FEBRERO 2025 / II EDICIÓN
Desde la Superficie
DesdeelHornoalTaller:La ImportanciadelRecocidoy TempladoenlaFabricación.
hasta el Núcleo: Un
Viaje a través de la Metalografía
Procedimiento Experimental para la identificación del acero del vástago de un amortiguador
INTRODUCCIÓN
"Entendiendo los Metales: Una Introducción a su Análisis y Tratamiento"
OBJETIVOS
“Objetivos Clave: Cómo el Recocido y Templado Transforman la Metalurgia"
DESARROLLO EXPERIMENTAL
“El corazón de la investigación”
MATERIALES
“Componente básico para el análisis”
DOCUMENTOS REQUERIDOS
“Guía de la verdad”
PROCEDIMIENTO
“Normas y métodos”
RESULTADOS
“Encontramos el culpable”
El acero es uno de los materiales más importantes y versátiles en la industria contemporánea Su resistencia, durabilidad y maleabilidad lo convierten en un componente esencial en la construcción, la fabricación de maquinaria, el transporte y muchas otras aplicaciones Desde el rascacielos más imponente hasta los vehículos que recorren nuestras calles, el acero está presente en casi todos los aspectos de la vida moderna
La producción de acero ha evolucionado a lo largo de los años, adoptando métodos más eficientes y sostenibles. La innovación en técnicas de reciclaje ha permitido que el acero sea uno de los materiales más reciclables, contribuyendo a la sostenibilidad ambiental. A medida que nos enfrentamos a desafíos globales como el cambio climático, la industria del acero continúa adaptándose y buscando soluciones que minimicen su huella de carbono.
Además, el acero es fundamental en la tecnología. En la era digital, se utiliza en la fabricación de componentes electrónicos y estructuras que permiten el funcionamiento de dispositivos tecnológicos. Sin el acero, nuestra construcción y desarrollo tecnológico se verían drásticamente limitados.
Versatilidad del acero
El acero es un material fundamental en la ingeniería y la industria, utilizado en diferentes aplicaciones debido a sus propiedades mecánicas superiores
Componentes críticos
El vástago de un amortiguador es un componente crítico que soporta cargas significativas y está expuesto a condiciones adversas, lo que hace esencial su correcta identificación de material
Objetivo del estudio
Este estudio busca determinar el tipo de acero del cual se compone un vástago de amortiguador mediante ensayos de materiales
Determinareltipodeacerodelquesecompone unvástagodeamortiguador,atravésdela aplicacióndeunensayodemateriales, garantizandolavalidacióndelosresultados segúnlasnormasCOVENINcorrespondientes.
Prepararunamuestrarepresentativadelvástagodeamortiguador,asegurandoquese cumplanlasespecificacionesadecuadasparalosensayosyanálisismetalográficos posteriores.
Dividirlamuestraenvariasprobetas,asegurandoquecadaunasedestineadiferentes ensayosyanálisis.
Realizarunensayodedurezaaunadelasmuestrasdelvástagodeamortiguadore interpretarsusresultados.
Hacerunapreparaciónmetalográficadelamuestraeinterpretarsusresultados
Realizarunanálisismetalográficodelamuestraycompararsumicroestructuraconunacero pre-supuesto.
Examinarelcomportamientodelasmuestrasdelvástagodeamortiguadorantediferentes tratamientostérmicos,afindeidentificareltipodeacero.
“Elcorazóndelainvestigación”
Lapiezaaestudiarsetratadelvástagoperte vehículopequeñomarcaFiat.Cuyafunciónprincipalesabsorberydisiparlaenergíaque generan las irregularidades del terreno, y ayudar a reducir el esfuerzo y la atención que requiereelconductorparamantenersuvehículodemaneraseguraensucarril;porlocual enlafabricacióndelmismoseiniciaconunejecilíndricodematerialmetálico,talcomoel acero, luego ocurren en secuencia las etapas de desbastado, tratamiento térmico, torneado,rectificado,cromadoysúper-acabado.
El vástago de un amortiguador, cuenta con una caracterización en la superficie externa dotada, al menos parcialmente, de un recubrimiento de grosor uniforme. Asimismo, la piezacuentaconlassiguientesmedidas:21cmdelargox1”dediámetro.
Cabe destacar que el acero del cual se encuentra construida la pieza no posee certificación,portalmotivoserealizaunanálisisatravésdeunensayodematerialespara aspiraridentificarelmaterialdelmismo.
Adicionalmente, se usa un durómetro Rockwell, el cual cumple el funcionamiento del equipamiento especializado que aplicará una carga controlada mediante un penetrador (puntadediamante),sobrelasuperficiedelmaterialaevaluar.Dichopenetradorconstade unamedidaestándarconcargavariabledependiendodelaescalaausar.
Serequiere,además,unaseccióndelvástagoquesevaaensayar,asegurándosedequela superficiedelmismoseencuentreadecuadamentepreparada.
Por otro lado, para los diferentes procesos que se realizan a medida que se desarrolla el procedimientoexperimental,seharáusodeequipamientocomo:esmeriladora,cortadora metalográfica,lijas,microscopiometalográfico,baquelitaenpolvo,prensaparamontajede muestras(MarcaBUEHLER,modeloSPEEDPRESSII,concilindrosde1´´,11/4´´y11/2´´), entreotros.
Losprocesosseguidosparalaobtencióndelasprobetasson: Cortedelvástagoenprobetasmedianteunaesmeriladora.
Marcadodelasprobetasconcódigodeidentificación. Recocidoaunatemperaturade860°Cdurante90min. Paraobtenercomodimensionesfinalesdelasprobetas:2cmdealturay1”dediámetro.
Por medio de una investigación previa, se encuentran en estudio dos sospechosos, el acero SAE 1045 y SAE 4340, los mismos fueron ubicados a través de la revista FERRUM ACEROS, la cual indica las aplicaciones de estos aceros y concuerdan con el perfil de nuestra pieza a estudiar. El acero SAE 1045 es conocido por su buena resistencia mecánica y su capacidad de endurecimiento. Se trata de un acero de medio carbono que presenta una composición química adecuada para aplicaciones que requieren una combinación de alta resistencia y tenacidad. Este tipo de acero es comúnmente utilizado en piezas que están sometidas a esfuerzo mecánico, como ejes, engranajes y vástagos de amortiguadores Su proceso de tratamiento térmico puede optimizar aún más sus propiedades, mejorando la dureza y la resistencia al desgaste
Por otro lado, el acero SAE 4340 es un acero de aleación que contiene níquel, cromo y molibdeno, lo que le confiere una excelente resistencia y ductilidad Este material es altamente valorado en aplicaciones que exigen un rendimiento excepcional y resistencia a la fatiga, como componentes estructurales en la industria automotriz y aeronáutica. Su capacidad para ser templado y revenido también lo hace adecuado para elementos que experimentan cargas extremas.
Inicialmentesedeberetirarelvástagodelamortiguadordeleje, medianteunaesmeriladora,estaherramientaentérminosdecorte, funcionanaaltavelocidadyfacilitanlastareasdecorteconfacilidad, ademásdebrindarunamayorprecisiónentérminosderectificadoque lasrectificadorasestacionarias,yaquesonmanuales.
Debidoaquelapiezacuentaconundiámetroúnico, nosehacenecesariorealizarcilindrado.Sin embargo,serealizamecanizadoacadaunadelas probetasresultantesdelcorte.
De acuerdo a las dimensiones del vástago y con la finalidad de obtener 10 probetas aproximadamente, se realiza el corte de las secciones a una distancia de 2 cm, en dirección paralela a su sección transversal, midiendo y cortando cada vez, de manera que todas las secciones cumplan las mismas dimensiones. Una vez cortadas las piezas, es necesario identificar cuáles se usan para someter a procedimientos y cuáles quedan intactas como testigos a la hora del análisis. Para ello, se usa una letra del abecedario, donde, las vocales simbolizan un testigo y las consonantes una probeta a estudiar.
PRUEBADEDUREZAENESTADOINICIAL
Comohemospresupuestoqueelvástagodelamortiguadorse tratadeunaceroqueestátempladoyrevenido,sehacenecesario verificardichasuposiciónatravésdeunensayodedureza.
Lamisma,sehaceluegoderealizarelcortedelasseccionesdel vástagodeamortiguador,endosprobetascualesquiera.Paraello, seusaundurómetroRockwellaplicandounacargaconocida(150 Kg)conelpenetrador(1/16”)sobrela superficiedelamuestra.
Despuésdeliberarlacarga,semideenlaescalaRockwellC correspondienteelvalordeladureza. SielvalordeDurezanoalcanzalos20RC,entoncessedebe trabajarenotraescalacomoRB,estosimbolizaqueelacerono estáendurecido.
El recocido es un proceso térmico fundamental en la metalurgia que consiste en calentar un material metálico a una temperatura específica y luego enfriarlo lentamente Su principal objetivo es aliviar las tensiones internas, mejorar la ductilidad y restablecer las propiedades mecánicas del metal Este tratamiento es especialmente útil en materiales como el acero y el aluminio, que tienden a endurecerse o agrietarse después de procesos de deformación mecánica
Mediante el recocido, se logran varias ventajas, como la homogeneización de la estructura del material, la mejora de la formabilidad, y la reducción de la dureza Esto permite que los metales sean más fáciles de trabajar en operaciones de fabricación, como el conformado o la soldadura. En la industria, el recocido es vital para obtener componentes que necesiten un equilibrio entre dureza y ductilidad, asegurando así un rendimiento óptimo en aplicaciones mecánicas.
El recocido se realiza a una de las probetas en Horno eléctrico con una temperatura de 860° C por 90 min, dejándose enfriar en el horno lentamente hasta el día siguiente.
El templado es un tratamiento térmico que busca aumentar la dureza y resistencia de los metales, particularmente del acero Este proceso implica calentar el acero a una temperatura elevada, seguido de un enfriamiento rápido, generalmente mediante sumersión en agua o aceite Esta técnica transforma la microestructura del acero, generando una fase más dura y resistente conocida como martensita
El templado es esencial para componentes que deben soportar condiciones de alta tensión y desgaste, como herramientas de corte, resortes y piezas automotrices Aunque el proceso de enfriamiento rápido aumenta la dureza, puede hacer que el material sea más quebradizo, por lo que a menudo se sigue por un revenido. Este segundo tratamiento térmico consiste en calentar nuevamente el metal a una temperatura más baja para aliviar tensiones y aumentar la tenacidad.
Así, el templado no solo mejora la resistencia inicial del material, sino que también optimiza su rendimiento en aplicaciones que requieren durabilidad y fiabilidad, convirtiéndolo en un paso imprescindible en el procesamiento de metales.
El templado se realiza a una de las probetas en Horno eléctrico con una temperatura de 840° C por 40 min, enfriándose en agua por diez segundos aproximadamente, agitando la misma para evitar que la superficie de la probeta entre en contacto con el vapor de agua
PREPARACIÓNDEPROBETASPARAELENSAYODEDUREZA
Unavezrecocidasotempladaslasseccionesaestudiar,esnecesariorealizarlapreparación adecuadadelasmismas,asegurándosedequelasuperficieamedirestétotalmentelimpiaylibre deimpurezas,paraellosimplementesepuedelijarlasuperficieyluegolimpiarlaconalcoholpara librarlasdetodocomponentecontaminante.
ENSAYODEDUREZAENESTADOTEMPLADO Aligualqueenelensayodedurezaenestadoinicial,seusaundurómetroRockwellaplicandouna cargaconocidaconelpenetradorsobrelasuperficiedelamuestra.Despuésdeliberarlacarga,se mideenlaescalaRockwellCcorrespondienteelvalordeladureza. Enestecaso,sielvalordeDurezaalcanzalos55RC,entoncessetratadeunaceroalcarbono,el cualsepuedeconfirmaratravésdeunconteometalográfico
Se seleccionan dos probetas de las obtenidas anteriormente una templada y la otra recocida. Para preparación manual,laprobetamásadecuadaesde aprox. 2 cm de diámetro y 1,5 cm de altura. La probeta se puede extraer cortando el material en frío y la superficie a preparar debe producirse mediante un corteabrasivoconesmeriladora.
En este caso y como se mencionó anteriormente, las probetas obtenidas son de 2cm de altura x 1” de diámetro, se montan, embutidas, en resina termoestable (baquelita), utilizando una prensa con un cilindro de diámetro de acuerdo al diámetro de la probeta, y con condiciones de presión según lo indicado, a una temperatura inferiora150°C.
LUEGODEREALIZADOELMONTAJE,SEREALIZAEL DESBASTE,ESTAOPERACIÓNSEREALIZACONLIJAS NO.240,320,400,600,1200Y2500.LOSEQUIPOSDE DESBASTELLEVANLALIJAMONTADASOBREUNDISCO QUEGIRAAALTAVELOCIDAD(1800RPM)OUNACINTA YTIENESISTEMADEREFRIGERACIÓNINCORPORADO. DESERNECESARIO,SEPUEDEREALIZARUNDESBASTE MANUAL.
LAFORMAMÁSEFICIENTEDEREALIZAREL PROCEDIMIENTOESENDIRECCIÓNPERPENDICULARAL DESBASTEANTERIOR,DEMANERAQUESEELIMINEN LASMARCASDEJADASPORELDISCOMÁSRUGOSO.
ELPULIMENTOSEHACECONUNPOLVOABRASIVO (ALÚMINADE0,3MICRAS).LOSEQUIPOSDEPULIDO TIENENUNDISCOGIRATORIO,SOBREELCUALSE COLOCAUNPAÑO,DETEXTURAADECUADA,QUESIRVE DEVEHÍCULOALABRASIVOYPUEDECONSERVAREL GRADODEHUMEDADQUENECESITALAOPERACIÓN. SEPULE,APOYANDOSUAVEMENTELASUPERFICIEQUE SEPREPARAALPAÑO,PEROSUJETANDO FUERTEMENTELAPROBETA.
ELPULIDOSEHACEENDOSOTRESETAPAS,USANDO ABRASIVOSDESDEAPROXIMADAMENTE2MICRAS HASTA1/20MICRASALGUNASVECES. TERMINADACADAETAPASELAVALASUPERFICIE PREPARADA,DEJANDOCAERUNCHORRODEAGUA SOBREELPAÑOYMANTENIENDOLAPROBETAENLA MISMAPOSICIÓNDEPULIDO.ASÍ,ELAGUAYELMISMO PAÑO,ARRASTRANLASPARTÍCULASDEMETALY/O ABRASIVOQUEPORSUPEQUEÑOTAMAÑOSE ADHIERENELECTROSTÁTICAMENTEALASUPERFICIE.
2
La probeta recocida montada en baquelita verde y negro se preparó y se realizó el ataque químico
Primer ataque por inmersión por 4sg observó en el microscopio.
Segundo ataque por 2 sg. Tercer ataque por 2 sg.
La probeta templada montada en baquelita verde y negro se preparó y se realizó el ataque químico
Sin ataque
Ataque químico únic durante 5 seg.
Al medir la probeta sometida al temple se obtiene una dureza con el ensayo Rockwell C, con valores de:
El hecho de que el acero tenga durezas de 52 a 55 RC es un indicativo de que el temple fue efectivo. En general, los aceros templados presentan durezas significativamente más altas que los aceros no tratados o solo tratados con técnicas menos agresivas.
CONESTOSECONCLUYEQUEENEFECTOESUNACEROALCARBONO.SIN EMBARGO,HASTANOREALIZARELCONTEOMETALOGRÁFICO,NOPODEMOS CLASIFICARLOPORLASNORMASSAE(DEIGUALMANERAQUEDADESCARTADO TOTALMENTEQUENOESUNACEROSAE4340).
Una vez realizado el conteo metalográfico se obtiene 42% de perlita, para clasificarlo según las normas SAE, se determina el porcentaje de carbono a fin de identificar el acero.
Como el acero estudiado es hipoeutéctoide, el porcentaje de perlita se obtiene al despejar �� en la ecuación:
En efecto, el acero del cual se encuentra compuesto el vástago del amortiguador es un ACERO SAE 1035
La identificación del acero del vástago de un amortiguador como SAE 1035 permite a los ingenieros seleccionar tratamientos térmicos y procesos de fabricación adecuados, optimizando así el rendimiento y la durabilidad de los componentes mecánicos en aplicaciones automotrices.
Los resultados del ensayo de dureza, que mostraron un promedio de 54.83 RC, indican que el acero tiene propiedades mecánicas adecuadas para soportar las cargas y condiciones de operación a las que está expuesto, lo que es crucial para la seguridad y eficiencia del vehículo.
Se recomienda realizar estudios adicionales sobre la resistencia a la corrosión y el desgaste del acero SAE 1035 en condiciones de operación reales, así como comparar su desempeño con otros aceros utilizados en componentes mecánicos, para mejorar la selección de materiales en la industria automotriz.
Considerar la implementación de ensayos de fatiga y resistencia a la fractura en futuros estudios, para evaluar la durabilidad del acero en condiciones de carga cíclica, lo que es esencial para componentes críticos como los amortiguadores.
Contribución al conocimiento Optimización de procesos Futuras Investigaciones
Este estudio contribuye al conocimiento sobre la identificación de materiales en la ingeniería, promoviendo prácticas de calidad en la fabricación
La identificación adecuada del acero permite optimizar procesos de fabricación y mantenimiento, mejorando la seguridad y rendimiento de los vehículos
Se recomienda investigar otros tipos de acero, como el 4140, y sus aplicaciones en diferentes componentes mecánicos, para ampliar el conocimiento en el área