Carlos Puga Patlán

Although quenching is one of the most widely used heat treatments in the metal-mechanical industry to improve the mechanical properties of steels, it is also responsible for the generation of residual stress, distortion, and fractures in the treated parts. The high-temperature gradients present during quenching and martensitic transformation are the main failure mechanisms. Cooling is the critical quenching stage where several variables that need to be controlled are involved in reducing these problems. The objective of this research was to evaluate the main variables in the quenching process in SAE 4340 steels, which promote distortion, residual stress accumulation, and fracture failures. A 2ᴷ factorial experiment was designed, samples with C-ring geometry susceptible to changes in quenching variables were used, and the variables studied were the agitation and temperature of the quenching medium. Experimental measurements, statistical tools and modeling were used to evaluate and predict the distortion generated in quenched samples. Such tools include Minitab 21^® software and its statistics utilities. Furthermore, a finite element method model was carried out using STFC Deform^®. The results suggest that there are optimal conditions in the quenching process to minimize distortion and residual stresses and to improve mechanical properties of quenched parts; therefore, the methods used in this work could be useful to detect and control the appearance of defects in an industrial environment.

El temple es uno de los tratamientos térmicos más utilizados en la industria Metal-Mecánica y Metalúrgica para mejorar las propiedades mecánicas en los aceros empleando altas velocidad de enfriamiento que permiten la transformación de austenita a martensita. Sin embargo, el temple involucra diversos fenómenos acoplados físicos-térmicos-mecánicos los cuales son difícil de controlar y predecir, exponiendo la calidad de las piezas templadas cuando no se cuenta con un óptimo diseño del proceso. La presente investigación tiene como objetivo evaluar el efecto de la posición de inmersión de las piezas y de agitación del medio líquido, sobre la extracción de calor representado por las curvas de enfriamiento, lo anterior permitirá determinar con mayor exactitud el coeficiente de transferencia de calor (CTC) en piezas de un acero en forma de “C” de tipo SAE 4340. Se diseñó y construyó un sistema de enfriamiento controlando (agitación del líquido y la posición de inmersión). Los resultados obtenidos permitieron analizar la historia térmica del enfriamiento de las muestras mediante curvas de enfriamiento y se calculó el coeficiente de transferencia de calor a través de elementos finitos.