Configuration/Connection List
Type 8- bit value which is the IPX type
Se realizó el tratamiento térmico a las probetas después de haberlas manufacturado, se consideró realizar tres iteraciones por ensayo practicado con la finalidad de tener una muestra promedio.
- Ensayo de dureza bajo norma ASTM E 10 :
El ensayo de dureza esta dado en las unidades Brinell.
a) El primer ensayo se practicó a una temperatura de tratamiento 725°C, con un tiempo de mantenimiento 20 min. Y enfriado en agua a 1°C. y otras probetas a 17°C.
Grafico N° 71 : Primer Ensayo de Dureza a 725°C, 20min. Enfriado a 1°C. y 17°C.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
b) El segundo ensayo se realizó a una temperatura de 725°C, con un tiempo de mantenimiento de 60 min. Y enfriado en agua a 1°C y otra probeta a 17°C.
133
Grafico N° 72 : Segundo Ensayo de Dureza a 725°C, 60min. Enfriado a 1°C. y 17°C.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
c) Tercer ensayo se realizó a una temperatura de 788°C, con un tiempo de mantenimiento de 40 min. Y enfriado en agua a 10°C.
Grafico N° 73 : Tercer Ensayo de Dureza a 788°C, 60min. Enfriado a 10°C.
134
d) Cuarto ensayo se realizó a una temperatura de 850°C, con un tiempo de mantenimiento de 20 min. Y enfriado en agua a 1°C.y a 17°C.
Grafico N° 74 : Tercer Ensayo de Dureza a 788°C, 60min. Enfriado a 10°C
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
e) Quinto ensayo se realizó a una temperatura de 850°C, con un tiempo de mantenimiento de 60 min. Y enfriado en agua a 1°C.y a 17°C.
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Grafico N° 75 : Cuarto Ensayo de Dureza a 850°C, 60min. Enfriado a 1°C. Y a 17°C.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
Podemos decir que la dureza se ve incrementada ya que la dureza Brinell sin tratamiento es 177.51 DB, y la que obtuvo mejor resultado es la probeta que fue tratada térmicamente a 850°C con un tiempo de mantenimiento de 60min. Y enfriado en agua a 1°C. Dándonos como resultando una dureza de 404.35 DB.
- El ensayo de tracción que fueron sometidos las probetas son basadas en la norma ASTM A 370, nos dieron como resultados :
a. El primer ensayo se practicó a una temperatura de tratamiento 725°C, con un tiempo de mantenimiento 20 min. Y enfriado en agua a 1°C. y otra probeta a 17°C.
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Grafico N° 76 : Primer Ensayo de Tracción 750°C, 20min. Enfriado a 1°C. Y a 17°C.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
Grafico N° 77 : Probeta de Ensayos de Tracción Templado 750°C,Mantenido 20min.( a ) Enfriado a 1°C. Y ( b ) Enfriado a 17°C.
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b. El segundo ensayo de tracción se realizó a una temperatura de 725°C, con un tiempo de mantenimiento de 60 min. Y enfriado en agua a 1°C y otra probeta a 17°C.
Grafico N° 78 : Segundo Ensayo de Tracción a 725°C, 60min. Enfriado a 1°C. Y 17°C.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
c. Tercer ensayo se realizó a una temperatura de 788°C, con un tiempo de mantenimiento de 40 min. Y enfriado en agua a 10°C.
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Grafico N° 79 : Tercer Ensayo de Dureza a 788°C, 60min. Enfriado a 10°C.
Fuente: Elaboración Propia del Autor.
d. Cuarto ensayo se realizó a una temperatura de 850°C, con un tiempo de mantenimiento de 20 min. Y enfriado en agua a 1°C.y a 17°C.
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Grafico N° 80 : Cuarto Ensayo de Tracción a 850°C, 20min. Enfriado a 1°C. Y a 17°C.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
e. Quinto ensayo se realizó a una temperatura de 850°C, con un tiempo de mantenimiento de 60 min. Y enfriado en agua a 1°C.y a 17°C.
Grafico N° 81 : Cuarto Ensayo de Tracción a 850°C, 60min. Enfriado a 1°C. Y a 17°C.
140 % 20.73 8.978 2.25 2.06 4.55 0.16 6.67 4.15 0.40 6.05 Deformacion E
Sin tratamiento termico 725°C 20min. 1°C 725°C 20min. 17°C 725°C 60min. 1°C 725°C 60min. 17°C 788°C 40min. 10°C 850°C 20min 1°C 850°C 20min. 17°C 850°C 60min. 1°C 850°C 60min. 17°C
Como podemos ver el mejor resulta obtenido en todos los ensayos de tracción que se realizaron fue el temple a 725°C con un tiempo de mantenimiento de 20 min. Y enfriado a 17°C que obtuvo como resultado de su esfuerzo ultima de 460.78 Kg/mm2.
Grafico N° 82 : Cuadro de Deformación E en Porcentaje.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
En el grafico que se muestra podemos observar la deformación que se dio durante el ensayo de tracción a cada probeta ensayada, el que tuvo mayor porcentaje de deformación es el acero sin tratamiento térmico que presenta muy buena ductibilidad, en cambio la probeta que fue tratada térmicamente a 725°C con un tiempo de mantenimiento de 20min. Y enfriado a 17°C era el que nos daba el mejor resultado de esfuerzo
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último, ahora nos entrega una deformación de 2.25% el que nos indica que es material dúctil pero no por mucho, su tipo de fractura es de parcial de tasa y cono.
- El ensayo Charpy que fueron sometidos las probetas son basadas bajo las condiciones de la norma ASTM E 24, el que realizando todos los ensayos a diferente temperatura, tiempos de mantenimiento y temperatura de enfriamiento nos dieron como resultados :
Grafico N° 83 : Ensayo de Charpy a Diferentes Temperaturas , Tiempo de Mantenimiento y Temperatura de Enfriamiento.
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Como se puede observar en la imagen el mejor resultado obtenido a la absorción de energía de impacto es la probeta sin tratamiento térmico, seguidamente la probeta que fue tratada térmicamente a 850°C tiempo de mantenimiento de 60 min. Y enfriada a 1°C es la que cuenta con la mejor absorción de energía de impacto con 47.61 joule de energía, en cambio la probeta trata térmicamente a 725°C tiempo de mantenimiento de 20min. Y enfriado a 17°C presenta 39.76 joule.
- El ensayo metalográfico se realizó a todas las probetas ensayadas, para contar con un mejores resultados nos ayudándonos con la norma ASTM E 112 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size ( anexo 8 ). Para contar un mayor entendimiento de la terminología de la metalografía nos ayudamos con la norma ASTM E 7 Standard Terminology Relating to Metallograph ( anexo 9 ).
a. Metalografía ensayo a 725°C tiempo de mantenimiento 20min. enfriado a 1°C presenta una mezcla de Ferrita equiaxial y Martensita.
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Grafico N° 84 : Prueba a 725 °C , 20min, 1°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
Grafico N° 85 : Prueba a 725 °C , 20min, 1°C. Aumento 1000x.
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b. Metalografía ensayo a 725°C tiempo de mantenimiento 20min. enfriado a 17°C presenta una mezcla de Ferrita y Martensita.
Grafico N° 86 : Prueba a 725 °C , 20min, 17°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración propia del autor.
Grafico N° 87 : Prueba a 725 °C , 20min, 17°C. Aumento 1000x.
145
c. Metalografía ensayo a 725°C tiempo de mantenimiento 60min. enfriado a 1°C presenta una mezcla de Ferrita y Martensita.
Grafico N° 88 : Prueba a 725 °C , 60min, 1°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración propia del autor.
Grafico N° 89 : Prueba a 725 °C , 60min, 1°C. Aumento 1000x.
146
d. Metalografía ensayo a 725°C tiempo de mantenimiento 60min. enfriado a 17°C presenta una mezcla de Ferrita y Martensita.
Grafico N° 90 : Prueba a 725 °C , 60min, 17°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
Grafico N° 91 : Prueba a 725 °C , 60min, 17°C. Aumento 1000x.
147
e. Metalografía ensayo a 788°C tiempo de mantenimiento 40min. enfriado a 10°C presenta una mezcla de Ferrita y Martensita.
Grafico N° 92 : Prueba a 788 °C , 40min, 10°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
Grafico N° 93 : Prueba a 788 °C , 40min, 10°C. Aumento 1000x.
148
f. Metalografía ensayo a 850°C tiempo de mantenimiento 20min. enfriado a 1°C presenta una mezcla de Ferrita y Martensita .
Grafico N° 94 : Prueba a 850 °C , 20min, 1°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
Grafico N° 95 : Prueba a 850 °C , 20min, 1°C. Aumento 1000x.
149
g. Metalografía ensayo a 850°C tiempo de mantenimiento 20min. enfriado a 17°C presenta una mezcla de Ferrita y Martensita.
Grafico N° 96 : Prueba a 850 °C , 20min, 17°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración Propia del Autor
Grafico N° 97 : Prueba a 850 °C , 20min, 17°C. Aumento 1000x.
150
h. Metalografía ensayo a 850°C tiempo de mantenimiento 60min. enfriado a 1°C presenta una mezcla de Ferrita y Martensita.
Grafico N° 98 : Prueba a 850 °C , 60min, 1°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
Grafico N° 99 : Prueba a 850 °C , 60min, 1°C. Aumento 1000x.
151
i. Metalografía ensayo a 850°C tiempo de mantenimiento 60min. enfriado a 17°C presenta una mezcla de Ferrita y Martensita.
Grafico N° 100 : Prueba a 850 °C 60min, 17°C. Aumento 200x.
Fuente : Elaboración Propia del Autor.
Grafico N° 101 : Prueba a 850 °C , 60min, 1°C. Aumento 1000x.
152 Nivel (-) Nivel (+) 725 850 20 60 1 17 Dominio Experimental 4.3. DISEÑO EXPERIMENTAL
Utilizamos la técnica estadística del diseño experimental factorial porque nos permite identificar , cuantificar la causas del efecto dentro del estudios experimental que elaboramos, también nos permite realizar el menor número de ensayos posibles y poder saber con exactitud cuáles son las condiciones más óptimas del acero A 36 para que pueda obtener las mejores características de una estructura de fase doble . El diseño experimental factorial que consideramos es 23 ya que se consideró como tres factores influyentes a la temperatura de calentamiento, tiempo de calentamiento y la temperatura del temple. Para ello se elabora una matriz donde nos indica los factores a considerar, dominio experimental y la matriz del diseño experimental factorial.
Tabla N° 7 : Factores y Dominios Experimentales.
Fuente : Elaboración Propia del Autor
T1 T2 T3 Factores Temperatura de calentamiento Tiempo de mantenimiento Temepratura de enfriamiento
153 T1 T2 T3 T1 T2 T3 1 - - - 725 20 1 2 + - - 850 20 1 3 - + - 725 60 1 4 + + - 850 60 1 5 - - + 725 20 17 6 + - + 850 20 17 7 - + + 725 60 17 8 + + + 850 60 17
Matriz de Experimentos Plan de Experimentación
Tabla N° 8 : Matriz de Experimentos para un Diseño Factorial 23 y su Plan de Experimentación.
Fuente : Elaboración Propia del Autor
Las columnas de la matriz no están correlacionadas ya que son ortogonales
Según la matriz realizada ahora se tendrá que codificar los resultados obtenidos de cada ensayo realizado
a. Primero realizaremos el diseño factorial para el ensayo de tracción
Tabla N° 9 : Matriz de Diseño con Valores Codificados / Ensayo de Tracción.
154 Factor SS Df MS Fo P T1 ( T° calentamiento) 911.8775 1 911.877527 9.93000588 0.016358 T2 (T Tiempo de Man.) 187.4954 1 187.49537 2.04175459 0.164332 T3 (T° enfriamiento ) 449.4941 1 449.494109 4.89482306 0.038856 1 y 2 13.54142 1 13.5414222 0.14746103 0.677214 1 y 3 261.7659 1 261.765851 1.41257387 0.198382 2 y 3 185.3113 1 185.311265 2.01797051 0.185325 Error 367.322 4 91.8305123 Total 2376.808 10
Después de realizar la matriz se procede a realizar el análisis de varianza ANOVA con la ayuda de programas estadísticos podemos determinar que
Tabla N° 10 : Análisis de Error para el Ensayo de Tracción
Fuente : Elaboración Propia del Autor
Para un nivel de significación de a = 0.05; glT = 1; gle = 4 se tiene F ( 0.05; 1; 4) = 7.7086
La condición de Fo > F ( a; glt; gle ) se cumple para T1, T2, T3; por lo tanto las variables T1, T3 y las interacciones T1 T2 tienen incidencia significativa en el proceso. Por consiguiente, el modelo matemático será:
̂=78.7590+9.8312*T1+T2-1.1062*T1T2-3.8012*T1T3+3.9437*T2T3-7.4737
El modelo matemático, nos permite evaluar cuan distanciados se encuentran los valores predichos según la técnica experimental . La Tabla, muestra la diferencia entre los valores experimentales y predichos por el modelo matemático para la resistencia a la tracción
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Tabla N° 10 : Diferencia de Valores Según Modelo Matemático y Experimentales
Fuente : Elaboración Propia del Autor
Se Determina estadísticamente si el modelo matemático hallado representa adecuadamente a los datos experimentales realizando el cálculo de F, Fo 156.63/48.7364 = 3.21
El modelo es adecuado si se cumple que Fo< F (a; glr; gle) ó F (0.05; 8; 4) = 6.04
Estadísticamente el modelo se ajusta adecuadamente a ,los datos experimentales. El modelo decodificado queda de la siguiente manera.
YD= -184.2506+ 0.3451T1+2.3489T2-0.0029T1T2-0.016T1(1)-0.1518T2(1)+0.002 T1T2T3+10.828 1 -1 -1 -1 83.25 97.54768 14.3 2 1 -1 -1 139.48 158.4955 19.02 3 -1 1 -1 78.49 97.41067 18.92 4 1 1 -1 136.05 150.3505 14.3 5 -1 -1 1 460.78 464.8649 4.08 6 1 -1 1 103.70 103.0528 -0.65 7 -1 1 1 84.39 83.73936 -0.65 8 1 1 1 120.64 124.7178 4.08 Nro. T1 T2 T3 Yr Ӯ R=Yr-Ӯ
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V. CONCLUCIONES
1. Se puede observar que la dureza del acero A 36 se incrementa notablemente para tratamientos a 850°C, ya que se comienza a la formación de microestructuras martensíticas de bajo contenido de carbono.
2. En los tratamientos a 725 °C, la dureza logra valores moderados que tenemos la presencia de una mezcla de martensita y ferrita ( fases dobles ). Hay que tener en cuenta que la perlita es sustituida por la fase martensita.
3. La tenacidad resulta ser mayor para microestructura martensíticas que para microestructuras de fases dobles ( martensita-ferrita ). La muestra para el primer caso, su tipo de fractura corresponde a intergranular - dúctil y para los otros ensayos , presentan un tipo de fractura cuasi- clivaje originado por la disposición discontinua de la martensita en límites de grano que resulta en una baja capacidad para absorber energía.
4. El análisis de la varianza para la resistencia a la tracción, indica que las variables influyentes en el proceso son la temperatura de calentamiento y la temperatura del medio de enfriamiento.
157
5. Los ensayos a 725°C, evidenciaron la formación de combinaciones micro estructural de martensita y ferrita, teniendo una buena combinación de resistencia y alargamiento.
6. Los ensayos a 850 °C mostraron la formación de fases martensíticas de bajo contenido de carbono, lográndose incrementos máximos de la resistencia a la tracción de cuando se utilizó medios de temple fríos ( agua a 1°C )
7. El análisis microscópico revelo la presencia de mezclas de ferrita idiomorfa y martensita cuando se realizó el tratamiento térmico a temperatura intercriticas ( 725 y 850 °C ). La ferrita idiomorfo se forma en un rango de temperaturas que varía desde unas decenas de grados por debajo de la temperatura de inicio de descomposición de la austenita en ferrita, A3, hasta la temperatura donde las transformaciones de origen disfuncional empiezan a ser relativamente lentas y comienzan a tener lugar las trasformaciones de origen no disfuncional tales como la ferrita , la bainita y la martensita
8. Se observó martensita acicular y ferrita en muestras tratadas a 850 °C. La observación al microscopio electrónico de barrido (SEM), confirmo la presencia de martensita del tipo acicular y ferrita.
158
VI. RECOMENDACIONES
1. Se tiene que realizar una prueba de análisis químico al acero antes de realizar las pruebas porque que el certificado de calidad nos indica el contenido mínimo que tiene el acero así también como sus propiedades mecánicas para ellos recurrimos al apoyo de la norma ASTM A415 – 08, la tesis que ha sido elabora realizo esta prueba en los laboratorios de la PUCP ya que a falta de este equipo se tuvo que efectuar dicha prueba fuera de nuestras instalaciones ANEXO 10 Análisis químico.
2. Para salvaguardad nuestra integridad física recomendamos hacer uso de los protocolos de seguridad en el laboratorio en especial implementar un formato para el análisis del trabajo seguro ( ATS ) ANEXO 11 cuando estemos realizando labores como las que se efectuaron en este proyecto.
3. Poder contar con una licencia corporativa de las normas ASTM para su visualización y descarga de ellas ya que es de suma importancia considerar normas dentro de proyectos de investigación.
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VII. BIBLIOGRAFIA
1. AVIMER Introducción a la metalurgia física.- Segunda edición.- Editorial Calipso S.A. México.- 1987.
2. ANUAL BOOK OF ASTM STANDARDS.- Editorial Staff Copyrigth.- American Society for testing and materials, Philadelphia.-1992.
3. KEYSER.- Materiales y Procesos de Manufactura para ingenieros.- Tercera Edición.- Editorial Limusa, México 1988.
4. GULIAEV.- Metalografía.- Segunda Edición.- Editorial MIR.- Moscú.- 1983
5. GRIMBERG.- Tratamiento Térmico de los Aceros y sus Prácticas de laboratorio.- Editorial Limusa.- México 1989.
6. MONGOMERY Diseño y Análisis de Experimentos.- Editorial
Iberoamericana S.A. - México 1991.
7. VALENCIA.- Tecnología 'del Tratamiento térmico de tos metales.- Segunda edición.- Editorial Universidad de Antioquia.- Colombia 1992. 8. ASKELAND.- Ciencia e ingeniería de los Materiales.- International
Thomson Editores.- México 1998.
9. CALLISTER.- Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Editorial Reverte S.A.- México 1995.
10. CALVO.- Metalografía práctica.- Editorial Alhambra S.A. Madrid 1972. 11. CONTRERAS Metalurgia Física.- Chile.-1985
12. FLIN Y TROJAN.- Materiales de ingeniería y sus Aplicaciones.- Editorial Mac Graw Hill.- Colombia 1989.
160
13. JQHNSON-WEEKS.- Metalurgia.- Editorial Reverte S.A. México 1961. 14. SARCE Introducción a la Ciencia de Materiales.- Proyecto Multinacional
de Materiales.- OEA-CNEA- Argentina 1996.
15. SHACKELFORD Ciencia de Materiales para Ingenieros.- Editorial Prentice Hill Hispanoamericana S.A.- México 1992.
16. SMITH Fundamentos de la Ciencia y la ingeniería, Editorial Mac-Graw- Hill.-México 1993.
17. VAN VLACK Materiales para ingeniería.- Compañía Editorial Continental S.A- México 1991
18. GUY- Fundamentos de Ciencia de Materiales.- Editorial Mc-Graw-Híll.- México 1980.
19. BERNARD-MICHEL- Metalurgia General.- Editorial Hispano Europea.- Paris 1979.
20. BIRCHENALL Physical Metallurgy.- Editorial Mc-Graw-Hill.- Toronto 1969.
21. REED-HILL- Principios de Metalurgia Física.- Tercera Edición.- Editorial G.E.C.S.A.-México 1972.
22. PASCUAL.- Técnica y Práctica del tratamiento Térmico de los Metales- Editorial Blume.- Barcelona 1970.
23. APRAIZ.- Tratamiento térmico de los Aceros.- Editorial Dossat.- Madrid 1961.
24. STURLA Tratamiento termoquímicos de los Aceros y Fundiciones.- Ediciones técnicas internacionales Buenos Aires 1973.
161