Hierro y Acero Edicion 51 | Page 35

procesos y usos del acero InTRoduccIón La transferencia de calor es la ciencia que busca predecir la evolución de la energía térmica al interior de un cuerpo o bien entre diversos cuerpos, como resultado de un gradiente de temperaturas. La ciencia de la transferencia de calor no sólo trata de explicar cómo puede ser transferida la energía calorífica, sino también trata de predecir la rapidez a la que se realizará este intercambio bajo ciertas condiciones especificadas mediante el uso de modelos matemáticos o el uso de sensores de temperatura. Si un cuerpo sólido, inicialmente en equilibrio térmico, se somete a un cambio repentino en la temperatura del medio que lo rodea, el campo térmico al interior del sólido variará a medida que transcurre el tiempo, como una respuesta al estímulo externo; esta condición se conoce como estado inestable o transitorio. El análisis de transferencia de calor en estado transitorio es obviamente de gran interés práctico, debido al gran número de procesos de calentamiento y enfriamiento que deben calcularse en aplicaciones industriales, tales como el temple. Este tratamiento térmico consiste en calentar a la pieza de acero a una temperatura determinada por encima de su punto de transformación para lograr una estructura cristalina específica (estructura austenítica), seguido de un enfriamiento súbito a una rapidez superior a la crítica, que depende de la composición del acero, para lograr una estructura martensítica que proporcionan a los aceros la dureza y resistencia mecánicas especificadas por el cliente. El ensayo Jominy[1] es una prueba estándar que es utilizada para determinar la templabilidad de los aceros en la cual, debido a la naturaleza misma de ella, se experimentan diferentes rapideces de enfriamiento, en donde fácilmente se puede apreciar el efecto de éstas rapideces sobre la microestructura. El ensayo consiste en calentar hasta la temperatura de austenización una probeta cilíndrica con dimensiones estándar (1 plg. de diámetro por 4 plgs. de altura), mantener durante un tiempo a esta temperatura y templar con un chorro de agua una de las caras planas. La forma tradicional de avaluar la templabilidad del acero es medir la dureza en función de la distancia a la superficie templada, con lo que se obtiene una curva de templabilidad. Recordemos que la templabilidad de un acero se define como la propiedad que determina la profundidad y la distribución de la dureza inducida por enfriamiento en una pieza de acero, es decir, un acero altamente templable es aquel que forma martensita desde el principio hasta el fin en secciones gruesas. Por lo anterior el objetivo de este trabajo fue instrumentar con termopares tipo k la probeta Jominy para cuantificar las rapideces de enfriamiento que se experimenta en cada punto de la probeta y cuantificar de forma rápida algunas propiedades importantes de los aceros, como por ejemplo: (a) máxima penetración del temple y (b) velocidad crítica de enfriamiento. Procedimiento experimental Una probeta cilíndrica de un acero con alto contenido de carbono fue maquinada bajo el estándar ASTM 255 e instrumentada con termopares tipo k de 1/16 de pulgada. La probeta fue calentada en un horno a una temperatura de austenización de 870°C durante 15 minutos para homogenizar la temperatura y completar la austenización. Posteriormente las probetas fueron templadas en un dispositivo que permite reproducir las condiciones de enfriamiento de la norma ASTM 255, que son un chorro de agua de 63.5 mm de altura en un ducto de 0.5 pulgadas (ver dispositivo experimental en la Fig. 1). En la Figura 1 se muestra el esquema del dispositivo utilizado en el ITM para realizar las pruebas Jominy. El dispositivo contiene un motor que permite subir y bajar la pieza de modo automático hasta la posición del horno y a la posición del chorro de agua (0.5 in por arriba de la salida del tubo de agua). El horno de calentamiento no se aprecia en el dispositivo experimental pero fue construido en el Instituto Tecnológico de Morelia en forma de libro, de tal forma que permite abrazar la probeta Jominy para Figura 1. Diseño del dispositivo Jominy del Instituto Tecnológico de Morelia-Posgrado en Metalurgia. 35 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO