En el presente trabajo de investigación Tratamiento Termoquímico de Nitruración con Gases se utilizaron los aceros SAE 4140, SAE 4340, SAE 1045, SAE O1, seleccionados para el estudio de acuerdo a una evaluación en cuanto a frecuencia de uso, costo, calidad, con la finalidad de investigar su comportamiento en un proceso de nitruración con parámetros definidos como temperatura de 560 °C, tiempo de 6 horas y en un horno de lecho Fluidizado. La motivación de este estudio esta basado en el aporte que el tratamiento termoquímico pueda dar a estos aceros seleccionados mejorando sus propiedades mecánicas como buena resistencia al desgaste, a la abrasión, estabilidad dimensional, entre otras propiedades que adquieren en este proceso. La evaluación se toma desde la marcha del proceso, teniendo como parámetros la composición del acero, temperatura, flujo de amoníaco(NH3), tiempo de tratamiento. Los resultados obtenidos muestran mayores durezas alcanzadas en los aceros que tienen mayores elementos aleantes formadores de nitruros Se ha tenido una idea más clara del proceso usando Diagramas de equilibrio Fe-N, Micro estructuras de una superficie nitrurada y Curvas de Microdureza, Tablas de coeficiente de difusión (aplicando la segunda ley de Fick).

En el presente trabajo de investigación Tratamiento Termoquímico de Nitruración con Gases se utilizaron los aceros SAE 4140, SAE 4340, SAE 1045, SAE O1, seleccionados para el estudio de acuerdo a una evaluación en cuanto a frecuencia de uso, costo, calidad, con la finalidad de investigar su comportamiento en un proceso de nitruración con parámetros definidos como temperatura de 560 °C, tiempo de 6 horas y en un horno de lecho Fluidizado. La motivación de este estudio esta basado en el aporte que el tratamiento termoquímico pueda dar a estos aceros seleccionados mejorando sus propiedades mecánicas como buena resistencia al desgaste, a la abrasión, estabilidad dimensional, entre otras propiedades que adquieren en este proceso. La evaluación se toma desde la marcha del proceso, teniendo como parámetros la composición del acero, temperatura, flujo de amoníaco(NH3), tiempo de tratamiento. Los resultados obtenidos muestran mayores durezas alcanzadas en los aceros que tienen mayores elementos aleantes formadores de nitruros Se ha tenido una idea más clara del proceso usando Diagramas de equilibrio Fe-N, Micro estructuras de una superficie nitrurada y Curvas de Microdureza, Tablas de coeficiente de difusión (aplicando la segunda ley de Fick).

Es conocido que el proceso de cementado, temple y revenido de una pieza de acero cambia las propiedades mecánicas. Este hecho es aprovechado en la fabricación de arcos de candados, manufacturados de acero bajo carbono. Para alcanzar este objetivo, se desarrolla el presente trabajo de diseño de un ciclo de cementado y tratamiento térmico. El desarrollo de este proyecto de diseño parte del conocimiento teórico actual sobre cementación gaseosa, empleo de equipos en desuso (equipos diseñados para otro fin y no puesto en servicio) y asignación de recursos mínimos. El diseño final aquí propuesto fue probado, modificado a escala de producción y monitoreado en producción durante 1 año, no realizándose modificación alguna en los tiempos y temperatura de cementado y sí cambios eventuales en la temperatura de revenido. Algunas muestras de los diferentes tratamientos experimentales son analizadas mediante metalografía, así como muestras con tratamiento definitivo para todos los modelos de arco. Esto con el fin de explicar, en parte, lo ocurrido en los arcos con el tratamiento respectivo.

Es conocido que el proceso de cementado, temple y revenido de una pieza de acero cambia las propiedades mecánicas. Este hecho es aprovechado en la fabricación de arcos de candados, manufacturados de acero bajo carbono. Para alcanzar este objetivo, se desarrolla el presente trabajo de diseño de un ciclo de cementado y tratamiento térmico. El desarrollo de este proyecto de diseño parte del conocimiento teórico actual sobre cementación gaseosa, empleo de equipos en desuso (equipos diseñados para otro fin y no puesto en servicio) y asignación de recursos mínimos. El diseño final aquí propuesto fue probado, modificado a escala de producción y monitoreado en producción durante 1 año, no realizándose modificación alguna en los tiempos y temperatura de cementado y sí cambios eventuales en la temperatura de revenido. Algunas muestras de los diferentes tratamientos experimentales son analizadas mediante metalografía, así como muestras con tratamiento definitivo para todos los modelos de arco. Esto con el fin de explicar, en parte, lo ocurrido en los arcos con el tratamiento respectivo. / Tesis

La determinación de la dureza en los aceros tratados térmicamente es complicada, porque depende de la composición química, velocidad de enfriamiento, etc. La dureza en revestimientos duros obtenidos por soldadura eléctrica sobre una base de aceros de alta aleación es aún más complicada, porque depende de las variables como: composición química, profundidad del revestimiento, microestructura, temperatura alcanzada durante el proceso de soldadura, profundidad del depósito, calor aportado, velocidad de enfriamiento, tiempo de enfriamiento, etc. A pesar de que diversos autores han realizado muchos estudios, no es posible todavía predecir la dureza para las diferentes capas que, se forman desde el núcleo hacia la superficie en un cordón de soldadura formado sobre un acero de alta aleación considerando la influencia de todos los parámetros. En el presente trabajo de investigación se demuestra que en base al modelo “ULIRAM” es posible predecir nuevas composiciones químicas para materiales de aporte, para ello se han preparado probetas con el material de aporte ASM 1ª con 1.8% de aleación aplicado independientemente sobre los materiales base de ASM 1B con 10.60% y 11.30% de aleación, el efecto del carbono, cromo, profundidad de soldadura se ve reflejado en los modelos matemáticos “ULIRAM-1 y ULIRAM-2 desarrollados con datos experimentales. Estos modelos permiten calcular la dureza del cordón de soldadura en función de la cantidad de carbono, cromo y la profundidad del depósito y hacer predicciones para valores que no se han podido medir. La validez de los modelos serán evaluados teniendo como base el ASM 1B, 10.60% de aleación y ASM, 11.30% de aleación con 3 profundidades y sus correspondientes composiciones químicas. Con la ayuda del modelo ”ULIRAM” será posible iniciar estudios en la fabricación de nuevos materiales de aporte. Los modelos matemáticos de los Nuevos Materiales de Aporte ULIRAM-1 y ULIRAM-2, obtenidos con el software statgraphics plus y simulados con el software Matlab son: Material de Aporte ULIRAM-1: HV igual 129.662 + 920.672%C - 53.5243%Cr + 52.9418X con un coeficiente de correlación de 99.93%. Material de Aporte ULIRAM-2 HV igual 128.815 + 1110.99%C - 76.951%Cr + 43.5185X con un coeficiente de correlación de 96.76%. / The determination of the hardness in the steels tried thermally is complicated, because it depends on the chemical composition, cooling speed, etc. The hardness in hardfacing alloys obtained by electric welding on a base of steels of high alloy is even more complicated, because it depends of the variables as: the chemical composition, depth of the hardfacing, the structure, the temperature reached during the welding process, depth of the hardfacing, contributed heat, cooling speed, time of cooling, etc. Although diverse authors have been carried out many studies, it is not possible to predict the hardness for the different layers that, they are formed from the nucleus toward the surface in a welding formed on a steel of high alloy considering the influence of all the parameters. In the present investigation work is demonstrated that based on the pattern “ULIRAM” it is possible to predict new chemical compositions for welding, for that which was necessary to prepare test with the alloy ASM 1A with 1.8 alloy% applied independently on the materials base of ASM 1B with 10.60% and 11.30 alloy%, the effect of the carbon, chromium, welding depth to obtain the mathematical models for “ULIRAM-1 and ULIRAM-2 developed with experimental data. These models allow to calculate the hardness in function of the quantity of carbon, chromium and the depth of the hardfacing and to make predictions for values that have not been possible to measure them. The validity of the models will be evaluated having like base the ASM 1B, 10.60 alloy% and ASM, 11.30 alloy% with 3 depths and its corresponding chemical compositions. With the help of the pattern “ULIRAM” it will be possible to begin the production of new materials for hardfacing. The mathematical models for New Materials for hardfacing ULIRAM-1 and ULIRAM-2 obtained with the software statgraphics plus and feigned with the software Matlab are: Welding ULIRAM-1: HV igual 129.662 + 920.672%C - 53.5243%Cr + 52.9418X coefficient of correlation igual 99.93%. Welding ULIRAM-2 HV igual 128.815 + 1110.99%C - 76.951%Cr + 43.5185X coefficient of correlation igual 96.76%.

Debido al efecto tremendamente importante de la microestructura en el desempeño de las herramientas, trabajos de investigación y desarrollo han mostrado que los tratamientos térmicos criogénicos son un camino para conseguir la estructura que ofrezca las mejores características frente a solicitaciones de desgaste y dureza. Gran importancia recae tanto en la presencia como en el porcentaje relativo de la austenita retenida frente a los otros constituyentes del acero. El presente trabajo de tesis busca estudiar los efectos de los tratamientos criogénicos comparados con los tratamientos térmicos convencionales en la obtención de una estructura con menor austenita retenida, realizados en el acero de herramienta para trabajo en frío AISISAE D3 (DIN X 210 Cr 12). / Tesis

En el presente trabajo de título se estudió la factibilidad de endurecer superficialmente un acero al carbono por deposición de ferro-aleaciones, mediante la utilización de electrodescarga (ESD). El ESD se puede describir como un proceso de microsoldadura de tipo pulsante, en el cual se transfiere material desde un ánodo (electrodo) hacia una pieza de trabajo (substrato) mediante pulsos de corriente de corta duración y alta intensidad. La deposición se realizó manualmente mediante un dispositivo rotatorio fabricado localmente. Se fabricaron ánodos cilíndricos, de 5 mm de diámetro y de 50 mm de longitud, aproximadamente, empleando las siguientes aleaciones ferrosas: de boro, de molibdeno, de cromo y de titanio. Las distintas ferro-aleaciones se mezclaron con grafito en dos porcentajes: estequiométrico y mayor al estequiométrico. Las ferro-aleaciones y el grafito se molieron hasta un tamaño de polvo de 53 µm aproximadamente; después, se compactaron a una presión de 2070 MPa y se sinterizaron a 900 °C. Las ferro-aleaciones se depositaron sobre un acero SAE 1020, usando un voltaje de 100 V y una atmósfera protectora de argón. Las capas depositadas se caracterizaron mediante micrografías y macrografías ópticas, microdureza Vickers y difracción de rayos X (DRX). Las macrografías mostraron que las superficies del depósito resultaron rugosas e irregulares, características del proceso ESD. Las micrografías mostraron un espesor de capa irregular cuyo valor promedio, dependiendo de la ferro-aleación, estuvo entre 62 y 233 µm. La microdureza de las capas se midió a temperatura ambiente y luego de un calentamiento a 600 °C en un horno con atmósfera de argón, encontrándose en ambos casos un endurecimiento desde el substrato hasta la superficie de la capa depositada. Los valores obtenidos estuvieron entre 7,5 y 11 veces el valor nominal del substrato (176 HV). Los análisis de DRX, dependiendo de la ferro-aleación aplicada, mostraron entre otros compuestos, en la capa depositada la presencia de Carburo de Hierro (Fe7C3), Boruro de Hierro (Fe0,91B0,09), Carburo Hierro Cromo (Cr1,75Fe5,25C3), Óxido de Carburo de Titanio (TiC0,32O0,46) y Carburo de Titanio (Ti2C), los cuales se formaron durante la aplicación del proceso ESD. Se concluyó que es posible endurecer superficialmente el acero SAE 1020 mediante la deposición de ferro-aleaciones por ESD. La dureza de las capas depositadas se mantuvo inclusive al someterlas a una temperatura de 600 °C.

En el presente trabajo de tesis se busca desarrollar una técnica y un protocolo de análisis para determinar el tamaño de grano austenítico previo en bolas de acero con tratamiento térmico de temple y revenido utilizadas en molienda de minerales. Se tiene como finalidad probar diversas metodologías para que a través del ensayo metalográfico se pueda revelar el tamaño de grano austenítico previo y realizar la cuantificación del tamaño de grano. Debido a la dificultad para revelar los granos de austenita en aceros con tratamiento térmico de temple y revenido con una metodología clásica de ataque metalográfico, se optó por evaluar distintos métodos que posibiliten la observación de los límites de grano de austenita previa a temperatura ambiente. Para ello, se contaron con varias muestras de distintas bolas de acero, las cuales fueron caracterizadas según su composición química, dureza volumétrica y microestructura para posteriormente utilizar los métodos que revelasen los límites de grano de austenita previa en ellas. Se probaron cinco primeros métodos, los cuales están basados en investigaciones realizadas por diversos autores y considerados en la norma ASTM E112-13, en dichos métodos se combinan reactivos como el “picral” y variaciones de este, en conjunto con procedimientos que involucran someter a las muestras a calentamiento en horno a elevadas temperaturas antes del ataque con reactivos. No se obtuvieron resultados exitosos luego de evaluar los cinco primeros métodos extraídos de la bibliografía, se desarrolló un método basado en el uso de la Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y modificación de las condiciones de calentamiento en horno, con el cual se logró revelar notablemente los límites de grano en todas las muestras en las que fue aplicado. La calorimetría diferencial de barrido se usó para determinar las temperaturas críticas superior e inferior de los aceros y así determinar con precisión la temperatura para el tratamiento previo antes del ataque metalográfico sin inducir crecimiento de grano. Una vez obtenidas las micrografías de los granos de austenita previa de las muestras de bolas de acero, se procedió a determinar el tamaño de grano haciendo uso de los métodos comparativo y planimétrico detallados en la norma ASTM E112-13, con los que a través de patrones comparativos y software de cuantificación por el método planimétrico se logró determinar el tamaño de grano.

Debido al efecto tremendamente importante de la microestructura en el desempeño de las herramientas, trabajos de investigación y desarrollo han mostrado que los tratamientos térmicos criogénicos son un camino para conseguir la estructura que ofrezca las mejores características frente a solicitaciones de desgaste y dureza. Gran importancia recae tanto en la presencia como en el porcentaje relativo de la austenita retenida frente a los otros constituyentes del acero. El presente trabajo de tesis busca estudiar los efectos de los tratamientos criogénicos comparados con los tratamientos térmicos convencionales en la obtención de una estructura con menor austenita retenida, realizados en el acero de herramienta para trabajo en frío AISISAE D3 (DIN X 210 Cr 12).

Los aceros aleados ferríticos ASTM A335 son ampliamente utilizados en la industria petroquímica y plantas de energía, debido a su adecuada resistencia mecánica (-29°C a 593°C con presiones de 105.5 kg/cm2 [10.4 MPa] y 13.4 kg/cm2 [1.3 MPa] respectivamente [1]) y resistencia a la corrosión frente a los aceites crudos que contienen sulfuro de hidrogeno y otros agentes corrosivos [2] y [3]. Los aceros ASTM A335 Gr. P5, son usados como tuberías para vapor, intercambiadores de calor, condensadores y catalizadores [3]. Al soldar, reparar o deformar los aceros ASTM A335 Gr. P5, las transformaciones microestructurales y las tensiones internas residuales pueden reducir la fiabilidad y durabilidad de la tubería en servicio; con el fin de reducir la influencia de tales transformaciones microestructurales y tensiones internas, se realiza la operación de tratamiento térmico, tal como lo especifican los códigos de construcción (ASME B31.3 [4], ASME B31.1 [5] y Welding Procedure GP 18-07-01 [6]). En la presente tesis se realizó la soldadura de cupones simulando las repetidas reparaciones en donde se varió las condiciones (configuraciones) del tratamiento térmico con el objetivo de obtener valores de dureza y energía absorbida mediante el ensayo Charpy V que cumplan con los requerimientos de los códigos de construcción, además que la microestructura obtenida sea aceptable; otro de los objetivos es determinar la variación de dureza, resistencia al impacto y microestructura simulando las repetidas reparaciones desde la primera hasta la cuarta reparación con la mejor condición (configuración) de tratamiento térmico obtenida. La metodología seguida fue la siguiente: PRIMERO, se caracterizó el metal base en estado virgen (o suministro); SEGUNDO, se determinó de acuerdo a la revisión del estado del arte el óptimo valor del parámetro “P” del PWHT de las uniones soldadas del acero ASTM A335 Gr. P5, este parámetro fue seleccionado buscando los mayores valores de resistencia al impacto; TERCERO, se elaboró la Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPStesis), las variables de soldadura de este WPStesis no fueron utilizadas para los tratamientos térmicos, ya que cada tratamiento térmico tiene una condición (configuración) especifica; CUARTO, se realizó la soldadura de un cupón utilizando las variables del WPStesis y el óptimo valor del parámetro “P” obtenido, después se realizaron los ensayos de Dureza, Impacto Charpy V y Análisis de la Microestructura con la finalidad de que los valores obtenidos sean razonablemente comparables con los valores obtenidos en estudios anteriores, y sirvan de comparación con los valores obtenidos en la soldadura de cupones simulando las repetidas reparaciones; QUINTO, se soldaron cupones simulando tres y cuatro reparaciones utilizando las variables del WPStesis con cuatro condiciones (configuraciones) diferentes de tratamiento térmico, antes de tales reparaciones, los cupones fueron soldados utilizando las variables del WPStesis con el parámetro “P” = 20.26; SEXTO, se realizó la soldadura de los cupones simulando las repetidas reparaciones desde la primera hasta la cuarta reparación utilizando las variables del WPStesis con la mejor condición (configuración) del tratamiento térmico obtenida. Los resultados de los valores de dureza y resistencia al impacto de los cupones soldados con tres y cuatro reparaciones son cercanos entre sí, y sus microestructuras son similares; el análisis de los efectos de las configuraciones de tratamiento térmico son: con parámetro “P” = 20.26, han disminuido en promedio en -9% (ZAC) y 8% (ZAC) la dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”; con parámetro “P” = 21.79, han disminuido en -34% (ZAC) y -34% (MA) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”; con PWHT a 950°C por 2h, han disminuido en promedio en -27% (ZAC) y -96% (MA) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”, además su microestructura presenta los mayores tamaños de grano de ferrita y colonias de carburos coagulados en los bordes de grano; con tratamiento térmico antes (950°C por 2h) y después (725°C por 2h) de la soldadura, han variado en promedio en -9% (ZAC) y +21% (ZAC) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”, además la dureza ha disminuido en -25% en el MB. Los resultados y análisis de los valores de dureza y resistencia al impacto de los cupones soldados desde la primera hasta la cuarta reparación con PWHT con la mejor condición (configuración) del tratamiento térmico obtenido en el párrafo anterior, son: la máxima disminución en promedio de dureza es -13% (ZAC) en la cuarta reparación, y la máxima disminución en promedio en resistencia al impacto es – 12% en la segunda reparación. Se concluye que la configuración optima del tratamiento térmico para las juntas soldadas con tres y cuatro reparaciones del acero ASTM A335 Gr. P5 es cuando presenta un PWHT con parámetro “P” = 20.26, ya que presenta disminuciones pequeñas en la dureza y resistencia al impacto, además la microestructura es favorable ya que presenta principalmente una matriz de ferrita con carburos dispersos aleatoriamente. Otra conclusión es que la configuración del tratamiento térmico paras las juntas soldadas reparadas antes (950°C por 2h) y después (725°c por 2h) de la soldadura es aceptable, ya que los valores de dureza, resistencia al impacto y microestructura son cercanos a lo obtenido en el “cupón soldado sin reparar”, sin embargo, se requiere mayores recursos y tiempo para ejecutar los tratamientos térmico antes y después de la soldadura. Otra conclusión es que la configuración del PWHT para las juntas soldadas reparadas con parámetro “P” = 21.79 no es aceptable, ya que la dureza y la resistencia al impacto presentan disminuciones considerables. Otra conclusión es que la configuración del PWHT para las juntas soldadas reparadas a 950°C por 2h no es aceptable, ya que la dureza y la resistencia al impacto presentan disminuciones severas, además su microestructura es frágil debido al incremento en el tamaño de grano y los carburos coagulados en los bordes de grano. Además, se concluye se concluye que las juntas soldadas reparadas del acero ASTM A335 Gr. P5, pueden ser reparadas hasta cuatro veces, con PWHT con parámetro “P” = 20.26 aplicado desde la primera hasta la cuarta reparación, debido a que no se obtuvo disminuciones severas en la dureza, resistencia al impacto y microestructura comparado con los resultados obtenidos en el “cupón soldado sin reparar”. / Tesis