Influencia del tiempo de temple en la resistencia a carga axial

INFLUENCIA DEL TIEMPO DE TEMPLE EN LA RESISTENCIA AXIAL DEL ACERO AISI 1045 TEMPLADO

C.D. Labrador L.1, D.E. Gómez A.2 

1Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Ibagué, Cr 22 Calle 67, Ibagué, Colombia, 2120132022@estudiantesunibague.edu.co

2Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Ibagué, Cr 22 Calle 67, Ibagué, Colombia, 2120141046@estudiantesunibague.edu.co

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Resumen

Esta investigación se centra en el estudio de  la influencia del tiempo de temple en la resistencia a carga axial, el temple es un tratamiento térmico en el cual se calienta el material a una temperatura sutilmente más elevada que la crítica superior Ac3 (diagrama Hierro Carbono), este tratamiento térmico  cambia las propiedades mecánicas del material en este caso un acero AISI 1045 un acero con medio contenido  en carbono.

Lo desarrollado en este experimento fue realizar el temple del acero 1045 variando el tiempo de permanencia a una temperatura, en este caso la temperatura fue constante, se procedió a realizarles el ensayo de tracción o de tensión a las probetas templadas observando y tabulando los datos obtenidos para proceder a realizar el diagrama esfuerzo deformación. Y así poder concluir si el tiempo de temple influye o cómo influye en la resistencia a carga axial.

Palabras clave: Ensayo de tracción o tensión, temperatura de austenización, probetas, temple, Acero 1045 [pic 2]

Abstract

This research focuses on the study of the influence of time and experience on the axial load resistance, hardening is a heat treatment in which the material is heated to a temperature higher than subtly higher criticism Ac3 (Iron Carbon diagram) this heat treatment changes the mechanical properties of the material in this case a steel AISI 1045 steel having medium carbon.

What developed in this experiment was to temper the steel in 1045 varying the residence time at a temperature, in this case the temperature was constant, proceeded due to have the tensile test voltage or temperate specimens observing and tabulating data obtained to proceed with the stress strain diagram. And so to conclude if time tempering influence or how it affects the axial load resistance.

Keywords: Tensile test or traction, austenitizing temperature, samples, mettle, steel 1045

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1. Introducción

El estudio de la influencia del tiempo de sostenimiento del tratamiento térmico de temple en la resistencia a carga axial, sobre el acero  AISI 1045 un acero con medio contenido en carbono utilizado en la fabricación de bielas, tornillos, ejes, árboles y otras piezas de metal. El Temple tiene por objetivo endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta en general el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior y se enfría luego más o menos rápidamente (según la composición y el tamaño de la pieza) en un medio conveniente, agua, aceite, etc. [1]. El fin que se pretende generalmente en este ciclo es transformar toda la masa de acero con el calentamiento en austenita y después por medio de un enfriamiento suficientemente rápido, convertir las austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados. La elevación de temperatura debe durar como mínimo un minuto por milímetro de espesor o diámetro de la pieza en este caso el diámetro de la probeta ¼ in  ; el tiempo de permanencia a la máxima temperatura, también influye en el crecimiento del grano y, por lo tanto debe reducirse lo posible, se calcula que es suficiente uno o dos minutos por cada milímetro de espesor de la pieza para conseguir la austenizacion completa en el acero los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano.

En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande. Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y dados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad, la cual es deseable a menudo para la carburización y también para el acero que se someterá a largos procesos de trabajo en frío, los factores que se consideran en el temple son: 1) calentamiento 2) temperatura de austenización 3) tiempo de sostenimiento a la temperatura de austenización 4) medios de enfriamiento. El ensayo de tensión  consiste en someter  una probeta a un esfuerzo axial de tracción  creciente hasta que se produce la fractura de la probeta, en el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas:

1. Deformaciones elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.
2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones .No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.
3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.
4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente hasta el comienzo de la estricción) entre la sección inicial: cuando se produce la estricción la sección disminuye (y por tanto también la fuerza necesaria), disminución de sección que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.

Se debe tener en cuenta nuestra variable que es el tiempo de sostenimiento, que logra que toda la masa este formada por cristales de austenita, el tiempo de sostenimiento depende de las masas de las piezas, la temperatura, de la velocidad de calentamiento, y de la clase del acero. El tiempo de sostenimiento del acero a la temperatura de tratamiento comienza cuando toda la pieza ha alcanzado esa temperatura. El tiempo de sostenimiento depende también de la temperatura a la cual será llevada la pieza, si la temperatura es alta el tiempo debe ser menor y de igual manera si la temperatura es menor el tiempo debe ser mayor

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