Propiedades y Efectos de los Tratamientos Térmicos en el Acero F-1140

Tratamientos Térmicos en el Acero F-1140

El objetivo de la práctica es estudiar cómo afectan distintos tratamientos térmicos a las propiedades mecánicas de un acero F-1140 (0,45% C). Para ello, se realizan tres tratamientos principales: normalizado, temple y bonificado (temple + revenido). Posteriormente, se miden la dureza y la resiliencia mediante los ensayos Rockwell y Charpy. Las probetas se austenizan a 860 °C antes de aplicar el tratamiento correspondiente.

Descripción de los Tratamientos

Temple

Consiste en extraer la probeta del horno y enfriarla bruscamente en agua. El enfriamiento rápido impide la formación de estructuras de equilibrio y genera una microestructura martensítica. La martensita presenta una dureza muy elevada pero una resiliencia muy baja, por lo que el material resulta duro pero frágil. En los ensayos Charpy, absorbe muy poca energía antes de romper.

Bonificado (Temple + Revenido)

Primero se realiza un temple y, posteriormente, un revenido a 600 °C durante 20 minutos. El revenido reduce las tensiones internas y la fragilidad, transformando la martensita en martensita revenida. La dureza disminuye respecto al temple, pero la resiliencia aumenta considerablemente. El bonificado proporciona el mejor equilibrio entre resistencia y tenacidad.

Normalizado

Consiste en extraer la probeta del horno y dejarla enfriar al aire. Se obtiene una microestructura de ferrita proeutectoide y perlita. Presenta la menor dureza de los tres tratamientos y la mayor resiliencia.

Microestructuras y Propiedades Resultantes

• Temple: Martensita → Máxima dureza → Mínima resiliencia → Fractura frágil.
• Bonificado: Martensita revenida → Dureza intermedia → Resiliencia alta → Mejor compromiso entre resistencia y tenacidad.
• Normalizado: Ferrita proeutectoide + perlita → Menor dureza → Mayor resiliencia → Fractura más dúctil.

Ensayos de Caracterización Mecánica

Ensayo de Dureza

Para identificar rápidamente las probetas mezcladas, la forma más sencilla es medir la dureza:

• Mayor dureza: Templada.
• Menor dureza: Normalizada.
• Valor intermedio: Bonificada.

Las medidas se realizan mediante el método Rockwell:

• HRC: Cono de diamante, carga de 150 kg. Se usa para aceros templados y martensíticos.
• HRB: Bola de acero de 1/16", carga de 100 kg. Se usa para aceros ferríticos y normalizados.

Ensayo Charpy

El ensayo Charpy mide la energía absorbida durante la fractura de una probeta entallada sometida a impacto. La propiedad medida es la resiliencia o tenacidad al impacto.

• Material dúctil: Absorbe mucha energía.
• Material frágil: Absorbe poca energía.

En el laboratorio, la energía se expresa en kpm (kilopondio·metro).

Relación entre Tratamiento, Resiliencia y Fractura

• Relación tratamiento-resiliencia: El temple ofrece una resiliencia muy baja, mientras que el bonificado y el normalizado ofrecen una resiliencia alta (siendo el normalizado generalmente el más alto).
• Fracturas:
  • Fractura frágil: Asociada al temple, presenta poca deformación y baja absorción de energía (Martensita).
  • Fractura dúctil: Asociada al normalizado o bonificado, presenta mayor deformación y alta absorción de energía.

Preguntas Frecuentes de Examen

1. ¿Cómo identificar tres probetas mezcladas? Mediante durezas: Mayor dureza (templada), menor dureza (normalizada) e intermedia (bonificada).
2. ¿Qué ensayo mide la resistencia al impacto? Ensayo Charpy.
3. ¿Qué propiedad mide Charpy? Resiliencia o tenacidad al impacto.
4. ¿Qué tratamiento dio la mayor energía de impacto? Bonificado (y normalmente también superior al temple).
5. ¿Qué microestructura tiene el acero templado? Martensita.
6. ¿Qué microestructura tiene el normalizado? Ferrita proeutectoide + perlita.
7. ¿Qué microestructura tiene el bonificado? Martensita revenida.
8. ¿Qué tratamiento produce mayor dureza? Temple.
9. ¿Qué tratamiento produce menor dureza? Normalizado.
10. ¿Qué tratamiento produce menor resiliencia? Temple.

Resumen Clave para Memorizar

• Austenización: 860 °C.
• Temple: Enfriamiento en agua → Martensita → Muy duro y muy frágil.
• Bonificado: Temple + Revenido (600 °C, 20 min) → Martensita revenida → Equilibrio dureza-tenacidad.
• Normalizado: Enfriamiento al aire → Ferrita + Perlita → Blando y dúctil.
• Charpy: Mide resiliencia. Alta resiliencia = mucha energía absorbida.
• Dureza Rockwell: HRC (Diamante, 150 kg) y HRB (Bola 1/16", 100 kg).

Nota: Lo más importante para el examen es identificar la relación entre tratamiento ↔ microestructura ↔ dureza ↔ resiliencia ↔ tipo de fractura.

Orden de Magnitudes

• Dureza: Temple > Bonificado > Normalizado.
• Resiliencia: Normalizado ≈ Bonificado > Temple.