Tratamientos térmicos

Materiales. Aceros. Hornos. Enfriamiento. Recocido. Temple. Revenido. Remplabilidad. Ensayos Jornini

  • Enviado por: Cesar Rodriguez
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
  • 43 páginas
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ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

  • Definición y características de los tratamientos térmicos

  • Tipos de tratamientos térmicos

  • Desarrollo de los tratamientos térmicos.

  • Hornos utilizados para los tratamientos térmicos

  • Definición, características y desarrollo del normalizado

  • Enfriamiento del normalizado

  • Definición, característica y desarrollo de: Recocido,

  • Definición, característica y desarrollo de temple

  • Definición, característica y desarrollo de revenido..

  • Templabilidad (definición, característica y desarrollo).

  • Ensayos Jomini ( definición, características y desarrollo)

  • CONCLUSION

    BIBLIOFRAFIA

    INTRODUCCION

    El acero es una aleación de hierro con carbono en una proporción que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades.

    Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura características, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.

    TRATAMIENTOS TÉRMICOS

    1. GENERALIDADES

    En principio, los únicos tratamientos que se utilizaban eran los tratamientos térmicos, el objeto de estos era mejorar las propiedades mecánicas de los metales, obteniendo algunas veces mayor dureza y resistencia mecánica, y otras mayor plasticidad para facilitar su conformación. Por inducción se extendió más tarde la denominación de tratamientos a otros procesos, como la segmentación, cianuración etc.

    1.1 DEFINICIÓN

    Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas a que se someten los aceros para conseguir las propiedades y características más adecuadas a su empleo o transformación. No modifican la composición química pero sí otros factores tales como los constituyentes estructurales y como consecuencia las propiedades mecánicas.

    1.2 CARACTERÍSTICAS

    Una característica fundamental de los tratamientos térmicos es que estos son realizados al acero, y su meta principal es trabajarlo de manera óptima para lograr tener materia prima y productos terminados con el fin de lograr un desarrollo en determinadas industrias.

    2. TIPOS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS

    Los principales tratamiento térmicos aplacable en el acero son:

    • Temple

    • Revenido

    • Recocido

    • Cementación

    • Nitruración

    • Carbo nitruración

    Un tratamiento de temple seguido de un revenido, se denomina corrientemente bonificación.

  • DESARROLLO DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS

  • Los tratamientos térmicos se desarrollan en tres fases:

  • CALENTAMIENTO HASTA LA TEMPERATURA MÁXIMA.

  • De cuanto queda expuesto que para el buen éxito del temple es necesario conocer la temperatura a la que, durante el enfriamiento se inicia la formación sartencita para escoger en base de ella el enfriamiento mas adecuado.

    Esta temperatura se representa generalmente por Ms y depende esencialmente de la composición del acero. En los aceros al carbono es inversamente proporcional al contenido del mismo.

    A titulo orientativo se puede considerar:

    • Para aceros hipoeutectoides: C"0.10% Ms 500 ºC

    • Para aceros eutectoides: C=0.87% Ms 220ºC.

    • Para aceros hipereutectoide: C>0.87% Ms "150ºC

    El fenómeno se puede explicar en líneas generales, considerando la cantidad de Fe3c contenida en la austerita, es decir la concentración de carbono en el hierro.

  • PERMANENCIA A LA TEMPERATURA MAXIMA

  • Para conseguir un buen temple es necesario calentar el acero y mantenerlo durante un cierto tiempo, a una temperatura tal que provoque la autenitización completa de la estructura. En consecuencia, la temperatura de calentamiento depende del contenido de carbono.

    • Para los aceros hipoeutectoide, es superior al punto crítico Ac3.

    • Para los aceros hipoeutectoide, es superior al punto crítico AC1.

    En general, esta temperatura la señala el proveedor, y normalmente de unos 40ºC a 50ºC por encima del punto critico.

    Una temperatura demasiado alta engrosa demasiado el grano austenitico, aumentando la fragilidad y las tensiones internas en la pieza templada.

    En la siguiente tabla se indica, a titulo orientativo las temperaturas de austenitizacion de algunos aceros al carbono,

    Porcentaje de carbono: 0,4 - 0.5 - 0.8 - 1.2

    Temperatura de austenitizacion respectivamente ºC: 850 - 820

    780 - 770.

  • ENFRIAMIENTO DESDE LA TEMPERATURA MAXIMA HASTA LA TEMPERATURA AMBIENTE.

  • Los sistemas de enfriamiento utilizados para los tratamientos térmicos s eligen tomando en cuenta tres parámetros: Composición del metal a tratar dimensiones de la pieza y propiedades a obtener.

  • HORNOS UTILIZADOS PARA LOS TRATAMIENTOS TERMICOS

  • El horno es el elemento principal de los tratamientos térmicos es un instrumento constituido por una caja susceptible de calentamiento y que permite el control y la regulación del tiempo, de la temperatura, de la atmósfera, y de las velocidades de calentamiento y de enfriamiento.

    Tipos de hornos

    • Calentamiento: Eléctrico (por resistencia, por inducción), a Gas, a fuel Oil.

    • Según la atmósfera reinante en el horno: Vació, Neutra (Argon, Helio, Nitrógeno), Reductora (Exogas, Endoga, Amoniaco Disociado, Hidrogeno de atmósfera sintética.

    • Según la Solera: Discontinua, Continua, (Horizontal, Vertical).

    Todos nuestros hornos se caracterizan por su adecuación o adaptación a la aplicación concreta exigida. Dicha exigencia se refiere siempre a aspectos de:

  • Comodidad y funcionalidad operativa.

  • Dimensionado de la cámara de tratamiento paticularizando en función del tipo de piezas a tratar.

  • Fabricación adaptada a las diversas fuentes de energía.

  • HORNOS PARA TEMPLES / RECOCIDO:

    Se diseña para poder alcanzar unas temperatura de trabajo de 1100 ºC - 1400 ºC, máximas capaces de provocar el cambio necesario de la estructura metalografica del metal a tratar.

    En la versión de horno eléctrico se prevé una entrada de gas protector (generalemte nitrógeno) a la cámara de tratamiento con el fin de proteger a las piezas a tratar contra la descarburación.

    Cuando se trata de hornos a combustible liquido o gaseoso la regulación del circuito de combustión permite obtener en la cámara de tratamiento una atmósfera oxidante, neutra o reductora.

    En este caso los quemadores a instalar son básicamente de dos tipos en función del sistema de aportación del aire necesario para la combustión.

    Hornos según el sistema de calentamiento: El calentamiento por gas tiene como ventaja la economía y como inconveniente la dificultad del control de la temperatura.

    El sistema de resistencia eléctrica que aprovecha el calor generado según la ley Joule. La dispocision de la resistencia da nombre a los hornos, que son de tipo mufla o cajas.

  • NORMALIZADO

  • DEFINICIÓN Y GENERALIDADES

  • Consiste el normalizado en calentar el acero a una temperatura de 40º a 50º superior a la crítica (Ac3), y una vez que haya pasado todo el metal al estado austenítico, se deja enfriar al aire tranquilo.

    'Tratamientos térmicos'

    Representación Esquemática del Normalizado

    en un diagrama TTT

  • CARACTERÍSTICAS

  • Se diferencia el normalizado, del recocido de regeneración y del temple, en que el enfriamiento es mucho más lento en el recocido (dentro del horno) y mucho más rápido en el temple (en agua, etc.)

    El objeto del normalizado es volver el acero al estado que se supone normal, pues de haber sufrido tratamientos defectuosos, o bien después de haber trabajado en caliente o en frío por forja, laminación, etc. Se consigue así afinar su estructura y eliminar tensiones internas.

    Se emplea casi exclusivamente para aceros al carbono de baja aleación: 0,15 a 0,50 por ciento de C.

    El resultado de ese tratamiento depende del espesor de la pieza, debido a que las velocidades de enfriamiento son mayores en las piezas delgadas que en las piezas gruesas.

    NORMALIZADO DE ACERO SOBRECALENTADO

    5.1.4 TEMPERATURAS DE NORMALIZADO Y CARACTERÍSTICAS OBTENIDAS EN ACEROS AL CARBONO DE 25 MM DE DIÁMETRO

    ºC

    Temperaturas

    R

    Kg/mm2

    E

    Kg/mm2

    A

    %

    0

    Kg/mm2

    0.15

    925

    45

    27

    27

    23

    0.30

    880

    58

    35

    20

    16

    0.50

    840

    70

    42

    16

    7

    6. ENFRIAMIENTO DEL NORMALIZADO

    El tratamiento térmico de normalización del acero se lleva a cabo al calentar aproximadamente a 20ºC por encima de la línea de temperatura crítica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente. El propósito de la normalización es producir un acero más duro y más fuerte que con el recocido total, de manera que para algunas aplicaciones éste sea el tratamiento térmico final. Sin embargo, la normalización puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendríticas de piezas de fundición, refinar el grano y homogeneizar la micro estructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento.

     

    El hecho de enfriar más rápidamente el acero hace que la transformación de la austenita y la micro estructura resultante se vean alteradas, ya que como el enfriamiento no se produce en condiciones de equilibrio, el diagrama hierro-carburo de hierro no es aplicable para predecir las proporciones de ferrita y perlita proeutectoide que existirán a temperatura ambiente. Ahora, se tendrá menos tiempo para la formación de la ferrita proeutectoide, en consecuencia, habrá menos cantidad de esta en comparación con los aceros recocidos. Aparte de influir en la cantidad de constituyente proeutectoide que se formará, la mayor rapidez de enfriamiento en la normalización también afectará a la temperatura de transformación de austenita y en la fineza de la perlita. El hecho de que la perlita (que es una mezcla eutectoide de ferrita y cementita) se haga más fina implica que las placas de cementita están más próximas entre sí, lo que tiende a endurecer la ferrita, de modo que esta no cederá tan fácilmente, aumentando así la dureza. El enfriamiento fuera del equilibrio también cambia el punto eutectoide hacia una proporción de carbono más baja en los aceros hipoeutectoides y más alta en los aceros hipereutectoides. El efecto neto de la normalización es que produce una estructura de perlita más fina y más abundante que la obtenida por el recocido, resultando un acero más duro y más fuerte.

    7. RECOCIDOS.

    7.1 DEFINICIÓN.

    El fin principal de los recocidos del acero es ablandar el material para poder trabajarlo mejor. Hay diversas clases de recocidos, que se diferencian en la temperatura máxima a que debe calentarse el acero y en las condiciones y velocidades de enfriamiento. Atendiendo a la temperatura máxima del calentamiento, pueden dividirse en recocidos supercríticos, en los que se calienta el acero a temperaturas superiores a las críticas Ac3, o AC, (austenización completa), o a temperaturas sólo superiores a las Ac3 y A3 (austenización incompleta), y recocidos subcríticos en los que se calientan a temperaturas inferiores a las temperaturas críticas Ac1 o Ac321.

    Además, se emplean los recocidos denominados isotérmicos de austenización completa con calentamientos superiores a las temperaturas críticas Ac3 o Ac y los recocidos isotérmicos de austenización incompleta con calentamientos sólo superiores a las temperaturas críticas Ac1 o Ac321. Estos recocidos se distinguen de todos los anteriores en que se transforma la austenita a una temperatura constante.

    7.2 CARACTERÍSTICAS

    El recocido se aplica en los aceros preferiblemente para ablandar el material y poderlo trabajar mejor, es un proceso que ayuda a obtener piezas de mejor y trabajado excelente.

    7.3 TIPOS DE RECOCIDO, DEFINICIONES, GENERALIDADES, CARACTERÍSTICAS Y CURVAS DE ENFRIAMIENTO

    • Recocidos supercríticos

    De austenización Completa o recocido de regeneración

    Consiste en calentar por encima de la temperatura crítica para transformar todo el acero en austenita, enfriándolo después de forma lenta hasta 500º C. Posteriormente se deja enfriar al aire. Se obtiene ferrita y perlita o cementita y perlita. Se utiliza en aceros con más del 0.6% de carbono

    De austenización incompleta. (Recocido globular de austenización incompleta)

    Se calienta a una temperatura intermedia de tal forma que se transforme la cementita en austenita. Se enfría muy lentamente hasta 500º C y se enfría al aire. Se obtiene estructura globular de cementita y ferrita que hace ablandar el material. Se utiliza para aceros bastante carburados y se obtienen aceros aleados para herramientas.

    • Recocidos subcríticos

    • Recocido globular

    Consiste en calentar el acero a una temperatura inferior y muy próxima a la crítica inferior AC, o Aca, y enfriarlo después muy lentamente; en este proceso la cementita tiende a adoptar la estructura globular tanto más perfecta cuanto más próxima sea la temperatura máxima del recocido y la crítica inferior AC, Aca. La globalización en este recocido globular es tanto o más rápida cuanto más fina es la estructura inicial

    • Recocido de ablandamiento

    No se produce una transformación total en austenita; se deja enfriar la pieza al aire, y es prácticamente igual que el revenido, se emplea para aceros aleados y se obtiene calentando el acero a una temperatura inferior a la critica Ac, A32. Dejando después la pieza al aire. Las temperaturas mas apropiadas oscilan entre 700 y 725 c

    • Recocido contra acritud.

    Consiste en un calentamiento a una temperatura de 600 a 700 C, seguido de un enfriamiento al aire o dentro del horno si se quiere evitar la oxidación del acero. En general se aplica este tratamiento para el recocido del fleje, alambre, etc, que se obtiene partiendo de aceros hipoeutectoides, o sea de menos de 0.89 % de carbono y, por tanto, formados por ferrita y perlita. Lo mas es que el acero sea de menos de 0.30 % de carbono y por tanto la mayor parte de la masa esta formada por granos de ferrita, que quedan estirados después del trefilado o laminado

    • Recocido de estabilización

    Tiene por objeto eliminar las tensiones internas que quedan frecuentemente en las piezas complicadas después del modelo o después de ser mecanizadas, y que con el tiempo pueden acabar por deformarla. En realidad, con este recocido se logra acelerar la estabilización del material, y de hay su nombre.

  • ENFRIAMIENTO DEL RECOCIDO

  •  

    Este proceso consiste en el calentamiento del acero a la temperatura adecuada durante un tiempo y luego enfriar muy lentamente en el interior del horno o en algún material aislaste del calor. Debido al enfriamiento lento el proceso puede ser asociado al diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro, que en nuestro caso se trata de una muestra de acero hipoeutectoide y corresponde el proceso al diagrama siguiente representado en la figura.

    El propósito general del recocido es refinar el grano, proporcionar suavidad, mejorar las propiedades eléctricas y magnéticas y, en algunos casos, mejorar el maquinado.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Partiendo de una muestra de acero hipoeutectoide (0.2% de carbono en la figura 1), calentamos progresivamente. En la fig. 1a se observa la micro estructura de las fases perlita y ferrita. Al calentar y traspasar la línea crítica inferior (A1), la perlita se transformará en pequeños granos de austenita por medio de la reacción eutectoide, dejando la ferrita inalterada (fig.1b). Al seguir calentando y traspasar la línea crítica superior (A3) los granos grandes de ferrita se transformarán en pequeños granos de austenita con lo que se obtendrá una micro estructura de austenita con granos muy pequeños (fig. 1c). Dejando enfriar lentamente la muestra se formarán pequeños granos de ferrita proeutectoide y pequeñas áreas de gruesa perlita laminar (fig.1d). La temperatura adecuada para el recocido en el acero hipoeutectoide es de aproximadamente 10º C por encima de la línea A3. Si realizamos un estudio microscópico de las proporciones de ferrita y perlita presentes en un acero recocido, permitirá determinar el contenido de carbono aproximado en el acero, ya que el contenido de ferrita proeutectoide relativo al contenido de perlita sigue una relación lineal con respecto al contenido de carbono.

    8. TEMPLE

    8.1 DEFINICIÓN

    Es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento, generalmente rápido con una velocidad mínima llamada "crítica".

    8.2 GENERALIDADES

    El temple de los aceros consiste en un calentamiento a temperatura suficientemente elevada para transformar toda la masa del acero en austenita, seguido de un enfriamiento suficientemente rápido para transformar la austenita en martensita

    En la práctica, sin embargo, como luego veremos, no interesa transformar la totalidad de la masa de los aceros hipereutectoides (de más de 0.89 por ciento de carbono) en austenita, pues la cementita, que no se ha transformado y queda, por tanto, en la pieza después del temple, es aún más dura que la martensita.

    Productos de transformación de la austenita obtenidos según la velocidad de enfriamiento de un acero al carbono de 0.45 % de C.

    Tampoco se transforma en la práctica la totalidad de la austenita formada, en martensita, en muchos casos porque es imposible conseguir una velocidad de enfriamiento suficientemente rápida en la totalidad de la masa de las piezas muy grandes, y en otros porque no interesa obtener este constituyente, sino otros como bainita, etc. como ocurre en algunas variedades del temple.

    8.3 PRIMERA FASE DEL TEMPLE: EL CALENTAMIENTO

    Esta fase tiene por objeto, en teoría, transformar toda la masa del acero en austenita. Su desarrollo esta definido por tres variables: velocidad de elevación de temperatura, permanencia a la temperatura limite y temperatura limite.

    Temperatura limite del temple:

    Se define la temperatura límite de temple como la mínima que debe alcanzar un acero de una composición determinada, para que toda su masa pueda transformarse en cristales de austenita. Esta condición debe cumplirse rigurosamente en los aceros hipoeutectoides (de menos de 0.89% de carbono) para que el temple obtenido sea perfecto En los aceros hipereutectoides, teóricamente y de acuerdo con lo dicho, también debería exigirse que a la temperatura limite de temple toda la masa del acero quedase transformada en austenita. Prácticamente sin embargo, se obtiene tan buenas o mejores características del acero templado sin llegar a la austenización completa de la masa, o sea, rigurosamente hablando con un temple imperfecto.

    Temperatura de temple recomendada para los aceros al carbono hipoeutectoides.

    8.4 SEGUNDA FASE DEL TEMPLE: EL ENFRIAMIENTO

    Tiene por objeto, en teoría, transformar la totalidad de la austenita formada en martensita, aunque en alguna variedad de temple el constituyente final deseado es la bainita.

    El factor que caracteriza a la fase de enfriamiento es la velocidad de enfriamiento mínimo para que tenga lugar la formación de la martensita. Esta velocidad se denomina velocidad crítica de temple. Para aclarar mejor este concepto, seguiremos el proceso de enfriamiento de un acero eutectoide, o sea, de 0,89 por ciento de C, cuya temperatura teórica de transformación de la austenita es 723°.

    Supongamos que lo calentamos hasta 773°, es decir a A3 + 50°. Este margen de 50° se da para tener la seguridad de que se ha rebasado la temperatura límite de austenización a la velocidad de calentamiento que prácticamente se emplee. Supongamos, por tanto, que al terminar de elevarse la temperatura hasta la indicada, y después de mantener el acero en ella el tiempo necesario, todo el material se ha transformado en austenita. A continuación se enfría al acero a distintas velocidades, representadas por las líneas verticales

    Procesos de enfriamiento desde el estado austenítico de una aleación hierro - Carbono eutectoide a diferentes velocidades de enfriamiento y productos obtenidos en la transformación de la austenita.

    I, II, III, IV y V, y examinemos lo ocurrido en cada uno de estos cinco procesos de enfriamiento.

    Línea I. - Enfriamiento lento en el interior, del horno. La transformación

    de la austenita tiene lugar en el punto Ar, a unos 700°, es decir, con sólo 23º C de retraso de la temperatura crítica de equilibrio A1 = 723°. El constituyente finalmente obtenido es perlita de poca dureza (200 HB), que crece cuanto más fina es su estructura, es decir, cuanto mayor es la velocidad de enfriamiento. El proceso, en realidad, ha sido el de un recocido de regeneración.

    Línea II. - Enfriamiento menos lento. La transformación de la austenita se retrasa más y tiene lugar a unos 650°, siendo el constituyente formado sorbita, cuya dureza, 320 HB, es superior a la de la perlita.

    Línea III.- Enfriamiento medianamente rápido. La transformación de la austenita tiene lugar a 600°, siendo el constituyente formado la troostita, más duro que los anteriores, pues tiene 450 HB.

    Línea IV. - A partir de una velocidad de enfriamiento determinada, que

    se denomina primera velocidad crítica, de temple o velocidad critica inferior, se observa un desdoblamiento del punto crítico Ar en dos: uno que se denomina Ar`, que aparece a temperaturas de unos 600°, que es la iniciación de la troostita y otro punto de transformación Ar'" (1), que aparece a unos 250°, a partir cual se forma martensita, que es, como se sabe, el constituyente característico de los aceros templados.

    Línea V.- Enfriamiento rápido. A partir de una velocidad determinada de enfriamiento desaparece el primer punto de transformación Ar` quedando únicamente el punto Ar´´´. La velocidad mínima a que tiene lugar esta desaparición del punto Ar' se denomina segunda velocidad crítica de temple o velocidad crítica superior o, más comúnmente, velocidad crítica de temple. A partir de ella, el único constituyente formado por transformación de la austenita es la martensita, que es el único constituyente de los aceros que han adquirido un temple perfecto

    8.5 VELOCIDAD CRÍTICA DEL TEMPLE

    Se define la velocidad crítica de temple, de acuerdo con lo expuesto en el parágrafo anterior, como la velocidad de enfriamiento mínima para que la totalidad de la austenita formada en el calentamiento del acero, se transforme en martensita.

    Las velocidades críticas de temple varían, para los aceros al carbono, de 200º a 600º por segundo, según sea el porcentaje de carbono.

    Los elementos de aleación hacen, en general, disminuir la velocidad crítica de temple, pudiendo algunos aceros aleados templarse al aire, a velocidades inferiores a 50º/s

    8.6 REPRESENTACIÓN DEL TEMPLE EN LOS DIAGRAMAS DE LAS CURVAS TTT

    Todo lo que hemos expuesto en el parágrafo anterior puede representarse en los diagramas de las Curvas TTT. En la figura 29-3 se ha representado el diagrama TTT correspondiente al "mismo acero. En él se han dibujado también las líneas I, II, III, IV y V, que representan las curvas de enfriamiento a diferentes velocidades.

    Representación de los procesos de enfriamiento en el diagrama TTT.

    Representación de los procesos enfriamiento en el diagrama TTT del mismo acero.

    La curva representativa de la velocidad crítica del temple es la V, tangente a la curva de iniciación de transformación de la austenita. A menores velocidades, parte de la austenita se transformará en otros constituyentes. A velocidades superiores a la crítica, toda la austenita se transformará íntegramente en martensita.

    8.7 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRÁCTICA DEL TEMPLE

    Los factores que más influyen en el temple son:

    El tamaño de las piezas, su composición, el tamaño de su grano y el medio de enfriamiento aplicado.

    8.8 INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE LAS PIEZAS

    Uno de los factores que más influyen en las características finales que se obtienen al templar una pieza de acero, es su tamaño. En los perfiles delgados, tanto en el calentamiento como en el enfriamiento, se observará muy poca diferencia de temperatura entre la periferia y el interior de las piezas. Pero si se trata de piezas de gran espesor o gran diámetro, se comprende perfectamente que la temperatura en su interior sea inferior en el calentamiento y superior en el enfriamiento a la de su periferia, ya que el calor no se transmite directamente al interior, sino a través del espesor de la pieza, necesitando la transmisión de un tiempo determinado, que es el que produce el retraso con relación al proceso que se sigue.

    Si se trata de calentamientos, el tamaño de las piezas no tiene otra influencia que aumentar la duración del proceso, pues, en general, no está limitada (hasta una temperatura determinada) la duración del calentamiento más que por razones económicas. Si la temperatura es muy elevada, ya hemos dicho que la duración del calentamiento aumenta el tamaño del grano.

    Pero si se trata de un enfriamiento y siempre relativamente rápido como exige el temple, la influencia del espesor tiene mayores consecuencias, puesto que las velocidades que se obtienen en el interior de la pieza son a veces muy inferiores a las de la periferia. Y el resultado es que en piezas muy gruesas la velocidad de enfriamiento, a partir de un diámetro determinado, es inferior a la crítica y el núcleo de las piezas queda sin templar.

    Sí esta barra se parte, se observan dos zonas perfectamente diferenciadas: una interior, de grano grueso, que es la zona que no ha adquirido temple por que la velocidad de enfriamiento ha sido inferior a la crítica, y otra zona periférica, de grano fino, que es la zona templada

    La zona templada tiene aproximadamente la misma profundidad, sea cual sea el diámetro de la barra o espesor de la pieza, para, una misma composición del acero y condiciones de enfriamiento aumentando ligeramente a medida que el diámetro es más pequeño. Se comprende que cuando el radio de la pieza sea aproximadamente igual que la profundidad del temple, la totalidad de la masa del acero quedará templada.

    8.9 INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN

    El contenido de carbono del acero influye a la vez en la temperatura y en la velocidad crítica del temple. La temperatura de temple es tanto más baja cuanto más se aproxima el acero a la composición eutectoide. En el cuadro 29-1 se dan las temperaturas de temple correspondientes a aceros de diferente contenido de carbono.

    La velocidad crítica de temple disminuye cuando el contenido de carbono aumenta

    Velocidades críticas de temple de los aceros al carbono hipoeutectoides

    Por tanto, para las mismas condiciones de enfriamiento, el temple obtenido es más enérgico y la dureza en los aceros al carbono templados es mayor cuando más alto su porcentaje de carbono

    Los elementos de aleación cambian la posición del punto eutectoide en el diagrama hierro-carbono ya conocido, y el acero aleado eutectoide no tiene ya el mismo porcentaje de carbono y, por tanto, se desplaza a derecha y a izquierda, ni la misma temperatura de transformación, y por tanto se desplaza hacia arriba o hacia abajo. En líneas generales, ocurren las siguientes variaciones:

    1. - El aluminio, el berilio, el niobio, el tántalo, el titanio y el circonio forman carburos y aumentan, por tanto, el contenido de carbono del eutectoide desplazándolo hacia la derecha.

    Influencia del contenido carbono en el endurecimiento obtenido por el temple de los aceros al carbono

    2. - El cobalto, el cobre y el silicio forman soluciones sólidas con el hierro, pero no dan ningún carburo. Como consecuencia, baja el contenido de carbono del eutectoide, desplazándose hacia la izquierda.

    3. - El molibdeno, el cromo, el walframio, el manganeso y el níquel disminuyen o aumentan el contenido de carbono del eutectoide, según la importancia de la aleación, pues de ella depende que formen soluciones sólidas con el hierro y el carbono o carburos metálicos.

    TEMPERATURAS RECOMENDADAS PARA EL TEMPLE DE LOS ACEROS AL CARBONO

    %C

    ºC

    Austenización

    0.10

    925

    0.20

    900

    0.30

    870

    0.40

    840

    0.50

    830

    0.60

    810

    0.70

    780

    0.80

    770

    0.90

    770

    Incompleta

    1.00

    760

    Completa

    1.20

    760

    Completa

    1.40

    760

    Completa

    M. Aall ha tratado de concretar los desplazamientos del punto eutectoide, tanto vertical como horizontal, del diagrama hierro-carbono, en función de los porcentajes de aleación de los elementos. Una vez situado el nuevo punto eutectoide, se dibuja el diagrama hierro-carbono, que sirve en primera aproximación para estudiar las transformaciones de la nueva aleación.

    Los valores de los desplazamientos se obtienen en función de dos coeficientes: uno para los desplazamientos verticales y otro para los horizontales.

    Se multiplican estos coeficientes por el tanto por ciento de la aleación, y sobre el diagrama hierro-carbono se llevan los resultados obtenidos con el signo que corresponda. Los coeficientes propuestos para algunas aleaciones son los siguientes:

    Desplazamientos Ni Cr . Mn Ti V Mo Co

    Verticales 11,5 +8.3 -32.5 +7 +28 +3 -9,6

    Horizontales - 0,03 -0,065 -0,09 -0,08 -0,30 -0,13 -0,06

    Por ejemplo, la aleación que contenga el 1 por ciento de manganeso, produce un desplazamiento de 32,5º había abajo, o sea, que el punto eutectoide estará a 723° - 32,5°= 690,5°. Y un desplazamiento de 0,09 unidades hacia la izquierda, o sea, que el punto eutectoide tendrá la abscisa correspondiente al contenido de carbono de 0.89-0,09 = 0,8 %

    Influencia de los elementos de aleación de los aceros en la posición de los puntos críticos.

    Si los elementos aleados son dos o más, se suman las traslaciones obtenidas

    Además de variar los elementos aleados, la temperatura de temple, varía también la velocidad crítica, desplazando las curvas de los diagramas TTT hacia la derecha.

    Influencia del porcentaje de manganeso en la velocidad crítica de temple de un acero de 0.60% de Cr, 0.91% de Mn, 1.32% de Mn

    Los elementos que más disminuyen la velocidad crítica del temple son el magnesio y el molibdeno, aunque con menos intensidad, el cromo, el silicio y el níquel

    Profundidad de temple obtenido en barras de acero al carbono y aceros cromo níquel de diferentes diámetros. La zona sin templar es la oscura

    Como consecuencia de la disminución de la velocidad crítica de temple, resulta mayor la profundidad de la zona que queda templada en los aceros aleados con manganeso, molibdeno, cromo, silicio y níquel. Y resulta también mayor el diámetro o espesor de las piezas que pueden quedar totalmente templados en los aceros aleados que en los aceros al carbono

    8.10 INFLUENCIA DEL TAMAÑO DEL GRANO

    El tamaño del grano influye principalmente en la velocidad crítica de temple. A igualdad de composición las velocidades críticas de temple de los aceros de grano grueso son inferiores a las velocidades críticas de los aceros de grano fino.

    En la figura puede verse como se desplazan hacia la derecha las curvas TTT a medida que aumenta el tamaño del grano, y por tanto, disminuye la velocidad crítica del temple.

    Influencia del tamaño del grano en la velocidad crítica de temple de un acero de 0.87% de c, 0.30 de Mn, 0.80% grano fino y grano grueso.

    8.11 INFLUENCIA DEL MEDIO DE ENFRIAMIENTO

    Al sumergir una barra de acero a alta temperatura en un líquido, tienen lugar las siguientes etapas

    1.ª Inmediatamente después de introducir la barra se forma una capa

    de vapor que envuelve el metal y que dificulta el enfriamiento, que por esta razón empieza siendo bastante lento influyen en esta etapa la temperatura inicial del baño, la temperatura de ebullición, la conductividad de su vapor y el grado de agitación del baño, que remueve el liquido en contacto con la barra.

    2. ª Al descender la temperatura desaparece la envuelta de vapor, aunque el líquido en contacto con el metal sigue hirviendo y produciendo burbujas. El enfriamiento es rápido y se denomina enfriamiento por transporte de vapor. Influyen en esta etapa el calor de vaporización y la viscosidad del líquido.

    3. ª Cuando la temperatura del metal desciende por debajo de la temperatura de ebullición del líquido de temple, el enfriamiento se hace por conducción y convención; pero como entonces la diferencia de temperatura entre el metal y el medio es pequeña, el enfriamiento es lento, dependiendo de la conductividad térmica del líquido y de su grado de agitación.

    De lo expuesto se deduce que las propiedades de los líquidos que más influyen en el enfriamiento de los aceros son: la temperatura inicial del baño, su temperatura de ebullición, su calor de vaporización, su calor específico, su conductividad calorífica, su viscosidad y, además, la masa del baño y su grado de agitación.

    Curva de enfriamiento de un cilindro de acero de pequeño diámetro en agua a 58 grados (Scott).

  • ° Temperatura del baño: La temperatura del baño influye mucho en la velocidad inicial del enfriamiento. Si la temperatura del baño, es alta, se prolonga mucho la primera etapa.

  • 2. ° Temperatura de ebullición del líquido: Cuanto más volátil es el baño, o sea, cuando más bajo sea su punto o temperatura de ebullición, mayor será el desprendimiento de vapor en la primera etapa y más lento será, por tanto, el enfriamiento. En la figura 29-16 puede verse que el agua y el agua jabonosa, que son los medios más volátiles, son las que producen un enfriamiento más lento en la primera etapa.

    3. ° Calor de vaporización: Cuanto mayor sea el calor de vaporización del medio, mayor será el calor desprendido en la primera etapa por el vapor que se produzca en ella.

    4. ° Calor específico: Cuando mayor sea el calor específico, menor será la elevación de la temperatura del baño, para una misma masa de líquido v calorías absorbidas, y mayor será la velocidad de enfriamiento obtenías. Por eso el agua, cuyo calor específico es grande, es, a pesar de todo, un medio de enfriamiento muy enérgico.

    5. ° Conductividad calorífica: La transmisión del calor absorbido de la pieza por el líquido en contacto con ella a través del baño, depende de su conductividad calorífica. Su. Influencia sin embargo, en la práctica es pequeña, ya que el calor se transmite por toda la masa del líquido, en su mayor parte por convección.

    Duración de la primera etapa (etapa de vapor) en el enfriamiento del temple en función a las temperaturas y medios de enfriamiento (pilling y Lynch).

    6. ° Viscosidad: Como hemos dicho antes, el enfriamiento del acero en las etapas segunda y tercera se verifica, sobre todo, por convección. Por tanto, cuanto menos viscoso sea el líquido, tanto más intensas serán las corrientes de convección y más rápido será el enfriamiento. Precisamente por ser el aceite más viscoso que el agua, su acción es menos enérgica (cuadro 29-2),

    7. ° Masa del baño: Cuanto mayor sea la cantidad del líquido del baño de temple, menor será su elevación de temperatura a que progresa el enfriamiento, y más enérgico será éste. Y, al contrario, si la masa del líquido es pequeña, se eleva rápidamente su temperatura y por eso el temple profundiza poco en las piezas. Este hecho es utilizado en el temple de piezas delicadas de aceros muy duros, que, enfriadas en baños de poca masa, se templan sólo superficialmente, lo que resulta suficiente, y, en cambio, disminuyen los riesgos de tensiones internas y grietas.

    ­­­­­­­­­REFRIGERACIÓN RELATIVA DE VARIOS MEDIOS. SEGUN LA VISCOSIDAD (SE HA TOMADO EL VALOR 1 PARA EL AGUA)

    ­­­­­­­­­­

    Agua ordinaria a 15° ......................................... 1

    Agua salada al 5 % de Cl Na .............................. 1,12

    Agua sodada al 5 % de Na O H ........................... 1,17

    Aceite mineral, según su viscosidad ........................ 0,17-0.36

    8. ° Agitación del baño.—La renovación del líquido en contacto con el

    acero favorece mucho el enfriamiento. En el cuadro 29-3 se ven los enfriamientos relativos obtenidos por varios medios, según el grado de agitación.

    REFRIGERACIÓN RELATIVA DE VARIOS MEDIOS, SEGÚN EL GRADO DE AGITACIÓN (SE HA TOMADO EL VALOR 1 PARA EL AGUA SIN AGITACIÓN)

    AGITACIÓN

    ACEITE

    AGUA

    AGUA SALADA

    Nula

    0.25 ­­­­­­­­­­­­- 0.30

    1

    2

    Débil

    0.30 - 0.35

    1.0 - 1.1

    2 - 2.2

    Moderada

    0.35 - 0.40

    1.2 - 1.3

    -

    Buena

    0.40 - 0.50

    1.4 - 1.5

    -

    Fuerte

    0.50 - 0.80

    1.6 - 2.0

    -

    Violenta

    0.80 - 1.10

    4

    5

    8.12 ELECCIÓN DEL MEDIO DE ENFRIAMIENTO

    El medio de enfriamiento más adecuado para templar un acero es el que consiga una velocidad de temple ligeramente superior a la crítica. No sólo no es necesario, sino que es perjudicial que la velocidad de temple sea excesivamente grande, pues se corre el peligro de que se produzcan grietas y tensiones debido al desigual enfriamiento de las piezas entre la superficie y el interior de ellas. Si el enfriamiento es lento, es más uniforme.

    Las velocidades críticas son bastante grandes en los aceros al carbono, llegando hasta 350° por segundo para los aceros de 0,50 por ciento de C, y 200° por segundo en aceros de 0,80 por ciento. En los aceros especiales, las velocidades son mucho más bajas, siendo en algunos inferiores a 35° por segundo.

    Los medios de enfriamiento más empleados son:

    Agua: Debe emplearse a temperatura máxima de 20°, pues con agua más caliente se prolonga mucho la primera etapa de enfriamiento y disminuye la velocidad de temple.

    Aceites: Antiguamente se empleaban aceites animales (de pescado) y vegetales (sobre todo, el de colza) . Pero en la actualidad se prefieren los aceites minerales, procedentes de la destilación del petróleo y, a ser posible, preparados especialmente para temple.

    Los aceites minerales suelen tener las siguientes características:

    Viscosidad de 5 a 9 grados Engler, pudiendo subir hasta 2 y 4 grados Engler a la temperatura de 50º. Con el uso, la viscosidad aumenta, debiendo desecharse los aceites cuando llega la viscosidad a 20 grados Engler a la temperatura ambiente.

    Curvas de enfriamiento empleando varios medios, de una pieza de acero de 3 gramos de peso en baños de 3 litros (Chatelier)

    La temperatura de inflamación debe ser, como mínimo, I8Oº, y la de combustión, 200°, para alejar el peligro de infamación.

    Además, deben ser los aceites poco volátiles, para que desprendan pocas burbujas al ponerse en contacto con el metal caliente y no se consuman mucho. Deben ser también resistentes a la oxidación.

    Plomo: Se emplea para templar herramientas de aceros especiales, muelles y alambres (cuerda de piano).

    9. REVENIDO

    Es un tratamiento complementario del temple, que generalmente sigue a éste. Al conjunto de los dos tratamientos también se le denomina "bonificado".

    El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero después de normalizado o templado, a una temperatura inferior al punto crítico, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se pretenden resultados altos en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que pueden generar deformaciones.

    Los fines que se consiguen con este tratamiento son los siguientes:

    'Tratamientos térmicos'

    Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de mínima fragilidad.

    'Tratamientos térmicos'

    Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan en el temple.

    'Tratamientos térmicos'

    Modificar las características mecánicas, en las piezas templadas produciendo los siguientes efectos:

    'Tratamientos térmicos'

    Disminuir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza.

    'Tratamientos térmicos'

    Aumentar las características de ductilidad; alargamiento estricción y las de tenacidad; resiliencia.

    Los factores que influyen en el revenido son los siguientes: la temperatura de revenido sobre las características mecánicas, el tiempo de revenido (a partir de un cierto tiempo límite la variación es tan lenta que se hace antieconómica su prolongación, siendo preferible un ligero aumento de temperatura de revenido), la velocidad de enfriamiento (es prudente que el enfriamiento no se haga rápido) y las dimensiones de la pieza (la duración de un revenido es función fundamental del tamaño de la pieza recomendándose de 1 a 2 horas por cada 25mm de espesor o diámetro).

    El acero templado se vuelve frágil, siendo inútil en estas condiciones, por eso vamos al REVENIDO. Esta operación viene es para que las tiranteces y tensiones generadas en el acero no tengan tiempo de actuar provocando deformaciones o grietas.

    Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza.

    10. TEMPLABILIDAD

    Ocurre cuando los aceros se dejan penetrar por el temple. Esta solo se refiere a la facilidad de penetración por el temple y no a las características obtenidas por e, pero a consecuencia de esta facilidad se obtiene mejora en otras características y recomienda el empleo de acero del gran templabilidad, sobre todo para la fabricación de grandes piezas.

    La templabilidad influye principalmente en los elementos aleados y el tamaño del grano, el elemento que mas lo favorece son manganeso, el moliteno y cromo.

    La determinación de la templabilidad puede hacerse por el examen de la fractura de probeta templada, por medio de las curvas en U mas exactamente por el diámetro critico ideal o por el ensayo de Jomyng.

    11. ENSAYO JÓMINY

    Este ensayo consiste en templar en condiciones determinadas el extremo de una probeta cilíndrica de acero.

    La probeta mas utilizada que se considera como normal, es una barra de 25 mm de diámetro y 100mm de longitud, que se lleva en extremo que no se templa un reborde de 3mm x 3mm aunque se emplean probetas totalmente cilíndricas utilizando parta suspenderlas una arandela especial de acero refractario.

    La probeta debe normalizarse previamente a una temperatura de de 80º mas elevada que el punto Ac3. La temperatura de temple será de 50º a 60º mas elevada que Ac3, debiendo tomar precauciones en el horno para evitar que se descarbure u oxide la probeta durante el calentamiento. Se mantendrá durante unos treinta minutos a la temperatura de temple.

    El enfriamiento se realiza en una instalación especial para este ensayo en al cual recibe la probeta un chorro de agua a una temperatura la cual esta comprendida entre los 10º y 40º por un orificio de 12.5mm de diámetro de salida de agua. El caudal de agua se regula con una válvula de manera que la altura del chorro sea de unos 65mm(2.5”)cuando la probeta no esta colocada por encima de el. La canalización debe tener otra válvula independiente para abrir y cerrar rápidamente.

    La probeta debe sacarse del horno y colocarse en el aparato enfriador lo mas rápido posible manteniéndola sobre el chorro de agua durante 10minutos. Después se completa su enfriamiento hasta la temperatura ambiente sumergiendo la probeta en agua.

    Terminando el ensayo se emplea con precaución para evitar el revenido, des generatrices opuestas sobre la superficie del cilindro, rebajando de 0.4 a 0.5mm.

    A continuación se determinan las durezas sobre la línea central de estos planos en puntos situados a intervalos de 1/16” a partir del extremo templado. Los valores obtenidos se llevan a un grafico en el que las ordenadas representan las durezas Rockwell y las abscisas las distancias al extremo templado. Para aceros de baja templabilidad se emplea una probeta de forma especial.

    Las curvas de Jóminy no solidan la primera vista de la templabilidad del acero por su mayor o menor inclinación, si no que los valores de la dureza a lo largo de la generatriz constituyen una verdadera medida de templabilidad, ya que obtenidas en condiciones de temple idénticas dependen solo de las características del acero ensayado

    CONCLUSION

    Debido a la variedad de los tratamientos térmicos es importante saber y distinguir las diferencias y características que se obtienen con cada uno de los diferentes tipos de tratamientos térmicos , ya que podemos obtener mejor resultado sabiendo aplicar cada uno de ellos y entender los procedimientos básicos que este encierra para un mejor trabajo; hoy, mañana y siempre estos tratamientos estarán presentes por que este campo va a hacer infinito, el acero es una materia prima, podría existir diversas aleaciones pero acero estará presente y las características de este no se encajan del todo a nuestras necesidades y por eso es necesario el manipularlo hasta llevarlo a lo mas extremo en lo que queremos obtener , mayor ductibilidad, mayor dureza, entre otras propiedades presentes en los aceros.

    BIBLIOGRAFIA

    • APRAIZ B; José. Tratamiento térmico de los aceros. 8va Edición editorial DOSSAT, S. A. Madrid España (1974).

    • Fundamentos de la ciencia e ingeniería de los materiales.

    • AVNER, Sydney H . introducción a la metalurgia física. Editorial McGraw Hill.Segunda edicion. Mexico(1988)

    • HANS, Studeman, Tratamientos de los aceros. Manual del ingeniero Vol. XII Ediciones URNO SA :

    • www.sidelpa.com

    ºC

    Esquema de los Procesos de Calentamiento y Enfriamiento de los reconocidos de regeneración, normalizado y temple.