Experiencia de laboratorio N°2

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE[pic 1]

FACULTAD DE INGENIERIA

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Laboratorio Metalurgia Física

Experiencia de laboratorio N°2

Descarburación

Vicente Abarca

Tomás Canales

Daniela Cárdenas

Carla Jerez

Alexandra Labbé

Asignatura: Metalurgia Física

Profesor: Alfredo Artigas

Ayudante: Matías Rodríguez

Fecha de experiencia: 04/05/2016

Fecha de entrega: 03/06/2016

SANTIAGO - CHILE

                201

Resumen

        El siguiente informe tiene como fin el realizar el análisis de una pieza de barra de acero para hormigón, donde se estudiará como el efecto de difusión provoca la descarburación de la pieza metálica de acero, afectando así la composición química, y por ende, la dureza y microestructura. La pieza fue sometida a una atmósfera oxidante a 900°C por 20 horas y luego templada en agua agitada. Fue pulida y atacada para poder estudiar su microestructura y su microdureza, al borde, al medio radio y al centro de la pieza. Los resultados obtenidos muestran una dureza creciente desde la superficie al medio radio debido al aumento de carbono, y  esta decrece al acercarse al centro de la muestra debido a que el temple no alcanzó a penetrar la totalidad de la pieza. Además, se obtuvo un valor de Do igual a 0,2235 , el cual es muy cercano al teórico para un carbono en hierro gamma, entregando un error con respecto al valor teórico de 6% aproximadamente. Mediante el análisis del perfil de dureza, se obtuvo que la capa descarburada es de 0,9 milimetros.  Las metalografías muestran la presencia de ferrita Widmanstatten en la superficie, en el medio radio se obtiene bainita y martensita principalmente, y finalmente, el centro presenta ferrita y perlita. [pic 2]

Gracias a este trabajo se ha logrado estudiar el fenómeno de la descarburación, logrando correlacionar la dureza y la microestructura con la composición inicial del acero, obteniendo una composición de entre el 0,2% y 0,3% de carbono.

Contenido

1. Motivación y objetivos        

1.1. Motivación:        

1.2. Objetivo principal:        

1.3. Objetivo Secundario:        

2. Marco teórico        

2.1 Descarburación:        

2.2 Segunda Ley de Fick (perfil de concentración):        

2.3 Difusividad:        

2.4 Barras de acero para “hormigón armado”:        

3. Desarrollo experimental        

3.1. Materiales y equipos:        

3.2. Procedimiento experimental:        

4. Resultados y discusiones        

5. Conclusiones        

6. Referencias Bibliográficas        

7. Anexos        

Índice de Figuras        

 Figura 2.1. Perfil de concentración en los tiempos t₂>t₁>t₀, cuando la concentración en la superficie Cs se mantiene constante.        3

Figura 2.2. Tabla extraída del libro “Metalurgia Fisica” de Albert Guy.        4

Figura 2.3.  Máximos porcentajes de composición química para una barra de acero bajo norma ASTM-A706        4

Figura 4.1. Perfil de dureza de la pieza        6

Figura 4.2. Metalografía sin ataque x100 aumentos        8

Figura 4.3. Metalografía borde con ataque nital 3% x100 aumentos.        8

Figura 4.4. Metalografía medio radio con ataque nital 3% x100 aumentos.        9

Figura 4.5. Metalografía centro con ataque nital 3% x100 aumentos.        9

Figura 7.1. Tabla 7 de la norma ASTM 255 Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel        13

Figura 7.2. Microestructura de acero AISI 1020 al carbono que muestra ferrita acicular con un poco de perlita (Constituyente grabado oscuro). Este tipo de aspecto acicular se llama estructura Widmanstätten. 4%, × 500. (Del ASM Handbook, vol. 9, Metallography and Microstructures (1985)).        13

Índice de tablas

Tabla 4.1.  Tabla resumen de los valores obtenidos.        7

Tabla 4.2. Tabla comparativa de los valores de D0        7

1. Motivación y objetivos

1.1. Motivación:

        La descarburación es el proceso en cual se disminuye el contenido de carbono de la superficie de un acero al carbono, sometiendo al material a altas temperaturas junto con una atmósfera oxidante.

        En la industria actual la descarburación es de gran importancia en un proceso denominado afino de acero donde actúa como subproceso. El afino de acero consiste en la descarburación y eliminación de impurezas del arrabio para obtener acero a partir de este.

        La descarburación tiene diversas aplicaciones, siendo una de las principales la ya mencionada obtención de acero a partir de arrabio. También es utilizado en la obtención de aceros endurecibles por horneado y obtención de polvos microporosos de acero inoxidables.

        En el presente informe se determinará el espesor de la capa descarburada de una pieza de acero con alto contenido de carbono mediante la utilización de la segunda ley de Fick, sometiendo la pieza a una atmósfera oxidante a altas temperaturas por una cierta cantidad de horas, la cual posteriormente será templada en agua agitada y preparada adecuadamente para poder ser analizada metalográficamente. Además, se realizará un ensayo de microdureza, el que será relacionado con el análisis metalográfico elaborado de manera que permita obtener los resultados requeridos.

1.2. Objetivo principal:

• Analizar la descarburación de una barra para hormigón.

1.3. Objetivos Especificos:

• Relacionar la dureza con la composición.
• Estimar la composición de la pieza.
• Determinar la capa descarburada.

• Determinar el valor de D0.

2. Marco teórico

2.1 Descarburación:

        Proceso contrario a la carburación, que consiste en la pérdida de carbono de su composición química al aplicarle un tratamiento a altas temperaturas debido a la interacción del carbono con los gases de la atmósfera. El oxígeno elimina este carbono en forma de CO/CO₂. Esto provoca una disminución en las propiedades mecánicas cercanas a la superficie del material. La descarburación es una función de la temperatura del tratamiento, de la composición química inicial del acero y de la composición química de la atmósfera gaseosa.

        Características: si hay una descarburación total en la superficie, se podría observar principalmente ferrita en la muestra, mientras que, si hay una descarburación parcial, se podría observar en las muestras una mezcla de fases.

        Ventajas: reduce los costos y tiempos de procesos, hay un mejor control de la composición química y hay un reemplazo del óxido de hierro.

2.2 Segunda Ley de Fick (perfil de concentración):

        La segunda Ley de Fick, que describe la difusión dinámica de los átomos, es la ecuación diferencial:

                                                           (1)[pic 3]

        Cuya solución depende de las condiciones del límite para una situación parcial. Una solución es:

                                        (2)[pic 4]

Donde:

Cs = es una constante de concentración de los átomos que se difunden en la superficie del material

Co = es la concentración uniforme inicial de los átomos en el material

Cx = es la concentración del átomo que se difunde a la posición x debajo de la superficie después de un tiempo t

erf = función de error

X= distancia de la superficie cementada

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