................................. 46
Figura 27 Durometro GNEHM SWISS ROCK ................................................................ 47
Figura 28 Cortadora Metkon / Prensa de montaje Mentkom Ecopress 50.. ................... 48
Figura 29 Probetas encapsuladas .................................................................................. 48
Figura 30 Sistema de esmerilado y pulido Metkon Forcipol 2V. ..................................... 49
Figura 31 Cámara de vacío del microscopio electrónico de barrido. .............................. 49
Figura 32 Probetas llevadas a la plaqueta del microscopio............................................ 50
Figura 33. Estudio de las probetas en el microscopio electrónico de barrido ................. 50
7
Figura 34 Energía absorbida por probetas de Acero A572 según su secuencia de
tratamiento térmico. ........................................................................................................ 53
Figura 35 Forma de falla de las probetas de acero A572 después del impacto. ............ 54
Figura 36 Comparacion grafica datos de durezas obtenidos de las probetas (HV) ........ 56
Figura 37 Comparación grafica del promedio de durezas de las probetas según su
secuencia de tratamientos térmicos ............................................................................... 57
Figura 38 Comparación grafica de datos Dureza vs Energía Absorbida para cada una de
las probetas ensayadas ................................................................................................. 58
8
1. RESUMEN
En este documento se presentan los resultados de un estudio experimental realizado a
unas probetas de acero A 572, con el cual se buscó establecer la influencia de los
tratamientos térmicos de temple – criogenia y revenido sobre la resistencia al impacto y
la microestructura del material. Se estableció la secuencia de tratamientos de este modo:
se trataron 4 probetas a temple a 770ºC, 4 probetas a temple - criogenia a 12 horas de
exposición y revenido a 400ºC, 4 probetas a temple – criogenia a 24 horas de exposición
y revenido y 4 probetas sin tratamiento. Los resultados indican que la dureza del material
tratado criogénicamente a 24 horas aumenta ligeramente con respecto a la probeta
tratada criogénicamente a 12 horas y el material sin tratar, sin embargo, no se observó
variación de los resultados de energía absorbida por el material con tratamiento
criogénico a comparación del material sin tratar, puesto que en la microestructura del
material, los granos de martensita revenida se refinan y aparecen precipitados de
manganeso, sin embargo, esto no influye en la variación de las propiedades mecánicas
del material, exceptuando en la dureza.
Palabras clave:
Tratamiento térmico, criogenia, Resistencia al impacto, dureza, martensita
ABSTRACT
This paper presents the results of an experimental study carried out on A 572 steel
specimens, which sought to establish the influence of the quenching- cryogenics and
tempering thermal treatments on the impact resistance and microstructure of the material.
The sequence of treatments was established in this way: 4 specimens were treated in a
quenching at 770ºC, 4 specimens in a quenching - cryogenics at 12 hours exposure and
tempered at 400ºC, 4 specimens at a quenching - cryogenic at 24 hours exposure and
tempering and 4 specimens without treatment. The results indicate that the hardness of
the cryogenically treated material at 24 hours increases slightly with respect to the
cryogenically treated probe at 12 hours and the untreated material, however, no change
in the results of energy absorbed by the material with cryogenic treatment was observed
compared the untreated material, because the microstructure of the material, in the
tempered martensite grains is further refined and manganese precipitate appears,
however, it does not influence the variation of the mechanical properties of the material,
except in the hardness.
Keywords:
Heat treatment, cryogenic, impact strength, hardness, martensite
9
2. INTRODUCCIÓN
El estudio de materiales es un proceso que influye bastante en el desarrollo de proyectos
de ingeniería, el cual busca hacer una análisis cuantitativo y cualitativo de los cambios
que se producen en los materiales cuando se someten a alguna operación que modifique
su comportamiento. Mediante diversos análisis, se puede detectar variaciones en las
propiedades mecánicas, fallas dadas por algunas imperfecciones superficiales o en
microestructura, entre otros procesos, que se pueden encontrar en cualquier elemento o
pieza, ya sea en el momento de fabricación o en el de operación. Por lo que, el estudio
de los materiales en distintas condiciones de funcionamiento tiene gran importancia,
puesto que permite predecir el comportamiento del material y así favorecer y ayudar a
los ingenieros, científicos y diseñadores a realizar un diseño apropiado para sus
máquinas, a agilizar procesos de mantenimiento, predicción de fallas, etc.
En el estudio de la metalografía, se busca incansablemente conocer cómo se comporta
un metal bajo todas las condiciones posibles que se puedan encontrar en cualquier
maquina o estructura, sobre todo en los aceros, ya que su uso extendido en casi todos
los campos de la ingeniería hace menester determinar el comportamiento de este metal
en todas las condiciones posibles. Sin embargo, es poco conocido aun el efecto que
producen los tratamientos térmicos criogénicos sobre los aceros; aunque se ha avanzado
científicamente en la materia, todavía está en etapa de consolidación la tecnología de la
criogenización, y existen distintos grupos de estudio, científicos e investigadores que en
este momento están profundizando la investigación del comportamiento de los metales
cuando se someten a condiciones de baja temperatura, para saber que usos potenciales
tiene esta tecnología y como se puede desarrollar y aprovechar en un futuro no muy
lejano.
Particularmente, en los aceros de bajo carbono y alto contenido de manganeso existe
poca información relativa al comportamiento de este metal cuando se somete a bajas
temperaturas, se sabe poco de la influencia sobre las propiedades mecánicas de este
tratamiento y no existe mucha literatura que trate sobre el tema, por lo que surge la
necesidad de conocer que sucede en las distintas propiedades mecánicas cuando el
acero de alto manganeso se somete a temperaturas de criogenización. En este caso, se
trata de determinar el comportamiento del material tratado criogénicamente cuando se
somete a impactos, puesto que la determinación de esta propiedad permitirá conocer y
desarrollar la tecnología de criogenización y hasta incluso potencializar el uso de dicha
tecnología si demuestra mejoramiento sustancial de la propiedad con respecto a otros
tipos de tratamientos térmicos. Por ello, se desarrolló el presente proyecto con la premisa
de determinar el cambio de la propiedad bajo la actuación de distintos tratamientos
térmicos.
10
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El estudio de las propiedades y usos del acero de alto manganeso sigue en
investigación. El acero A572 es un acero que tiene propiedades buenas de ductilidad;
se usa mucho en la construcción de estructuras de puentes, equipos navales,
plataformas de ingeniería, estructuras, herramientas. Sin embargo, la tecnología de la
criogenización está irrumpiendo en la ciencia de los tratamientos térmicos, puesto que
es una tecnología que tiene varios usos potenciales y en investigaciones sobre
materiales criogenizados demuestran que los metales tratados criogénicamente
mejoran propiedades mecánicas, debido a la reorganización de la estructura y a la
generación de precipitados cuando el material se somete a temperaturas criogénicas.
Sin embargo, el estudio de este tratamiento sobre las propiedades de muchos
materiales, sobre todo en aceros, todavía no se ha desarrollado extensamente, por lo
que hay un gran campo de posibilidades en investigación y desarrollo en esta área de
los tratamientos térmicos. La aplicación de este tipo de tratamiento en un acero de
limitadas prestaciones como el acero A572, podría dar lugar a nuevos usos de dicho
material en otras aplicaciones o mejorar las características en los usos que se le da
actualmente al producto. Por lo que el presente estudio tratará de determinar si el
tratamiento criogénico afecta sustancialmente las propiedades mecánicas de este
acero, centrándose en el estudio de una propiedad particular como lo es la resistencia
al impacto del material, comparando resultados con las propiedades del mismo tipo de
acero cuando se realiza el proceso de tratamiento térmico por templado y revenido, y
corroborando también por medio del análisis microestructural la relación del estado de
la microestructura del acero con los resultados obtenidos del ensayo Charpy de
impacto. Para su uso como referencia en diseños o aplicaciones futuras de este
material en el área de la criogenia.
11
4. ESTADO DEL ARTE
EFECTO DEL TRATAMIENTO CRIOGÉNICO PROFUNDO SOBRE LA RELACIÓN
ESTRUCTURA-PROPIEDAD EN UN ACERO DE BANDA MULTIFÁSICO DE BAINITA
/ MARTENSITA MN-SI-CR DE RESISTENCIA ULTRA ALTA
K. Wang , Z. Tan, K. Gu, B. Gao, G. Gao, R.D.K. Misra , B. Bai
Se realizó un estudio investigativo con el fin de determinar qué efecto tiene el tratamiento
criogénico profundo aplicado a un acero multifase de bainita-martensita, para determinar
cuál es la relación del tratamiento con la estructura y las propiedades mecánicas de dicho
acero. Se encontró que el tratamiento mejora considerablemente la resistencia al
desgaste y las propiedades mecánicas como la elongación, el alargamiento y dureza.
Esto es gracias a que se reorganiza la martensita, se libera la fase austenítica y se
reorganiza el carbono en el proceso de revenido del material. Además de que con la
generación de carburos precipitados se mejora la resistencia al desgaste del material. [1]
EFECTO DEL AMBIENTE DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO Y TRATAMIENTO
CRIOGÉNICO EN EL COMPORTAMIENTO DE DESGASTE DEL AZ91
Kamran Amini, Amin Akhbarizadeh, Sirus Javadpour [2]
En este estudio, se investigó el efecto del tratamiento térmico criogénico profundo y
diferentes ambientes de temple en la aleación de magnesio a través del microscopio
óptico y microscopio electrónico de barrido (SEM); la evaluación de la dureza y prueba
de desgaste del AZ91. Para este propósito, las muestras se calentaron a 420º C durante
24 h seguido de enfriamiento en diferentes ambientes de agua, aire y nitrógeno líquido.
Después de que las muestras fueron tratadas criogénicamente en nitrógeno líquido,
siguió el envejecimiento. Los resultados muestran que el tratamiento térmico criogénico
profundo mejora la dureza y la resistencia al desgaste. Este comportamiento es una
consecuencia de los átomos de aluminio que saltan a los defectos cercanos, incluyendo
dislocaciones. Además, se comprobó que el aumento de la velocidad de enfriamiento del
recipiente mejora la dureza después del envejecimiento y que el mecanismo de desgaste
predominante es abrasivo. [2]
12
TRATAMIENTO CRIOGÉNICO PROFUNDO DE ACEROS PARA HERRAMIENTAS
B. Podgornik, I. Paulin, B. Zajec, S. Jacobson, V. Leskovsek
El objetivo del trabajo de investigación fue investigar el efecto del tratamiento criogénico
profundo sobre la fractura, dureza, resistencia al desgaste y capacidad de carga del acero
de herramienta de trabajo en frío y para determinar la eficacia de tratamiento criogénico
profundo dependiendo del tipo de acero de herramienta y composición química. El tipo y
la composición química del acero de herramienta afectan considerablemente la forma en
que el tratamiento criogénico profundo cambia la capacidad mecánica, la tribología y la
carga de la herramienta de acero. El Tungsteno y el Cobalto contenido en el acero para
herramientas con el tratamiento se mejora en un 70% sus propiedades, pero son muy
limitadas en el caso del acero de alta velocidad. Las propiedades del acero producto del
contenido de carbono y vanadio pueden incluso deteriorarse después de un tratamiento
criogénico profundo. Se mejora la resistencia al desgaste por abrasión [3]
ESTUDIO DE EFECTO DEL TRATAMIENTO CRIOGÉNICO SOBRE LAS
PROPIEDADES MECÁNICAS DE UN ACERO RAPIDO (HSS) AISI M7
Ing. Msc. Diana Yasmin Caserta Cardenas.
Este trabajo de investigación presenta los resultados del tratamiento criogénico en
unas brocas de centrado de acero rápido HSS que fueron expuestas a varias
temperaturas bajo cero y en variables tiempos de exposición. Se realizaron pruebas
tribológicas, mecánicas y metalográficas para corroborar os resultados obtenidos. Se
encontró que la vida útil de las brocas se alargó, comparando las brocas tratadas con
las no tratadas, esto debido a que se aumentó la dureza, se conformaron carburos
distribuidos de manera uniforme, por lo tanto, se formó una estructura molecular densa.
Esto explica el aumento de la resistencia al desgaste provocado por el tratamiento
criogénico en el acero HSS. La duración de la exposición del material al tratamiento
criogénico no influyo en el comportamiento de las brocas. [4]
INFLUENCIA DE LOS TRATAMIENTOS A TEMPERATURAS INTERCRÍTICAS IHT
Y TRATAMIENTOS CRIOGENICOS Y UN POSTERIOR REVENIDO DE 15,30 Y 45
MINUTOS A LA RESISTENCIA AL DESGASTE ABRASIVO DE UN ACERO AISI/SAE
1045
Ing. Hector rojas, Maria Vacca, Miguel Zabala
En esta investigación de la Universidad Libre-sede Bogotá, se determina la influencia
de los tratamientos térmicos escalonados-temple-criogenia y revenido en la resistencia
al desgaste abrasivo de un acero 1045. Se realiza tratamiento de temple a
13
temperaturas intercríticas de 740ºC y 770ºC, luego se realizó tratamiento de criogenia
a 24 y 48 horas de exposición y luego un revenido a 450ºC con tiempos de 15 y 30
minutos. Se encontró que se aumenta la resistencia al desgaste abrasivo del material
porque se forma una estructura ferritica-martensitica en el acero, y a medida que se
incrementa la exposición del material a temperaturas criogénicas, se forman
microcarburos, lo cual hace que el material sea más duro y, por lo tanto, más resistente.
[5]
INFLUENCIA DE UN TRATAMIENTO CRIOGENICO EN LAS PROPIEDADES
MECANICAS DE UN ACERO PARA HERRAMIENTAS AISI T-2000
Joan Morales, Luis Sidorovas
El presente estudio busca determinar la influencia de la criogenia en las propiedades
mecánicas de un acero para herramientas T-2000, se realiza una comparación entre
unas probetas tratadas criogénicamente a -194ºC durante 24 horas de exposición, y
otras probetas sin tratar. A través de los resultados y las imágenes de la fractura
obtenidas en microscopio, se pudo constatar que las propiedades mecánicas de las
probetas tratadas mejoraron con tratamiento criogénico con respecto a las probetas no
tratadas, puesto que la austenita retenida se transformó en martensita, por lo que se
mejoró las propiedades del acero T-2000. [6]
INFLUENCIA DEL TIEMPO DE REVENIDO EN LA RESISTENCIA AL DESGASTE
ABRASIVO DE UN ACERO AISI 1020 TEMPLADO DESDE TEMPERATURAS
INTERCRITICAS SEGUIDO DE UN TRATAMIENTO CROGENICO
Camilo Guerrero, Fernando Salazar.
Se buscó determinar la influencia de los tratamientos de temple-criogenia y revenido
en la resistencia al desgaste de una probeta de acero 1020, se trataron las probetas
por grupos a 740ºC y 780ºC, expuestas por 1 hora y enfriadas con aceite y con agua.
Se sometieron a tratamiento criogénico durante 24 horas y luego se revinieron a 360ºC
durante 15,30, 45 y 60 minutos respectivamente. Se determinó que la dureza de las
probetas que se templaron con aceite eran menos duras que las templadas en agua,
sin embargo, se observa un ligero aumento en la dureza al realizar el tratamiento
criogénico. Además, se encuentra que hay un aumento mínimo de la resistencia al
desgaste en las probetas templadas en agua, pero no se consideró significativo con
respecto al grupo de probeta en estado de entrega. [7]
14
EFECTO DE TRATAMIENTO CRIOGENICO EN LA DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS
RESIDUALES EN EL CASO DEL ACERO CARBURADO EN353
A. Bensely, S, Venkatesh, D. Mohan Lal, G, Nagarajan, A Rajadurai, K. Junik
Se estudia el efecto del tratamiento criogénico sobre la distribución de esfuerzos
residuales en un acero cementado EN353 mediante rayos x. Se realizaron dos tipos
de tratamiento criogénico: uno superficial a 193ºK y otro profundo 77ºK. Se determinó
que la cantidad de austenita retenida en muestras tratadas se reduce cuando la
criogenia se realiza de manera profunda. Se realizo la comparación de los tres
tratamientos y se determinó que se aumenta el esfuerzo residual de compresión en el
acero que fue sometido a tratamiento criogénico antes del revenido. Además, se
encontró que el acero tratado criogénicamente cuando se somete a temple, se reduce
el esfuerzo residual de compresión, a causa del aumento de precipitados de carburos
finos en la microestructura del material. [8]
15
5. JUSTIFICACIÓN
Se pretende estimular con el presente trabajo de grado la necesidad de continuar
determinando propiedades de los aceros, especialmente del acero A572, permitiendo
contribuir con el desarrollo de la técnica de la criogenización profunda como tratamiento
térmico, porque es una tecnología en desarrollo que ofrece muchas posibilidades de
desarrollo e innovación en el campo de los materiales, puesto que ha demostrado que
se mejoran las propiedades mecánicas en materiales metálicos, por lo que puede
convertirse en un tratamiento térmico muy utilizado en la industria. Además, se está
expandiendo su uso en todo el mundo como método para preservar muestras
orgánicas, por lo que la fabricación de estos equipos es mayor y así mismo, aumenta la
necesidad de mejorar sus prestaciones en cuanto a propiedades mecánicas se refiere,
para adaptar y mejorar estos equipos, y que así funcione muy bien en condiciones
adversas.
16
6. OBJETIVOS
6.1 Objetivo general
Establecer la influencia de un tratamiento criogénico y un temple desde una temperatura
intercríticas a la resistencia al impacto y la microestructura del acero de alto manganeso
A572
6.2 Objetivos específicos
• Definir la secuencia de tiempos y temperaturas para realizar el tratamiento
realizando los ensayos de impacto
• Establecer los cambios de la microestructura de un acero A572 luego del
tratamiento térmico, temple, criogenia y revenido.
• Establecer la influencia del tratamiento térmico criogénico en el ensayo de impacto
en el acero A572 y su relación con el estado de la microestructura.
17
7. MARCO TEORICO
7.1 ACEROS
Son aleaciones de hierro-carbono aptas para ser deformadas en frio y en caliente, en las
cuales el porcentaje de carbono no excede de 1,76%, aunque en algunos casos
especiales se puede superar dicho limite, como sucede en ciertos aceros con elevado
contenido de carbono. Este se obtiene a partir de mineral de hierro y coque fundiéndose
en un alto horno o en horno eléctrico. En general, es uno de los materiales más utilizados
para construcción, estructuras, piezas mecánicas y piezas especiales de maquinaria,
herramientas, etc. por sus prestaciones, e incluso se pueden mejorar sus propiedades
agregándoles otros compuestos o realizando tratamientos térmicos, físicos o químicos.
Se clasifican generalmente en:
• Acero al carbono
• Aceros aleados
• Aceros estructurales
• Aceros inoxidables
• Aceros de herramienta
7.1.1 COMPONENTES DE LOS ACEROS -DIAGRAMA DE FASE HIERRO-CARBONO
En la aleación hierro-carbono hay varios constituyentes estructurales, o clases de
cristales, con composiciones y características propias, los cuales aparecen en el
diagrama hierro-carbono como transformaciones de fase. En este diagrama se indican
los constituyentes que existen a cualquier temperatura, y para cualquier contenido de
carbono, cuando la aleación se enfría y calienta con la suficiente lentitud para que
aquellos permanezcan en estado de equilibrio. El diagrama no señala el tamaño relativo
del grano de los constituyentes presentes, sin embargo, este diagrama y los diagramas
de fase en general permiten muchas veces hacer predicciones cualitativas sobre distintos
aspectos de la estructura de una aleación. [9]
7.1.1.1 Ferrita
La ferrita es una solución solida de hierro-carbono en etapa alfa, cuya cantidad en un
acero no supera el 0.8% y con una estructura cubica centrada. Que le entrega al acero
propiedades como ductilidad, magneticidad y plasticidad.
18
7.1.1.2 Cementita
Es el componente más puro y frágil de los aceros, quien otorga propiedad de dureza y
fragilidad a un acero. Es magnética hasta los 210ºC, a partir de los cuales pierde su
magnetismo. Cristaliza en una red ortorrómbica.
Figura 1 Diagrama de Hierro-Carbono Metastable. Fuente: Universidad Tecnológica
Nacional de Argentina
7.1.1.3 Perlita
Es una solución de ferrita + cementita, su nombre se debe a las arrugaciones que
adquiere cuando se ilumina, parecida a las perlas. Puede aparecer de estructura laminar
si se enfría de manera lenta, si el enfriamiento es brusco aparece de manera borrosa. Es
responsable de la propiedad de fragilidad del acero.
19
7.1.1.4 Austenita
Es el constituyente más denso de los aceros y está formada por una solución solida de
carbono en hierro gamma, la proporción de carbono varía desde el 0.01% hasta el 1.76%.
La austenita, en los aceros al carbono, sin ningún otro elemento aleado, empieza a
formarse a 723ºC, y a partir de la temperatura critica superior, la totalidad de la masa de
acero está formada por cristales de austenita. Puede obtenerse una estructura
austenítica en los aceros a temperatura ambiente enfriando muy rápidamente una
probeta de acero desde una temperatura superior a los 723ºC. Pero al no ser estable se
transforma en ferrita y perlita. Esta fase es blanda y dúctil.
7.1.1.5 Martensita
Después del cementita, este es el constituyente más duro de los aceros, la martensita es
una solución solida sobresaturada de carbono en hierro alfa. Se obtiene por enfriamiento
muy rápido de los aceros, una vez elevada su temperatura lo suficiente para conseguir
su constitución austenítica. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en
red tetragonal debido a la deformación que produce en su red cristalina la inserción de
los átomos de carbono.
7.2 ACERO A-572:
Designación ASTM A572 GR50: es un acero al vanadio-niobio de alta resistencia que
posee mayor resistencia que el acero al carbón, Dúctil, duro y resistente a la fatiga, posee
buenas prestaciones estructurales a un bajo costo.
Se produce en grados 42, 50, 60 y 65. El grado representa el limite elástico en ksi. El más
común de ellos es el grado 50. Los grados más bajos se utilizan para estructuras
atornilladas, remachadas o soldadas, y el grado más alto se utiliza para la construcción
de puentes y otras estructuras más complejas. Su uso está más expandido en la
construcción de puentes, ya que tiene una resistencia desde 50000 psi Hasta 65000 psi
en el límite de fluencia y tiene una resistencia a la tracción de 60000 psi hasta 80000 psi
dependiendo del grado.
El acero a572 posee la siguiente composición química dependiendo del grado.
20
Tabla 1 Composicion química del acero ASTM A-572 Fuente:ASTM International
Tabla 2 Propiedades Mecánicas del Acero A572. Fuente ASTM International
La adición de Columbio(Niobio) o Vanadio aumenta considerablemente la resistencia de
este material, por lo que lo hace apropiado para construcción de estructuras, también se
usa en construcción de bastidores, plataformas petroleras y plataformas marinas. [10].
7.3 INFLUENCIA DEL MANGANESO EN LOS ACEROS
El manganeso (Mn) es uno de los metales de transición que se encuentra prácticamente
en todas las aleaciones de aceros, siendo un material bastante reactivo de acuerdo con
los diferentes materiales con los que se mezcle, pues puede reaccionar con facilidad y
en algunos casos de manera catastrófica.
Microestructuralmente, uno de los principales microconstituyentes conformados en el
acero ante la presencia del manganeso es la austenita; los efectos que esta tiene
generalmente es la reducción en la maquinabilidad del acero y una baja resistencia a la
21
fluencia, por lo que limita en gran parte su uso en la industria. Un ejemplo es cuando se
hacen necesarias piezas de fabricación que tengan una deformación alta; cuando se
trabajan aceros en procesos en donde se necesitan deformaciones superficiales como
en el martillado, taladrado, laminado en frio, este tipo de aceros endurecen su superficie
e internamente se convierten en una estructura con alta tenacidad y le da la posibilidad
igualmente de ser un material para trabajar con soldadura. [11]
En los aceros que contienen por lo menos de 0.3 a 1.5%Mn, favorece en la desoxidación
del acero, previene las inclusiones de sulfuro de hierro y aumenta la capacidad de
endurecimiento, la presencia del manganeso incrementa la solubilidad del carbono en la
austenita facilitando a formación de carburos débiles, convirtiéndose así en cementita.
Grandes cantidades de manganeso (>2% Mn) resultan en una mayor tendencia al
agrietamiento y distorsión durante el enfriamiento. La presencia de Mn en los aceros
aumenta la cantidad de impurezas como el P, Sn, Sb y As, segregando a los límites del
grano e induce a la agilización templada. [12]
Cuando se practican tratamientos térmicos, el manganeso disminuye la velocidad crítica
de enfriamiento del acero y aumenta la sensibilidad al sobrecalentamiento y contribuye a
la fragilidad en el revenido. En los aceros tratados térmicamente, el manganeso
incrementa: la resistencia a la tracción, el límite elástico, la resistencia a la fatiga, la
fluencia lenta, la forjabilidad, la resistencia al revenido, la fragilidad en el revenido, la
tendencia al crecimiento del grano, la formación de carburos y la dilatación térmica. El
manganeso disminuye: la embutibilidad, la maquinabilidad, la conductividad térmica y
eléctrica y la sensibilidad a la fractura frágil.
7.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS:
Son procesos a los que se someten los metales y aleaciones para modificar su estructura,
con el propósito de cambiar o adaptar las propiedades mecánicas de un material
confiriéndoles características especiales para una aplicación determinada a partir de un
conjunto de operaciones de calentamiento, sostenimiento y enfriamiento del metal. Con
un tratamiento térmico, los componentes estructurales se transforman de fase, o también
se modifica el tamaño de grano del mismo. De esta manera, se obtienen aumentos de
dureza, resistencia mecánica, o en cambio, plasticidad, maleabilidad para facilitar
procesos de manufactura.
Sus Fases son:
➢ Calentamiento: Se calienta el material con ayuda de una mufla, un horno o una llama
desde la temperatura ambiente hasta la temperatura deseada.
22
➢ Permanencia o sostenimiento de la temperatura: con la temperatura requerida, se
establece el tiempo al cual el material estará expuesto de manera constante.
➢ Enfriamiento: El material se retira del horno o la mufla y se realiza la reducción de
temperatura, en algunos casos, el material se somete a un medio de enfriamiento ya
sea agua, aceita, solución salina u solución química, o en el más simple de los casos
solo aire.
Los siguientes factores intervienen en el resultado final:
• Efecto de masa (espesor o diámetro de las piezas)
• Duración de ciertas fases del ciclo térmico.
• Forma de enfriamiento, el medio y el tiempo. [9]
7.4.1 Criogenia
Es un tratamiento térmico en el que un material se somete en alguna fase a temperaturas
criogénicas. Un enfriamiento típico puede llegar a marcar hasta 200ºC bajo cero en el
termómetro –la temperatura de condensación del nitrógeno-, la pieza se deja a dicha
temperatura generalmente durante periodos prolongados de tiempo y se vuelve a
calentar gradualmente hasta la temperatura ambiente; normalmente el proceso se
complementa con revenidos.
El efecto de la baja temperatura sostenida puede llevar al material a sufrir
transformaciones en su microestructura debido a cambios de fase que sufre el material
en su proceso de transformación. Se sabe que produce transformación de austenita en
martensita en los aceros, precipita carburos finos y las tensiones residuales disminuyen,
lo cual se traduce en cambios en propiedades mecánicas como la dureza, desgaste,
resistencia a fatiga, tenacidad, conductividad.
Existen varias teorías acerca de las transformaciones de fase que ocurren en los metales,
pero fundamentalmente ocurren dos: la transformación completa o la mayor cantidad
posible de austenita retenida a martensita y la otra transformación generada en el material
a causa de la precipitación de ETA-carburos que causan el fortalecimiento de la pieza a
niveles microscópicos. Se puede afirmar que el tratamiento criogénico es un tratamiento
de prolongación al temple en los aceros puesto que se trata de un calentamiento en el
que la austenita se transforma en martensita, una fase más dura y resistente del acero.
Sin embargo, durante los tratamientos queda austenita sin transformar. En este caso, el
tratamiento criogénico permitiría continuar con la transformación y disminuir el porcentaje
de austenita retenida, transformándola en martensita.
23
El resultado de las investigaciones realizadas acerca de los tratamientos criogénicos se
ha podido demostrar que, a temperaturas criogénicas, se produce en los aceros una
precipitación de carburos, como estos precipitados se encuentran dispersos en la
superficie del material, hacen que la estructura del material sea resistente [13]. Sin
embargo, la transformación producida por la criogenia no explica a veces el
comportamiento de ciertos materiales. La teoría más acertada acerca del efecto de la
criogenia en los materiales es la reducción de tensiones y defectos a nivel cristalino, pero
hasta hoy, no se ha llegado a nada concluyente. [14]
Los tratamientos criogénicos no son tratamientos superficiales y, por consiguiente, los
elementos tratados pueden ser mecanizados o rectificados sin perdida. También, el
material tratado criogénicamente puede ser compatible con la mayoría de tratamientos
superficiales.
Figura 2 Recipiente de nitrógeno líquido utilizado para tratamientos criogénicos. Fuente:
Autores
El uso de la tecnología criogénica es limitado, sin embargo, el uso en la ciencia de los
materiales tiene un potencial grande, pues con la mejora de propiedades con la
criogenización, las industrias beneficiadas serian la de herramientas, automotrices,
minería, aeroespacial, etc. En efecto, puede ser de ayuda para obtener piezas mejoradas
sin necesidad de llevarlas a un tratamiento térmico convencional [15]
24
El tratamiento criogénico es un tratamiento superficial, puesto que afecta a todo el
volumen del material. Por lo tanto, solo se realiza el tratamiento del material una vez,
frecuentemente como complemento del tratamiento de temple y seguido de revenidos. El
elemento tratado bajo la criogenia puede ser afilado o modificado cuantas veces se desee
sin tener una pérdida significativa en sus propiedades mecánicas. El tratamiento
criogénico ofrece ventajas en los materiales que se trata ya que son compatibles con los
recubrimientos antidesgaste habituales en la industria. Y también son tratamientos que
son amigables con el medio ambiente, de modo que el nitrógeno líquido proviene de la
atmosfera terrestre, y su consumo eléctrico es muy mínimo.
Los tratamientos criogénicos se aplican a herramientas de corte o manuales a los que se
desea prolongar su vida útil reduciendo el desgaste, también se aplica a rodamientos,
engranajes, motores, transmisiones. E incluso cables, mejorando su conductividad.
7.4.2 Temple
El temple es un tratamiento térmico que, mediante el calentamiento y enfriamiento a una
velocidad controlada, varia las características mecánicas (aumentar la dureza y
resistencia), físicas (modificar el magnetismo remanente y la resistencia eléctrica) y
químicas (mejorar su comportamiento en los procesos de recocido y frente a la acción de
ciertos ácidos) del acero.
El acero se calienta por encima de la temperatura crítica inferior, unos 721ºC, para que
la perlita se disuelva en austenita. La temperatura de austenización debe ser superior a
la temperatura de transformación total de la ferrita en austenita y depende de la
composición del acero. Esta solución solida de hierro y carbono al enfriarse
repentinamente, la estructura cristalina se transforma de forma rápida y el carbono queda
incluido dentro de la red deformándola y endureciéndola, se transforma en martensita.
Esta microestructura es muy dura, frágil y tiene mayor resistencia a la tracción que el
acero perlítico. Cuanto mayor sea el contenido de carbono mayor dureza adquiere.
Después del temple siempre se suele hacer un revenido de la pieza porque el acero
queda muy inestable y para darle mayor ductilidad y tenacidad. [16]
El temple se divide en dos pasos:
• Calentamiento controlado en temperatura (entre 750 ºC y 1.300 ºC dependiendo del
material base), rampa de calentamiento y tiempo de mantenimiento a temperatura
máxima. Ajustando estos tres puntos de control se puede conseguir las condiciones
idóneas previo al temple disolviendo los elementos aleantes de manera correcta y
obteniendo una estructura austenítica deseada.
25
• Permanencia: el material se somete a una temperatura constante durante cierto
tiempo.
• Enfriamiento controlado de la zona a templar: Es muy importante controlar el
medio de temple (agua, agua + polímero, aceite…), caudal, presión y la tipología de
sistema de ducha utilizado. Con un correcto ajuste del medio de enfriamiento se
consigue la transición estructural de austenita martensita, mejorando notablemente
la dureza de la zona templada.
Materiales de temple
Casi todos los aceros destinados al uso industrial se pueden templar, por ejemplo,
los aceros para resortes, aceros para trabajo en frío, aceros de temple y revenido,
aceros para rodamientos, aceros para trabajo en caliente y aceros de herramientas, así
como una gran cantidad de aceros inoxidables de alta aleación y aleaciones de hierro
fundido.
Propiedades mejoradas:
• Resistencia al desgaste
• Dureza
• Limite Elástico
• Resistencia a la tracción
Propiedades que se reducen:
• Alargamiento
• Menor estricción o reducción del área deformada
• Resiliencia.
Figura 3. Ciclo termico del temple. Fuente: Universidad de Santiago de Chile
26
Estructura de la Matriz
El enfriamiento rápido (temple) del acero desde la temperatura de temple hace la
estructura cúbica original más rígida. Este estado impuesto con lleva una distorsión
tetragonal de la matriz produciendo una celda unitaria centrada en el cuerpo típica. El
nombre de este elemento constitutivo microestructural es “martensita “. Este proceso
supone un importante refuerzo de la matriz debido a la gran movilidad reducida de las
dislocaciones dentro del material. Esto explica la alta dureza y la gran resistencia de
la fase Martensitica y también su baja tenacidad y su mala ductilidad. [17]
7.4.3 Revenido
Es un tratamiento térmico que consiste en un calentamiento dentro de un amplio
intervalo de temperaturas, aproximadamente desde 120ºC a 675ºC. Es un
procedimiento complementario del temple. Consiste en calentar el metal a una
temperatura baja al punto crítico Ms, seguido de un enfriamiento que puede ser rápido
si se quiere tener mayor tenacidad, o lento para reducir tensiones residuales. En el
tratamiento del revenido interviene la temperatura del tratamiento, el tiempo, la
velocidad de enfriamiento y las dimensiones de la pieza.
Figura 4 Ciclo Térmico del temple-revenido Fuente: Universidad de Santiago de Chile.
El revenido sirve para mejorar efectos del temple, disminución de tensiones internas en
el material, reducción de dureza y resistencia a la fatiga, así como aumenta de la
tenacidad, plasticidad y estricción. El revenido da al acero las propiedades al que se
destina. Cuanto mayor sea la dureza del acero templado y sea mayor la cantidad de
martensita, las propiedades van a ser mejores, disminuyendo la dureza hasta un valor
suficiente y aumentando, en cambio, la tenacidad. [17]
27
7.5 DUREZA
Propiedad Mecánica que expresa el grado de deformación permanente que sufre un
metal bajo la acción directa de una carga determinada. También se puede definir como
aquella propiedad de la capa superficial del material para poder resistir toda deformación
plástica, elástica o destrucción debido a la acción de esfuerzos de contacto locales
originados por otro cuerpo (llamado indentador o penetrador), más duro, de determinada
forma y dimensiones, el cual no sufre deformaciones residuales durante el contacto. Se
divide en dos tipos de dureza:
Dureza física: es la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado por otro más duro
Dureza técnica: Es la resistencia que opone un cuerpo a ser penetrado por otro más duro.
Los ensayos más importantes por ser los que se utilizan para designar las durezas son
los de penetración, en el que se aplica un penetrador (bola, cono o diamante) sobre la
superficie del material, con una presión y en un tiempo determinados, a fin de dejar una
huella que depende de la dureza del material. Los métodos más utilizados son los de
Brinell, Rockwell y Vickers.
7.5.1 Método Rockwell: Este método permite medir la dureza en aceros templados, a
diferencia del método Brinell, porque con estos se deforman las bolas de contacto. Este
método utiliza un identador de diamante en forma de cono de 120º, con la punta
redondeada con un radio de 0.2 mm, con el cual determina la dureza en función de la
profundidad de esta huella.
El número de la dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al
tamaño de la penetración sobre cargas determinadas.
En el ensayo Rockwell, como herramienta indentadora se va a emplear un tipo u otro en
función de la dureza del material a ensayar, debiéndose consultar las correspondientes
tablas Rockwell para su elección, según el caso. De manera genérica, se tendrá que:
• Para materiales duros (HB>200): se empleará como indentador un diamante en forma
de cono de 120º de punta redondeada y radio de 0,2 - 0,01 mm.
• Para materiales blandos (HB<200): se empleará como indentador una bola de acero
templado de 1/8" y 1/16", y también de 1/2" y ¼". [18]
28
7.5.2 Metodo Vickers
El ensayo Vickers se recomienda especialmente para determinar la dureza de materiales
muy duros, con valores de dureza superiores a 500 HB. Para materiales con una dureza
inferior, se recomienda emplear el ensayo de dureza Brinell. En el ensayo Vickers se
emplea como elemento indentador una pirámide regular de diamante, de base cuadrada,
cuyas caras laterales forman un ángulo de 136º. En la penetración del indentador contra
la probeta, éste dejará una impresión cuadrada sobre el material de la probeta, que
resulta más fácil de medir (más precisa) en este tipo de ensayo.
La carga que se utiliza para presionar el indentador contra la probeta oscila entre 1 y 120
Kp, empleándose principalmente valores de carga de 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 100 y 120
Kp. No obstante, la carga más empleada es de 30 Kp. Por otro lado, el tiempo de
aplicación de la carga durante el ensayo Vickers oscilará entre 10 y 30 segundos, siendo
15 segundos el tiempo más empleado para la duración del ensayo. Una vez realizado el
ensayo, se miden las diagonales de la impresión cuadrada que resulta sobre la superficie
de la probeta ensayada y se calcula el promedio (media aritmética) de las medidas
obtenidas. [18]
Figura 5 Identador de dureza Vickers. Fuente: ingmecanica.com
7.5.3 Microdureza
Es un ensayo de medición de la propiedad de dureza de un material por penetración, en
la cual se usa una maquina calibrada para aplicar una carga puntual con un penetrador
de diamante muy pequeño y con una geometría en forma de pirámide recta de base
cuadrada, al que se fuerza sobre una fase de la microestructura del material claramente
definida. Con la medida de las diagonales de dicha huella después de quitar la carga, se
determina la microdureza de la fase. Para este tipo de ensayos, la carga aplicada vari
entre 1 y 1000 grf. Pero se necesita una preparación superficial del material a probar,
llegando al pulido metalográfico.
29
7.6 RESISTENCIA AL IMPACTO
Es una propiedad de los materiales que permite verificar la resistencia del material para
absorber cargas de manera instantánea, tiene que ver implícitamente con la tenacidad o
fragilidad de un material, puesto que cuando se realiza un ensayo de choque, se mide el
trabajo necesario para inducir a la fractura del material de un solo golpe. Dicho trabajo se
conoce como resiliencia del material, que es la energía que necesita un material para
deformarse elásticamente por unidad de área.
Para probar la resistencia al impacto de un material, se han diseñado muchos
procedimientos, sin embargo, los ensayos Izod y Charpy son los más comunes y más
estandarizados. El ensayo Charpy se usa más que todo en Materiales metálicos, y el
ensayo Izod se prueba con materiales no metálicos. En ambos ensayos, se deja caer un
péndulo oscilatorio desde una altura predeterminada hasta el punto más bajo donde se
ubica la muestra, esto con el fin de medir la energía requerida para romper la probeta,
además, se fabrican probetas con muescas en V, que permite la propagación de grietas
en la muestra en el momento del golpe
7.6.1 Ensayo Charpy
Este ensayo consiste en dejar caer un martillo acoplado a un péndulo. El martillo se deja
caer realizando un movimiento circular, convirtiendo la energía potencial en energía
cinética, e impacta sobre una probeta rectangular ubicada en el fondo de la máquina que
contiene una muesca en la parte posterior al péndulo y este se parte en dos o se dobla.
En dicho péndulo, se mide la altura inicial del péndulo y la altura alcanzada por el mismo
después del choque; la diferencia de alturas sirve para encontrar la energía absorbida
por la probeta.
Este ensayo permite determinar si un material es frágil o muy dúctil, debido a que las
probetas se rompen cuando son frágiles y el péndulo alcanza mayor altura. Cuando el
material es dúctil, la probeta se dobla absorbiendo las cargas y el péndulo no alcanza
una altura significativa.
30
El ensayo de impacto Charpy está normalizado, por la norma ASTM E23 “Standard test
methods for notched bar impact testing of metallic materials”.
Las propiedades que se obtienen a partir del ensayo de impacto son:
Temperatura de transición: Temperatura a la cual un material cambia de un
comportamiento dúctil a un comportamiento frágil. Esla energía promedio entre las
regiones dúctil y frágil. Esta temperatura puede definirse como la energía promedio entre
las regiones dúctil y frágil, a una energía absorbida específica, o al tener ciertas
características en la fractura.
Sensibilidad a las muescas: Las muescas causadas por un maquinado, fabricación o
diseño defectuoso son concentradores de esfuerzos y reducen la tenacidad de os
materiales. Esta puede evaluarse comparando las energías absorbidas por probetas con
y sin muescas.
Relación con el diagrama esfuerzo-deformación: La energía necesaria para romper
un material esa relacionada intrínsecamente con el área bajo la curva esfuerzo-real
deformación real. Los metales tienen resistencia y ductilidad tienen buena tenacidad. Si
un material es frágil tiene menor área bajo la curva, si el material es dúctil tiene mayor
área bajo la curva, puesto que este absorbe mayor energía que el material frágil. [19]
Figura 6 Ensayo Charpy Fuente Laboratorio Mecánica U.D.
31
Figura 7 Diferencia entre área bajo la curva de un material frágil (A) y un material dúctil
(B) Fuente. Ciencia e Ingenieria de los materiales, D. Askeland.
7.7 ANALISIS METALOGRAFICO
Es el estudio microscópico de las características estructurales de un metal o aleación. Es
posible determinar el tamaño de grano y la distribución de varias fases e inclusiones que
tienen efecto en las propiedades mecánicas del material a estudiar. Este estudio es un
procedimiento investigativo que busca relacionar la microestructura y sus fases con las
propiedades del material.
Este estudio tiene un procedimiento de preparación y examinación determinado, en base
a estándares como la norma ASTM E3:
➢ Toma y corte de muestras: La muestra se obtiene del material primitivo a analizar, se
debe cortar un trozo de material que permita su manipulación y su colocación en las
maquinas utilizadas para el análisis. Se corta con equipos como cortadoras
metalográficas, que sirven para cortar el material sin que se caliente y se modifique
su estructura.
➢ Encapsulado: El material se encapsula en un material químicamente inerte respecto
al material que se analiza, esto para permitir la facilidad en la manipulación y en el
montaje del material.
➢ Desbaste: Este proceso se realiza para quitar imperfecciones como picos y rebabas
producto de la fabricación o el corte de la muestra, y también para dejar uniforme la
superficie a analizar. Se realiza con esmeriles, lijas abrasivas de grano grueso y agua.
➢ Desbaste fino y pulido: Con lijas más finas se van borrando las rayas producidas por
el desbaste grueso, y se pule la probeta con paños y alúmina en una pulidora
metalográfica para tener una superficie pulida con brillo espejo.
➢ Ataque Químico: Este paso permite revelar la microestructura del metal, el tamaño de
grano y las fases presentes en la muestra. El mecanismo de ataque utiliza un reactivo
32
hecho con ácidos disueltos en alcohol, se expone la superficie brillante de la muestra
y este pigmenta la superficie de las fases presentes en el material.
➢ Observación: Las muestras se llevan a un microscopio óptico y se observan a
diferentes aumentos. Si el interés es observar la microestructura en forma macro, se
puede observar a 50x o 100x, pero si se requieren observaciones con mayor detalle,
se pueden usar hasta 20000x en microscopios ópticos y hasta 100000x en
microscopios electrónicos de barrido.
7.8 MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (MEB/SEM)
La Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) o SEM (Scanning Electron Microscope), es
una técnica de análisis superficial, que consiste en enfocar sobre una muestra un fino
haz de electrones, acelerado con energías de excitación desde 0.1 Kv hasta 30 Kv y que
permite obtener información morfológica, topográfica y composicional de las muestras
produciendo imágenes de alta resolución.
El Haz de electrones se produce con un cañón termoiónico, al que se le aplica un
potencial electrónico que acelera el haz de electrones hacia una columna, focalizado por
medio de lentes electromagnéticas sobre la muestra que se encuentra al vacío.
El elemento encargado de hacer incidir el haz de electrones es un fino filamento de
tungsteno, quien ilumina la muestra haciendo un barrido y chocan contra la muestra
produciendo varias señales que con diferentes detectores se recogen los electrones
generados de la interacción de la superficie de la muestra Con un detector, se crea una
imagen que refleja las características superficiales de la misma, lo cual proporciona
información acerca de la forma, textura y composición química de sus constituyentes. [20]
Figura 8 Interaccion de los electrones con las muestras solidas Fuente: Instituto de
Ciencia de Materiales de Madrid
Se utiliza para la observación tridimensional de imágenes de alta resolución, análisis de
superficie a altas magnificaciones de materiales orgánicos e inorgánicos suministrando
33
una amplia información de relieve, textura, tamaño y forma de grano, y composición
química (EDS); es una herramienta para caracterización microestructural de materiales
metalúrgicos, materiales cerámicos, materiales compuestos, semiconductores, polímeros
y minerales, y en ciencias biomédicas y análisis forenses.
• Su gran profundidad de campo que le da apariencia tridimensional a las imágenes
permitiendo enfocar y observar amplias zonas de la muestra al mismo tiempo.
• Puede producir imágenes de alta resolución (de hasta 3 nm), es decir, que detalles
muy cercanos en la muestra pueden ser observados separadamente a alta
magnificación.
• Se pueden observar muestras de tamaños desde centímetros hasta muestras del
orden de nanómetros.
• Es limitado en cuanto que no se puede ver detalles ultraestructurales de las muestras,
para ello se requieren un microscopio de transmisión de electrones MET o TEM. [21]
Figura 9 Microscopio Electronico de Barrido Fuente:
Laboratorio de microscopia U.N.
34
8. METODOLOGIA
El presente estudio se realiza con el método científico experimental, puesto que se
realizan ensayos para obtener información. Con ayuda de equipos como espectrómetro,
maquina de ensayos Charpy, durómetro, microscopio óptico y el microscopio electrónico
de barrido, se obtienen los resultados a analizar del acero A572. El Acero ASTM A572 se
escogió para este ensayo puesto que el acero incluye elementos aleantes como el
manganeso, niobio y vanadio que pueden provocar una transformación en la
microestructura cuando se someten a bajas temperaturas.
Se busca determinar la influencia del tratamiento criogénico en la resistencia al impacto
y la microestructura del acero A572, para lo cual se desarrollará la siguiente metodología
de investigación:
Figura 10 Paso a paso de la metodología de investigación del proyecto. Fuente:Autores.
35
8.1 Diseño experimental
Para la realización del presente proyecto, se realizaron diferentes pruebas de laboratorio,
en la sección de tratamientos térmicos, resistencia de materiales y de metalografía con
el fin de evaluar la influencia de los tratamientos térmicos de temple – criogenizado y
revenido en la resistencia al impacto y la microestructura del acero.
Se realizaron 4 tipos de tratamiento térmico: tratamiento de temple, tratamiento de
criogenización a 12 horas y tratamiento de criogenización de 24 horas y revenido. La
siguiente tabla muestra los tratamientos térmicos que se realizaron a las probetas y su
respectiva cantidad de probetas.
Tratamientos Térmicos Cantidad de
probetas
Sin tratar 4
Templado 4
Templado - Revenido 4
Templado – Criogenia a 12 horas exposición - Revenido 4
Templado – Criogenia a 24 horas exposición - Revenido 4
Tabla 3 Definición de la secuencia de tratamientos térmicos y la cantidad de probetas a
ser tratadas. Fuente: Autores
El diseño experimental de los tratamientos térmicos se definió así para poder establecer
cuantitativamente la variación de la resistencia al impacto del material cuando se somete
a temperaturas de criogenia y cualitativamente a través de las micrografías obtenidas en
el microscopio. En base a estudios anteriores se estableció la secuencia de tratamientos
térmicos, puesto que el tratamiento de criogenia es un tratamiento térmico que sigue al
tratamiento de temple como complemento de este proceso, seguido de un tratamiento de
revenido [5]. Esta secuencia de tratamientos térmicos en otros materiales ha producido
transformaciones de fase de austenita a martensita, precipitados de carburos
intergranulares y, por tanto, aumentando la vida útil del material. [22], por lo que para el
presente estudio se buscó establecer si hay una variación significativa del ensayo a
impacto del material cuando este se somete a tratamientos criogénicos.
Luego de haber terminado los tratamientos a las probetas se llevan todas las muestras
al laboratorio de resistencia de materiales, para realizar ensayos de resistencia al impacto
en la máquina de ensayo de impacto Charpy, se toman los resultados para su posterior
análisis.
36
Posteriormente las probetas ya fracturadas se recogen para realizar proceso de toma de
durezas, preparación de probetas, ataque químico y análisis metalográfico para obtener
fotografías de la microestructura de las probetas que hayan arrojado mayor dureza
superficial de acuerdo con el ensayo de impacto, esto para verificar cambios internos en
la microestructura que puedan incidir en el resultado de resistencia al impacto obtenidos
bajo el ensayo Charpy. Las imágenes se obtienen a través de un microscopio electrónico
de barrido, disponible en la Universidad de los Andes en Bogotá. Los datos recopilados
se analizarán y las imágenes se comparan para obtener un resultado que explique la
influencia del tratamiento térmico en la resistencia al impacto del acero A572.
Figura 11 Secuencia de tratamientos térmicos diseñados para el presente proyecto
Fuente: Autores
8.2 Selección y compra del material
El material por estudiar se seleccionó luego de que trabajos anteriores realizados por
compañeros de la misma universidad, se decidió continuar con la investigación del
comportamiento de los aceros al carbono con alto contenido de manganeso bajo ciertas
condiciones de tratamientos térmicos.
El acero más próximo a estas condiciones es el acero ASTM A572 Grado 50, un acero
de los aceros estructurales más comunes y con buenas prestaciones de tenacidad y
37
resistencia a la fatiga. Este material en forma de placa fue adquirido a la Compañía
General de Aceros S.A. en la ciudad de Bogotá.
Figura 12 Placa de acero A 572 Fuente: Autores
8.3 Espectrometría y determinación de la composición química.
Para cerciorarse de que el material adquirido sea el que corresponde según la norma, se
realizó un estudio de espectrometría a un segmento de la placa. El estudio se realizó en
la Universidad Nacional de Colombia, cuyos resultados se muestran a continuación:
Composición química en % del acero ASTM A572 según espectrograma
Fe 98.081 Mo 0.013
C 0.167 W 0.012
Mn 1.069 Co 0.006
P 0.006 Ti 0.001
S 0.004 Sn 0.001
Si 0.207 Al 0.028
Cu 0.009 Nb 0.028
Ni 0.016 B 0.002
Cr 0.350 Pb 0.012
V 0.003 Mg 0.000
Tabla 4 Composición Química del Acero A572 Examinado con espectrometría de
masas U.N.
38
Figura 13 Resultados de espectrometría del material A572 Fuente: Laboratorio de
Microscopio U.N.
8.4 Fabricación de probetas de ensayo de impacto
Se realizo la fabricación de las probetas de ensayo Charpy en fresadora vertical en un
taller metalmecánico conocido por los autores en la ciudad de Bogotá. Se fabricaron en
total 20 probetas con la placa adquirida bajo las dimensiones requeridas por la Norma
ASTM E 23. [23]
Figura 14 Dimensiones de la probeta para el ensayo Charpy de impacto. Fuente: ASTM
International
39
Figura 15 Probeta de impacto Charpy mecanizada. Fuente: Autores
Figura 16 Muesca de la probeta vista en el estereoscopio. Fuente: Autores
8.5 Determinación de Temperaturas Intercríticas de temple
Para el tratamiento térmico del temple se tiene que calcular las temperaturas intercríticas
AC1 y AC3 para calentar el material dentro del rango de austenización parcial del
material.
Para el cálculo de la temperatura intercríticas inferior AC1, se establecieron las siguientes
ecuaciones dadas por Bohórquez [24]:
40
Ecuación 1 Cálculo temperatura Intercríticas AC1 para templado.
Ecuación 2 Cálculo Temperaturas Intercríticas AC3 para templado
En estas ecuaciones se insertan los valores de la composición porcentual del Acero A
572 obtenidos en la espectroscopia del material (Tabla 4): y se obtienen los siguientes
resultados:
Ac1 = 725.6714 ºC
Ac3 = 817.7309 ºC
Como se debió realizar un temple por 16 probetas según la tabla de tratamientos, se
realizó una ponderación de las temperaturas intercríticas de templado, por lo que la
temperatura de templado fue:
Temperatura de templado = 770ºC
Con la temperatura calculada, se tratan 16 probetas de las 20 fabricadas, a un tiempo de
exposición de 20 minutos, con temple súbito en agua.
8.6 Determinación de temperatura de revenido.
Para determinar la temperatura de revenido, se aplicó la ecuación de transformación
Martensitica establecida por Andrews [25], y al igual que con la ecuación de temple, se
reemplazan los valores de la composición porcentual del material obtenidas con la
espectroscopia:
Ecuación 3 Formula dada por Andrews para obtener la temperatura de transformación
Martensitica del Acero [25]
Realizando la ecuación con los valores correspondientes se obtiene:
Ms=428ºC
41
Con esa temperatura determinada como base para realizar el revenido, se procedió a
realizar el tratamiento térmico de revenido con la temperatura de 400ºC. El revenido se
realiza a dicha temperatura, se sostiene por un tiempo de 10 minutos y se deja enfriar al
aire.
Siendo la disposición del esquema de tratamientos térmicos, el experimento queda
establecido con las siguientes temperaturas y tiempos. Para las 4 probetas se tratarán
con temple el esquema de tratamiento está en la figura 15, las 4 probetas que tendrán
temple y revenido su esquema es la figura 16 y para 8 probetas que se someten a temple-
criogenia y revenido su esquema es la figura 17. Es importante dejar en claro que el
tratamiento criogénico profundo tiene una única temperatura de tratamiento que es la
temperatura de ebullición del nitrógeno líquido a -196ºC, y lo que se va a variar en la
criogenia es el tiempo de exposición de las probetas.
Figura 17 Esquema de tratamiento térmico de las probetas tratadas a temple Fuente:
Autores
42
Figura 18 Secuencia de tratamientos térmicos temple-revenido (4 probetas) Fuente:
Autores
Figura 19 Secuencia de tratamientos térmicos para las probetas de acero A572 con
temple-criogenia y revenido (4 probetas a criogenia de 12 horas y 4 probetas a
criogenia de 24 horas) Fuente: Autores
43
8.7 Tratamiento térmico Temple
Se trataron un total de 16 probetas de impacto fabricadas con acero a572 de acuerdo
con la tabla experimental 4, que fueron amarradas con alambre en un amarre continuo
para introducirlas a una mufla de calentamiento; herramienta facilitada por el laboratorio
de tratamientos térmicos de la Universidad Distrital-Facultad Tecnológica
Se introducen las probetas a la mufla eléctrica Labtech/lef-p type. a una temperatura de
770 ºC durante 20 minutos de sostenimiento.
Figura 20 Mufla de tratamientos Labtech/lef-p type. Fuente. Autores.
Después del calentamiento y del sostenimiento de las probetas a la temperatura
intercrítica por 20 minutos en la mufla, se procede a retirar y se depositan en un recipiente
con agua para realizar el enfriamiento súbito.
Figura 21 Recipiente de agua para el templado con las probetas enfriándose Fuente:
Autores
44
8.8 Tratamiento de Criogenia
Este tratamiento fue realizado por un tercero conocido por los autores, quien posee un
recipiente especial donde se almacena el nitrógeno líquido y se podían guardar las
probetas dentro de él. Para este procedimiento se trataron 8 probetas de las 16 que
fueron tratadas a temple anteriormente, siguiendo la secuencia del Temple-criogenia-
revenido establecido en la tabla 3.
Figura 22 Probetas templadas antes el tratamiento criogénico Fuente: Autores
El recipiente que permitirá hacer el tratamiento criogénico será un termo cilíndrico que
almacenara el nitrógeno líquido que tiene una temperatura de -196 grados centígrados
en donde reposan las probetas.
Figura 23 Recipiente de almacenamiento de nitrógeno líquido, donde se realizó el
tratamiento criogénico Fuente: Autores
45
Las probetas fueron preparadas para ser tratadas de forma separada, es decir, se
introducen 4 probetas en una canastilla cilíndrica que estarán sumergidas durante 12
horas en el nitrógeno a una temperatura de -196 grados centígrados. En otra canastilla
se introducen las 4 probetas de acero que se van a introducir en nitrógeno líquido a una
temperatura de -196 grados centígrados.
Figura 24, Canastillas cilíndricas donde reposan las probetas. Fuente: Autores
El material es introducido en tanque cilíndrico, donde el nitrógeno reacciona en un choque
térmico del material ya que el acero está a temperatura ambiente y el nitrógeno a -196
grados centígrados; El nitrógeno al tener el choque térmico con las probetas reacciona
de tal manera que el líquido hierve y emana mucho vapor hasta que se estabilicen las
temperaturas.
Figura 25 Emanación de vapor de nitrógeno líquido producto del choque térmico entre
el mismo y las probetas. Fuente: autores
46
Después de que se estabilizan las temperaturas, el vapor deja de salir y a partir de allí se
toma el tiempo de exposición de las probetas que para este caso fue de 12 y 24 horas
respectivamente. Después de terminado el tiempo se retiran las probetas del cilindro que
contiene el nitrógeno líquido para que el material vuelva a su temperatura normal. El
material después de salir del tratamiento criogénico se deja a temperatura ambiente para
que recupere su temperatura.
8.9 Tratamiento de Revenido
El tratamiento de revenido se llevó a cabo en la misma Mufla de tratamientos térmicos de
la Universidad Distrital. En él se sometieron un grupo de 12 probetas: 8 probetas que se
trataron criogénicamente y otras 4 que se trataron con solo temple. Se sostuvo a 400ºC
por un tiempo de 10 minutos y se dejó enfriar al aire.
8.10 Ensayo de impacto Charpy
Las 20 probetas fueron llevadas a la máquina de ensayo de impacto Charpy, facilitada
por la Universidad Distrital. El procedimiento de ensayo se llevó a cabo bajo las normas
de la Norma ASTM E23.Los resultados de los ensayos se muestran en análisis de
resultados.
Figura 26 Maquina de ensayo de impacto Charpy marca SATEC Fuente: Autores
47
8.11 Ensayo de Dureza
Este ensayo se hace necesario para determinar cuáles probetas se van a llevar a la
preparación de probetas y el análisis metalográfico del Microscopio Electrónico de
Barrido. Se llevan las 20 probetas al durómetro Gnehm Swiss Rock facilitado por la
Universidad Distrital, para realizar 5 tomas de dureza superficial por cada muestra. Para
el ensayo se aplica una precarga de 10 kgf para luego aplicar una precarga de 150 kgf a
10 segundos, tomando 5 mediciones sobre las caras de las probetas. El resultado de
estas probetas se muestra en análisis de resultados.
Figura 27 Durómetro GNEHM SWISS ROCK Fuente: Laboratorio de Metalografía U.D.
8.12 Preparación metalográfica de las probetas
Habiendo determinado cuales probetas tienen mayor dureza, dependiendo de la
secuencia de tratamientos térmicos a las que fueron sometidos, se extrae una pequeña
muestra de cada una de ellas con ayuda de una cortadora metalográfica marca Metkon,
facilitada por la Universidad Distrital, para ser encapsulada en resina por medio de una
la prensa de montaje automático Metkon Ecopress 50, también facilitada por la
universidad, donde se obtienen 2 probetas encapsuladas que contienen las 5 muestras
de cada uno de los tratamientos realizados.
48
Figura 28 Cortadora Metkon / Prensa de montaje Mentkom Ecopress 50. Fuente:
Laboratorio de tratamientos térmicos. Universidad Distrital.
Figura 29 Probetas encapsuladas Fuente: Autores
Luego de esto, se realiza un proceso de desbaste abrasivo de las dos probetas
encapsuladas, mediante una serie de lijas, que van desde granos grandes hasta granos
finos, de tal manera que se pueda desbastar estas muestras eliminando imperfecciones
superficiales.
Una vez lijadas las muestras, se procede a pulir las probetas por medio de una máquina
pulidora metalografica Metkon Forcipol 2v. Con ayuda de alúmina y paños de tela permite
obtener el brillo espejo deseado en un menor tiempo.
49
Figura 30 Sistema de esmerilado y pulido Metkon Forcipol 2V. Fuente: Laboratorio de
tratamientos térmicos U.D.
Cuando se obtuvo el brillo espejo, se procede a atacar químicamente las superficies de
la muestra con Nital durante 5 segundos. Por medio de este proceso, se reveló la
microestructura que tiene el metal después de los tratamientos térmicos realizados a cada
probeta.
8.13 Microscopio electrónico de barrido
El equipo con el que se realizó la prueba es un microscopio de barrido de electrones
JEOL, modelo JSM 6490-LV, prestado por la Universidad de los Andes (Bogotá), que
permite observar muestras de tamaños desde centímetros hasta muestras del orden de
nanómetros, en los modos de alto y bajo vacío y permite realizar análisis químico
mediante espectroscopía por dispersión de energía (EDS).
Figura 31 Cámara de vacío del microscopio electrónico de barrido. Fuente:Autores
50
Para el análisis de las muestras de acero A572, se deben limpiar muy bien ya que
cualquier partícula de mugre o polvo será perjudicial para el análisis de cada una de las
muestras donde entorpeciendo su estudio.
Figura 32 Probetas llevadas a la plaqueta del microscopio. Fuente: Autores
Luego de ser introducidas las muestras al SEM, se le aplica un potencial eléctrico que
acelera el haz de electrones hacia una columna, éste es focalizado por medio de lentes
electromagnéticas sobre la muestra (toda la trayectoria de los electrones debe estar en
vacío, de lo contrario, los electrones colisionarían con las moléculas de aire y serán
absorbidos).
Los electrones chocan e interactúan con las probetas produciendo varias señales que se
recogieron de acuerdo con la señal y con los detectores presentes lo que permitió
visualizar la estructura de las muestras de acero A572 con cada uno de los tratamientos
correspondientes con aumentos de 1000, 1500 y 2500x.
Figura 33. Estudio de las probetas en el microscopio electrónico de barrido Fuente:
Autores
51
El microscopio electrónico de barrido también permitió determinar la composición química
que tiene cada una de las muestras con su respectivo porcentaje. En el apartado de
resultados se observa con más detalle las imágenes obtenidas con SEM, y la
composición química.
8.14 Ensayo de microdureza
Como complemento de los ensayos de laboratorio, se realizó un ensayo de microdureza
para cada una de las probetas encapsuladas y atacadas, en el microdurómetro shimatzu
HMV-2 facilitado por el laboratorio de metalografía de la Universidad Distrital. En él, se
buscó encontrar la dureza de las fases claras y oscuras, para así determinar que fase
corresponde a cada una de las microestructuras de las probetas encapsuladas.
8.15 Estereoscopia de fractura
Además, se realizó un examen de la muesca de las probetas rotas en el ensayo de
impacto con ayuda del estereoscopio óptico de la facultad. Con él se busca revisar
detalladamente la muesca, la expansión de la grieta y el modo de falla, como apoyo para
determinar propiedades como ductilidad o fragilidad del material, dependiendo del
tratamiento térmico.
52
9. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
9.1 Ensayo de impacto Charpy
A continuación, se presentan los resultados de las pruebas de ensayo Charpy para las
probetas de acero A 572, según su tratamiento térmico:
Probeta
Total,
energía
absorbida
(J)
Sin tratar 1 82,053
Sin tratar 2 82,127
Sin tratar 3 81,531
Sin tratar 4 81,861
Temple 1 9,339
Temple 2 8,915
Temple 3 8,509
Temple 4 8,812
Temple-revenido 1 82,057
Temple-revenido 2 82,057
Temple-revenido 3 72,027
Temple-revenido 4 82,051
T-criogenia 12h-revenido 1 81,981
T-criogenia 12h-revenido 2 82,077
T-criogenia 12h-revenido 3 82,051
T-criogenia 12h-revenido 4 82,051
T-criogenia 24h-revenido 1 82,051
T-criogenia 24h-revenido 2 82,077
T-criogenia 24h-revenido 3 82,077
T-criogenia 24h-revenido 4 82,051
Tabla 5 Resultados de ensayo de impacto Charpy para las 20 probetas según su
tratamiento térmico. Fuente: Autores
Con la siguiente grafica se observa mejor la diferencia de energía absorbida por el
material según su tratamiento térmico.
53
Figura 34 Energía absorbida por probetas de Acero A572 según su secuencia de
tratamiento térmico. Fuente: Autores
En la siguiente tabla se muestra el promedio de energía absorbida según la secuencia
de tratamientos térmicos:
Probeta Total energía
absorbida (J)
Sin tratamiento 81,893
Temple 8,89375
Temple - Revenido 79,548
Temple - Criogenia a 12 H
-Revenido 82,04
Temple - Criogenia a 24
H- Revenido 82,064
Tabla 6 Promedio de energía absorbida por las probetas según su secuencia de
tratamientos. Fuente: Autores
Como se puede observar en la figura 34, las únicas probetas que tuvieron una diferencia
de energía absorbida necesaria para su deformación con respecto a las demás fueron
las probetas templadas, puesto que, al ser templadas sin ningún tratamiento de
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Energia absorbida por probetas Charpy de Acero A572 , segun su secuencia de tratamiento termico
Ener
gia
Ab
sorb
ida
(J)
54
estabilización de tensiones internas, quedan muy frágiles y su tenacidad es baja. Las
demás probetas no se partieron a la mitad como las probetas templadas, puesto que, al
tener tratamientos de revenido, su tenacidad aumento y por lo tanto son más difíciles de
romper. Esto quedó demostrado con la forma en la que se doblaron la mayoría de
probetas; el péndulo alcanzo el máximo valor de energía que podía entregar desde la
altura y el peso que se tenía, sin embargo, esta energía generada por el péndulo Charpy
no alcanzo a romper las probetas, solo las dobló sin que se propague la grieta totalmente
en la sección de la probeta. Como particularidad, las probetas templadas-criogenizadas
y revenidas no mostraron variación alguna con respecto a las probetas de material base
sin tratar y las probetas templadas-revenidas. El tratamiento criogénico junto con el
revenido les ha dado hasta ahora un comportamiento dúctil y tenaz a las probetas
criogenizadas.
Figura 35 Forma de falla de las probetas de acero A572 después del impacto. Fuente:
Autores
En la figura 35 se aprecia el modo de falla de las probetas según su tratamiento térmico,
la probeta 1) fue la probeta sin tratar 1, 2) corresponde a probeta templada nº 3, 3)
corresponde a probeta a Temple y revenido número 4, 4) corresponde a probeta con
Temple-Criogenia a 12 horas y Revenido nº 2 y 5) corresponde a Temple-criogenia y
revenido nº 1.
La única probeta que se partió en dos partes fue la probeta templada, puesto que con el
tratamiento la probeta se endureció, pero así mismo se convirtió en un material frágil y
55
poco resistente a los impactos. En las demás probetas se logró deformación con el golpe
del péndulo, no obstante, no se rompieron; la grieta de la probeta no se alcanzó a
propagar desde la muesca hasta el otro extremo. Lo cual indica que el material alcanzo
propiedad dúctil con los procesos de revenido, sin importar si tiene tratamiento de
criogenia o no. Además, el material tratado con temple-revenido y temple-criogenia y
revenido no mostraron diferencia con respecto al comportamiento de la probeta hecha
con material base sin tratamiento, lo cual indica que el material tratado tuvo buen
comportamiento frente al impacto y absorbió el golpe sin llegar a romperse totalmente,
sin embargo, no marco diferencia con respecto a la probeta base.
9.2 Dureza
Las 20 probetas fueron llevadas al durómetro Gnehm Swiss Rock, se tomaron 5 durezas
superficiales a cada probeta. La medición originalmente se realizó con identador de
escala Rockwell, pero al haber obtenido resultados en escalas distintas (Rockwell b y
Rockwell C), Se realizó la conversión a escala Vickers según la norma ASTM E 140
“Standard Hardness Conversion Tables for Metals” [26]. A continuación, se presenta el
valor de las durezas superficiales de cada probeta. Este ensayo se llevó a cabo para
descubrir posibles variaciones de la dureza de acuerdo con el tratamiento térmico
realizado a cada probeta.
Probeta Promedio
Sin tratar 1 163 HV
Sin tratar 2 167 HV
Sin Tratar 3 165 HV
Sin tratar 4 166 HV
Temple 1 240 HV
Temple 2 237 HV
Temple 3 238 HV
Temple 4 235 HV
T-revenido 1 166 HV
T-revenido 2 199 HV
T-revenido 3 200 HV
T-revenido 4 200 HV
T-C12H-R 1 200 HV
T-C12H-R 2 178 HV
T-C12H-R 3 158 HV
T-C12H-R 4 150 HV
T-C24H-R 1 179 HV
T-C24H-R 2 196 HV
T-C24H-R 3 196 HV
T-C24H-R 4 180 HV
Tabla 7 Promedio de durezas superficiales de las probetas. Fuente: Autores
56
Figura 36 Comparacion grafica datos de durezas obtenidos de las probetas (HV)
Fuente: Autores
Probeta Promedio
total
Sin tratar 165 HV
Temple 237 HV
Temple-revenido 183 HV
T-Criogenia 12H-
R 171 HV
T-Criogenia 24H-
R 187 HV
Tabla 8 Promedio ponderado de dureza de las probetas Fuente: Autores
Como se puede observar en la tabla 7 y en la figura 35, las probetas que más resistieron
la penetración del identador fueron las probetas llevadas a temple, con un promedio de
237 Vickers. Este resultado es lógico, puesto que el templado cumplió con su función de
endurecer el material. Las otras probetas, que fueron tratadas a tratamientos con
revenido, tuvieron un comportamiento bastante aleatorio, teniendo unas probetas más
duras que otras, sin embargo, su dureza promedio está en 183 HV, un poco más duro
que la dureza del material base. Las probetas de temple-revenido, Temple-criogenia a
12h y revenido tuvieron también resultados aleatorios, del cual se obtuvo una dureza
promedio de 171 HV. Las probetas de temple-criogenia y revenido a 24 horas marcaron
un poco más de diferencia de dureza, puesto que tuvo una dureza promedio de 187 HV,
lo cual indica que, entre más tiempo de exposición al tratamiento criogénico, gana un
poco más de dureza con respecto al material base y al material tratado con criogenia a
12 horas de exposición.
163167165166
240237238235
166
199200
168
200
178
158150
179
196196
180
100
120
140
160
180
200
220
240
Dureza de cada probeta
Du
reza
Vic
kers
57
Figura 37 Comparación grafica del promedio de durezas de las probetas según su
secuencia de tratamientos térmicos Fuente: Autores
Para la preparación de probetas, se seleccionaron las siguientes probetas, en base a que
marcaron mayor dureza superficial que las demás de acuerdo con su secuencia de
tratamientos:
Probeta
Promedio
dureza
Sin tratar 1 163 HV
Temple 1 240 HV
Temple- Revenido 3 200 HV
Temple-Criogenia 12 H-
Revenido 1 200 HV
Temple-Criogenia 24H-
Revenido 2 196 HV
Tabla 9 Probetas seleccionadas para la preparación metalográfica y micrografías.
0
50
100
150
200
250
Sin tratar) Temple Temple-revenido T-Criogenia 12H-R T-Criogenia 24H-R
Promedio ponderado total de dureza de probetas
Du
reza
(H
V)
58
Figura 38 Comparación grafica de datos Dureza vs Energía Absorbida para cada una
de las probetas ensayadas
Con la anterior grafica de dureza con respecto a la energía absorbida por las probetas
ensayo Charpy del acero a572 con cada uno los tratamientos térmicos realizados, se
permite hacer análisis de que tan efectivos son estos tratamientos y como se mejoran
sus propiedades:
Las probetas sin tratar muestran una muy buena capacidad para absorber energía
producto del impacto, ductilidad y con dureza promedio de 165 HV, algo moderado a
comparación de las demás. Siendo este un material de características dúctiles ya que
estas probetas no se partieron sino se doblaron en la prueba de ensayo Charpy.
Las probetas templadas tuvieron una dureza promedio de 237 HV, las más altas
obtenidas en todo el procedimiento, puesto que con el tratamiento la probeta hizo que se
endureciera, pero así mismo se convirtió en un material frágil, donde se obtuvo como
resultado de 8,89 (j) de energía absorbida por el material. Aquí es donde se observa la
mayor diferencia de dureza vs energía absorbida de todo el experimento.
La probetas templadas y revenidas se doblaron. El tratamiento de revenido aumento su
tenacidad, dando como resultado una capacidad de absorción de energía alta (79,54 j)
como se puede apreciar en la gráfica, lo que demuestra que se recuperó la capacidad de
absorción de energía y una dureza promedio de 183 (HV) siendo una dureza alta, pero
130
150
170
190
210
230
250
270
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Dureza vs Energia absorbida
Energiaabsorbida(J)
Dureza(HV)
Du
reza
(H
V)
En
erg
ía A
cu
mu
lada
por
go
lpe
de im
pacto
(J)
59
no tanta como la obtenida de las probetas templadas. Se eliminó casi que por completo
las propiedades frágiles y duras producto del temple, pero también se aumenta su
ductilidad.
La probeta de temple-criogenia a 12 horas y revenido obtuvieron una dureza promedio
de 171 (HV), comparado con la dureza promedio del material base, tuvo 6 HV de
diferencia, pero esta diferencia no es significativa. Además, absorbió 82,04 (j) de energía
en promedio, logrando que el material se doblara mas no se rompiera, lo que demuestra
una gran capacidad de absorción de energía y obtención de propiedades dúctiles.
La probeta de temple-criogenia a 24 horas y revenido obtuvieron una dureza promedio
de 187 (HV), una dureza mayor a la obtenida con las probetas de 12 horas de criogenia
y las del material base, marcando una diferencia de 16 Vickers, lo cual probaría que, al
exponerse más tiempo el material en tratamientos de criogenia, se aumenta la dureza,
como lo afirma la literatura [22]. Además, las probetas absorbieron 82,06 (j) de energía,
lo que demuestra una gran capacidad de absorción de energía, pero no cambio su valor
con respecto a las otras probetas sometidas con tratamientos distintos. Este experimento
confirma que se puede lograr una mejora en la dureza del material con el tratamiento
criogénico y revenido, pero su resistencia al impacto sería alta, aun así, no lograría
mejorar las propiedades de resistencia al impacto del material sin tratar.
9.3 Microscopia electrónica de barrido
Con base a los resultados obtenidos en el ensayo de dureza, se seleccionaron las
probetas que marco un promedio de dureza más alto que las demás probetas. Se realizo
el proceso de preparación de probetas y ataque químico. Fueron llevadas al microscopio
electrónico JEOL JSM 6490-LV.
Los resultados de las observaciones se muestran en la siguiente tabla:
60
MICROGRAFIAS DE PROBETAS DE ACERO A572 EN SEM
1) Probeta sin tratar – 1000x 2) Probeta sin tratar -2500x
3) Temple a 770ºC – 1000X 4) Temple A 770ºC-2500X
5) Temple a 770ºC – Revenido a
400ºC – 1000X
6) Temple a 770ºC – Revenido a
400ºC – 2500X
7) Temple a 770ºC – Criogenia a -
196ºC por 12 horas -Revenido a
400ºC 2500X
8) Temple a 770ºC – Criogenia a -
196ºC por 12 horas-Revenido a
400ºC 2500X
61
9)Temple a 770ºC Criogenia a -196ºC por
24 horas -Revenido a 400ºC 1000X
10)Temple a 770ºC Criogenia a -196ºC
por 24 horas -Revenido a 400ºC 2500X
Tabla 10 Micrografías obtenidas por SEM. Fuente: Universidad de los Andes
En las imágenes 1 y 2 se observa la micrografía obtenida de las probetas que son el
material base. En él se observa una matriz ferritica-perlitica, en la cual se denota la
mayoría de presencia de granos de ferrita, vista en los gránulos más claros. Los granos
más oscuros con rayas intergranulares de cementita indican la presencia de perlita [27],
sin embargo, su presencia en la microestructura es moderada. La ferrita es una fase
blanda y dúctil, lo cual explica el comportamiento obtenido en el ensayo de impacto para
una probeta hecha de material base.
Las imágenes 3) y 4) son micrografías de las probetas de acero que fueron tratadas
exclusivamente a temple, en él se muestran granos de ferrita grandes y granos de
martensita relativamente pequeños, caracterizado por pequeñas agujas presentes dentro
del grano de martensita. En esta microestructura se muestra la presencia de precipitados
de aleantes de manganeso u otros elementos en los límites de grano, lo cual explica el
endurecimiento más alto que las otras probetas, puesto que la formación de una fase
dura como la martensita acompañado de manganeso en los límites de granos permitió
endurecer el material, pero así mismo, el material quedó con poca resistencia al impacto
como se ve en la tabla de energía absorbida. Este elemento presenta carburos
62
precipitados, lo cual explica el aumento de dureza hasta 240 Vickers. También se observa
que el grano de martensita está un poco más alzado del nivel de los granos de ferrita,
puesto que, al ser un componente más duro, es más complicado de desbastar.
Las imágenes 5) y 6) muestran la microestructura obtenida de la probeta sometida a
temple a 770ºC y posterior revenido a 400ºC. Se observa una gran fase de martensita
revenida que ocupa gran parte de la micrografía y también una fase ferrítica pequeña. La
gran presencia de martensita revenida se explica por la rápida transformación que se
llevó a cabo en el material al momento de revenir.
Las imágenes 7) y 8) muestra la microestructura obtenida de la probeta tratada a temple-
criogenia a 12 horas de exposición y revenido. Se observa una gran fase de martensita
revenida que también ocupa parte de la micrografía, pero no muestra mucha diferencia
con respecto a la anterior muestra con pequeña presencia de fase ferrifica.
Las imágenes 9) y 10) muestra la microestructura de la probeta tratada a temple-criogenia
y revenido a 24 horas de exposición y revenido. La imagen muestra granos de martensita
más finos que en la anterior micrografía y se forman microcarburos más grandes en los
alrededores de los granos, como sucede en la literatura. [5]
9.4 Microdureza
La prueba de microdureza se realiza en cada una de las probetas en diferentes puntos,
donde se observa por medio del microscopio la fase en el cual va a ser tomada la medida
correspondiente. Cabe resaltar que como en todas las pruebas bajo la normatividad es
necesario que la probeta o muestra esté preparada de manera adecuada para identificar
las fases fácilmente. Existen dos zonas identificables en el lente: una blanca y otra
oscura, en mayor o menor media dependiendo de la probeta y el tratamiento térmico al
que fue sometido como se muestra en la tabla 10, como ayuda para que se pueda
determinar qué fase está presente en cada muestra, ya sea martensita, ferrita o perlita.
Tabla 11 Promedio de microdurezas Fuente: Autores
PROMEDIO DE MICRODUREZAS (VICKERS)
PROBETA Y TRATAMIENTO ZONA CLARA ZONA OSCURA
TEMPLE, REVENIDO Y CRIOGENIA A 12 HORAS 196 362
TEMPLE Y REVENIDO 222 220
TEMPLE 262 470
TEMPLE, REVENIDO Y CRIOGENIA A 24 HORAS 291 559
SIN TRATAR 298 407
63
En la tabla 11 se puede evidenciar que el temple presenta una mayor dureza en la zona
oscura con respecto al resto de probetas. En las probetas tratadas a temple, revenido y
criogenia a 12 horas y temple, revenido y criogenia a 24 horas las zonas blancas y
oscuras según las muestras de las durezas muestran como la martensita se transforma
en austenita, haciendo que el material sea dúctil.
En el caso del temple, se evidencia que hay una gran cantidad de fase oscura, lo que
indica la formación de gran cantidad de martensita teniendo una mayor dureza en
comparación con la zona blanca. La probeta sin tratar permite tener el punto de referencia
para el análisis de las muestras que tienen tratamientos térmicos. En el revenido no
presenta un mayor cambio en la dureza entre su zona blanca y oscura, lo que evidencia
que los tratamientos si cumplieron con su función.
9.5 Fractografía.
Algunas probetas fracturadas a impacto se llevaron al estereoscopio óptico para evaluar
el modo de falla de las grietas y la expansión de la grieta.
Ruptura de las probetas de impacto
Sin tratar: Fractura dúctil
Templado: Fractura fragil
Temple-Revenido : Fractura ductil
64
Temple - Criogenia a 12H – Revenido: Fractura dúctil
Temple – Criogenia a 24 horas – Revenido: Fractura dúctil
Tabla 12 Comparativo entre modos de fractura de probetas de impacto Charpy según
su tratamiento térmico. Fuente: Autores – Universidad Distrital
Como se puede ver en la anterior tabla, la probeta Charpy tratada con temple tuvo una
fractura de tipo frágil, en el que la grieta se propagó por la muesca hasta que se fracturó
en dos partes, con poca capacidad de absorción de energía. Otra particularidad fue que
la probeta sin tratamiento térmico tuvo muy poca propagación de grieta; de hecho, la
probeta solamente tuvo falla por deformación, lo cual indica que el material base es
bastante dúctil, con una capacidad de absorción de energía bastante grande, no
obstante, el material se deforma permanentemente.
La probeta de temple-criogenia a 24 horas y revenido tuvo también menor distancia de
propagación de grieta. Las probetas templadas y revenidas y templada-criogenia a 12 h
y revenido si tuvieron una propagación de grieta considerable producto del golpe causado
por el péndulo de la máquina de ensayo. La grieta avanzó 5 mm y 6 mm respectivamente,
sin embargo, el golpe no alcanzo a romper en dos la probeta. Lo cual indica que el
65
material, aunque tiene tratamientos térmicos, no tiene la suficiente resistencia al impacto
a comparación de las probetas de material base.
9.6 Análisis de resultados y Discusión
Según los estudios y pruebas realizados para un acero a572, se extrajeron 20 probetas
de las cuales 4 no tuvieron ningún tratamiento, 4 fueron templadas, 4 templadas y
revenidas, 4 templadas revenidas y criogenizadas a 12 horas y 4 templadas revenidas y
criogenizadas a 24 horas, esto permitió hacer un análisis del comportamiento del material
en un ensayo de impacto Charpy, donde se evidencio la capacidad de absorción de
energía de las diferentes probetas con los tratamientos térmicos practicados.
En estos resultados se observó un comportamiento poco diferenciado del material base
con respecto al material tratado térmicamente. De las probetas que no fueron tratadas se
observó un comportamiento dúctil, resistente al impacto, muy tenaz y poco duro. La
microestructura de mayor matriz ferrifico que perlita explica este comportamiento. De las
probetas tratadas a temple se puede decir que el material se endureció con el tratamiento,
pero así mismo tuvo una reducción en la energía absorbida por el material en el ensayo
de impacto. El temple en agua realizo una transformación de fase en la microestructura
del material desde perlita hasta llegar a tener fases martensiticas, lo cual incrementa la
dureza superficial hasta 237 HV y reduce la resistencia al impacto del material; esto con
ayuda del manganeso, puesto que es conocido por aumentar la velocidad de
endurecimiento de los aceros [28]. Esto esta evidenciado en el comportamiento de las
probetas de impacto Charpy tratadas con temple.
En las probetas de A572 que tenían tratamientos de temple y revenido se observó
también un comportamiento normal del material para los tratamientos térmicos
realizados, puesto que el revenido post-temple redujo la dureza superficial y aumentó la
tenacidad del mismo. La presencia de martensita revenida y la presencia de pequeñas
partes de ferrita en la microestructura del material redujo la dureza, y aumentó su
ductilidad, como se muestra en el apartado de resistencia al impacto de las probetas,
pues el material incrementó su cantidad de energía necesaria para romperse por golpe
de impacto. En la Fractografía se evidencia modo de fractura dúctil, aun así, no mejoró
la resistencia al impacto con respecto a las probetas de material base, ya que el golpe
provoco ruptura de la muesca y expansión de la grieta en la probeta, pero esto no ocurrió
en la probeta sin tratar.
En las probetas tratadas con criogenia en realidad no se evidencia una diferencia clara
acerca del comportamiento del material cuando se somete a temperaturas bajas. Las
probetas dieron resultados similares en el ensayo de impacto, sin importar el tiempo de
exposición de la criogenia. Así mismo, las probetas en su microestructura tuvieron
66
estructuras de martensita revenida y perlita similares; en la microestructura de la probeta
con criogenia a 24 horas tiene unos gránulos de martensita más finos que la martensita
de la probeta con criogenia a 12 horas. Otra diferencia que se encontró fue la forma de
la fractura del material, la probeta de 24 horas tuvo menos propagación de la grieta que
la probeta expuesta a 12 horas. En cuanto al ensayo de dureza, las probetas con
criogenia mostraron un aumento en la dureza del material de 171 HV a 187 HV a 12 y 24
horas de exposición respectivamente. Lo cual indica que la criogenia aumenta la dureza
del material a medida que se aumenta el tiempo de exposición. Esto se puede explicar
por la refinación de los granos de martensita y la formación de carburos de manganeso
en los bordes del grano, brindándole al material mayor dureza superficial.
La cuestión es que la lógica y la literatura dice que a medida que un material se endurece,
se tiende a reducir la resistencia al impacto del material, así también con otras
propiedades, pues el acero queda con elementos aleantes alrededor de los granos y
permiten formación de carburos alrededor de este. Sin embargo, el material no fue tan
frágil como se esperaba, ya que absorbió toda la energía que el péndulo le imprimió con
el golpe. Con esta observación, se puede afirmar que el material al haberse tratado
criogénicamente, aumento su dureza, pero su resistencia al impacto se mantiene. Esto
también se observó en la Fractografía de las probetas criogenizadas; aunque el material
permitió la propagación de la grieta, este no fue suficiente como para partir en dos el
material, por lo tanto, el material aún conserva algo de tenacidad después del temple-
criogenia y revenido. Además de que se corrobora con los resultados de otros autores,
en los cuales se afirma que con la línea de tratamientos de temple-criogenia y revenido
se produce incremento en la dureza, ocurre transformación de fase en el temple de
austenita a martensita y se producen precipitados de carburo en los límites de grano. [22,
7, 5]
Este estudio permitió determinar un ligero aumento de la dureza y disminución de la
energía absorbida donde hay una variación moderada entre la dureza del material sin
tratar, con respecto a las probetas tratadas criogénicamente pasando de una dureza
promedio de 165 HV hasta 171 y 187 HV con los tratamientos criogénicos. Pero en el
caso de la resistencia al impacto, el tratamiento criogénico a 12 y 24 horas no tuvo
mayores efectos en el acero a572; se mantuvo estable en 80-81 Joules, sin importar su
tratamiento (Exceptuando el temple). Con esta secuencia de tratamientos no se observó
variación de los resultados de energía absorbida, y corroborando con la literatura, los
tratamientos criogénicos puede que en ciertos materiales y en ciertas propiedades si
muestre variación, pero con los aceros bajos en carbono no marca diferencia en
propiedades como resistencia al desgaste, así como se ve en el presente el cual no marca
diferencia en la resistencia al impacto [5, 4].
67
Con estos resultados, no se ve diferencia alguna del efecto del tratamiento criogénico en
la resistencia al impacto del Acero A572, sin embargo, se evidencia un ligero aumento en
la dureza en comparación de las probetas hechas con material base, y también existe un
cambio en la forma de la microestructura del material, puesto que los granos de
martensita se vuelven más finos con los tratamientos térmicos realizados.
68
10. CONCLUSIONES.
• No se evidencia una diferencia significativa de energía absorbida por el Acero
A572 con la secuencia de tratamientos térmicos de criogenia establecidos en este
documento. El tratamiento criogénico no aporta mejora a la capacidad de
absorción de energía del material con su porcentaje de carbono.
• La dureza del material aumenta a medida que el material se expone más tiempo a
temperaturas de criogenia. Esta dureza fue mayor al del material base, pero
inferior a la obtenida a la dureza del material templado.
• En la microestructura de las probetas de criogenia aparecen granos más refinados
de martensita revenida, pero en los límites de grano aparecen precipitados de
manganeso que ayudan a endurecer el material a medida que se expone por más
tiempo el material al tratamiento de criogenia. Sin embargo, su ductilidad se redujo
a comparación el material base. Esto se pudo comprobar con la propagación de la
grieta de las probetas ensayadas a impacto.
69
11. RECOMENDACIONES
• Se recomienda realizar pruebas de ensayo Charpy con una máquina que genere
mayor energía de impacto, con el cual se mida con un rango mayor a 80 Joules la
energía absorbida por el material.
• Se recomienda realizar otros ensayos de resistencia a la tensión, flexión, fatiga y
torsión, para continuar el hilo de investigación del comportamiento del acero ASTM
A572 con tratamiento criogénico.
• Se recomienda realizar el mismo procedimiento, pero con tiempos de exposición
a criogenia más prolongados, para ver si hay una mayor variación de la dureza u
otras propiedades mecánicas del material por variación de la microestructura.
• Se recomienda realizar el procedimiento con un acero que tenga un mayor
porcentaje de carbono y con elementos aleantes, para que así tenga una
temperatura de transformación Martensitica por debajo de la del ambiente, para
que así, al hacer un tratamiento criogénico exista una transformación de fase en
la microestructura del material. Sin embargo, este acero no sería comercial, por lo
que se debe fundir en un horno.
• Se podría hacer la misma secuencia de tratamientos térmicos, pero sin hacer
tratamientos de revenido, puesto que el revenido en el acero A572 causa
transformación muy rápida de martensita a ferrita.
70
12. BIBLIOGRAFÍA
[1] K. Wang, Z. Tan, K. Gu, B. Gao, R. Misra y B. Bai, «The effect of deep cryogenic
treatment on structure-property relationship in an ultrahigh strengh Mn-Si-Cr
bainite/martensite multiphase rail steel,» Materials Science & Enginering, vol. 684,
pp. 559-566, 2017.
[2] K. Amini, A. Akhbarizadeh y S. Javdapour, «Investigating the effect of quench
environment and deep cryogenic treatment on the wear behavior of AZ91,» Materials
and Design, vol. 54, pp. 164-160, 2014.
[3] B. Podgornik, I. Paulin, B. Zajec, S. Jacobson y V. Leskovsek, «Deep cryogenic
treatment of tool steels,» Journal of Materials Processing Technology, vol. 229, pp.
398-406, 2016.
[4] D. Y. Caserta Cardenas, Estudio del efecto del tratamiento criogenico sobre las
propiedades mecanicas de un acero rapido HSS AISI M7, Bucaramanga:
Universidad Industrial de Santander, 2012.
[5] H. Rojas, M. Vacca y M. Zabala, Influencia de los tratamientos a temperaturas
intercriticas IHT y tratamientos criogenicos DC y un posterior revenido de 15, 30 y
45 minutos a la resistencia al desgaste abrasivo de un acero AISI/SAE 1045,
Bogotá: Universidad Libre, 2016.
[6] J. Morales y J. Sidorovas, «Influencia de un tratamiento criogenico en las
propiedades mecánicas de un acero para herramientas AISI T-2000,» Ingenieria
Universidad de Carabobo, vol. 3, pp. 24-32, 2014.
[7] C. Guerrero y S. Fernando, Influencia del tiempo de revenido en la resistencia al
desgaste abrasivo de un acero aisi 1020 templado desde temperaturas intercriticas
seguido de un tratamiento criogenico, Bogotá: Universidad Distrital Francisco José
de Caldas, 2016.
[8] A. Bensely, S. Venkatesh, D. Mohan lal, G. Nagarajan, A. Rajadurai y K. Junik,
«Effect of cryogenic treatment on distribution of residual stress in case carburized
EN 353 steel,» Materials Science & Engineering, vol. 479, pp. 229-235, 2008.
[9] M. A. Martín Hernandez, Manual tecnico de Mecánica y Seguridad Industrial,
Madrid: Cultural S.A., 2013, pp. 35-39.
71
[10] Ferrocortes S.A.S, «Lamina de alta resistencia ASTM A572 GR 50,» [En línea].
Disponible: http://www.ferrocortes.com.co/download/FT-12-001-ASTM-A572-
GR50.pdf. [Último acceso: Marzo 2017].
[11] MEPSA, «Aceros al manganeso,» Metalurgica Peruana, [En línea]. Disponible:
http://metalurgicaperuana.com.co/2013/11/aceros-al-manganeso.html. [Último
acceso: Julio 2017].
[12] G. Totten, «Effects of alloying Elements,» de Steel Heat Treatment, Metallurgy and
Technologies, Boca raton, Florida, CRC Press / Taylor & Francis, 2007, pp. 3-4.
[13] J. Huang, Y. Zhu, X. Liao, I. Beyerlin, M. Bourke y T. Mitchell, «Microstructure of
cryogenic treated M2 tool Steel,» Materials Science and Design, vol. A339, pp. 241-
244, 2003.
[14] L. A. Álava, «Tratamiento de materiales a temperaturas criogenicas: Evolución y
Aplicaciones,» Junio 2007. [En línea]. Disponible:
https://researchgate.net/publication/237767160. [Último acceso: Julio 2017].
[15] L. Á. Álava, «Tratamiento criogenico profundo,» [En línea]. Disponible:
https://es.slideshare.net/elvisjhoanherreramelchor/tratamiento-criognico. [Último
acceso: 04 Marzo 2017].
[16] Trateriber Alberts Industries, «Temple y Revenido,» [En línea]. Disponible:
http://www.trateriber.es/pdf/Temple-Revenido.pdf. [Último acceso: Marzo 2017].
[17] Departamento de Ingeniería Metalúrgica - Universidad de Santiago de Chile,
«Tratamientos termicos,» [En línea]. Disponible:
http://metalurgia.usach.cl/sites/metalurgica/files/paginas/capitulo25.pdf. [Último
acceso: Julio 2017].
[18] Ingemecánica, «Ensayos de dureza,» [En línea]. Disponible:
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn218.html. [Último acceso: Julio
2017].
[19] D. Askeland, Ciencia e ingeniería de los materiales, Mexico: International Thomson
Editores, 1998.
[20] Instituto de ciencia de Materiales de Madrid, «Principios generales de la Microscopia
Electronica de Barrido,» [En línea]. Disponible:
72
http://www.icmm.csic.es/es/divulgacion/posters/TEC-
Microscopia%20Electronica%20de%20Barrido.pdf. [Último acceso: Julio 2017].
[21] Universidad de los Andes, «Microscopia de Barrido de Electrones,» Centro de
Microscopia Electronica, [En línea]. Disponible:
https://investigaciones.uniandes.edu.co/es/microscopio-electronico-de-barrido-
meb/. [Último acceso: Julio 2017].
[22] A. Bensely, D. Senthilkumar, D. Mohan lal, G. Nagarajan y A. Rajaduray, «Effect of
cryogenic treatment on tensile behaviro of case carburized Steel 815-M17,»
Materials Characterization, vol. 58, pp. 485-491, 2007.
[23] ASTM INTERNATIONAL, ASTM E 23- 02 A "Standard Test Methods for Notched
Bar Impact Testing of Metalic Materials", 2002.
[24] C. A. Bohórquez, «Influencia del tratamiento térmico desde temperaturas
intercríticas en las propiedades mecánicas del acero SAE 1045,» Mecanica
Computacional, vol. 21, pp. 3577-3587, 2012.
[25] K. Andrews, «Empirical Formula for the calculation of some transformation
temperatures,» Journal of the Iron and Steel, vol. 203, nº 7, pp. 721-727, 1965.
[26] ASTM INTERNATIONAL, E 140-97 Standard Hardness Conversion Tables for
Metals, 1997.
[27] A. M. Marin Herrera, «Metalurgia,» Soldadura y Estructuras, [En línea]. Disponible:
http://soldadurayestructuras.com/propiedades-de-los-metales.html. [Último acceso:
Agosto 2017].
[28] Ispatguru, «Manganese in Steels,» Septiembre 2014. [En línea]. Disponible:
http://ispatguru.com/manganese-in-steels/. [Último acceso: Agosto 2017].
[29] ASTM INTERNATIONAL, A 572/A 572M – 04 Standard Specification for High-
Strength Low-Alloy Columbium-Vanadium Structural Steel, 2004.
[30] Universidad Tecnológica Nacional, «Tratamiento de fundiciones de hierro,» [En
línea]. Disponible:
https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/15-
TT_Fundiciones_v2.pdf. [Último acceso: Julio 2017].
73
![Aceros Al Manganeso. JULIO SUNI[1]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/55cf8e57550346703b91187e/aceros-al-manganeso-julio-suni1.jpg)