Ciencia de Materiales · tema 06
Tratamientos térmicos y termoquímicos
Recocido, normalizado y esferoidización, el temple y la templabilidad con el ensayo Jominy, el endurecimiento por precipitación y los tratamientos que cambian la superficie.
este tema trae un simuladorLos temas 4 y 5 explican qué microestructuras puede tener un acero y cómo se llega a cada una. Este tema es la industria haciendo eso a propósito: calentar, mantener y enfriar para quitar lo que estorba o conseguir lo que falta. Son tres tratamientos —recocido, temple y endurecimiento por precipitación— y una familia más, los termoquímicos, que no cambian solo la temperatura sino la composición de la superficie.
El recocido
Recocer es mantener el material a alta temperatura durante un tiempo y después enfriarlo despacio. Todo lo que pasa dentro pasa por difusión, así que el tiempo y la temperatura mandan: el tiempo tiene que bastar para que la transformación se complete, y cuanto más alta la temperatura, más rápido va. Se hace para eliminar tensiones, para recuperar ductilidad o para conseguir una microestructura concreta.
Hay dos tipos generales, que valen para cualquier metal:
- El proceso de recocido, después del trabajo en frío. Deshace el endurecimiento por deformación del tema 3 en tres etapas —recuperación, recristalización y crecimiento de grano— y el metal vuelve a ser blando y dúctil.
- La eliminación de tensiones. Las tensiones internas salen del mecanizado, de un enfriamiento desigual en una pieza moldeada o de una transformación de fase entre fases de densidades muy distintas. Se calienta a una temperatura que no sea muy alta —para no crear tensiones nuevas al enfriar— y se enfría poco a poco.
El recocido de los aceros
En un acero, dónde se calienta se dice respecto a tres líneas del diagrama hierro-carburo de hierro:
- A1 es la isoterma eutectoide, 727 °C: la temperatura crítica inferior. Por debajo, en equilibrio, la austenita ya ha dado ferrita y cementita.
- A3 y Acm son las fronteras de la región de austenita sola con la de austenita y fase proeutectoide, para aceros hipo e hipereutectoides: la temperatura crítica superior.
Y en esas líneas se hacen tres tratamientos:
| tratamiento | a qué temperatura | cómo se enfría | qué sale | para qué |
|---|---|---|---|---|
| normalizado | 55 a 85 °C por encima de la crítica superior | al aire | perlita fina | igualar y afinar el grano de un acero deformado |
| recocido total | 15 a 40 °C por encima de A3 (o de A1, si es hipereutectoide) | dentro del horno apagado | perlita gruesa | ablandar un acero de bajo o medio carbono muy trabajado |
| esferoidización | justo por debajo de A1, entre 15 y 25 horas | despacio | esferoidita | ablandar un acero de medio o alto carbono para mecanizarlo |
El normalizado y el recocido total empiezan igual, con una austenización, y se diferencian en lo que el tema 5 llama la velocidad de enfriamiento: al aire es moderadamente rápido y da perlita fina; en el horno es lentísimo y da perlita gruesa, con granos uniformes y la fase proeutectoide que toque. La esferoidización no pasa por la austenita: convierte la perlita que ya hay en esferoidita, la microestructura más blanda de todas.
El temple
Templar es enfriar la austenita tan deprisa que dé martensita, con agua, aceite o aire. Para que la pieza tenga buenas propiedades la martensita tiene que ser mayoría; si sale mucha perlita o bainita, la pieza es otra.
El problema es que una pieza no se enfría igual en todas partes: la superficie pierde el calor enseguida y el centro tiene que esperar a que el calor le llegue por conducción. Así que la pieza puede acabar con martensita fuera y perlita dentro. Cuánta martensita hay en cada punto depende de tres cosas: la composición del acero, el medio del temple y la forma y el tamaño de la pieza. Este apartado es una por una.
La templabilidad y el ensayo Jominy
La templabilidad es la facilidad de un acero para dar martensita en un temple, y depende solo de su composición. Un acero muy templable da martensita en la superficie y en el interior; uno poco templable, solo en la superficie.
Para medirla se hace el ensayo Jominy, que mantiene fijo todo lo demás —el medio, el tamaño, la forma— y deja variar solo el acero:
El ensayo Jominy, a escala en la probeta de la derecha. Se austeniza una probeta de 25 mm de diámetro y 100 mm de largo y se cuelga de modo que un chorro de agua a 24 °C enfríe solo su cara inferior. Así, cada punto de la probeta se enfría a una velocidad distinta: muy rápido en el extremo, cada vez más despacio hacia arriba. Ya fría, se mide la dureza a lo largo de una tira esmerilada.
Con las lecturas se dibuja la curva de templabilidad: dureza frente a distancia al extremo templado. En el extremo la dureza es máxima, porque ahí sale martensita entera; al alejarse, la velocidad de enfriamiento baja, el carbono tiene tiempo de difundirse, sale perlita o bainita y la dureza cae. La templabilidad es lo deprisa que cae esa curva. Y como cada distancia corresponde a una velocidad de enfriamiento, el eje de arriba de las gráficas da la velocidad a 700 °C en lugar de la distancia.
Curvas de templabilidad de cinco aceros con el mismo carbono, un 0,40 %. En el extremo templado todos llegan casi a la misma dureza —la martensita la pone el carbono—, pero a partir de ahí se separan: el 1040, sin aleación, cae enseguida, y el 4340 aguanta por encima de 50 HRC hasta muy lejos. La diferencia la ponen los elementos de aleación. A la derecha, el porcentaje de martensita que corresponde a cada dureza en estos aceros.
Curvas de templabilidad de cuatro aceros de la misma familia de aleación, la 86xx, con distinto carbono: de 0,2 a 0,6 %. Aquí lo que cambia es sobre todo la altura: cuanto más carbono, más dura sale la martensita del extremo, y más lejos llega la dureza.
Las dos gráficas cuentan las dos palancas de la templabilidad. Los elementos de aleación retrasan las transformaciones de la austenita en perlita y en bainita —las narices del tema 5 se van a la derecha— y bajan la velocidad crítica: la curva de templabilidad se estira. El carbono también retrasa la perlita, pero sobre todo sube la dureza de la martensita: la curva entera sube.
Templabilidad no es dureza
Un acero templable no es el que sale más duro, sino el que mantiene la dureza lejos del extremo templado. En la primera gráfica los cinco aceros empiezan casi a la misma altura y el 1040 es el menos templable con diferencia. La dureza máxima la pone el carbono; la templabilidad, la aleación. Mezclarlas lleva a elegir un acero de mucho carbono para una pieza gruesa y encontrarse con que por dentro no ha templado.
El medio del temple
El agua es el medio más enérgico, seguido del aceite y del aire:
| medio | severidad del temple | dureza que se consigue |
|---|---|---|
| agua | alta | alta |
| aceite | moderada | moderada |
| aire | baja | baja |
El agua tiene un inconveniente: en aceros de mucho carbono puede provocar grietas y deformaciones, por lo brusco que es. Para esos aceros es mejor el aceite. Y al aire, casi cualquier acero al carbono da perlita.
La forma y el tamaño de la pieza
El calor tiene que llegar por conducción hasta la superficie antes de salir al medio, así que cuanta más superficie por unidad de volumen, más deprisa se enfría el interior y más duro sale. En un cilindro, la superficie se enfría lo más rápido y el centro lo más despacio, y cuanto más grueso es, más lento el centro.
Para no tener que ensayar cada pieza, se usan unas gráficas que dan, para cada diámetro de cilindro y cada posición —la superficie, los tres cuartos del radio, la mitad del radio y el centro—, a qué distancia Jominy equivale su velocidad de enfriamiento:
Temple en agua: la distancia Jominy equivalente de cuatro posiciones de un cilindro, según su diámetro. La superficie se enfría casi como el extremo templado del ensayo, a unos milímetros; el centro de un cilindro de 50 mm, ya como a unos 10 mm del extremo.
Lo mismo en temple en aceite. Todas las curvas se van a la derecha: en aceite cualquier posición se enfría más despacio que en agua, y equivale a un punto más alejado del extremo templado.
Cómo se dibuja un perfil de dureza
Con las dos familias de gráficas se predice la dureza de cualquier punto de un cilindro templado, sin ensayarlo. El procedimiento, para una posición:
- En la gráfica del medio de temple, con el diámetro de la pieza y la curva de la posición, se lee la distancia equivalente al extremo templado.
- Con esa distancia, en la curva de templabilidad del acero, se lee la dureza.
- Se repite para las cuatro posiciones y se dibuja la dureza frente a la posición en la sección: el perfil de dureza, que tiene forma de U, más alto en la superficie y más bajo en el centro.
La distancia equivalente no es un sitio de la pieza
La «distancia al extremo templado» es de la probeta Jominy, no de la pieza. Cuando la gráfica dice que el centro de un cilindro equivale a 10 mm, no significa que el centro esté a 10 mm de nada: significa que se enfría a la misma velocidad que el punto de la probeta Jominy que está a 10 mm de su extremo. Esa velocidad es la que se lleva a la curva de templabilidad.
El endurecimiento por precipitación
Algunas aleaciones se endurecen haciendo precipitar dentro de ellas partículas diminutas de una segunda fase, que frenan a las dislocaciones. Es el tratamiento de muchas aleaciones de aluminio con cobre o con silicio, de las de cobre con berilio o con estaño, de magnesio con aluminio y de alguna férrea. Como lo que se busca es una fase nueva, se sigue con el diagrama de fases, y el diagrama tiene que cumplir tres condiciones:
- Uno de los componentes tiene que disolverse mucho en el otro.
- Ese límite de solubilidad tiene que caer deprisa al bajar la temperatura.
- La composición de la aleación tiene que ser menor que la solubilidad máxima.
El tratamiento tiene dos pasos:
- Disolución. Se calienta la aleación hasta la región de una sola fase, , para que todo el soluto se disuelva, y se enfría deprisa: no da tiempo a que salga la segunda fase y queda una disolución sobresaturada. Está fuera del equilibrio, pero a baja temperatura la difusión es tan lenta que puede durar indefinidamente.
- Precipitación. Se calienta a una temperatura intermedia. Empieza la difusión y precipitan partículas muy finas de la fase . Pasado el tiempo adecuado, se enfría a temperatura ambiente.
La dureza y la resistencia finales dependen de esa temperatura intermedia y del tiempo: lo que se busca es que las partículas sean muchas y pequeñas.
Los tratamientos termoquímicos
Aquí no solo se calienta: se cambia la composición química de la superficie, metiendo en ella carbono, nitrógeno o azufre. Solo se trata la capa de fuera, así que la pieza queda dura por fuera y blanda y dúctil por dentro: resiste el roce y la fatiga sin perder resistencia al impacto.
| tratamiento | qué entra | temperatura | profundidad | después |
|---|---|---|---|---|
| cementación | carbono | 900 a 1000 °C | 0,5 a 1,5 mm | temple y revenido |
| nitruración | nitrógeno | 400 a 525 °C | unos 0,3 mm al día | nada: ya endurece |
| cianuración | carbono y nitrógeno | 760 a 950 °C | unos 0,3 mm en 50 min | temple |
| carbonitruración | carbono y nitrógeno | 650 a 900 °C | 0,6 mm en 4 o 5 h a 900 °C | temple y revenido |
| sulfinización | azufre | unos 565 °C | 0,3 mm en 1 a 3 h | no endurece |
- La cementación es para aceros dulces, con menos de un 0,30 % de C. Por encima de A3 la austenita admite mucho carbono, así que el carbono se difunde hacia dentro desde un medio sólido, líquido o gaseoso; la superficie queda normalmente entre 0,50 y 0,90 % de C, y como mucho en el 2,1 %. Después se templa, y solo la capa rica en carbono da martensita dura.
- La nitruración forma nitruros duros en la superficie, con amoniaco que se descompone, . Endurece mucho, pero penetra poco. Se usa sobre todo en aceros aleados, con aluminio o molibdeno que formen nitruros.
- La cianuración se hace en baños de sales de cianuro fundidas: el carbono se disuelve en la austenita y el nitrógeno forma nitruros. Es rápida y uniforme, y peligrosa por los gases.
- La carbonitruración es una cementación gaseosa con amoniaco. El nitrógeno baja la temperatura A1, así que se puede hacer más frío que una cementación, y además reduce la velocidad crítica, lo que facilita el temple.
- La sulfinización forma sulfuro de hierro en la superficie. No endurece: lo que mejora es la resistencia al desgaste por rozamiento, incluso a temperatura alta. La superficie tratada no se puede soldar.
Las diapositivas no dan siempre la misma cifra: para la nitruración, el esquema habla de unos 500 °C, el texto de 400 a 525 °C y el ciclo de ejemplo llega a 560 °C; para la cianuración, el texto dice 0,3 mm en 50 minutos y la tabla resumen, 0,3 mm por hora a 850 °C. La tabla de arriba usa el texto.
Hay además tratamientos que solo protegen de la corrosión —el galvanizado con cinc, el cromado, el estañado de la hojalata— y otros que solo templan la capa de fuera, calentándola por encima de A3 con llama, con una bobina de inducción, con láser o con un haz de electrones: la superficie queda con martensita revenida y el interior, con ferrita y perlita.
Practica lo que acabas de leer
La dureza en el centro de un cilindro templado
Ejemplo introductorio, para entrar de cero. Cada paso equivocado recibe su diagnóstico, no un «incorrecto».
Hacer el ejercicio →La dureza en el centro de un cilindro templado
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un cilindro de acero 4340 de 75 mm de diámetro se austeniza y se templa en agua. Con las gráficas del tema —la de temple en agua y las curvas de templabilidad de los aceros con 0,40 % de C—, ¿qué dureza tiene en el centro?
La distancia Jominy equivalente del centro y su dureza.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿En qué orden se usan las dos gráficas?
La distancia de la curva de templabilidad es la de la probeta Jominy, no una distancia dentro de la pieza. El centro de este cilindro no se enfría como el punto a 37,5 mm de la probeta, sino como el que dice la gráfica del agua.
Eso es. La gráfica del medio de temple traduce una posición de la pieza a la distancia de la probeta Jominy que se enfría igual, y la curva de templabilidad del acero da la dureza de esa distancia.
La gráfica se elige por el medio de temple, no por el acero. El cilindro se ha templado en agua.
- 02
La distancia Jominy equivalente
COMP2¿A qué distancia del extremo templado de la probeta Jominy equivale el centro del cilindro?
en mm, solo el número, leído de la gráfica — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la curva de la superficie. El centro es la curva de más a la derecha: la posición que más tarda en enfriarse.
Has leído en la gráfica del aceite. El cilindro se ha templado en agua, que enfría más deprisa: la distancia equivalente es menor.
En la gráfica del agua, sube desde 75 mm de diámetro hasta la curva del centro y baja al eje.
Desarrollo
La curva del centro corta la horizontal de 75 mm de diámetro hacia los 16,7 mm de distancia equivalente.
- 03
La dureza del centro
COMP2¿Qué dureza tiene el centro del cilindro?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la dureza del extremo templado, la de la superficie. El centro se lee a 16,7 mm, donde la curva del 4340 ya ha bajado un poco.
Esa es la curva de un 5140, no la del 4340. A 16,7 mm el 4340 apenas ha perdido dureza: es el más templable de la gráfica.
En la curva del 4340, a 16,7 mm del extremo templado.
Desarrollo
A 16,7 mm la curva del 4340 está hacia 54 HRC, con más de un 80 % de martensita según el eje de la derecha.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La curva de templabilidad no habla de distancias dentro de la pieza, sino de la probeta Jominy. El paso por la gráfica del medio de temple es justamente el que convierte una posición de la pieza en una velocidad de enfriamiento equivalente.
El razonamiento, en orden
El centro de un cilindro de 75 mm templado en agua se enfría como el punto a unos 16,7 mm del extremo de la probeta Jominy.
A esa distancia, la curva del 4340 da unos 54 HRC.
El 4340 es tan templable que el centro sale casi tan duro como la superficie.
Resolución completa
Dos gráficas, en este orden. La del temple en agua convierte el centro de un cilindro de 75 mm en una distancia Jominy equivalente: la curva del centro corta los 75 mm hacia los 16,7 mm.
Con esa distancia, la curva del acero. A 16,7 mm del extremo templado, el 4340 está hacia 54 HRC, más de un 80 % de martensita.
El resultado dice mucho del acero: el centro de una pieza gruesa sale casi tan duro como la superficie. Con un 1040 el mismo cálculo daría poco más de 20 HRC en el centro: por eso los aceros aleados se eligen para piezas gruesas.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
A qué temperatura se normaliza un 1040
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un acero AISI 1040 laminado tiene los granos de tamaño irregular y se quiere normalizar. En el diagrama hierro-carburo de hierro del tema 4, la línea A3 pasa por un 0,37 % de C a 800 °C y por un 0,46 % a 780 °C. ¿A partir de qué temperatura se normaliza?
La temperatura crítica superior del acero y la mínima de normalizado.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Respecto a qué línea se fija la temperatura de normalizado de este acero?
La Acm es la crítica superior de los aceros hipereutectoides, los de más de 0,76 % de C. Este tiene 0,40 %.
La A1 es la crítica inferior. Justo por encima de ella el acero aún tiene ferrita sin disolver; normalizar exige austenizarlo entero, por encima de la crítica superior.
Exacto. Con un 0,40 % de C es hipoeutectoide, y su frontera con la austenita sola es la A3. El normalizado se hace de 55 a 85 °C por encima.
- 02
La temperatura crítica superior
COMP2¿A qué temperatura corta la línea A3 al 0,40 % de C?
una temperatura, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la A1, la isoterma eutectoide. La A3 de un 0,40 % de C está bastante más arriba: entre 780 y 800 °C.
Ahí nace la A3, pero en el hierro puro, con 0 % de C. Con carbono la línea baja; hay que leerla en el 0,40 %.
Interpola entre los dos puntos que da el enunciado.
Desarrollo
- 03
La temperatura mínima de normalizado
COMP2¿Cuál es la temperatura mínima a la que se normaliza?
una temperatura, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas sumado los 55 °C a la A1, 727 °C. El normalizado se cuenta desde la crítica superior, la A3.
Has usado el margen del recocido total, que es de 15 °C. El del normalizado es mayor: de 55 a 85 °C por encima de la A3.
De 55 a 85 °C por encima de la A3.
Desarrollo
Es decir, entre unos 848 y 878 °C, y después se enfría al aire.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
A partir de 727 °C aparece austenita, pero convive con ferrita hasta la A3. Normalizar exige austenizar el acero entero, para que al enfriar salga perlita fina de grano homogéneo en toda la pieza.
El razonamiento, en orden
Un 1040 tiene un 0,40 % de C: es hipoeutectoide y su crítica superior es la A3.
Interpolando en el diagrama, la A3 del 0,40 % está hacia 793 °C.
Se normaliza de 55 a 85 °C por encima, entre unos 848 y 878 °C, y se enfría al aire para sacar perlita fina.
Resolución completa
El 1040 es hipoeutectoide, con un 0,40 % de C, así que su temperatura crítica superior es la A3. Interpolando entre los dos puntos de la línea:
El normalizado se hace de 55 a 85 °C por encima, entre unos 848 y 878 °C, para austenizar el acero entero; después se enfría al aire y sale perlita fina con el grano igualado. Un recocido total, en cambio, se quedaría más cerca, de 15 a 40 °C por encima, y se enfriaría dentro del horno.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Cuatro perfiles de dureza, cada uno con sus dos gráficas
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Dibuja el perfil de dureza en los siguientes casos:
a) Temple de una probeta de 75 mm de diámetro de acero 8640 en aceite.
b) Temple de una probeta de 50 mm de diámetro de acero 5140 en agua.
c) Temple de una probeta de 90 mm de diámetro de acero 8630 en agua.
d) Temple de una probeta de 100 mm de diámetro de acero 8660 en agua.
La dureza en la superficie, a tres cuartos del radio, a la mitad del radio y en el centro de cada probeta, leída con la gráfica de su medio de temple y la curva de templabilidad de su acero, y la forma del perfil que dibujan.
- 01
Reconocer el camino
COMP1En el caso a) la probeta de 8640 se templa en aceite. ¿Con qué gráfica se pasa de un punto de la probeta a su distancia Jominy equivalente?
El chorro de agua es del ensayo, y ya está dentro de la curva de templabilidad. La gráfica de diámetros traduce el temple de tu pieza, y la tuya va al aceite: con la del agua saldría una distancia menor y una dureza que la pieza no tiene.
Eso es. Hay una gráfica por medio porque el mismo punto de la misma barra se enfría más despacio en aceite que en agua. El acero entra después, con su curva de templabilidad.
La distancia de la curva de templabilidad es la de la probeta Jominy, no una distancia dentro de tu barra. Sin la gráfica del medio no hay forma de saber a qué punto de la probeta Jominy equivale el centro.
- 02
La superficie del caso a)
COMP2¿Qué dureza tiene la superficie de la probeta del caso a)?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído la superficie en la gráfica del agua, donde a 75 mm cae hacia 2,9 mm. La probeta va al aceite, y ahí su superficie equivale a 12,8 mm: bastante más lejos del extremo templado, y bastante más blanda.
Esa es la dureza del centro: has cogido la curva de más a la derecha de la gráfica del aceite. La de la superficie es la de más a la izquierda.
En la gráfica del aceite, sube por los 75 mm hasta la curva de la superficie y baja al eje: unos 12,8 mm. Con esa distancia, entra en la curva del 8640.
Desarrollo
La curva de la superficie corta los 75 mm hacia 12,8 mm. A esa distancia el 8640 está hacia 47 HRC: 46,9 en «Curvas de templabilidad de cuatro aceros 86xx con distinto carbono» y 47,7 en «Curvas de templabilidad de cinco aceros con 0,40 % de C», que traen cada una su curva del 8640. La casilla acepta las dos.
- 03
El centro del caso a)
COMP2¿Y qué dureza tiene el centro?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la superficie. El centro es la curva de más a la derecha de la gráfica del aceite, la de la posición que más tarda en enfriarse: a 75 mm cae hacia 25,5 mm.
Has leído el centro en la gráfica del agua, donde a 75 mm cae en 16,7 mm. En aceite el centro equivale a 25,5 mm, y a esa distancia el 8640 ha bajado bastante más.
Has leído la curva del 8640 a 37,5 mm, el radio de la barra. Esa distancia no es un sitio de la pieza: la de la curva es la de la probeta Jominy, y la da la gráfica del aceite, 25,5 mm.
La curva del centro de la gráfica del aceite, a 75 mm, y esa distancia en la curva del 8640.
Desarrollo
El centro de 75 mm en aceite equivale a 25,5 mm, y ahí el 8640 está hacia 36,6 HRC: 36,9 en una curva y 36,4 en la otra.
- 04
Reconocer el camino
COMP1Con unos 47 HRC en la superficie y 36,6 en el centro, ¿qué perfil dibuja el caso a)?
Toda la barra se enfría más despacio que en agua, pero no a la misma velocidad: la superficie equivale a 12,8 mm y el centro a 25,5. Esa diferencia son los 10 HRC que separan los dos extremos del perfil.
Eso es. En aceite, la superficie de una barra de 75 mm equivale a 12,8 mm del extremo templado, y a esa distancia el 8640 ya ha perdido casi 10 HRC. Los dos puntos de en medio, 41,6 y 38,8 HRC, completan una U que baja poco a poco.
La superficie solo se acerca al extremo templado en barras finas templadas en agua. En una de 75 mm templada en aceite equivale a 12,8 mm, y ahí el 8640 está en 47 HRC: la superficie tampoco es martensita entera.
- 05
La superficie del caso b)
COMP2Caso b), un 5140 de 50 mm templado en agua. ¿Qué dureza tiene la superficie?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído la gráfica del aceite, donde la superficie de 50 mm equivale a 7,1 mm. En agua equivale a 1,35 mm: prácticamente el extremo templado.
Esa es la dureza del centro. En la gráfica del agua, la curva de la superficie es la de más a la izquierda, la que empieza justo en 50 mm.
En la gráfica del agua, la curva de la superficie empieza precisamente en 50 mm, hacia 1,35 mm. La curva del 5140 empieza en 1,6 mm, la primera lectura del ensayo: toma su valor de arranque.
Desarrollo
La superficie de 50 mm en agua equivale a 1,35 mm, un poco antes de donde empieza la curva del 5140, que arranca en 1,6 mm con 56,8 HRC. Más cerca del extremo la dureza no puede subir de la de martensita entera, así que se toma ese valor.
- 06
El centro del caso b)
COMP2¿Y qué dureza tiene el centro del 5140?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído el centro en la gráfica del aceite, donde equivale a 15,5 mm. La probeta va al agua, y ahí su centro equivale a 10,1 mm.
Has leído el 5140 a 25 mm, el radio de la barra. La distancia que se lleva a la curva es la de la probeta Jominy, y la da la gráfica del agua: 10,1 mm.
Esa es la superficie. El centro es la curva de más a la derecha de la gráfica del agua.
En la gráfica del agua, a 50 mm, la curva del centro cae hacia 10 mm.
Desarrollo
El centro de 50 mm en agua equivale a 10,1 mm, y ahí el 5140 está en 45,2 HRC.
- 07
Reconocer el camino
COMP1Con 56,8 HRC en la superficie y 45,2 en el centro, ¿qué perfil dibuja el caso b)?
Eso es. A tres cuartos del radio, 5,3 mm, el 5140 tiene 53,5 HRC, y a la mitad del radio, 8,6 mm, 47,7: casi toda la caída pasa en la mitad de fuera. El 5140 es poco templable, y ni el agua salva el centro de 50 mm.
El agua da el temple más enérgico, pero el centro de 50 mm sigue equivaliendo a 10 mm, y a esa distancia la curva del 5140 ha caído a 45. Lo que no aguanta es el acero: su curva es de las que caen antes.
Es al revés. Más tiempo es más difusión del carbono, y eso da perlita o bainita, más blandas que la martensita. Cuanto más despacio se enfría un punto, más blando sale.
- 08
La superficie del caso c)
COMP2Caso c), un 8630 de 90 mm templado en agua. ¿Qué dureza tiene la superficie?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído la gráfica del aceite, donde la superficie de 90 mm equivale a 16,9 mm. En agua equivale a 3,3 mm.
Has leído la curva del 8640, la de encima en la gráfica de los 86xx. La del 8630 es la de 0,3 % de C, la tercera empezando por arriba.
En la gráfica del agua, a 90 mm, la superficie cae hacia 3,3 mm. En la gráfica de los 86xx, la curva del 8630.
Desarrollo
La superficie equivale a 3,3 mm, y ahí el 8630 está en 49,9 HRC. A 3,3 mm su curva ya ha perdido casi 3 HRC respecto al extremo templado.
- 09
El centro del caso c)
COMP2¿Y qué dureza tiene el centro del 8630?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la superficie. El centro es la curva de más a la derecha de la gráfica del agua: a 90 mm cae hacia 21,8 mm.
Has leído el 8630 a 45 mm, el radio de la barra. La distancia de la curva es la de la probeta Jominy, y para el centro de esta barra la gráfica del agua da 21,8 mm.
La curva del centro de la gráfica del agua, a 90 mm: unos 21,8 mm.
Desarrollo
El centro de 90 mm en agua equivale a 21,8 mm, y el 8630 está ahí en 27,2 HRC. En la gráfica del aceite ni siquiera se podría leer: su curva del centro termina hacia 83 mm.
- 10
Reconocer el camino
COMP1Con 49,9 HRC en la superficie y 27,2 en el centro, ¿qué perfil dibuja el caso c)?
Eso es. A tres cuartos del radio, 10 mm, el 8630 ya está en 36,9 HRC, y a la mitad, 17,1 mm, en 29,7. Su curva cae deprisa en los primeros milímetros y después se aplana, y el perfil copia esa forma.
La aleación da templabilidad, pero no la misma a todos. Con un 0,3 % de C la martensita del 8630 no pasa de 52 HRC ni en el extremo, y su curva cae deprisa: a 90 mm, casi toda la sección queda por debajo de 37.
La gráfica del agua llega a 100 mm, y las cuatro curvas cruzan los 90. Lo que no llega a 90 es la curva del centro de la gráfica del aceite, que termina hacia 83 mm, pero esta probeta va al agua.
- 11
La superficie del caso d)
COMP2Caso d), un 8660 de 100 mm templado en agua. ¿Qué dureza tiene la superficie?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído la gráfica del aceite, donde la superficie de 100 mm equivale a unos 20 mm. En agua equivale a 3,4 mm.
Esa es la dureza del centro. La superficie es la curva de más a la izquierda de la gráfica del agua.
La gráfica del agua llega justo a 100 mm: las cuatro curvas terminan en su borde de arriba. La de la superficie termina hacia 3,4 mm.
Desarrollo
En el borde de arriba, 100 mm, la superficie equivale a 3,4 mm, y ahí el 8660 está en 63,9 HRC. Su curva empieza por encima de 60 HRC: hay que leerla por encima de la última línea de la cuadrícula.
- 12
El centro del caso d)
COMP2¿Y qué dureza tiene el centro del 8660?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la superficie. El centro es la curva de más a la derecha de la gráfica del agua, que en 100 mm termina hacia 26 mm.
Has leído el 8660 a 50 mm, el radio de la barra, que es el final de su curva. La distancia que se lleva a la curva es la de la probeta Jominy: para este centro, unos 26 mm.
La curva del centro de la gráfica del agua termina, en 100 mm, hacia 26 mm.
Desarrollo
El centro de 100 mm en agua equivale a unos 26 mm, y el 8660 está ahí en 52,7 HRC.
- 13
Reconocer el camino
COMP1Con 63,9 HRC en la superficie y 52,7 en el centro, ¿qué perfil dibuja el caso d)?
Un diámetro mayor lleva todas las posiciones más lejos del extremo templado, pero cuánto baja la dureza lo decide la curva del acero. La del 8660 a 26 mm aún está en 52,7; la del 8630, a 21,8 mm, ya estaba en 27.
Eso es. A tres cuartos del radio, 11 mm, el 8660 tiene 61,5 HRC, y a la mitad, 19,8 mm, 56,7. Con un 0,6 % de C su martensita es muy dura y su curva cae despacio. Otra cosa es que convenga: con tanto carbono el agua puede agrietar la pieza, y para eso está el aceite.
Las curvas terminan ahí porque ahí termina la gráfica, pero su último punto está justo en 100 mm. Es la lectura más al límite de la colección, y es válida; lo que no se podría leer es un diámetro mayor.
- 14
Justificar el argumento
COMP4Ordena cómo se dibuja cualquiera de los cuatro perfiles. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La superficie se enfría deprisa, pero no como el extremo de la probeta Jominy. En el caso a) equivale a 12,8 mm, y su dureza es 47 HRC, no los 57 del principio de la curva. Solo en barras finas y en agua se acerca al extremo, como en b), con 1,35 mm.
El razonamiento, en orden
En la gráfica del medio de temple, la del aceite en a) y la del agua en b), c) y d), se lee con el diámetro la distancia Jominy equivalente de las cuatro posiciones.
Cada distancia se lleva a la curva de templabilidad del acero, y da la dureza de esa posición.
Se dibuja la dureza frente a la posición en la sección: una U, más alta en la superficie que en el centro.
En c) y d) la gráfica del agua cubre los 90 y los 100 mm; el 100 es su borde de arriba, donde terminan las cuatro curvas.
Resolución completa
El procedimiento es el mismo en los cuatro casos. Con el diámetro, en la gráfica de su medio de temple —«Distancia Jominy equivalente de un cilindro templado en aceite» para a) y la del agua para b), c) y d)— se leen las distancias Jominy equivalentes de la superficie, los tres cuartos del radio, la mitad del radio y el centro. Cada distancia se lleva a la curva de templabilidad del acero: los 86xx están en «Curvas de templabilidad de cuatro aceros 86xx con distinto carbono», y el 5140, en «Curvas de templabilidad de cinco aceros con 0,40 % de C».
| caso | superficie | ¾ R | ½ R | centro | |
|---|---|---|---|---|---|
| a) 8640, 75 mm, aceite | distancia | 12,8 mm | 17,8 mm | 21,6 mm | 25,5 mm |
| dureza | 47,3 HRC | 41,6 HRC | 38,8 HRC | 36,6 HRC | |
| b) 5140, 50 mm, agua | distancia | 1,35 mm | 5,3 mm | 8,6 mm | 10,1 mm |
| dureza | 56,8 HRC | 53,5 HRC | 47,7 HRC | 45,2 HRC | |
| c) 8630, 90 mm, agua | distancia | 3,3 mm | 10,0 mm | 17,1 mm | 21,8 mm |
| dureza | 49,9 HRC | 36,9 HRC | 29,7 HRC | 27,2 HRC | |
| d) 8660, 100 mm, agua | distancia | 3,4 mm | 11,0 mm | 19,8 mm | 25,9 mm |
| dureza | 63,9 HRC | 61,5 HRC | 56,7 HRC | 52,7 HRC |
El perfil es cada fila de durezas puesta sobre la sección, simétrica a los dos lados del centro: superficie, ¾ R, ½ R, centro, ½ R, ¾ R, superficie.
Qué dice cada perfil. En a), una U baja: en aceite y con 75 mm ni la superficie es martensita entera. En b), martensita casi entera fuera y 12 HRC menos en el centro: el 5140 es poco templable. En c), una caída brusca en la capa de fuera y un interior blando: el 8630 tiene poco carbono y su curva cae enseguida. En d), un perfil alto y poco hondo, todo por encima de 50 HRC: el 8660 es a la vez duro y templable.
Tres lecturas en el límite. En b), la superficie de 50 mm en agua equivale a 1,35 mm, antes de la primera lectura del ensayo, a 1,6 mm: se toma el valor con el que arranca la curva. En d), 100 mm es el borde de arriba de la gráfica del agua, y se lee en el último punto de cada curva. Y el 8660 empieza por encima de 60 HRC, fuera de la cuadrícula. La gráfica del agua cubre los 90 y los 100 mm; la del aceite no los cubriría en el centro, cuya curva termina hacia 83 mm.
El 8640 sale dos veces. Está en las dos gráficas de curvas y no coinciden del todo: a las distancias de a) se separan menos de 1 HRC. La tabla da la media.
Lo que hay que llevarse. El perfil depende de las tres cosas a la vez: el medio y el diámetro fijan las distancias, y el acero, la dureza a esas distancias. El mismo diámetro en otro medio, o el mismo medio con otro acero, dibuja otro perfil.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
El 8640 en agua y en aceite, y cuatro aceros 86xx contra 50 HRC
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
a) Dado un acero AISI 8640, dibuja el perfil de dureza radial para una probeta cilíndrica de 50 mm de diámetro, para: i) temple en agua, y ii) temple en aceite
b) Al austenizar y templar una probeta cilíndrica de 50 mm de diámetro, debe tener como mínimo una dureza de 50 HRC en la superficie y el centro. Dados los aceros AISI 8660, 8640, 8630, y 8620, analiza cuál o cuáles cumplen la condición, i) en agua, y ii) en aceite.
Los dos perfiles de dureza del 8640, en agua y en aceite, y qué aceros de los cuatro llegan a 50 HRC en la superficie y en el centro con cada medio.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Antes de leer nada: el mismo 8640 de 50 mm, templado en agua y en aceite. ¿Cómo serán los dos perfiles?
Eso es. En aceite todas las posiciones se enfrían más despacio y equivalen a distancias Jominy mayores: la superficie pasa de 1,35 a 7,1 mm y el centro de 10,1 a 15,5. Sobre una curva que baja, eso es menos dureza en todas partes.
Menos brusco es, precisamente, menos martensita. El aceite se usa para no agrietar la pieza, no para endurecerla más: en aceite cada posición sale más blanda que en agua.
La templabilidad solo depende del acero, sí: por eso la curva del 8640 es la misma en los dos casos. Pero el medio cambia a qué punto de esa curva equivale cada posición, y eso cambia la dureza.
- 02
La superficie en agua
COMP2a) i) En agua, ¿qué dureza tiene la superficie?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído la superficie en la gráfica del aceite, a 7,1 mm. En agua la superficie de 50 mm equivale a 1,35 mm, casi el extremo templado.
Esa es la dureza del centro en agua. La superficie es la curva de más a la izquierda de la gráfica del agua.
En la gráfica del agua, a 50 mm, la superficie equivale a 1,35 mm. Usa la curva del 8640 de la gráfica de los 86xx, que es la del apartado b).
Desarrollo
A 1,35 mm, el 8640 está en 57,1 HRC: martensita casi entera.
- 03
El centro en agua
COMP2¿Y el centro, en agua?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído el centro en la gráfica del aceite, a 15,5 mm. En agua el centro de 50 mm equivale a 10,1 mm.
Has leído el 8640 a 25 mm, el radio de la barra. La distancia que va a la curva es la de la probeta Jominy, y la gráfica del agua da 10,1 mm para este centro.
Esa es la superficie. El centro es la curva de más a la derecha de la gráfica del agua.
La curva del centro de la gráfica del agua corta los 50 mm hacia 10 mm.
Desarrollo
El centro de 50 mm en agua equivale a 10,1 mm, y ahí el 8640 está en 50,5 HRC. La otra curva del 8640, la de «Curvas de templabilidad de cinco aceros con 0,40 % de C», da 51,3. Las dos están por encima de 50, y eso va a importar en el apartado b).
- 04
La superficie en aceite
COMP2a) ii) En aceite, ¿qué dureza tiene la superficie?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la superficie en agua. En aceite la superficie de 50 mm equivale a 7,1 mm, y la curva ya ha bajado algo.
Esa es la dureza del centro en aceite. La superficie es la curva de más a la izquierda de la gráfica del aceite.
En la gráfica del aceite, a 50 mm, la superficie equivale a unos 7,1 mm.
Desarrollo
La superficie de 50 mm en aceite equivale a 7,1 mm, y ahí el 8640 está en 53,9 HRC.
- 05
El centro en aceite
COMP2¿Y el centro, en aceite?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es el centro en agua. En aceite el centro de 50 mm equivale a 15,5 mm, bastante más lejos del extremo templado.
Has leído el 8640 a 25 mm, el radio de la barra. La distancia del centro es la de la gráfica del aceite, 15,5 mm.
Esa es la superficie en aceite. El centro es la curva de más a la derecha.
La curva del centro de la gráfica del aceite, a 50 mm: unos 15,5 mm.
Desarrollo
El centro equivale a 15,5 mm, y el 8640 está ahí en 43,6 HRC: 44,2 en la otra curva.
- 06
Reconocer el camino
COMP1b) El mínimo es 50 HRC en la superficie y en el centro. Para cada medio, ¿qué punto hay que mirar?
Con el mismo umbral para los dos, no. El centro equivale siempre a más distancia Jominy que la superficie, y la curva siempre baja: si falla la superficie, el centro falla también. Otra cosa son los umbrales distintos, como en el 6.4.
Eso es. Con el mismo umbral en los dos puntos, decide el centro, que es el que equivale a más distancia Jominy. La superficie solo sirve para descartar antes, como pasa con el 8620.
La condición pide los dos puntos, y la superficie es el fácil: siempre es la parte más dura de la sección. Un acero puede pasar de 50 en la superficie y quedarse muy lejos en el centro, como el 8630 en agua.
- 07
El 8660 en el centro, en aceite
COMP2El caso más exigente es el centro en aceite, a 15,5 mm. ¿Qué dureza tiene ahí el 8660?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has llevado a la curva el centro de la gráfica del agua, 10,1 mm. En aceite el centro está a 15,5 mm, y ahí el 8660 ha bajado un poco más.
Esa es la curva del 8640, la de 0,4 % de C. La del 8660 es la de más arriba, la de 0,6 % de C.
Has leído el 8660 a 25 mm, el radio de la barra. La distancia del centro es la de la gráfica del aceite, 15,5 mm.
La curva del 8660 es la de arriba en la gráfica de los 86xx; léela a 15,5 mm.
Desarrollo
A 15,5 mm, el 8660 está en 59,4 HRC. Pasa de 50 con holgura en el punto más desfavorable, así que cumple en agua y en aceite.
- 08
Reconocer el camino
COMP1Con lo que salió en el apartado a), ¿cumple el 8640? ¿Y en aceite?
El mínimo es 50 HRC, y el centro da 50,5 con una curva y 51,3 con la otra: las dos lecturas cumplen. Es un veredicto por poco, y conviene decirlo, pero es un sí.
Eso es, y es lo que imprime la colección. El sí del agua es fino: 0,5 HRC por encima del límite, menos de lo que se puede afinar leyendo la gráfica. La otra curva del 8640 da 51,3 y también cumple, así que el veredicto aguanta.
La superficie pasa en los dos, con 57,1 y 53,9, pero la condición pide también el centro, y en aceite se queda en 43,6.
- 09
Reconocer el camino
COMP1El 8630 templado en agua llega a 52,4 HRC en la superficie. ¿Cumple en agua?
Eso es. La superficie ya pasa, pero el centro de 50 mm en agua equivale a 10,1 mm, y la curva del 8630 cae deprisa. Hay que leerlo.
Su martensita sí llega: en el extremo templado el 8630 pasa de 52 HRC, y la superficie en agua lo confirma. Lo que hay que mirar es si aguanta hasta el centro.
Cumplir en la superficie es la mitad de la condición, y la mitad fácil. La otra mitad es el centro.
- 10
El 8630 en el centro, en agua
COMP2¿Qué dureza tiene el 8630 en el centro, templado en agua?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es su superficie en agua, a 1,35 mm. El centro equivale a 10,1 mm.
Has leído el centro de la gráfica del aceite, 15,5 mm. En agua el centro de 50 mm equivale a 10,1 mm.
La curva del 8630, la de 0,3 % de C, a 10,1 mm.
Desarrollo
A 10,1 mm, el 8630 está en 36,9 HRC. No cumple en agua, y en aceite, con el centro a 15,5 mm, menos todavía.
- 11
El 8620 en la superficie, en agua
COMP2¿Y el 8620 en la superficie, templado en agua, que es su punto más favorable?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la curva del 8630, la de encima. La del 8620 es la de abajo del todo, la de 0,2 % de C.
Has leído la superficie en la gráfica del aceite, a 7,1 mm. En agua equivale a 1,35 mm.
La curva del 8620, la más baja de la gráfica de los 86xx, casi en su arranque.
Desarrollo
A 1,35 mm, casi en el extremo templado, el 8620 da 43,5 HRC. Si no llega a 50 en el mejor punto y con el mejor medio, no cumple en ninguno.
- 12
Justificar el argumento
COMP4Ordena el análisis del apartado b). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
No llega a 50 ni en la superficie en agua, que se enfría casi como el extremo templado: 43,5 HRC. Lo que le falta no es templabilidad sino carbono. Con un 0,2 % de C ni su martensita llega a 50 HRC, y eso no lo arregla ningún medio de temple.
El razonamiento, en orden
Con el mismo mínimo en los dos puntos decide el centro, que se enfría más despacio y siempre sale más blando.
En agua, el centro de 50 mm equivale a 10,1 mm: el 8660 da 62 HRC y el 8640, 50,5; el 8630 se queda en 36,9 y el 8620, en 27.
En aceite equivale a 15,5 mm: el 8660 da 59,4 y el 8640 baja a 43,6.
Cumplen en agua el 8660 y el 8640; en aceite, solo el 8660.
Resolución completa
a) Los dos perfiles. Con la gráfica de cada medio a 50 mm y la curva del 8640 de «Curvas de templabilidad de cuatro aceros 86xx con distinto carbono»:
| medio | superficie | ¾ R | ½ R | centro | |
|---|---|---|---|---|---|
| agua | distancia | 1,35 mm | 5,3 mm | 8,6 mm | 10,1 mm |
| dureza | 57,1 HRC | 55,2 HRC | 52,3 HRC | 50,5 HRC | |
| aceite | distancia | 7,1 mm | 11,4 mm | 13,9 mm | 15,5 mm |
| dureza | 53,9 HRC | 48,7 HRC | 45,5 HRC | 43,6 HRC |
En agua el perfil es una U alta y poco honda, de 57 a 50,5 HRC; en aceite, más baja y más honda, de 54 a 43,6. La curva del 8640 de la otra gráfica, la de los cinco aceros con 0,40 % de C, da hasta 1 HRC más en cada punto.
b) Quién llega a 50 HRC. Con el mismo mínimo en la superficie y en el centro, decide el centro. Las lecturas, en HRC:
| acero | agua, superficie | agua, centro | aceite, superficie | aceite, centro | cumple |
|---|---|---|---|---|---|
| 8660 | 64,1 | 62,0 | 63,1 | 59,4 | en agua y en aceite |
| 8640 | 57,1 | 50,5 | 53,9 | 43,6 | solo en agua |
| 8630 | 52,4 | 36,9 | 42,3 | 30,8 | no |
| 8620 | 43,5 | 26,9 | 31,7 | 22,6 | no |
Las distancias son las del apartado a): 1,35 y 10,1 mm en agua, 7,1 y 15,5 mm en aceite.
Contra la colección. Coincide en los cuatro aceros. El sí del 8640 en agua es por 0,5 HRC con esta curva y por 1,3 con la otra: es el veredicto más fino del ejercicio, y aguanta con las dos.
Lo que hay que llevarse. El 8620 y el 8630 fallan por motivos distintos. El 8620 falla hasta en la superficie en agua, y no por templabilidad: su martensita, con un 0,2 % de C, no pasa de 44 HRC. El 8630 llega en la superficie, pero su curva cae antes de llegar al centro.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
El diámetro de un 4140 con un 80 % de martensita en el centro
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una probeta cilíndrica de acero 4140 se ha austenizado y templado en aceite. ¿Cuál es el diámetro más adecuado, si en el centro el 80 % de la microestructura es martensita?
El diámetro de la probeta cuyo centro, templado en aceite, queda con un 80 % de martensita.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Aquí se da el resultado, un 80 % de martensita en el centro, y se pide la pieza. ¿En qué orden se usan las gráficas?
La distancia de la curva es la de la probeta Jominy, no el radio de la pieza. Para pasar de ella a un diámetro hace falta la gráfica del aceite.
Eso es. Es el camino de siempre recorrido hacia atrás. Cada gráfica traduce una cosa en otra, y se puede leer en los dos sentidos.
El 80 es un porcentaje de martensita, no un diámetro: el diámetro es lo que se pide. El dato que tienes es del acero, y por eso se empieza por su curva.
- 02
La dureza de un 80 % de martensita
COMP2¿Qué dureza corresponde a un 80 % de martensita en este acero?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has calculado el 80 % de la dureza máxima, 0,8 · 56,4. El porcentaje de martensita no es un porcentaje de la dureza: la escala de la derecha dice qué dureza da cada porcentaje, y el 80 % está en unos 50 HRC.
Esa es la flecha del 100 %, la de arriba de la escala. El 80 % es la de en medio.
La escala de la derecha de «Curvas de templabilidad de cinco aceros con 0,40 % de C» da el porcentaje de martensita. El 4140 tiene un 0,40 % de C, así que vale para él.
Desarrollo
La flecha del 80 % apunta a 50 HRC. Las otras dos: el 100 %, a unos 56,4, y el 50 %, a unos 42,5.
- 03
La distancia Jominy de 50 HRC
COMP2¿A qué distancia del extremo templado baja el 4140 a 50 HRC?
en mm, solo el número, leído de la gráfica — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la curva del 8640, que baja a 50 HRC antes. La del 4140 es la que queda por encima de ella y por debajo de la del 4340.
Has buscado 45 HRC, que es el 80 % de la dureza máxima. El 80 % de martensita son 50 HRC, y a 50 el 4140 llega hacia los 16 mm.
Traza la horizontal de 50 HRC y mira dónde corta la curva del 4140.
Desarrollo
La curva del 4140 cruza los 50 HRC hacia los 15,9 mm. Entre 13 y 14 mm todavía está en unos 52 HRC.
- 04
El diámetro
COMP2¿Qué diámetro tiene la barra cuyo centro, templado en aceite, equivale a 15,9 mm?
en mm, solo el número, leído de la gráfica — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído en la gráfica del agua, donde el centro equivale a 15,9 mm con unos 72 mm de diámetro. La probeta va al aceite, que enfría más despacio: el mismo centro se alcanza con una barra más fina.
Has leído la curva de la superficie del aceite. El dato del enunciado es del centro, que es la curva de más a la derecha.
Has doblado la distancia Jominy como si fuera el radio. Los 15,9 mm son de la probeta Jominy, no de tu barra: el diámetro sale de la gráfica del aceite.
En la gráfica del aceite, sube por los 15,9 mm hasta la curva del centro y lee el diámetro.
Desarrollo
La curva del centro pasa por 15,5 mm a 50 mm de diámetro y por 16,2 mm a 52 mm. Por 15,9 mm pasa hacia los 51 mm. La colección da 52: es la misma lectura, y la casilla acepta las dos.
- 05
Reconocer el camino
COMP1¿Por qué ese es «el diámetro más adecuado»?
Eso es. Al crecer el diámetro, el centro se enfría más despacio, equivale a más distancia Jominy y sale con menos martensita. Uno más fino tendría más del 80 %; uno más grueso, menos.
El centro es el punto más lento de la sección. La superficie de esta barra equivale a unos 7 mm, y ahí el 4140 tiene unos 55 HRC: bastante más del 80 % de martensita.
Cualquier diámetro se puede templar en aceite. Lo que cambia es cuánta martensita queda en el centro: la curva del centro de la gráfica del aceite va de 15 a 83 mm.
- 06
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La dureza no crece en proporción a la martensita, y por eso la gráfica trae su propia escala: el 50 % de martensita está en 42,5 HRC, no en 28. Con 45 HRC se llegaría a 22 mm y a una barra de unos 68 mm, con mucha menos martensita en el centro de la pedida.
El razonamiento, en orden
En los aceros con 0,40 % de C, un 80 % de martensita son unos 50 HRC, según la escala de la derecha de sus curvas.
La curva del 4140 baja a 50 HRC hacia los 15,9 mm del extremo templado.
En la gráfica del aceite, la curva del centro pasa por 15,9 mm con unos 51 mm de diámetro.
Con más diámetro el centro se enfriaría más despacio y tendría menos del 80 % de martensita.
Resolución completa
El camino, hacia atrás. Un perfil se dibuja de la pieza a la dureza. Aquí se da la dureza, en forma de martensita, y se pide la pieza.
Del 80 % de martensita a la dureza. La escala de la derecha de «Curvas de templabilidad de cinco aceros con 0,40 % de C» vale para esos aceros, y el 4140 es uno de ellos. El 80 % está en 50 HRC.
De la dureza a la distancia Jominy. La curva del 4140 cruza los 50 HRC hacia los 15,9 mm del extremo templado.
De la distancia al diámetro. En «Distancia Jominy equivalente de un cilindro templado en aceite», la curva del centro pasa por 15,5 mm a 50 mm de diámetro y por 16,2 mm a 52 mm. Por 15,9 mm pasa hacia 51 mm.
Contra la colección. Imprime «52 mm aproximadamente». La diferencia es de lectura: en esa zona de la curva, un milímetro de diámetro son 0,3 mm de distancia Jominy. La casilla acepta las dos.
Lo que hay que llevarse. «El más adecuado» es un límite: el diámetro máximo que todavía da un 80 % de martensita en el centro. Más fino, más martensita; más grueso, menos.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Cuatro aceros para una probeta de 38 mm templada en aceite
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una probeta de acero de 38 mm de diámetro se ha templado en aceite. Las durezas en la superficie y en el centro deben ser superiores a 50 y 40 HRC, respectivamente. Indica cuál o cuáles de los siguientes aceros cumplen dicha condición: AISI 1040, 5140, 8640, 4340.
Qué aceros de los cuatro superan 50 HRC en la superficie y 40 HRC en el centro de una probeta de 38 mm templada en aceite.
- 01
Reconocer el camino
COMP1La condición pide 50 HRC en la superficie y 40 en el centro. ¿Qué hay que leer?
Eso es. Con 10 HRC más de exigencia en la superficie, un acero puede pasar de 40 en el centro y quedarse por debajo de 50 fuera. Hay que mirar los dos.
La superficie pide más, pero también es la que más deprisa se enfría. El centro, con menos exigencia y peor enfriamiento, puede fallar por su lado.
Eso vale cuando el mínimo es el mismo en los dos puntos, como en el 6.2. Aquí la superficie pide 50 y el centro 40: la superficie puede fallar aunque el centro cumpla.
- 02
La distancia de la superficie
COMP2En la gráfica del aceite, ¿a qué distancia Jominy equivale la superficie de una barra de 38 mm?
en mm, solo el número, leído de la gráfica — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la curva de los tres cuartos del radio, la siguiente hacia la derecha. La superficie es la primera por la izquierda.
Esa es la curva del centro, la de más a la derecha.
Traza la horizontal de 38 mm en «Distancia Jominy equivalente de un cilindro templado en aceite» y mira dónde corta la curva de la superficie, la de más a la izquierda.
Desarrollo
La superficie de 38 mm equivale a unos 5 mm del extremo templado.
- 03
La distancia del centro
COMP2¿Y a qué distancia equivale el centro?
en mm, solo el número, leído de la gráfica — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído en la gráfica del agua, donde el centro de 38 mm equivale a 7,4 mm. La probeta va al aceite.
Esa es la superficie. El centro es la curva de más a la derecha.
19 mm es el radio de la barra, lo que hay del centro a la superficie. La distancia que se busca es la de la probeta Jominy, y la da la gráfica.
La misma horizontal de 38 mm, hasta la curva del centro.
Desarrollo
El centro equivale a 11,9 mm.
- 04
Reconocer el camino
COMP1Los cuatro aceros tienen un 0,40 % de C y empiezan su curva casi a la misma dureza. ¿Qué decide cuál cumple?
El carbono endurece la martensita, pero los cuatro tienen el mismo, un 0,40 %. Lo que los separa es cuánto aguantan la dureza lejos del extremo templado.
Eso es. El carbono pone la dureza del extremo templado, y es casi la misma en los cuatro. A 5 y a 12 mm ya no: ahí cada curva ha caído según su aleación.
Es confundir dureza con templabilidad. Dan la misma dureza en el extremo templado, pero la probeta no es el extremo: su superficie equivale a 5 mm y su centro a 11,9. Ahí el 1040 y el 4340 están a 17 y a 31 HRC de distancia.
- 05
El 1040 en la superficie
COMP2¿Qué dureza tiene el 1040 en la superficie, a unos 5 mm?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has leído la curva del 4140, que a 5 mm apenas ha bajado. La del 1040 es la que se desploma nada más empezar: a 5 mm ya ha perdido unos 15 HRC.
Ese es el 1040 en el centro, a 11,9 mm. En la superficie, a 5 mm, está algo más arriba, pero tampoco llega a 50.
La curva del 1040 es la que cae casi vertical en los primeros milímetros.
Desarrollo
A 5 mm, el 1040 está en unos 39,7 HRC. Ahí la curva es tan empinada que medio milímetro mueve la lectura casi 2 HRC, pero ninguna lectura razonable llega a 50: el 1040 no cumple ni en la superficie.
- 06
El 5140 en el centro
COMP2¿Y el 5140 en el centro, a 11,9 mm?
en HRC, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has llevado a la curva el centro de la gráfica del agua, 7,4 mm. En aceite el centro está a 11,9 mm, y ahí el 5140 ha bajado más.
Has leído el 5140 a 19 mm, el radio de la barra. La distancia del centro es la de la gráfica del aceite, 11,9 mm.
Esa es la superficie del 5140, a 5 mm. El centro está a 11,9 mm.
La curva del 5140 es la más baja de las cuatro que siguen en pie pasados los 10 mm.
Desarrollo
A 11,9 mm, el 5140 está en 42,6 HRC. En la superficie, a 5 mm, tiene 53,9.
- 07
Reconocer el camino
COMP1Con 53,9 HRC en la superficie y 42,6 en el centro, ¿cumple el 5140?
Cae a 40 hacia los 14 mm, pero el centro de esta probeta equivale a 11,9, antes de ese punto. Con una barra de unos 45 mm el centro llegaría a 14 mm, y entonces el 5140 dejaría de cumplir.
Eso es, y coincide con la colección. Es el más justo de los tres que cumplen: el 8640 da 55,6 y 49,0, y el 4340, 57,0 y 55,8.
El centro pide 40, no 50: los 50 son de la superficie. Con umbrales distintos, cada punto se compara con el suyo.
- 08
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El mismo carbono da la misma dureza en el extremo templado, no en la probeta. Su superficie equivale a 5 mm, y a esa distancia el 1040 ya ha caído 15 HRC: la templabilidad la pone la aleación, y el 1040 no la tiene.
El razonamiento, en orden
En aceite, la superficie de 38 mm equivale a unos 5 mm Jominy y el centro a 11,9 mm.
El 1040 cae enseguida: a 5 mm ya está en unos 40 HRC, y no cumple ni en la superficie.
El 5140 da 53,9 y 42,6: cumple, con poco margen en el centro.
El 8640, con 55,6 y 49,0, y el 4340, con 57,0 y 55,8, cumplen con holgura.
Resolución completa
Las dos distancias. En «Distancia Jominy equivalente de un cilindro templado en aceite», a 38 mm, la superficie equivale a unos 5 mm y el centro a unos 11,9 mm. Los umbrales son distintos, así que se miran los dos puntos.
Las cuatro curvas. Los cuatro aceros están en «Curvas de templabilidad de cinco aceros con 0,40 % de C». En HRC:
| acero | superficie, 5 mm | ¿más de 50? | centro, 11,9 mm | ¿más de 40? | cumple |
|---|---|---|---|---|---|
| 1040 | 39,7 | no | 24,7 | no | no |
| 5140 | 53,9 | sí | 42,6 | sí | sí |
| 8640 | 55,6 | sí | 49,0 | sí | sí |
| 4340 | 57,0 | sí | 55,8 | sí | sí |
Contra la colección. Coincide en los cuatro. El 5140 es el único con poco margen: 2,6 HRC en el centro. El 8640 de la otra gráfica, la de los 86xx, da 55,5 y 48,1 y también cumple.
Lo que hay que llevarse. Los cuatro tienen el mismo carbono y empiezan a la misma altura. El 1040 falla a los 5 mm, y lo que lo separa de los otros tres es la aleación: la templabilidad, no la dureza.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.