Medios De Enfriamiento 642320

Tratamientos Térmicos 26 de Abril de 2015.

Medios de Enfriamiento C. Cruz Lanto1, Y.L. Basilio Gonzalez2 Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Química, Departamento de Ingeniería Química Metalúrgica, Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacán, 04512, México D.F. [email protected] Resumen: Este artículo tiene como finalidad presentar la severidad de diferentes medios de enfriamiento como son el agua, aceite, aire y salmuera. Palabras clave: Temple, severidad y medios de enfriamiento. Abstract: This article aims to present of the severity of different cooling media such as water, oil, air and brine. Keyworsd: Quenching, Severity and cooling means. 1. Introducción3. Temple: Se denomina temple de un acero al enfriamiento del mismo desde una temperatura por encima de la trasformación AC3 a una velocidad suficiente mente rápida a fin de endurecerlo considerablemente. A nivel microscópico, el endurecimiento por temple implica la formación del constituyente martensítico y ausencia del constituyente perlítico. Mecanismo de eliminación de calor durante el temple. - Etapa A: Estado de enfriamiento por medio de una capa de vapor. - Etapa B: Enfriamiento por transporte de vapor. - Etapa C: Enfriamiento por medio del líquido.

Severidad: La severidad del temple es la aptitud o efectividad del medio utilizado para enfriar la pieza de acero desde la temperatura de austenización hasta la trasformación de esta austeníta en martensíta. Tabla1. La tabla muestra la severidad de diferentes medios de temple, en relación con agua inmóvil (valor de H=1.0). MÉTODO DE ENFRIAMIENTO

ACEITE

AGUA

SALMUERA

Sin circulación o agitación de la pieza

0.25 – 0.30

0.9 – 1.0

2

Circulación ó agitación suave

0.30 – 0.35

1.0 – 1.1

2 – 2.2

Circulación moderada

0.35 – 0.40

1.2 – 1.3

Circulación buena

0.40 – 0.50

1.4 – 1.5

Circulación fuerte

0.50 – 0.80

1.6 – 2.0

Circulación violenta

0.80 – 1.0

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Medios de enfriamiento: Agua

Curva de enfriamiento de un cilindro pequeño de acero templado en agua tibia.

Ventajas:  Medio más conveniente, accesible, económico, y fácil de desechar.  Para producir altas velocidades de enfriamiento.

3 Molera S. P., Tratamientos Térmicos de los metales, Marcombo, 1991.

https://docs.google.com/document/d/1rBQR3Rut4JT5yfJ6sJ35GG8DoGo0yVcQm0ChkwLQ8vw/edit. Página

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 

Efectivo para el rompimiento de las cascarillas de óxido. Se usa comúnmente para templar aceros austeníticos y metales noferrosos después de tratamientos de solubilización a elevadas temperaturas.

Desventajas:  La etapa C se inicia en rangos de temperatura bajos, más abajo que el aceite, y en esta etapa la velocidad de enfriamiento es rápida.  Altas tensiones residuales, distorsión y agrietamiento.  Para templar solo piezas simétricas que no posean cambios de sección bruscos, o esquinas.  Aceros de baja templabilidad (aceros de bajo C, de baja aleación y carburizados).  La etapa A se extiende, esta prolongación se incrementa con la complejidad de la pieza a templarse.  Dureza dispareja, y esfuerzos no deseados.  Corrosiva.  Requiere de control en la temperatura (ideal 15-25 °C), agitación y contaminantes. Salmuera y soluciones cáusticas. (5-10 % NaCl soluciones acuosas, 5-10 % NaOH soluciones cáusticas) Ventajas:  Reduce las partes blandas.  Menos severidad y distorsión.  Menos efectos críticos por pequeñas variaciones en las temperaturas de operación. Desventajas:  Altamente corrosivos.  Equipo de seguridad y periférico.  Mantenimiento riguroso.  Control de contaminantes.  La temperatura ideal es de 20 0C.  Se usa comúnmente para pequeñas piezas o de herramientas.

Aceites. La clasificación se basa en la composición, potencia templante, temperaturas de operación y se agrupan como convencionales y rápidos. Convencionales.  Aceites minerales. Más simples y económicos. Pueden contener aditivos (estabilidad oxidación y corrosión).  Baja velocidad de enfriamiento durante la etapa A, mayor en la etapa B y muy lenta en la etapa C.  Poco adecuados para aceros de baja templabilidad. Para aceros de alto C y aceros aleados. Rápidos.  Aceites modificados para mayor estabilidad y viscosidad. Mayor vida.  Con aditivos para aumentar la velocidad de enfriamiento a altas temperaturas (etapas A y B). Y con una etapa C lenta a bajas temperaturas (transformación martensítica) reduce la distorsión y el agrietamiento.  Aditivos para controlar la oxidación, mojado, viscosidad. 2. Procedimiento experimental 2.1. Materiales.  10 Probetas de acero 4140.  Muflas.  Agua.  Aceite.  Salmuera.  Cortadora para realizar el corte transversal en las probetas.  Lijas, alúmina, pulidora de paño fino, nital 3 para la preparación metalográfica.  Microscopio. 2.2 Procedimiento para los medios de enfriamiento (Temple). Las probetas se llevaron a una temperatura de 850°C durante 45 minutos, una vez

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trascurrido el tiempo a cada probeta se le aplicó un medio de enfriamiento diferente: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Agua a 80°C. Agua a T ambiente. Agua a 0°C. Salmuera a T ambiente. Salmuera a 0°C. Aceite. Aire quieto. Aire forzado. Salmuera con agitación. Agua caliente con agitación.

Imagen 4. Medio de enfriamiento Salmuera a T ambiente, atacada con Nital 3, 20x.

3. Resultados y análisis de resultados. Tabla 2. Imágenes metalográficas.

Imagen 5. Medio de enfriamiento Salmuera 0°C, atacada con Nital 3, 20x.

Imagen 1. Medio de enfriamiento Agua a 80°C, atacada con Nital 3, 20x.

Imagen 6. Medio de enfriamiento Aceite, atacada con Nital 3, 20x.

Imagen 2. Medio de enfriamiento Agua a T ambiente, atacada con Nital 3, 20x. Imagen 7. Medio de enfriamiento Aire quieto, atacada con Nital 3, 20x.

Imagen 3. Medio de enfriamiento Agua a 0°C, atacada con Nital 3, 20x. Imagen 8. Medio de enfriamiento Aire forzado, atacada con Nital 3, 20x.

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Se observó que en las imágenes metalográficas hay una líneas blancas estas se deben al tratamiento que se les dio antes de llevar a temperatura de autenticación. De acuerdo con lo que se observó se hizo un listado de los medios de enfriamiento del más severo al menos severo: Imagen 9. Medio de enfriamiento Salmuera a T ambiente con agitación, atacada con Nital 3, 20x.

1. 2. 3. 4.

Agua. Salmuera. Aceite. Aire.

4. Conclusiones

Imagen 10. Medio de enfriamiento Agua a 80°C con agitación, atacada con Nital 3, 20x .

Se observó que el medio de enfriamiento en aceite es uno de los menos severos, como se observa en la imagen 6 que la martensita que es mucho más fina y menos definida. El medio de enfriamiento menos severo fue el aire quieto, porque en la imagen 8 se puede observar martensíta en menor proporción incluso se pudo observar formación de ferrita en pequeñas cantidades debido a que la velocidad de enfriamiento fue más lenta, en comparación con el agua y la salmuera. En el medio de enfriamiento de aire forzado se observó que no hay una distribución homogénea de la martensita y en algunas secciones se observa ferrita esto debido a que el aire forzado no se distribuyó de manera homogénea. Comparando la salmuera con agitación y sin agitación a temperatura ambiente la martensita que se formó en salmuera con agitación es mucho más definida y con un mayor tamaño que en la salmuera sin agitación, esto debido a que la agitación evita la formación de la capa de vapor que se forma provocando que la velocidad de enfriamiento sea mas rápida.

El medio de enfriamiento ideal deberá exhibir una alta velocidad de temple a través de la etapa de la cubierta de vapor y en la etapa de enfriamiento por transporte de vapor, y bajas velocidades a través del rango de temperaturas finales (etapa de enfriamiento liquida). Enlistando los medios de enfriamiento del más severo al menos severo teóricamente3 se tiene: 1. 2. 3. 4.

Salmuera. Agua. Aceite. Aire.

Generalmente, conforme la temperatura del medio aumenta, la rapidez de enfriamiento disminuye, lo cual se debe al aumento en persistencia de la etapa de la capa de vapor. Como el medio está más cercano a su punto de ebullición, se necesita menos calor para forma la película de vapor. Esto es particularmente cierto en agua y salmuera. La rapidez de enfriamiento puede mejorarse y la temperatura del medio mantenerse constante por circulación del medio y agitación de la pieza.

5. Agradecimientos. A la Facultad de Química de la UNAM por prestar las instalaciones, reactivos y aparatos Página 4

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para poder realizar el trabajo experimental de manera correcta y todo lo que éste conllevó.

6. Bibliografía:  Pere Molera Solá. Tratamientos térmicos de los materiales. Marcobo. España, 1991.  Donald R. Askeland. Ciencia e ingeniera de los materiales. Thomson. México, 1998.  William D. Callister. Ciencia e ingeniería de los materiales. Reverté. México. Otras fuentes: https://docs.google.com/document/d/1rBQR3 Rut4JT5yfJ6sJ35GG8DoGo0yVcQm0Chkw LQ8vw/edit 24 abril 2015.

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