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Tratamientos térmicos superficiales en la industria automotriz, Exámenes de Ingeniería Térmica

Este documento aborda los diferentes tratamientos térmicos superficiales utilizados en la industria automotriz para mejorar las propiedades de los componentes de acero. Se explica en detalle el proceso de temple por llama, el granallado y los tratamientos de cementación y carbonitruración, incluyendo la preparación de la pieza, la configuración del equipo, la introducción de los gases, la difusión de los elementos y los tiempos de tratamiento. También se discuten los criterios clave para seleccionar el tratamiento térmico adecuado, como la dureza requerida, el grosor de la capa endurecida, el material de la pieza y los requisitos de acabado superficial. Además, se mencionan los tipos de acero más apropiados para cada tratamiento. Este documento sería muy útil para estudiantes universitarios y profesionales de la industria automotriz que buscan comprender en profundidad los principios y aplicaciones de los tratamientos térmicos superficiales.

Tipo: Exámenes

2023/2024

Subido el 06/05/2024

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Nombre : JULIAN RICARDO HOYOS PAMPLONA Código: 79287
1. ¿Cuál de los siguientes es el componente más duro del acero?
a) Ledeburita c) bainita
b) Austenita d) martensita
2. ¿Cuál de los siguientes materiales en la estructura final del acero aumenta la
resistencia del acero?
a) Martensita b) perlita
c) Ledeburita d) Austenita
3. ¿Cuál de los siguientes se define como la capacidad de la estructura para
transformarse en martensita?
a) templabilidad b) fuerza
c) dureza d) Tenacidad
4. Si en un fotograma a 250x se tiene un conteo de 21 granos por pulgada cuadrada a
esa magnificación, ¿Cuál número ASTM de tamaño de grano le corresponde? Muestre
las operaciones aritméticas correspondientes.
Si se cuentan 21 granos/in2 a 250X, entonces a 100X deben ser:
N = (250/100)2 (21) = 100 granos/in.2 = 2n-1
21(250/100)2
=131.25
Log 131.25 = .301(n-1)
(2.118/.301)+1= 8.036
Resultado: 8.036
5. Si tenemos un acero al carbono con el 0.7% de Carbono como único aleante, Y su
número de tamaño de grano ASTM = 7, Calcular su diámetro crítico.
el diámetro crítico para este acero al carbono con 0.7% de carbono y número de
tamaño de grano ASTM = 7, según la tabla de Jominy con un diámetro ideal de
0.283 pulgadas, es igual a 0.283 pulgadas.
6. ¿Cuál valor de dureza superficial podemos esperar?
la tabla de Jominy especifica una dureza de 65 HRC para este acero
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¡Descarga Tratamientos térmicos superficiales en la industria automotriz y más Exámenes en PDF de Ingeniería Térmica solo en Docsity!

Nombre : JULIAN RICARDO HOYOS PAMPLONA Código: 79287

  1. ¿Cuál de los siguientes es el componente más duro del acero? a) Ledeburita c) bainita b) Austenita d) martensita
  2. ¿Cuál de los siguientes materiales en la estructura final del acero aumenta la resistencia del acero? a) Martensita b) perlita c) Ledeburita d) Austenita
  3. ¿Cuál de los siguientes se define como la capacidad de la estructura para transformarse en martensita? a) templabilidad b) fuerza c) dureza d) Tenacidad
  4. Si en un fotograma a 250x se tiene un conteo de 21 granos por pulgada cuadrada a esa magnificación, ¿Cuál número ASTM de tamaño de grano le corresponde? Muestre las operaciones aritméticas correspondientes. Si se cuentan 21 granos/in^2 a 250X, entonces a 100X deben ser: N = (250/100)^2 (21) = 100 granos/in.^2 = 2 n - 21(250/100)^2 =131. Log 131.25 = .301(n-1) (2.118/.301)+1= 8. Resultado: 8.
  5. Si tenemos un acero al carbono con el 0.7% de Carbono como único aleante, Y su número de tamaño de grano ASTM = 7, Calcular su diámetro crítico. el diámetro crítico para este acero al carbono con 0.7% de carbono y número de tamaño de grano ASTM = 7, según la tabla de Jominy con un diámetro ideal de 0.283 pulgadas, es igual a 0.283 pulgadas.
  6. ¿Cuál valor de dureza superficial podemos esperar? la tabla de Jominy especifica una dureza de 65 HRC para este acero
  1. Si otro acero cuyo número de tamaño de grano ASTM = 5, y con el 0.7% de carbono además tuviera estos aleantes Mn = 1.25; %; Si=0.75%, Ni= 0.65 %, Cr=0.36%. Calcular su diámetro crítico 0.3345.255=1. 1.755171.455=2. 2.553772351.237=3. 3.15901641.7760= 5. El diámetro critico seria 5.61 pulgadas
  2. ¿Cuál valor de dureza superficial podemos esperar? Según la tabla Jominy tendría una dureza entre 1.0 a 1.
  3. Describa e ilustre con dibujos de la estructura microcristalina de 5 tipos de fundición de hierro. a) Hierro fundido gris: Matriz de perlita con grafito en forma de hojuelas La fundición gris es la más común y se caracteriza por tener grafito en forma de láminas en su matriz metálica. Esto le da un aspecto gris característico cuando se fractura. Es conocida por su buena maquinabilidad, pero baja resistencia y ductilidad. b) Hierro fundido nodular/dúctil: Matriz de perlita o ferrita con grafito esferoidal. La fundición nodular, también conocida como fundición dúctil, contiene grafito en forma de esferas. Estas esferas de grafito proporcionan una mayor ductilidad y resistencia en comparación con la fundición gris y pueden soportar cargas más altas. c) Hierro fundido maleable: Matriz de perlita o ferrita con grafito en forma de rosetas. La fundición maleable se obtiene a través de un tratamiento térmico posterior a la fundición gris, que da lugar a la formación de pequeñas esferoiditas de grafito en la matriz metálica. Esto proporciona una mayor ductilidad y resistencia en comparación con la fundición gris. d) Hierro fundido blanco: Matriz con carburos de hierro (cementita). En la fundición blanca, el grafito está ausente y en su lugar, la matriz metálica está compuesta principalmente de cementita (Fe3C), lo que le da un color blanco. Tiene una mayor resistencia pero menor ductilidad que la fundición gris.

Calentamiento de la superficie: Se aplica la llama al área de la pieza que se desea endurecer. La temperatura a la que se calienta la superficie depende del tipo de acero y de la profundidad de endurecimiento requerida. Por lo general, se calienta a una temperatura crítica que está por encima de la temperatura de transformación austenítica del acero. Mantenimiento de la temperatura crítica: Una vez que la superficie alcanza la temperatura crítica, se mantiene a esa temperatura durante un período de tiempo específico para permitir que la austenita se forme en la estructura del acero. Enfriamiento rápido: Después de alcanzar la temperatura crítica y permitir que se forme la austenita, la pieza se enfría rápidamente. Esto se puede lograr mediante el uso de un chorro de agua, aceite u otro medio de enfriamiento. El enfriamiento rápido transforma la austenita en martensita, que es la fase endurecida del acero. Temple secundario: En algunos casos, se puede realizar un temple secundario para reducir las tensiones residuales y mejorar la estabilidad dimensional de la pieza. Esto implica calentar la pieza a una temperatura más baja y luego enfriarla lentamente. Inspección y acabado: Una vez completado el proceso de temple, la pieza se inspecciona para garantizar que se haya logrado el endurecimiento superficial deseado. Luego, se puede realizar un acabado adicional, como rectificado o pulido, según sea necesario. El temple superficial por llama es un proceso efectivo para mejorar la resistencia al desgaste de las piezas de acero, pero es importante realizarlo con cuidado y precisión para evitar deformaciones no deseadas o agrietamientos en la pieza.

  1. (25% del parcial) Señale que tipos de acero utilizaría Usted en qué sitios de esta estructura Automotriz. Y en qué criterios se basa Usted para cada selección. Use al menos 4 tipos diferentes de acero.

Si prefiere puede usar esta otra estructura para su respuesta:

  1. Aceros de alto límite elástico (HSLA) para componentes estructurales del chasis y carrocería que requieren alta resistencia y bajo peso.
  2. Aceros inoxidables austeníticos para partes expuestas al ambiente y resistencia a la corrosión (parachoques, silenciadores, etc).
  3. Aceros de baja aleación y templados para componentes de suspensión y dirección que requieren resistencia y tenacidad.
  4. Fundiciones de hierro nodular/dúctil para bloques de motor y cabezas por su buena maquinabilidad y resistencia. Los criterios son resistencia, tenacidad, peso, costo, resistencia a la corrosión y ambiente de trabajo.
  5. Describa el tratamiento mecánico del granallado o bombardeo superficial con esferas. El tratamiento mecánico de granallado, también conocido como bombardeo superficial con esferas, es un proceso utilizado para mejorar las propiedades superficiales de las piezas metálicas. Consiste en proyectar una corriente de esferas metálicas o abrasivas contra la superficie de la pieza a alta velocidad utilizando un equipo de granallado. Preparación de la pieza: Antes de comenzar el proceso de granallado, la pieza se limpia y se prepara adecuadamente para eliminar cualquier contaminante superficial, como óxido, grasa o aceite. Esto asegura una adhesión adecuada de las esferas y un resultado efectivo del tratamiento. Selección del material abrasivo: Se elige un material abrasivo adecuado para el proceso de granallado, que puede ser acero, cerámica, vidrio o materiales plásticos, dependiendo de las propiedades superficiales deseadas y del material de la pieza.

Difusión del carbono: Durante el proceso de cementación, el carbono en el gas carbonizante difunde en la capa superficial de la pieza de acero debido a la diferencia de concentración de carbono entre la superficie y el interior del material. Esto resulta en la formación de una capa superficial endurecida con alta concentración de carbono. Tiempo de tratamiento: El tiempo de tratamiento en el horno de cementación puede variar dependiendo del tipo de acero y de la profundidad de la capa endurecida deseada. Por lo general, el proceso puede durar varias horas para permitir una difusión adecuada del carbono en la capa superficial. Enfriamiento y acabado: Una vez completado el proceso de cementación, la pieza se enfría lentamente para evitar tensiones internas y agrietamientos. Luego, se puede realizar un acabado adicional, como rectificado o pulido, según sea necesario. El acero adecuado para el tratamiento térmico de cementación es aquel que tiene una composición química adecuada para la difusión efectiva del carbono en la capa superficial. Los aceros de bajo contenido de carbono, como los aceros al carbono y los aceros de baja aleación, son los más comúnmente utilizados para la cementación, ya que permiten una mayor absorción de carbono en la capa superficial sin causar problemas de fragilidad.

  1. Describa el tratamiento térmico de la Carbonitruración. ¿Cuáles son las diferencias obtenidas con este tratamiento respecto a la cementación La carbonitruración es un proceso de tratamiento térmico utilizado para mejorar las propiedades superficiales de las piezas de acero al introducir simultáneamente carbono y nitrógeno en la capa superficial de la pieza. Este proceso combina los beneficios de la cementación y la nitruración para producir una capa superficial endurecida con una mayor resistencia al desgaste, la abrasión y la fatiga. Preparación de la pieza: Al igual que con otros procesos de tratamiento térmico, la pieza se limpia y se prepara adecuadamente antes de la carbonitruración para eliminar cualquier contaminante superficial que pueda afectar el resultado del tratamiento. Configuración del horno de carbonitruración: La pieza se coloca en un horno de carbonitruración que se calienta a una temperatura específica, generalmente en el rango de 850°C a 950°C (1562°F a 1742°F), similar a la temperatura utilizada en la cementación. Introducción del gas carbonitrurante: Se introduce un gas carbonitrurante en el horno de carbonitruración, que es una mezcla de gas metano (para proporcionar carbono) y amoníaco (para proporcionar nitrógeno). Este gas proporciona las fuentes de carbono y nitrógeno necesarias para la carbonitruración del acero. Difusión de carbono y nitrógeno: Durante el proceso de carbonitruración, tanto el carbono como el nitrógeno en el gas carbonitrurante difunden en la capa superficial de la pieza de acero debido a la diferencia de concentración entre la superficie y el interior del material. Esto resulta en la formación de una capa superficial endurecida y con una alta concentración de carbono y nitrógeno.

Tiempo de tratamiento y profundidad de la capa: El tiempo de tratamiento y la profundidad de la capa endurecida en la carbonitruración pueden ajustarse según las necesidades específicas de la aplicación. Por lo general, el proceso puede durar varias horas para permitir una difusión adecuada del carbono y el nitrógeno en la capa superficial. Las diferencias con la cementación:

  • En la carbonitruración, además del carbono, se introduce también nitrógeno en la capa superficial, lo que produce una capa endurecida con una mayor resistencia al desgaste y la fatiga en comparación con la cementación.
  • La presencia de nitrógeno en la capa endurecida también puede mejorar la resistencia a la corrosión y la oxidación en comparación con la cementación.
  • La carbonitruración tiende a producir una capa superficial más delgada pero más dura en comparación con la cementación, debido a la acción conjunta del carbono y el nitrógeno.