Método para revelar el tamaño de grano austenítico en un acero bonificado AISI 4140 empleando alta temperatura y atmósfera de carbono

Abstract

Los aceros aleados y de mediano contenido de carbono son usados en la industria automotriz para una variedad de componentes donde se requiere resistencia y tenacidad. Los elementos de aleación presentes incluyen níquel, cromo, molibdeno, manganeso, silicio. La función de estos elementos es la de optimizar las propiedades mecánicas, superior a la mostrada por los aceros al carbono comunes. Por ejemplo, la combinación de cromo y molibdeno, incrementan la resistencia a elevada temperatura. A pesar de que la composición química es importante, la influencia de la microestructura en las propiedades mecánicas resulta ser aún más significante. El tamaño de grano como un resultado del tratamiento térmico puede afectar las propiedades tales como la resistencia y la fatiga. Referida a esta última propiedad mecánica se ha reportado que el tamaño de grano es uno de los factores que causa la falla por fatiga. Diversos investigadores como por ejemplo Taylor, mostraron que el valor límite para el crecimiento de una grieta por fatiga se incrementa con el aumento del tamaño de grano y la disminución de la resistencia a la fluencia. Además, de acuerdo a la relación de Hall-Petch indica que conforme se reduce el promedio del tamaño de grano la resistencia a la fluencia tiende a incrementarse. El tamaño de grano está relacionado a la temperatura de austenización y el tiempo de sostenimiento en calentamiento, así también como el tamaño de grano original del acero antes del endurecimiento. Por lo tanto, el propósito de este proyecto de Tesis, es la de identificar el efecto de la temperatura de austenización y el tiempo de sostenimiento a esta temperatura; sobre el crecimiento del grano austenítico al someter el acero AISI 4140 a tratamiento térmico de endurecimiento por temple. Se emplean 9 muestras cilíndricas de 12.7 mm. de diámetro por 10 mm. de espesor. Las muestras cortas y preparadas serán llevadas a temperaturas de austenización en el rango de 950 y 1000ºC según la matriz experimental para hacer crecer el grano austenítico y seguido de un temple en agua a temperatura ambiente, con el propósito de generar presencia de gases carburantes que contengan carbono atómico, las muestras se colocan en una caja de acero conteniendo abundante carbón mineral. De esta manera se asegura también la existencia de una atmósfera totalmente reductora que evitará la oxidación superficial de las probetas. El proceso temple total se llevará a cabo empleando agua a temperatura ambiente. En esta etapa se conseguirá la formación de una estructura martensítica y la delineación de los bordes de austenita. Para la determinación del tamaño de grano austenítico ASTM, se emplearán dos métodos consignados en la Norma ASTM E-112. Ambos métodos denominados planimétricos, requerirán el empleo de microfotografías obtenidas a 1000X.