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RELACIÓN DE PROBLEMAS DE LA ASIGNATURA TECNOLOGÍA DE MATERIALES
CURSO: 2020 / 2021
1. Cuatro muestras a), b), c) y d) de un acero eutectoide se someten independientemente, a las operaciones que a continuación se detallan, indicar el tratamiento térmico realizado en cada caso, así como las estructuras finales que se obtienen. a) Calentamiento a 760ºC y enfriamiento rápido hasta 350ºC donde se mantiene 10 4 s y temple hasta temperatura ambiente. b) Calentamiento a 760ºC y enfriamiento rápido hasta 600ºC donde se mantiene 10 2 s y temple hasta temperatura ambiente. c) Calentamiento a 760ºC y enfriamiento rápido a 250ºC, manteniéndose durante 100 s y temple hasta temperatura ambiente. d) Calentamiento a 760ºC y enfriamiento rápido a 650ºC, manteniéndose durante 20 s, enfriamiento rápido a 400 ºC donde se mantiene durante 10 3 s y se templa hasta temperatura ambiente.
Diagrama de transformación isotérmica de un acero de composición eutectoide
2.- Utilizando el diagrama de transformación isotérmica de un acero con 1,13%C, determinar la estructura final de una pequeña probeta sometida a los siguientes tratamientos. En cada caso suponer que la probeta se ha calentado a 920ºC durante el tiempo suficiente para:
a) Enfriar rápidamente a 250ºC, mantener durante 10^3 s y templar a temperatura ambiente.
b) Enfriar rápidamente a 775ºC, mantener durante 500 s y templar a temperatura ambiente
c) Enfriar rápidamente a 400ºC, mantener durante 500 s y templar a temperatura ambiente.
d) Enfriar rápidamente a 700ºC, mantener durante 10 5 s y templar a temperatura ambiente.
e) Enfriar rápidamente a 650ºC, mantener durante 3 s, enfriar rápidamente a 400ºC, mantener a esta temperatura durante 25s y templar a temperatura ambiente.
f) Enfriar rápidamente a 350ºC, mantener durante 300 s y templar a temperatura ambiente.
g) Enfriar rápidamente a 675ºC, mantener durante 7s y templar a temperatura ambiente.
h) Enfriar rápidamente a 600ºC, mantener durante 7 s, enfriar rápidamente a 450ºC, mantener durante 4s y templar a temperatura ambiente.
Diagrama de transformación isotérmica de un acero al carbono de 1,3%C
4.- Explicar si es posible diseñar
(a) Un acero eutectoide con una dureza mínima de 200 HB y una ductibilidad mínima de 25% AR?.
(b) Un acero con una resistencia a la tracción mínima de 620 MPa y una ductibilidad mínima de 50% AR? ¿Qué composición y microestructura presentaría?.
(c ) Un acero con dureza mínima de 200 HB y una ductibilidad mínima de 35% AR ¿Qué composición y microestructura presentaría?.
En caso afirmativo, describir el tratamiento térmico de enfriamiento continuo a que deben someterse estos aceros, en caso negativo explicar por qué.
Diagrama de transformación isotérmica de un acero de composición eutectoide
5.- Utilizando la Figura más adecuada para cada caso,
A) Estímese la velocidad de temple necesaria para evitar la formación de perlita en: (1) Un acero con un 0.5 por ciento en peso de C. (2) Un acero con un 0.77 por ciento en peso de C. (3) Un acero con un 1.13 por ciento en peso de C.
B) Centrándose en el caso de un acero eutectoide: (1) ¿Cuál es el tiempo necesario para que un 50 por ciento de la austenita se transforme en perlita a 600 °C? (2) ¿Cuál es el tiempo necesario para que un 50 por ciento de la austenita se transforme en bainita a 300 °C?
C) Por último, (1) Calcúlese la microestructura de un acero con 0.77 por ciento en peso de C sometido al siguiente tratamiento térmico: (i) temple instantáneo desde la región γ hasta 500 °C, (ii) mantenimiento a esta temperatura durante 5 s, y (iii) temple instantáneo hasta 250 °C. (2) ¿Qué ocurriría si se mantuviera la microestructura resultante durante 1 día a 250 °C y posteriormente se enfriara hasta la temperatura ambiente? (3) ¿Qué ocurriría si la microestructura resultante del apartado (a) se templara directamente hasta la temperatura ambiente? (4) Realícese un esquema de los distintos tratamientos térmicos.
6.- Un redondo de gran diámetro de un acero cuya curva T.T.T. se muestra abajo, se austeniza completamente y después se introduce en agua a 0ºC fuertemente agitada, donde permanece durante 30 minutos.
A) Determine, a estos 30 minutos, las fases obtenidas a lo largo de la sección transversal del redondo, asumiendo que, a ese tiempo, la corona superficial es completamente martensítica, mientras que en el núcleo aparece sólo austenita.
B) Representar, sobre el gráfico TTT, las curvas de enfriamiento que, a los 30 minutos considerados, permiten desarrollar las diferentes fases obtenidas a lo largo de la sección transversal del redondo.
7.- Para cierta aplicación, se requiere una resistencia a la tracción de 1000 MPa. Teniendo en cuenta las figuras, determine cuál es la velocidad de enfriamiento necesaria desde la temperatura de austenización, así como las fases resultantes en la microestrucrtura, para satisfacer dicho requisito en:
AISI 1040;
AISI 1541;
AISI 15B41;
¿Cuál de los aceros ofrece mayor facilidad para obtener la dureza requerida y la menor probabilidad de tener problemas de distorsión durante el tratamiento? Señale posibles medios de enfriamiento en cada caso.
Nota: La equivalencia entre ºF y ºC viene dada por la expresión (ºF-32) x 5/9 = ºC
8.- Describir el tratamiento isotérmico de un acero eutectoide para alcanzar las siguientes durezas Brinell: a) 180 HB; b) 220 HB; c) 500 HB
9.- Calcular la dureza del acero, cuya composición se muestra a continuación, tras un tratamiento de temple más revenido a 535ºC durante 2 horas.
Composición del acero: 0.35 % C; 0.50 % Mn; 0.25 % Si; 3 % Ni; 1 % Cr; 0.4 % Mo.
Determinación aproximada de la dureza potencial, HP, de un acero en función de su composición química.
Para %C: 0.25% 0.35% 0.45% 0.55% 0.65% 0.75% Hp= 80+A 83+A 87+A 91+A 93+A 95+A
Según se trate de revenido bajo (< 350 ºC) o alto (< 650 ºC) el valor A es: A (para revenido bajo) = 4·(%Mn) + 4·(%Si) + 1·(%Ni) + 0,5·(%Co) + 1,5·(%Cr) + 2,5·(%Mo) A (para revenido alto) = 4·(%Mn) + 4·(%Si) + 1·(%Ni) + 0,5·(%Co) + 5·(%Cr) + 20·(%Mo) + 50·(%V)
Falta diagrama de Joffe con calidad suficiente
11 .- Utilizando las gráficas del problema anterior,
A) Determinar el perfil de dureza para los siguientes casos:
1.- una probeta de acero 8640 de forma cilíndrica de 75 mm de diámetro que se ha templado en aceite con agitación moderada.
2.- una probeta de acero 5140 de forma cilíndrica de 50 mm de diámetro que se ha templado en aceite con agitación moderada.
3.- una probeta de acero 8630 de forma cilíndrica de 90 mm de diámetro que se ha templado en agua con agitación moderada. 4.- una probeta de acero 8660 de forma cilíndrica de 100 mm de diámetro que se ha templado en agua con agitación moderada.
B) Justificar la elección del acero más adecuado entre los siguientes: 1040, 5140, 4340, 4140, 8620, 8630, 8640 y 8660, para diseñar una probeta de acero de 38 mm de diámetro para templar en aceite con agitación moderada. Las durezas en la superficie y en el centro deben ser inferiores de 50 y 40 HRC, respectivamente.
12.- ¿Cuál es la dureza obtenida al templaren aceite agitado una barra de acero 4140,de 40 mm de diámetro, en un punto situado a 5 mm de la superficie? Utilizar los gráficos adjuntos.
13.- Con un acero, cuyas curvas TTT isotérmica y de revenido se adjuntan, se quiere construir un eje de 50 mm de diámetro que ha de presentar una resistencia a la tracción de 130 Kg/mm2. Las velocidades de enfriamiento del núcleo son:
- Enfriamiento en agua: 54 ºC/s
- Enfriamiento en aceite: 27 ºC/s
- En horno de sales: 108 ºC/s
Las sales del horno isotérmico tienen un margen de temperatura de 200ºC a 450ºC.
14.- Para construir una biela de 25 mm de espesor de un pequeño motor de explosión se selecciona un material cuya curva TTT se adjunta, así como la curva de revenido. Se precisa que el material quede con una resistencia en el núcleo de 150 Kg/mm 2 , y aguantar choques bruscos de al menos 8 Kg/cm 2.
Determinar: tratamientos térmicos para conseguir dichas características, tiempos a emplear en dichos tratamientos y representación de ellos sobre los gráficos.
Datos: Las velocidades de enfriamiento en el núcleo de la pieza en diversos medios son:
- Agua: 650 ºC/s
- Aceite: 350 ºC/s
- Sales: 300 ºC/s
