Tratamientos térmicos

Física. Propiedades mecánicas. Temperaturas. Metales. Materiales. Aleaciones. Procesos térmicos. Tratamientos térmicos

  • Enviado por: Juan Carlos
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
  • 42 páginas

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1.-TRATAMIENTOS TERMICOS

Los Tratamientos Térmicos se refieren a una amplia gama de operaciones llevadas a cabo a elevadas temperaturas, con las cuales se transforman las propiedades de los metales y de las aleaciones para poder trabajarlos eficientemente o para conferirles determinadas características mecánicas o tecnológicas.

Desde el momento en el que un material entra en la fabricación de la mayoría de los objetos metálicos sufre por lo menos un tratamiento térmico en alguna fase de su producción, puede considerarse que este tratamiento es parte importante de la moderna tecnología industrial.

De lo antes expuesto podemos deducir que los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas, a que se someten los aceros ( y otros metales y aleaciones) , para darles características más adecuadas para su empleo ; estos no modifican la composición química pero si otros factores como su constitución , estructura y estado mecánico.

Factores de Importancia en un Tratamiento Térmico.

  • Es uno de los pasos principales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales esta creado.

  • La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido.

  • A través de los Tratamientos se modifican la constitución del acero, variando el estado en el que se encuentra el carbono, y el estado alotrópico del hierro.

  • Se modifica la estructura, variando el tamaño de grano y el reparto de los constituyentes.

  • El estado mecánico queda afectado por las tensiones a las cuales son sometidos los materiales luego de algunos TT, principalmente después de un temple.

  • El Producto Sólido se expone parcial o totalmente a ciclos Térmicos según lo amerite la ocasión.

  • Por medio de Tratamientos Termoquímicos se pueden alterar las propiedades químicas del material esencialmente del acero.

  • Deben ser tomadas en cuenta tanto la temperatura de enfriamiento como la de calentamiento y de igual forma los medios en lo que se efectúen los tratamientos como tales.

  • Otros factores que deben ser Considerados son: La composición del Material, La Velocidad de Calentamiento, duración del Tratamiento.

  • Casi todos los tratamientos se llevan a cabo en hornos especiales, que pueden ser de tipo continuo, con zonas a temperaturas diferentes por las que va pasando la pieza, o bien de tipo discontinuo. El enfriamiento puede tener lugar dentro o fuera del horno.

  • El desarrollo de los tratamientos térmicos se desarrolla preferiblemente en tres fases (calentamiento a temperatura máxima, permanencia a la temperatura máxima, enfriamiento desde la temperatura máxima a la temperatura ambiente).

  • Tratamiento Térmico en los Metales.

    De acuerdo a diferentes estudios establecidos, en los metales los átomos se hallan dispuestos según una estructura regular llamada Red Cristalina. La estructura de una aleación, vista por el microscopio, consta normalmente de una mezcla de dos o más fases, es decir, constituyentes con distintos tipos de redes.

    Los tratamientos térmicos en este tipo de material se basan primordialmente en el hecho de que estas microestructuras pueden ser modificadas, mediante calentamiento y enfriamiento como previamente se ha dicho, tomando en cuanta una serie de condiciones, con el fin de alterar las propiedades de dureza, resistencia, tenacidad y ductilidad del material, así como su aptitud para ser trabajado y mecanizado. También están directamente relacionadas con la estructura eléctrica y magnética, como taimen a su resistencia a la corrosión.

    Centrándonos propiamente en le tratamiento térmico del acero podríamos decir que el objetivo de este proceso es controlar la cantidad, la forma, el tamaño y la distribución de las partículas de cementita contenidas en la ferrita, que son las que determinan las propiedades físicas del acero. Consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se forma austenita y después enfriarlo rápidamente sumergiéndolo en agua o aceite.

    Esto demuestra que para tratar al acero térmicamente debemos contar con el medio efectivo que permita el desarrollo de un proceso sin complicaciones posteriores.

    Otro método de tratamiento térmico es la cementación, en la que se endurecen las superficies de las piezas de acero calentándolas con compuestos de carbono o nitrógeno.

    Importancia de los Tratamientos Térmicos.

    Es viable reconocer que a través de la implementación de los procesos de tratamientos térmicos, le dan la oportunidad al fabricante de conferirles propiedades de mayor consistencia al acero y a otros materiales. Siendo la evaluación fundamentada en las características precisas que se buscan en la pieza u objeto a fabricar.

    Igualmente puede ser identificada por medio de los tratamientos, que estructura final se obtendrá del compuesto y para que podrá ser usado con posterioridad, denotando paulatinamente la influencia que sobre ellos guardan la temperatura y el medio de experimentación.

    En toda industria se busca un trabajo eficaz, es por ello que al trabajar con materiales metalmecánico sería más complicados su manipulación si no aplicamos sobre ellos acciones que le den un estado más apto para el trabajo radicando en esta afirmación la innegable participación de los procesos térmicos en la consecución idónea de piezas, maquinarías confeccionadas de acero u otras aleaciones.

    Principales Equipos Usados en los Procesos Térmicos.

    En el siguiente gráfico se mostrarán esquemáticamente los principales equipos usados en los Tratamientos Térmicos y así mismo la capacidad de los mismos

    Equipos Usados en los Procesos Térmicos.

    Horno dé atmósfera Controlada.

    Se usa en Tratamientos de Cementación y Temple.

    Tiene capacidad de 500 x900 mm de profundidad

    Horno de Baño de Sales.

    Se usa para Temple en Baño de Sal, e igualmente es usado para la cementación líquida.

    Sus capacidades son de 350 x 500 mm , 500 x 800 mm y 700 x 1000mm)

    Horno de Nitruración

    Se usa para Nitruración en sales.

    Sus capacidades disponibles son de 500 x 800 mm y 600 x 2600 y

    (2 x 1300) mm

    Horno de Baños Isotérmicos.

    Para Temple isotérmico y Revenido.

    Su capacidad disponible va desde 600 x 2600 mm

    Hornos de Mufla

    Para Cementar en Granulado, Templar, Revenir, recocer.

    Su capacidad disponible va desde una medida de 1200 °C en las que las capacidades netas son :

  • 1000 x 500 x 1200 mm

  • 400 x 250 x 650 mm

  • 350 x 280 x 800 mm

  • 400 x 300 x 600 mm

  • Hornos de Aires Reforzados.

    Para Revenido y distensionado.

    Su cámara posee una capacidad de 400 x 500 mm. {

    2.-TIPOS DE TRATAMIENTOS TERMICOS:

    Para el desarrollo de los tratamientos térmicos se debe realizar un estudio del tipo de material y su comportamiento determinando que tipo de aleación presenta y así mismo la composición predominante en el mismo, lo cual le dará al proceso las condiciones de equilibrio necesario para la obtención efectiva de la estructura deseada.

    Los distintos tratamientos térmicos pueden ser clasificados de acuerdo a:

    • Materiales Férricos

    • Aleaciones no Férricas

    • Materiales Férricas : Debido a que el acero tiene una gama muy amplia de composiciones químicas y de propiedades el mismo representa la aleación más importantes en lo que concierne a los tratamientos térmicos , cuyos procesos están signados por categorías dependientes de los componentes de la estructura cristalina y así mismo de las notables influencias de las temperaturas.

    En las aleaciones férricas las categorías se dividen en: Temple, Revenido, Recocido, Cementación, Carbonitruración, Normalizado etc.

    • Aleaciones no Férricas: Las aleaciones de este tipo pueden ser tratados por medio de Recocidos para devolverle ductilidad, luego se trabajan con deformación en frío, pero pocos de ellos pueden ser tratados térmicamente, para mejorar su resistencia y su dureza.

    Excepción a ello son aleaciones tales como Aluminio al 4% de Cobre, Cobre -0.5% de Cromo y Cobre 1.8% de Berilio, que responden a tratamientos de temple por precipitación. Por ejemplo, las aleaciones de aluminio - cobre del tipo del duraluminio, tan empleadas en la industria aeronáutica, son sometidas a un tratamiento de SOLUBILIZACIÓN en el que uno o más componentes entran en una solución sólida, manteniéndola aproximadamente a 775° K (502°C) y la misma se enfría rápidamente por medio del uso del agua fría.

    El material enfriado con rapidez sólo es un poco mas duro que la aleación enfriada lentamente y puede ser trabajado en frío. Sin embargo, expuesto a la temperatura ambiente (envejecimiento), esa dureza aumenta hasta un valor máximo a los 4 o 5días. El envejecimiento artificial, mediante un nuevo calentamiento a unos 425 ° K (152 °C) acelera el endurecimiento.

    2.1.- AUSTENIZADO:

    Se refiere a un proceso en el que se calienta al material hasta una temperatura superior a la crítica para que su estructura sea completamente austenitica.

    La velocidad de calentamiento desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de austenización no tiene gran efecto en la estructura final pero se debe tener cierto cuidado con el caso de materiales que han sido previamente deformados en frío, ya que para evitar fisuras es necesario calentarlos más lentamente que los que no han sido endurecidos por trabajo mecánico, debido a que un calentamiento más rápido puede liberar tensiones en forma rápida y no homogénea.

    En términos generales cuanto más lento y uniforme es el calentamiento menor será el daño del material.

    La temperatura de austenización varía con la concentración de carbono en el acero, pero, como regla general se elige la temperatura de 50°C por encima de la crítica correspondiente a la composición de la aleación.

    2.1.1.-Descomposición de la Austenita:

    La austenita se descompone por debajo de de la temperatura critica y de la eutectoide perlitica cuando se ha alcanzado cierto grado de subenfriamiento, es decir cuando el acero alcanza una temperatura inferior 727 0C.

    Dado que la austenita da descomposición C0 se descompone en cristales de ferrita de composicion0.025%C y cristales de cementita con 6067%C, el acero debe permanecer cierto tiempo a la temperatura de transformación para que el carbono que esta uniformemente repartido en la austenita se concentre en algunas zonas para formar cementita y abandone otras para que estas se conviertan en ferrita.

    A cada temperatura inferior a 7170C, el tiempo necesario para que comience a formarse perlita y para que toda la perlita precipitable aparezca, varía con la concentración de carbono, con la presencia de aleantes, con el tamaño de grano austenitico y con la temperatura de transformación elegida.

    2.2.- NORMALIZADO:

    Es un tratamiento térmico que se practica calentando el material a una temperatura de 40 a 50 ° superior a la crítica (Ac), y una vez que haya pasado todo el metal al estado austenitico, se deja enfriar al aire lentamente.

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

    Es recomendable tener presente que el uso de este proceso también se usa para disminuir el tamaño de grano, brindándoles de esta forma propiedades metalúrgicas a las piezas en su mayoría forjadas tales como ruedas dentadas en bruto, a las cuales les mejora su capacidad de mecanización y así mismo les proporciona características optimas para aplicar sobre ellas temples con un mínimo de deformación.

    El normalizado suaviza los aceros de bajo carbono y poco aleados, pero, en realidad, puede convertirse puede convertirse en un proceso de temple al aplicarse en aceros de alto carbono o muy aleados.

    2.2.1.- Empleo del normalizado:

    Los objetivos ce un normalizado pueden ser:

  • Refinar el grano y homogeneizar la micro estructura para mejorar la respuesta del acero en una operación de endurecimiento por temple.

  • Mejorar las características de maquinabilidad del acero.

  • modificar y refinar las estructuras dendríticas de colada.

  • alcanzar, en general, las propiedades mecánicas deseadas.

  • El normalizado puede aplicarse en aceros al carbono o aleados, ya sean de colada aquellos en los cuales la estructura de colada ha sido destruida por laminación o forja rotatoria. Aunque el procedimiento se aplica para mejorar las propiedades mecánicas, el normalizado de aceros hipereutectoide puede inducir la formación de cementita a los límites de granos, causando un deterioro en las propiedades mecánicas.

    2.2.2.-Normalización de aceros al carbono:

    La tabla 2.1 presenta las temperaturas de normalización para algunos grados comunes de acero al carbono. Estos valores se pueden interpolar para obtener las temperaturas de normalización para los valores intermedios de contenido de carbono.

    Tabla 2.1 temperaturas típicas de normalización para aceros al carbono.

    Acero

    SAE

    Temperatura de normalización en °C

    1015

    1020

    1035

    1040

    1045

    1050

    1060

    1095

    900 a 925

    900 a 925

    900 a 925

    870 a 900

    845 a 870

    845 a 870

    815 a 845

    815 a 845

    Los aceros que contienen menos de 0.20%C no se tratan por normalización sin embargo, los aceros de medio y alto carbono son, a menudo, revenidos luego de la normalización para obtener propiedades especificas, tales como baja dureza, o para ser sometidos a un estiramiento, laminación o maquinado. Que el revenido sea deseable o no depende primordialmente del contenido de carbono y del tamaño de la sección.

    2.2.3.- Normalización de piezas forjada:

    Cuando las piezas forjadas se normalizan antes de la cementacion o del temple y revenido, se usan los valores superiores del intervalo de temperaturas anotadas. Sin embargo, cuando el normalizado es el tratamiento térmico final se usan las temperaturas mas bajas.

    Las piezas forjadas, con un contenido de carbono del 0.25% o menos, casi nunca son normalizadas ya que solo un severo temple a partir de la temperatura de austenitizacion tendría un efecto significativo sobre su estructura y dureza.

    2.2.4.- normalización de barras:

    Frecuentemente, los estados finales de los productos de un tren de laminación en caliente, empleado en la fabricación de barras o tubos tienen propiedades cercanas a aquellas obtenidas durante la normalización. Cuando esto ocurre el normalizado no es necesario.

    Cuando los productos se terminan en frió, en una secuencia de reducciones en frió con recocidos subcriticos altos entre pasos, se produce algo de esferoidizacion. En tales casos el producto es a veces normalizado. La normalización elimina la esferoidizacion y restaura la estructura perlitica benéfica para la maquinabilidad en aceros de bajo y medio carbono y en aceros aleados.

    2.2.5.- Normalización de piezas coladas:

    Cuando se realiza el normalizado de piezas elaboradas por fundición es necesario tomar algunas precauciones. Los hornos se cargan de tal manera que todas las piezas reciban un calentsamiento adecuado y uniforme. Como a la temperatura de austenitizacion la resistencia mecánica de los aceros es menor que a la de temperatura ambiente, las secciones heterogéneas pueden distorsionarse si no se les proporciona un soporte conveniente. La temperatura del horno debe de ser tal que el choque térmico no produzca fisuras en el material, para los aceros de alta aleación, un intervalo de temperaturas de carga seguro es de 330 a 440 ªC para los grados de menor contenido de aleantes la temperatura de carga puede ser de 660 ªC.

    Luego que se ha cargado el horno, la temperatura se debe elevar a una velocidad de alrededor de 200ªC/horas asta alcanzar la temperatura de normalización. Según la composición de acero y la configuración de las piezas coladas, pueden ser necesario disminuir la velocidad de calentamiento a 50ªC / hora para evitar fisuras. Unas ves alcanzadas la temperatura de normalización, las piezas coladas se mantienen a esta temperatura un tiempo que asegure la austenitizacion completa y la solubilizacion de los carburos. Luego, las piezas se descargan y se dejan enfriar en aire quieto.

    2.2.6.- Normalización de laminación plana:

    Las hojas de acero laminadas en caliente, de alrededor de 0.10%C, se pueden normalizar para refinar el tamaño de grano minimizar las propiedades direccionales y desarrollar propiedades mecánicas convenientes.

    Por laminación en caliente a temperaturas por encima de la temperatura superior de transformación, las láminas presentan granos de ferrita equiaxicos y uniformes. Sin embargo, si parte de la operación de laminación en caliente se realiza cuando el ACRO se ha transformado parcialmente en ferrita. Laminas de espesor delgado, laminadas en caliente, pueden mostrar propiedades direccionales diferentes si la laminación se termina por debajo de la temperatura superior de transformación. Estas condiciones son indeseables para algunos tipos de embutido profundo y se deben corregir por normalización.

    2.3.- RECOCIDO.

    Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento de la pieza tratada. El objetivo fundamental de este tratamiento es la de suavizar el acero u otro tipo de material para así facilitar el trabajo y la mecanización del mismo , es decir tiene por objeto destruir estados anormales dentro del compuesto tanto en su constitución como en estructura ; en donde a través del empleo del recocido se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza facilitando el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

    Las piezas tratadas con este tratamiento se hacen menos quebradizas y más resistentes a la fractura. El recocido minimiza los defectos internos en la estructura atómica del material y elimina posibles tensiones internas provocadas en las etapas anteriores de su procesado.

    De acuerdo a los mencionado el recocido debe realizar su calentamiento 20 o 40 °C por encima de la temperatura critica superior Ac1 o Ac3 y así mismo su enfriamiento es efectuado en el horno a excepción del recocido usado para homogenizar la pieza , la cual luego de permanecer en el horno hasta los 650 °C es retirado y puesto al aire libre.

    El material a recocer se traslada sobre un tablero móvil a través de una cámara de gran longitud con un gradiente (diferencia gradual) de temperaturas cuidadosamente fijado, desde un valor inicial justo por debajo del punto de ablandado hasta la temperatura ambiente en el extremo final. El tiempo de recocido, , varía mucho según el espesor de cada pieza.

    El recocido es necesario como paso intermedio en procesos de manipulación de metales, como la fabricación de alambre o el estampado en latón, para recuperar la ductilidad que el metal a tratar pierde debido al endurecimiento producido durante la operación de modelado, y para obtener los más bajos valores de resistencia a la deformación.

    Tipos de Recocido:

    Existen diferentes tipos de tratamientos térmicos de recocido aplicados a los aceros, entre los cuales destacan: Recocido Completo, Recocido de homogenización, Recocido de Regeneración, Recocido Contra Acritud, Recocido Estabilización, Recocido Globular, Recocido Isotérmico.

    2.3.1.- Recocido de Homogeneización.

    Este tipo de recocido tiene por objeto destruir la heterogeneidad química de la masa de un metal o aleación, producida por una solidificación defectuosa. Se realiza a temperaturas relativamente elevadas, cercanas a la de fusión (± 500° C), y este es aplicado principalmente a las aleaciones de metales no férreos propensos a segregación.

    2.3.2.- Recocido de Regeneración:

    Tiene por objeto destruir la dureza anormal producida en una aleación por enfriamiento rápido o voluntario (temple). Se realiza a temperaturas elevadas, aunque en general, inferiores a la de la homogeneización, y se aplican exclusivamente a las aleaciones templeables; es decir a la endurecida por enfriamiento rápido.

    El recocido de regeneración se utiliza para los aceros que presentan efectos de fatiga debido al trabajo que realizan determinadas piezas en el conjunto de las máquinas; buscando a través de él afinar el grano de las piezas.

    2.3.3.- Recocido Contra Acritud.

    El recocido contra acritud se aplica a los aceros que han sido deformados en frío; cuyo fin primordial es eliminar el endurecimiento provocado en el material con el uso de una temperatura muy poco superiores a la de recristalización (± 300 y 400°C),

    Este recocido es aplicable a todos los metales y aleaciones endurecidos por deformación en frío.

    Mediante el uso de este tratamiento es posible la recuperación de muchas de las propiedades iniciales del material.

    2.3.4.- Recocido de Estabilización.

    El recocido de estabilización tiene por objeto eliminar las tensiones internas de las piezas forjadas o trabajadas en frío (su mecanización o moldeos complicados). Se realiza a temperaturas comprendidas entre los 100 y 200 °C, durante tiempo muy prolongados que pueden alcanzar hasta 100 horas, es aplicable a todos los tipo de metales y aleaciones existentes.

    2.3.5.- temperatura de recocido:

    Para muchos fines se especifica que el acero sea enfriado en el orno desde la temperatura e recocido. En la tabla 3. Se dan las temperaturas y la dureza brinell asociadas, en aceros al carbono durante un recosido sencillo, mientras que en la tabla 4 indica las temperaturas y las durezas para aceros aleados.

    Tabla 3 temperaturas y ciclos de enfriamiento recomendados para obtener recocidos completo de piezas de forja pequeñas de aceros al carbono.

    Aceros SAE

    Temperaturas de recocido

    Ciclo de recocido

    Dureza brinell

    1018

    1020

    1022

    1025

    1030

    1035

    1040

    1045

    1050

    1060

    1070

    1080

    1090

    1095

    855 a 900 ºC

    855 a 900 ºC

    855 a 900 ºC

    855 a 900 ºC

    845 a 885 ºC

    845 a 870ºC

    790 a 870ºC

    790 a 870 ºC

    790 a 870 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 830 ºC

    790 a 830 ºC

    855 a 705 ºC

    855 a 700 ºC

    855 a 700 ºC

    855 a 700 ºC

    845 a 650 ºC

    845 a 650 ºC

    790 a 650 ºC

    790 a 650 ºC

    790 a 650 ºC

    790 a 650 ºC

    790 a 650 ºC

    790 a 650 ºC

    790 a 650 ºC

    790 a 655 ºC

    111 a 149

    111 a 149

    111 a 149

    111 a 149

    126 a 197

    137 a 207

    137 a 207

    156 a 217

    156 a 217

    156 a 217

    167 a 229

    167 a 229

    167 a 229

    167 a 229

    El ciclo de calentamiento que emplea temperaturas de austenitizacion en la parte superior del intervalo de la temperatura dado en la tabla 4 conduce a estructuras perliticas. Las estructuras esferoidales se obtienen cuando se emplean las temperaturas de austenitizacion bajas.

    Tabla 4 temperaturas de recosido recomendadas para aceros aleados.

    Acero

    SAE

    Temperatura de recosido

    Dureza brinell máxima

    Acero

    SAE

    Temperatura de recosido

    Dureza brinell maxima

    1330

    1335

    1340

    1345

    3140

    4135

    4137

    4140

    4145

    4147

    4150

    4161

    4340

    50B40

    50B44

    50B46

    50B50

    50B60

    5130

    5132

    5135

    5140

    5145

    5147

    5150

    5155

    5160

    845 a 900 ºC

    845 a 900 ºC

    845 a 900 ºC

    845 a 900 ºC

    815 a 870 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    815 a 870ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC 815 a 870 ºC 815 a 870 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC 815 a 870 ºC 815 a 870 ºC 815 a 870 ºC 815 a 870 ºC 815 a 870 ºC

    179

    187

    192

    187

    192

    197

    207

    212

    223

    187

    197

    192

    201

    217

    170

    170

    174

    187

    197

    197

    201

    217

    223

    4037

    4042

    4047

    4063

    4130

    51B60

    50100

    51100

    52100

    6160

    81B45

    8627

    8630

    8637

    8640

    8642

    8645

    86B45

    8650

    8655

    8660

    8740

    8742

    9260

    94B30

    94B40

    9840

    815 a 870 ºC

    730 a 845 ºC

    730 a 845 ºC

    730 a 845 ºC

    845 a 900 ºC

    845 a 900 ºC

    815 a 870 ºC

    790 a 845 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    815 a 870 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    790 a 845 ºC

    183

    192

    201

    223

    174

    223

    197

    297

    207

    201

    192

    174

    179

    192

    197

    201

    207

    207

    212

    223

    229

    202

    229

    174

    192

    207

    2.3.6.- recocido para maquinabilidad:

    Las estructuras óptimas para maquinar aceros de diferentes contenidos de carbono son los siguientes.

    % de carbono

    Estructura optima

    0.06 a 0.20

    0.20 a 0.30

    0.30 a 0.40

    0.40 a 0.60

    0.60 a 0.80

    Estructura de laminación.

    Hasta 75 mm d diámetro: normalizado; mas de 75 mm: laminada

    Recocida para dar perlita gruesa y un mínimo de ferrita.

    Perlita laminado grueso a carburos esferoidizado.

    100% de carburos esferoidizados finos y gruesos

    2.3.7 Recocidos para aceros forjados:

    En muchas piezas de forja es posible desarrollar una estructura conveniente para un maquinado posterior transfiriendo directamente las piezas forjadas desde la operación de forja a un orno calentado a la temperatura de transformación conveniente manteniéndolas allí durante el tiempo necesario para permitir que toda la austenita se transforme, y luego enfriándolas en el aire.

    En esta operación la temperatura de austenitizacion efectiva es la temperatura de terminación del forjado y no la temperatura del horno. Si la forma de las piezas es sencilla se puede esperar una estructura uniforme. Sin embargo, en piezas forjadas de formas irregulares, donde algunas partes terminaran más frías que otras, la estructura no es uniforme.

    Las piezas forjadas transformadas a partir de la temperatura de forja, especialmente las de alto contenido de carbono, serán mas duras que las piezas de forjas recocidas por el procedimiento habitual.

    2.4.-TEMPLE:

    Consiste en un calentamiento del material hasta una temperatura crítica seguido de un enfriamiento muy rápido, para impedir la transformación normal del constituyente obtenido en el calentamiento. El objetivo central del temple es fundamentalmente, aumentar la dureza y resistencia mecánica.

    El constituyente obtenido es la Martensita, la cual representa la sobresaturación distorsionada de los cristales de hierro alfa. El temple utiliza como medios de enfriamiento agua, aceites, baños de plomo, mercurio y sales fundidas. Las temperaturas del temple son algo más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC)

    La obtención de la martensita se da con el enfriamiento rápido del acero desde la zona de la fase austenitica la cual se consigue con una consistencia dura y frágil. La profundidad del temple de un componente enfriado con rapidez depende de su templabilidad (capacidad a la penetración del temple), que a su vez depende, fundamentalmente, del diámetro o espesor de la pieza y de la calidad del acero y de la misma forma esta en función de la composición del acero y del tamaño de grano.

    Un acero de determinada templabilidad adquiere un grado de temple tanto mayor cuanto más elevada sea la velocidad de enfriamiento, que, a su vez, depende del medio de enfriamiento, del grado de agitación y del espesor de la pieza.

    El enfriamiento de la pieza se lleva acabo sumergiéndola calientes en un baño de inmersión que puede contener, en orden ascendente de eficacia, como los mencionados con anterioridad.

    Los aumentos en el contenido de carbono o de los elementos de aleación en el acero (Mn, Cr, Ni, Mo, V, W) proporcionan mayor templabilidad; algunos materiales (por ejemplo algunos aceros para herramientas) son tan latamente aleados que templan por completo al ser enfriados al aire.

    . Los artículos de acero endurecidos calentándolos a unos 900 °C y enfriándolos rápidamente en aceite o agua se vuelven duros y quebradizos. Si se vuelven a calentar a una temperatura menor se reduce su dureza pero se mejora su tenacidad. El equilibrio adecuado entre dureza y tenacidad se logra controlando la temperatura a la que se recalienta el acero y la duración del calentamiento. La temperatura se determina con un instrumento conocido como pirómetro.

    Existen varios tipos de temple, clasificados en función del resultado que se quiera obtener y en función de la templabilidad El término temple también se utiliza para describir un proceso de trabajo en frío que aumenta la dureza del metal, sobre todo en el caso de aceros con bajo contenido en carbono y de metales no ferrosos.

    Es importante señalar que debido a que el producto del temple es mayormente frágil, normalmente se le somete a otro proceso térmico (Revenido), el cual será desarrollado posteriormente.

    2.4.1.-Curvas de enfriamiento:

    La forma mas fácil para describir el mecanismo completo del temple es desarrollar una curva de enfriamiento para el fluido de temple bajo condiciones controladas. Una curva de enfriamiento sobre una pieza de ensayo es sensible a los factores anotados antes y que puede afectar el temple sobre las piezas definitivas.

    Los cambios de temperatura que experimenta la nuestra durante el temple se registran mediante un registro rápido, registrándose la repuesta de varios termopares conectados a la superficie, en el centro y en varios otros puntos de la muestra.

    Las curvas de enfriamiento típicas para líquido temple, en la superficie y en el centro de la muestra, muestra cuatro etapas de transmisión de calor desde el sólido caliente hasta el líquido.

    La etapa A llamada etapa de enfriamiento con cubierta de vapor, se caracteriza por la formación de una cubierta de vapor ininterrumpida en torno a la pieza de ensayo. Esta etapa comienza cuando la cesión de calor desde la superficie de la pieza excede la cantidad de calor necesaria para formar el máximo de vapor por unidad de área. La envolvente de vapor produce un enfriamiento lento ya que actúa como aislante y la transferencia de calor a través de ella produce fundamentalmente, por radiación.

    Esta etapa no es detectable en soluciones acuosas de solutos no volátiles (alrededor de 5% de concentración), tales como Cloruro de Potasio, Cloruro de Litio, Cloruro de Sodio, Hidróxido de Sodio o Ácido Sulfúrico, las curvas de enfriamiento en estas soluciones parten inmediatamente de la etapa B.

    Cuando se usan soluciones saturadas de Hidróxido de Bario, Hidróxido de Calcio, y de otros materiales, que son pocos solubles o soluciones de algunos coloides o geles, tales como alcohol polivinilico, gelatina, Jabón o almidón, forman una envoltura gelatinosa por fuera de la capa de vapor en la etapa Ay esto hace que prolongue dicha capa y las subsiguientes.

    La etapa B se llama etapa de enfriamiento por transporte de vapor ella produce las mas altas velocidades de transferencia de calor, la etapa comienza cuando la temperatura de la superficie de metal baja y la capa de vapor continua se rompe. En ese momento de produce un violento hervor del liquido de temple el calor se trasmite rápidamente.

    La etapa C se llama etapa de enfriamiento líquido, la velocidad de enfriamiento, es esta etapa, es más lenta que en la etapa B. la etapa C comienza cuando la temperatura de la superficie es reducida a la temperatura de ebullición al rango de ebullición, del líquido del temple. El hervor entonces, se detiene y el enfriamiento tiene lugar por conducción y conveccion.

    2.4.2.- Velocidades de Enfriamiento:

    Cuando un acero al carbonó se templa a partir de la temperatura de austenización, se necesita una velocidad de enfriamiento mayor o igual de 55°C/seg., medida a 700°C, para evitar la nariz de la curva TTT. La sección transversal completa de la pieza debe enfriarse a esta velocidad para alcanzar el máximo contenido de martensita.

    Bajo condiciones ideales, el agua provee una velocidad de enfriamiento de alrededor de 1800°C/seg., en la superficie de cilindros de acero de 1.27Cm de diámetro y 9.26 Cm de longitud. Esta velocidad disminuye rápidamente por debajo de la superficie y así, para un acero al carbono solo secciones delgadas, con una relación grande de superficie a volumen, pueden ser endurecibles a través de su sección transversal.

    Cuando se emplea agua o sal muera como medio de temple, se desarrolla gradientes grandes de temperaturas producen distorsión y aumentan la posibilidad de fisura aun en muestra con formas simétricas y sencillas.

    Bajo condiciones favorables el temple de un acero en aceite provee una velocidad de enfriamiento en la superficie de la muestra de 18000C/seg., entre 830 y 550 °, lo que es comparable a la obtenida por una muestra similar en agua. El temple en aceite produce gradientes de temperaturas mas bajo desde la superficie al centro, disminuye la distorsión y son menores las probabilidades de formación de fisuras

    2.4.3.-Medios de temple:

    • Agua: El agua y las soluciones acuosas son los medios de temple más baratos y se usan en todos los temples en los cuales las piezas no se distorsionan excesivamente y no sufren fisuras al ser templados.

    Como medio de temple, el agua se aproxima a la velocidad de enfriamiento máxima alcanzada por un líquido. Entre otras ventajas se obtiene fácilmente, se pueden eliminar sin problema de contaminación y es un medio efectivo para quebrar las cáscaras de oxido de la superficie de las piezas que son templadas a partir de hornos que no poseen atmósferas protectoras.

    • Salmuera: El término salmuera se aplica a soluciones acuosas de sales como cloruro de sodio (NaCl), cloruro de calcio (CaCl), tanto con aditivos especiales como inhibidores de la corrosión.

    Las salmueras presentan las siguientes ventajas sobre el agua y el aceite:

  • La velocidad de enfriamiento es más alta que la de l agua para el mismo grado de agitación y se requiere menor agitación para una velocidad dada de enfriamiento.

  • Las temperaturas son menos críticas que para los otros medios, y por lo tanto requieren menos control.

  • la probabilidad de puntos blandos en las zonas de formación de bolsas de vapor son menores que en el temple en agua.

  • Las desventajas que presentan los baños de salmuera son:

  • Dada la naturaleza corrosiva de los baños de salmuera, el tanque, las bombas, los transportadores y otras partes en contacto constante con la solución, deben ser protegidos contra la corrosión por algunos de los métodos habituales de prevención o construyéndoles con materiales especiales lo cual provocaría más costo al proceso.

  • Es necesario un sombrero de humo para proteger convenientemente las maquinarias y equipos delicados de vapores corrosivos.

  • El costo es superior al temple en agua, especialmente debido al costo de los aditivos anticorrosivos.

  • El costo del proceso aumenta debido a la necesidad de controlar la composición de la soluciones.

    • Soluciones de Alcohol Polivinitico: Las soluciones de alcohol polivinitico se usan en aquellos temples en que se desea tener una potencia de enfriamiento menor que la del agua o la de salmuera, pero mayor que la del aceite.

    • Aceites: Los aceite empleados en los temples pueden ser de dos tipos :

    1.- Aceites convencionales: Es aquel que no contiene aditivos que alteren sus características de enfriamiento. Los aceites convencionales son fracciones producidas por destilación de aceites crudos y seleccionados según sus viscosidades, alrededor de 100 SUS a 37 °c

    2.- Aceites de Temple Rápido: Son porciones de menos viscosidad y contiene aditivos desarrollados especialmente, cuyo efecto sobre las características de enfriamiento del aceite promover una velocidad de enfriamiento mucho más rápida.

    2.4.4.- Características de enfriamiento:

    El medio de temple ideal deberá exhibir una alta velocidad inicial de temple a través de la etapa de la cubierta de vapor y en la etapa de enfriamiento por trasporte de vapor, y bajas velocidades a través de rangos de temperaturas finales (etapas de enfriamiento liquidas).

    El agua y las soluciones acuosas tienen la más alta velocidad de temple inicial, sin embargo debido a que estas velocidades de temple persisten a bajas temperaturas, el uso de aguas de temple se restringe a piezas de formas sencillas y aceros de baja templabilidad.

    Con los aceites de temple convencionales, la duración de la etapa de la cubierta de vapor es mas larga que en el agua. La velocidad de enfriamiento de la etapa de trasporte de vapor es considerablemente menor y la duración de la etapa de trasporte liquida es mas breve. Por tanto, el poder de temple de tales aceites es menor que el agua y es a menudo, inadecuado. Sin embargo, la transición de la etapa B a la C es más gradual y por esta razón, los aceites minerales convencionales producen menos distorsión.

    Los aceites de enfriamiento rápido se aproximan mas a una alta velocidad de temple inicial, próximo a la del agua, sin sacrificar la ventaja del temple en aceite convencional, con estos aceites la duración de la etapa A es considerablemente menor y el enfriamiento en la etapa B comienza más pronto y dura más tiempo.

    2.4.5.- Defectos en el temple:

    Problema

    Causas

    Ruptura durante el enfriamiento

    • Enfriamiento muy drástico

    • Retraso en el enfriamiento

    • Aceite contaminado

    • Mala selección del acero

    • Diseño inadecuado

    Baja dureza después del temple

    • Temperatura de temple muy baja

    • Tiempo muy corto de mantenimiento

    • Temperatura muy alta o tiempos muy largos

    • Descarburación de los aceros

    • Baja velocidad de enfriamiento

    • Mala selección de los aceros (templabilidad)

    Deformación durante el temple

    • Calentamiento disparejo

    • Enfriamiento en posición inadecuada

    • Diferencia de tamaño entre sección y continuas

    Fragilidad excesiva

    • Calentamiento a temperaturas muy alta

    • Calentamiento irregular

    2.5.- Carburación o Cementación.

    Mediante este tratamiento se producen cambios,  en la composición química del acero, el cual busca aumentar el contenido de carbono, a través de un proceso que consiste en el enriquecimiento superficial del acero en carbono, esto se hace mediante la transferencia y difusión de éste en un a adecuado medio carburante.

    El proceso de cementación puede subdividirse en.

    • Cementación Gaseosa : Este tratamiento se efectúa colocando la pieza en una atmósfera a base de monóxido de carbono y anhídrido carbónico , o también a base de metano, que actúa a 900 - 1000 °C ) ; en este caso , la reacción producida sería del tipo siguiente :

    En esta reacción se produce difusión del carbono en el acero y desplazamiento de la reacción hacia la derecha.

    • Cementación Líquida : Presenta un proceso análogo al anterior en la se produce en una mezcla de cianuros y cianatos fundidos , que se descomponen según la reacción:

    3NaCNO 'Tratamientos Térmicos'
    Na2CO3 + C + NaCN + 2N

    En esta reacción mientras el cianuro se oxida a cianato, se produce también la difusión del nitrógeno además de la del carbono

    • Cementación Sólida : En ella se realizan mezclas de carbón y carbonato proporcionan al acero un poder de enriquecimiento superficial en carbono. En este proceso no se usa líquido ni se turba (a través de las reacciones con las que trabaja se usa azufre, quien proporciona fragilidad al material).

    En este el carbón que se absorbe es el proveniente del carbón naciente. El empleo de los mismos es para piezas grandes. Además es económico en su uso, barato y aparentemente menos peligroso.

    En general, el objeto del proceso de cementación consiste en obtener piezas con superficies duras (después del temple), resistente al desgaste y a la abrasión, junto con un núcleo relativamente tenaz. Además, la resistencia a la fatiga aumenta casi en un 100%...

    Los aceros de cementación se dividen en dos importantes grupos los cuales son: los aceros al carbono y los aceros aleados, ambos con la características común de que el contenido de carbono no supera el 0,2 % (de ordinario se opera con 0,1 -0,15%).

    Aceros al Carbono: Son usados en aplicaciones que no requieren características mecánicas especiales en el núcleo de la pieza, o en piezas de forma sencilla y poco sometida a esfuerzos.

    Aceros Aleados: En esta categoría se encuentran principalmente los aceros aleados al Cr - Ni o al Cr _ Ni - Mo, este tipo de acero es apto para piezas que exigen elevada templabilidad en el núcleo y permiten una difusión regular y uniforme del carbono.

    En cada uno de los aceros el contenido superficial de carbono se limita a 0,9 - 1 % para evitar fenómenos de separación de la capa carburada del núcleo. El espesor de cementación es 0,2 - 0,8 mm y sólo excepcionalmente, en piezas sometidas a desgaste en presencia de fuertes cargas, supera 1mm.

    La dureza superficial después del templado y distensión es notable y las propiedades mecánicas (carga de rotura por tracción) varían desde 70 Kg /mm2, para los aceros al carbono que contienen mayor proporción de aleación. El tratamiento de cementación se aplica para engranajes, ejes y acoplamientos. La dureza de la capa superficial decrece al aumentar la temperatura de utilización.

    2.6.- NITRURACIÓN:

    Es un tratamiento termoquímico que consiste en el enriquecimiento superficial en nitrógeno para formar una capa muy dura y resistente al desgaste de nitruros de hierro o de los elementos aleados eventualmente presentes. Este fenómeno se produce sólo en presencia de amoniaco disociado en nitrógeno e hidrógeno a 500°C, o también con sales fundidas especiales (se han hechos ensayos con mezclas de cianatos y cianuros).

    El procedimiento es más bien largo; alrededor de 48 horas de tratamiento a 510 °C en gas proporcionan un espesor de 0 ,1 a 0, 3 mm. Al realizarlo en sales fundidas es más rápido, pero también es más caro, tanto en el coste de las instalaciones como en el de mantenimiento.

    Pueden someterse a nitruración sólo los aceros que contienen cromo, aluminio, y molibdeno. La presencia de aluminio, con un porcentaje de 1 - 1,5 %, y de cromo aumentan notablemente la dureza de la capa nitrurada gracias a la formación de nitruros de cromo y de aluminio muy duros; mientras que el molibdeno, con un porcentaje de 0,25 %, impide la fragilidad.

    Sin embargo, hasta hace poco tiempo todavía se sometían a nitruración aceros que contenían sólo cromo y molibdeno (1% de cromo, aproximadamente, y 0,25 % de molibdeno), los cuales presentan menor dureza superficial, pero mejor resistencia y tenacidad.

    También se nitruran aceros inoxidables, austeniticos y martensiticos, cuyo tratamiento requiere aún mayor cuidado. Cabe destacar que en los aceros inoxidables la nitruración reduce bastante la resistencia a la corrosión, por lo que el tratamiento tiene finalidades estrictamente de orden mecánico.

    Los aceros de nitruración al cromo - aluminio - molibdeno presentan una gran dureza (obtenida directamente después del tratamiento, sin ningún otro proceso térmico ulterior, a diferencia de lo que sucede con la cementación); los inoxidables martensiticos prescriben una dureza menor, y por sus parte los Cr - Mb son los de menor dureza.

    Esas durezas tan elevadas, las mayores obtenidas con algún tratamiento térmico industrial (a parte de algunos tratamientos como la Boruración), junto con un menor coeficiente de rozamiento, son utilizadas para piezas sometidas a desgaste: pistones, válvulas para bombas, toberas entre otros. Además, el límite de fatiga resulta considerablemente aumentado.

    Las propiedades mecánicas no varían hasta una temperatura de utilización de 500 °C; las deformaciones y los cambios dimensiónales son mínimos, tanto que el tratamiento se lleva a cabo sobre la pieza terminada.

    2.6.1.-Nitruración gaseosa:

    El proceso de nitruración gaseosa se basa en la afinidad que tiene el hierro y otro elemento de aleación por el nitrógeno naciente; este es producido por la disociación de amoniaco gaseoso cuando se pone en contacto con el acero.

    Para que la nitruración comience, la disociación del amoniaco debe alcanzar entre un 15 a 30%. Los tiempos requeridos son de 4 a 10 horas a una temperatura comprendida entre 525º y 495ºC.

    El proceso puede hacerse en uno o dos ciclos. En el primero se produce una capa blanca, frágil, con alto contenido de nitrógeno en la superficie que resulta, en general, nociva. Durante el segundo ciclo usualmente se emplea una temperatura un poco más alta, entre 550 y 565ºC, lo que aumenta la disociación entre 65 y 85 %. Esto se hace para reducir la capacidad de la capa blanca.

    2.6.2.- Nitruración Liquida:

    La nitruración liquida o en sales fundidas emplea la misma temperatura que la nitruración gaseosa. Este proceso se realiza en sales de cianuro fundidas de composición dada en la tabla 5.

    Tabla 5 Componentes principales de los baños para nitruración liquida

    Constituyente

    Concentración

    Cianuro de sodio

    Carbonato de sodio o carbonato de potasio

    Otros ingredientes activos

    Humedad

    Cloruro de potasio

    30% máximo

    25% máximo

    4% máximo

    2% máximo

    el resto

    Estos baños pueden trabajar con amoniaco gaseoso bajo presión, lo que asegura una provisión constante de nitrógeno naciente. Otra manera de acelerar la nitruración es aereación del baño, lo que aumenta la cantidad cianato disponible, que es el agente activo de este proceso.

    2.7.-CIANURACIÓN.

    En este procedimiento se emplea para endurecer superficialmente pequeñas piezas de acero los baños de cianurar contienen cianuro, carbonato y cianato sodico con o sin cloruro de sodio como diluyente.

    El contenido de cianuro en el baño suele variar de un 20 a 50% el cianato sodico no se añade intencionadamente al baño sino que se forma por oxidación del cianuro. Durante el trabajo. Operando a temperaturas de 760º a 950º el carbono sodico es el ultimo producto que se forma en los baños por descomposición u oxidación del cianuro por la acción oxidante del aire

    2.8 CURVA DE LA “S”:

    Las curvas de las “S” conocidas también como diagrama tiempo tempo temperatura - transformación E IT o simplemente curva C , es un estudio exhaustivo sobre las diferentes reacciones que se presentan en determinado estudio , dicho estudio permite predecir estructura , propiedades mecánicas y así mismo el respectivo tratamiento térmico que requiere el acero analizado.

    Una de las reacciones que requiere un análisis completo con respecto a su desarrollo lo representa la reacción eutectoide en estado sólido , debido a la lentitud de la misma , provocando en el acero un enfriamiento por debajo de la temperatura eutectoide de equilibrio antes de que se inicie la transformación , provocando esto importantes consecuencias ya que una temperatura de transformación inferior dará una estructura más fina y resistente (Figura A) , lo cual afectará el tiempo requerido para dicha transformación , y alterará la organización de las dos fases.

    10

    8

    6

    6

    4

    2

    0

    500 600 700

    El diagrama TTT o curva de las “S” de acuerdo a lo observado en el planteamiento anterior es consecuencia de la reacción eutectoide. A cualquier temperatura en particular, una curva sigmoidea representa la velocidad a la cual la austenita se transforma en una mezcla de ferrita y de cementita (figura C).

    Para la nucleación se requiere un tiempo de incubación. La línea Ps representa el momento en el cual se inicia la transformación.

    La curva sigmoidea también da el tiempo en el cual se completa la transformación, este momento esta dado por línea Pf. Cuando la temperatura disminuye de 727 °C, se incrementa la velocidad de nucleación y al mismo tiempo se reduce la rapidez de crecimiento del eutectoide. En el caso de un acero eutectoide la rapidez máxima de transformación ocurre cerca de 550°C (Figura B)

    6

    Los resultados obtenidos en la transformación producen dos tipos de microconstituyentes , siendo los mismos Perlita (P) cuya formación se registra por encima de 550°C, y la Bainita (B) que se forma a temperaturas inferiores respectivamente

    6

    Figura C. Curva sigmoidea relacionada con los tiempos de inicio y de terminación del diagrama TTT del acero. En este caso, se produce una transformación de austenita en perlita.

    Uno de los aspectos de más prestancias en la determinación de las curvas de las “S” lo representa la Nucleación dada en el proceso por lo que a continuación veremos el comportamiento de esta:

    Nucleación y Crecimiento de la Perlita: Al realizar el templado por debajo de la temperatura eutectoide, se produce un sub. enfrió ligero en la austenita , y por otro lado se requieren tiempos prolongados antes de que se produzcan núcleos estables tanto para la ferrita como para la cementita.

    A l comenzar el crecimiento de la ferrita, los átomos son difundidos con rapidez, produciéndose de esta forma una perlita gruesa; dicha transformación es completada en el tiempo de (Pf). En el caso de que la austenita se temple a una temperatura inferior a la estipulada la misma se subenfria mucho más, provocando la rápida ocurrencia de la enucleación y por loa tanto Ps sería más corto. Sin embargo, la difusión es considerablemente más lenta, ya que la los átomos se difunden sólo a distancias cortas dando como resultado una estructura de perlita fina.

    Es bueno reconocer que a pesar de que las velocidades de crecimiento son más lentas el tiempo total que se requiere sufre una reducción para el logro de la transformación como tal, todo esto debido a la corta duración del tiempo de incubación. Como observamos la perlita más fina tiene formación en tiempos más cortos conforme se reduce la temperatura de transformación isotérmica hasta aproximadamente 550°C, la cual es la nariz o rodilla de la curva TTT. (Se visualiza en la Figura B).

    Nucleación y Crecimiento de la Bainita : Cuando se registra una temperatura justo por debajo de la nariz del diagrama TTT o Curva de las “S” , la difusión se produce de manera más lenta , y así mismo los tiempos totales de transformación sufren un incremento general. A parte de esto se observa una estructura distinta.

    En el caso especifico de transformación a bajas temperaturas, las laminillas de Perlita requerirían ser extremadamente delgadas y, en consecuencia, el área entre ferrita y laminillas de Fe3C sería muy grande.

    La cantidad de energía asociada con la interfase Ferrita - Cementita incide en el aumento de la energía total del acero ya que esta será muy grande; donde es preciso acotar que la energía interna de l acero puede ser reducida a través de la precipitación de la cementita en forma de películas distintas y redondeadas en una matriz de ferrita. El microconstituyentes formado en este proceso se le denomina Bainita (Bs), siendo tras la formación de la misma donde empieza la transformación y la misma termina con la finalización de la bainita (Bf)

    En cuanto a los tiempos requeridos para el inicio de la austenita y la culminación de su transformación a bainita se incrementan y la bainita se hace más fina y conforme al reducirse la temperatura de transformación. La bainita que se forma justo por debajo de la nariz de la curva se denomina bainita gruesa bainita superior o bainita de pluma. La bainita que se forma a temperaturas inferiores, se conoce como bainita fina, bainita inferior o bainita acicular.

    En la figura D se muestra el efecto de la temperatura de transformación en las propiedades mecánicas de un acero eutectoide, donde se visualiza que conforme decrece la temperatura, se produce mayor resistencia y menor ductilidad debido principalmente a que la microestructura estudiada es fina.

    2.8.1.-Métodos Utilizados para la Determinación de las Curvas de las “S” o diagrama de transformación Isotérmica (TTT).

    AL hablar directamente sobre la determinación de las curvas podemos decir que: Consiste en preparara unas muestras y realizarle tratamiento térmico; estas curvas se determinan mediante intervalos de tiempo y temperaturas subcriticas, se estudia la transformación de la propiedades macroscópica de los aceros. La sección transversal de la muestra a usar tiene que ser pequeña para que reaccionen rápidamente los cambios de temperatura, repetir el tratamiento a diferentes temperaturas hasta obtener suficientes grupos para graficar las curvas pertinentes.

    Los pasos que generalmente se siguen para determinar un Diagrama de Transformación Isotérmica o curvas de las “S”.

    Paso 1. Preparar un gran número de muestras cortadas de la misma barra. Un método para manejar las pequeñas muestras durante el tratamiento térmico consiste en pasar un alambre por un agujero en la muestra. La sección transversal tiene que ser pequeña para que reaccione rápidamente a los cambios de temperatura.

    Paso 2. Colocar las muestras en un horno o en un baño de sal fundida a la temperatura de austenización adecuada. Para un acero 1080 (eutectoide), esta temperatura es de aproximadamente 1425 °F. Se deben dejar a la temperatura dada por un tiempo suficiente para que lleguen a ser austenita completa.

    Paso 3. Colocar las muestras en un baño de sal fundida que se mantenga a una temperatura constante subcritica (temperatura por debajo de la línea Ae1) por ejemplo 1300 °F:

    Paso 4. Después de variar los intervalos de tiempo en el baño de sal cada muestra se templa en agua fría o en salmuera enfriada con hielo.

    Paso 5 Después del enfriamiento, a cada muestra se le toma la dureza y se estudia microscópicamente.

    Paso 6 Los pasos anteriores se repiten a diferentes temperaturas subcriticas hasta que se determinan suficientes puntos para graficar las curvas del diagrama.

    2.9.- Recristalización: Ocurre cuando debido a la nucleación y crecimiento de nuevos granos que contienen pocas dislocaciones. Cuando se calienta el metal por encima de la temperatura de recristalización, luego de la recuperación se produce una dislocación poligonizada. En este momento ocurre la nucleación de granos pequeños en los bordes de la celda de la estructura poligonizada, eliminando la mayoría de las dislocaciones. Dado que se ha reducido de manera importante el número de dislocaciones el metal recristalizado tiene baja resistencia pero una elevada ductilidad.

    Un aspecto importante es la temperatura de Recristalización la cual se refiere a una temperatura definida debajo de la cual el proceso de recristalización no ocurrirá sino a la temperatura de aproximación a la que un material altamente trabajado en frío se recristaliza por completo en una hora determinada.

    En la figura siguiente veremos el comportamiento de una curva típica de recristalización a temperatura constante:

    100

    Periodo de

    0 incubación

    La tabla correspondiente nos muestra la temperatura de recristalización de varios elementos y en la cual podremos observar como los metales muy puros parecen tener bajas temperaturas de recristalización en comparación con metales y aleaciones impuras.

    El Cinc, Estaño, Cadmio y plomo tiene una temperatura de recristalizacion inferior a la del ambiente, lo cual significa que dichos metales no pueden ser trabajados en frío a temperatura ambiente, ya que se recristalizan espontáneamente reconstruyendo una estructura reticular de tensión

    Metal

    Temperatura de Fusión

    Temperatura de Recristalización.

    Estaño

    232

    < Temperatura ambiente

    Cadmio

    321

    < Temperatura ambiente

    Plomo

    327

    < Temperatura ambiente

    Zinc

    420

    < Temperatura ambiente

    Aluminio

    660

    150

    Magnesio

    650

    200

    Plata

    962

    200

    Oro

    1064

    200

    Cobre

    1085

    200

    Hierro

    1538

    450

    Platino

    1769

    450

    Níquel

    1453

    600

    Molibdeno

    2610

    900

    Tantalio

    2996

    1000

    Tungsteno

    3410

    1200

    Temperatura Crítica de Recristalizacion para Algunos Metales.

    3.- CRECIMIENTO GRANULAR:

    A temperaturas de recocido aún mayores, tanto la recuperación como la recristalización ocurren con rapidez, produciendo una estructura granular.

    Los granos grandes tienen menor energía que los pequeños, esto se asocia con la menor cantidad de área de frontera del grano; por lo tanto en condiciones ideales el menor estado de energía para un metal sería aquel que tendría su estructura formada por un solo cristal.

    Precisamente lo expuesto representa la fuerza que impulsa el crecimiento de grano, oponiéndose a esta fuerza se encuentra la rigidez de la red conforme la temperatura aumenta, la red rigidez de la red disminuye y la rapidez de crecimiento de grano es mayor A cualquier temperatura donde hay tamaño de grano máximo punto donde estas dos fases están en equilibrio.

    En consecuencia teóricamente es posible que crezcan muy grandes, manteniendo una muestra durante largo tiempo en la región de crecimiento granular.

    Al referirnos al tamaño de grano tenemos que como el recocido comprende la nucleación y crecimiento de grano , los factores que favorecen la nucleación rápida y lento crecimiento darán como resultado un material de grano fino , y aquella que favorecen la nucleación lenta y el crecimiento rápido darán un material de grano grueso.

    Los factores que determinan el tamaño final de los granos de recristalización son:

  • Grado de Deformación Previa

  • Tiempo a la Temperatura de Recocido

  • Temperatura de Recocido

  • Tiempo de Calentamiento

  • Impurezas Insolubles.

  • 3.1.- Metalografía de los aceros:

    Estudio de la estructura cristalina de los metales y las aleaciones, y de las relaciones entre estas estructuras y las propiedades físicas de los metales.

    Las herramientas más importantes de los metalógrafos son el microscopio y los rayos X. El examen microscópico de especimenes permite la determinación del tamaño, la estructura y la orientación de los cristales del metal.

    Mediante este tipo de exámenes, los metalógrafos pueden identificar un metal o una aleación, descubrir posibles impurezas y comprobar la eficacia de los tratamientos térmicos para su endurecimiento o templado.

    Los especimenes empleados para el examen metalográfico suelen pulirse con gran cuidado y después tratarse con ácidos diluidos; esto pone de relieve la estructura del grano, al atacar las delimitaciones entre los cristales o uno de los componentes de una aleación.

    Cuando los metales han de ser examinados al microscopio electrónico, puede hacerse una réplica o molde delgado, transparente a los electrones, de la superficie atacada por el ácido, ya que el metal en bruto no transmite los rayos catódicos.

    Como alternativa, puede prepararse un espécimen muy fino; la microestructura observada es una proyección de la existente en el mismo.

    Cuando se hace pasar un haz de rayos X a través de un espécimen de una sustancia cristalina, se obtienen patrones de difracción que pueden interpretarse para determinar la estructura interna de los cristales.

    La investigación metalográfica ha mostrado que al estirar o deformar un metal, se producen diminutos deslizamientos entre las capas de átomos que componen el cristal, lo que permite al metal adoptar una nueva forma e incrementar su dureza y fortaleza. Si el metal se calienta tras la deformación, vuelve a cristalizarse; es decir, sus átomos se reorganizan formando nuevos cristales no sometidos a tensión alguna. Esto explica por qué los metales se vuelven quebradizos cuando son doblados en frío y por qué vuelven a reblandecerse cuando son recalentados.

    REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

    UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

    “RAFAEL MARIA BARALT”

    CATEDRA: LABORATORIO DE MATERIALES

    INTEGRANTES:

    ABREU, JUAN CARLOS

    C.I. 15.602.974

    ANGULO, CARLOS JOSE

    C.I. 16.266.879

    CIUDAD OJEDA ESTADO ZULIA

    INTRODUCCION

    Unos de los procesos de mayor reconocimiento en los estudios sobre el diseño y ,mantenimiento de piezas lo representa sin duda el de los “Tratamientos Térmicos” ; cuya función primordial es la de modificar las distintas características del elemento estudiado , con el fin de conferirle a este condiciones estables y permisibles de trabajar con ellas , estos procesos como tal prescriben un estudio rigurosos acerca del material y sus propiedades , (red cristalina tamaño de grano , tipo de compuesto , etc) ; sin embargo es importante señalar que los tratamientos como tal taimen son influenciados por el medio físico donde sean desarrollados ya que dicha variable en conjunto con temperatura , tiempo , calor entre otros determinarán el comportamiento del material y su diferencias con otros ya existentes.

    La implementación de dichas técnicas han dado a la industria en general la oportunidad de identificar satisfactoriamente , como y en que pueden ser utilizados cada material , evaluando sistemáticamente la forma más factible de aprovecharlos en un alto porcentaje.

    Cabe destacar que a nivel mecánico el estudio se centra básicamente en las características de Acero y sus principales tipos , estableciendo en él sus áreas de uso , como también la cantidad de elementos presente con sus respectivos porcentajes y la manera en que afectan tanto en mayor como en menor proporción las propiedades del acero agentes como el hierro (Fe) , Carbono ( C ) . Cromo (Cr) , Níquel (Ni) , Estaño (Sn) , Aluminio (AL) entre otros , siendo estos los participantes de distintas aleaciones de acero siendo los contenidos de ellos variantes en cada caso , y así mismo son precisamente las combinaciones pertinentes las que estriben cual tratamiento se les hará en caso de que se les pueda aplicar.

    El establecimiento efectivo del fundamento de cada tipo de acero facilita el conocimiento de cual y por que debe ser usado en alguna pieza , reconociendo igualmente su influencia en la perfecta ejecución de actividades ideadas en ciertas máquinas en las cuales de cierto modo se necesite el uso de piezas de algún tipo de acero , delimitando así el tiempo en el cual puede producirse la falla con el maneo efectivo en los datos del material usado y cuanto esfuerzo el podría soportar.

    Lo expresado solo muestra algunos lineamientos a seguir dentro del análisis de los materiales, sus divisiones, como disponer de ellos, siendo valido acotar que otra técnica imprescindible en la evaluación y estructuración de los materiales ya sean aceros fundiciones u otros es la Metalografía , donde por medio del procesos efectuado por la misma es posible apreciar estructuras y las propiedades físicas de los metales tales como : la estructura y la orientación de los cristales del metal. Mediante este tipo de exámenes, los metalógrafos pueden identificar un metal o una aleación, descubrir posibles impurezas y comprobar la eficacia de los tratamientos térmicos para su endurecimiento o templado.

    La realización del estudio contará categóricamente con el desarrollo de los principales aspectos de los puntos antecedidos, denotando los datos inherentes a su participación tanto en los diseños como posterior funcionamiento de las piezas ideadas en el ámbito industrial mecánico.

    CONCLUSION

    Los diferentes estudios que efectúa el hombre sobre las capacidades y condiciones de cada pieza que el diseña, sin duda alguna conllevan una relación intrínseca de diferentes técnicas , que hacen posible una consecución efectiva de todas las ideas propuestas.

    El estudio realizado demuestra esta afirmación ya que el análisis metódico de los tratamiento térmicos hechos a los materiales en industrias y otros evidenciaron que para lograr eficazmente su proceso deben contar simultáneamente con el cumplimiento tácito de una serie de principios tanto del material como del ambiente en el que este se desenvuelve respectivamente , donde el calentamiento y enfriamiento que sea ejecutado deben contar con un estudio progresivo de la estructura de sus granos , la temperatura a la que se realiza el tratamiento y así mismo evitar equivocaciones operacionales que afecten significantemente las propiedades del compuesto , aunando esto a problemas serios en la fabricación de cualquier pieza.

    Es de referencia obligatoria para nosotros como estudiantes de ingeniería en mantenimiento precisar cada una de las características participes en un diseño y fabricación de pieza, para así evitar errores al analizar su funcionamiento y posibles cambios en la condición general del material empleado.

    Los tratamientos térmicos más usados son el temple , recocido , revenido , cementación entre otros , siendo uno a uno un proceso especifico fundamentado en darle ya sea resistencia , dureza o maquinabilidad al material , pero destacando su influencia en el posterior funcionamiento de la pieza diseñada y fabricada con el material que ha sido tratado térmicamente.

    Al hablar de la industria metalográfica en el estudio efectuado fue de fácil apreciación recrear el establecimiento genuino de la ciencia y la técnica en estos procesos industriales, donde se visualizó principalmente que para condicionar el acero es necesario tratarlo con diferentes procesos térmicos con el fin de provocar en ellos un calentamiento u enfriamiento progresivo para modificar las propiedades existentes en él, donde es importante para el ingeniero entender la magnitud tácita del proceso con el fin de evitar dificultades que pudieran surgir a última.

    Estos entre otros aspectos muestran idóneamente la precisión obligatoria en loe estudios hechos a materiales ya sean ideados por el propio ingenio del hombre en cuanto a estructura sino también a los ya existentes en nuestros medio , buscando en todo momento evaluar cada características propia del compuesto con el fin único de generar resultados provechosos para un estudio particular o para facilitar la información pertinentes muchas personas.

    En base a lo estudiado podríamos decir que desde el punto de vista técnico e interpretativo el tema permite destacar lo inmerso que estamos en este mundo tecnológico; y por lo que el impulso nato por conocer la cultura científica que lo mueve nunca nos dejará de incitar a su búsqueda. dándole un pulso acelerado a la historia tanto de las diversas piezas de materiales que aún están por tratar como por sus consecuencias posteriores en el desarrollo industrial y mecánico integralmente por lo que propiciando el encuentro genuino entre ciencia- técnica - y hombre .

    14

    A1

    800

    Figura 1.- Efecto de la Temperatura de Transformación de la austenita sobre el espaciamiento ínter laminar de la perlita.

    2CO 'Tratamientos Térmicos'
    CO2 + C, o bien,

    CH4 'Tratamientos Térmicos'
    C + 2H2

    900

    

    PU

    700

    Pf

    38

    P

    600

    P + U

    500

    40

     + U

    U

    f

    42

    400

    MU

    52

    B

    300

    MS

    62

    200

    M + U

    Mf

    66

    100

    M

    M

    0.1

    0

    105

    106

    104

    103

    102

    10

    1

    Figura B. Diagrama TTT sobre las propiedades del acero.

    A1 TX

    Ps

    1

    Pf

    0

    TX