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Tratamientos térmicos
revenido
Recocido
Normalizado
Temple
Ing. L. Saenz....

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TRATAMIENTOS TERMICOS Estudiantes: Departamento de Ciencias Exactas Física, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga, Latacunga, Ecuador E-mail:

Abstract

In this laboratory practice, a study was carried out on the different types of thermal treatments that are used for educational purposes, in which it covers the heating of metals or alloys in solid state at defined temperatures, keeping them at that temperature for sufficient time, followed by a cooling at the appropriate speeds in order to improve its physical and mechanical properties, especially hardness, strength and elasticity. The knowledge obtained in the subject of Science of the materials of the career of Mechatronic Engineering will help us to understand more about the properties and in this case the types of thermal treatments that can be applied to the materials in order to see the properties they acquire after them.

Keywords: Dilation, Temperature, Pressure, Thermic Balance, Heat, Thermometric Scales. Resumen En este practica de laboratorio se realizó un estudio sobre los diferentes tipos de tratamientos térmicos con los que se cuentan para fines educativos en los cuales abarca el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. El conocimiento obtenido en la asignatura de Ciencia de los materiales de la carrera de Ingeniería Mecatrónica nos ayudara a entender más acerca de las propiedades y en este caso los tipos de tratamientos térmicos que se pueden aplicar a los materiales para así ver las propiedades que van adquiriendo después de los mismos.

Palabras claves: Dilatación, Temperatura, Presión, Equilibrio térmico, Calor, Escalas, termométricas.

2 1.

OBJETIVO.

1.1 OBJETIVO GENERAL Realizar un proceso de Revenido a un acero mediante el uso de los diferentes conceptos adquiridos en clase, con la finalidad de comprobar los cambios en las propiedades del material, los cuales incluso pueden llegar a notarse a simple vista 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS  Conocer la variación de dureza del material ocasionado por el tratamiento térmico que se aplicó al mismo.  Identificar los distintos procedimientos que se realizan para tratar térmicamente un material. 2. Introducción. Se entiende por tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento, permanencia y enfriamiento de las aleaciones de metales en estado sólido, con el fin de cambiar su estructura y conseguir propiedades físicas y mecánicas necesarias. Se tratan térmicamente no solo las piezas semiacabadas (bloques, lingotes, planchas, etc.), con el objetivo de disminuir dureza, mejorar la maquinabilidad y preparar su estructura para el tratamiento térmico definitivo posterior, sino también las piezas terminadas y herramientas para proporcionarles las propiedades definitivas exigidas. 3.

Marco Teórico.

Tratamientos térmicos Tratamiento térmico es proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad.

semiacabadas (bloques, lingotes, planchas, etc.), con el objetivo de disminuir dureza, mejorar la maquinabilidad y preparar su estructura para el tratamiento térmico definitivo posterior, sino también las piezas terminadas y herramientas para proporcionarles las propiedades definitivas exigidas (Ecured, 2018). Los tratamientos térmicos más importantes son: temple, recocido, revenido y normalizado. Con su aplicación se consiguen estructuras más blandas y más mecanizables, con mayor dureza y resistencia. Otro aspecto que mejoran es la homogeneización de la estructura.

Ilustración 1. Tipos de Tratamientos térmicos

Es el tratamiento térmico que sigue a todo temple. El objetivo es modificar y no eliminar los efectos del temple. El revenido consiste en calentar el acero, previamente templado, a temperaturas inferiores a la crítica A1 (723ºC), mantenerlo un tiempo adecuado y luego enfriarlo a temperatura ambiente como se indica en la figura 2.

Generalidades Se entiende por tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento, permanencia y enfriamiento de las aleaciones de metales en estado sólido, con el fin de cambiar su estructura y conseguir propiedades físicas y mecánicas necesarias. Se tratan térmicamente no solo las piezas

Ilustración 2. Ciclo térmico utilizado en T.T

3 El microconstituyente típico del Revenido es la "Martensita revenida". En la figura 9 se presenta un esquema que muestra las microestructuras de un acero eutectoide que se obtienen al someterlo a distintos tratamientos térmicos. Se aprecia la diferencia en morfología (forma y distribución de las fases ferrita y cementita) entre las estructuras producidas por un normalizado y las de un temple y revenido. Esto produce una diferencia en las propiedades mecánicas del acero.

Cementita: Es el constituyente más duro y frágil de los aceros. Las propiedades son muy poco conocidas salvo su gran dureza y fragilidad: HB = 650; σt = 228 Kg/mm2 (estimada) Dada su fragilidad ha sido prácticamente imposible preparar y ensayar probetas con Cm pura. Presenta no obstante alta resistencia a la compresión. Austenita: Es un constituyente dúctil y tenaz y de elevada resistencia al desgaste. No es un constituyente natural a temperatura ambiente y sólo puede aparecer a dicha temperatura, en temples muy enérgicos y especialmente en aceros aleados. Sus propiedades dependen del porcentaje de C y de los elementos de aleación: HB = 300, σt = 88 a 105 Kg/mm2, HRC = 40 y A = 30 a 60 % Perlita: Es un constituyente resistente y tenaz y sus propiedades mecánicas dependen grandemente de la finura de sus laminillas de Cm y F, la cual es a su vez función del enfriamiento: a mayor velocidad de enfriamiento mayor finura y mayor dureza. Tabla 1

Ilustración 3. Microestructura de un acero euclítoide sometido a distintos tratamientos térmicos.

El acero normalizado contiene sólo Perlita (láminas alternadas de Ferrita y Cementita), en tanto, en que el acero templado y revenido se observa la Cementita globalizada en una matriz ferrítica. Esto ilustra categóricamente que no basta sólo saber la composición química de un acero, sino que mucho más importante es conocer su microestructura, la que se determina con ayuda del microscopio metalográfico, herramienta fundamental del metalurgista físico. Las propiedades mecánicas relacionadas con el porcentaje de carbono y los respectivos microconstituyentes: Ferrita: Es el constituyente más blando, dúctil y maleable de los aceros. El valor medio de sus propiedades es: σt = 28 Kg/mm2 , A =35% y HB =90

Esferoidita: Esta estructura se obtiene en los aceros por medio del recocido de globulización o por revenidos a altas temperaturas (cercanos a A1). En estos tratamientos no se forma la perlita. Estructuralmente está formada por glóbulos de Cementita en una matriz de ferrita. Es la estructura más blanda que se obtiene para una determinada composición. Sus propiedades dependen del % de C y del tamaño de los glóbulos. Podemos deducir aproximadamente que la dureza Brinell de esta estructura es: HB esf. = 90 + 100 X (% C) Estos constituyentes combinados en la estructura conducen también a una combinación más o menos compleja de sus propiedades. En el gráfico de la figura 10 detallamos las propiedades mecánicas de los aceros en función de su porcentaje de carbono (Chile, 2016).

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Detalles del proceso

Ilustración 4. Variación de las propiedades mecánicas con el porcentaje del carbono.

Aplicaciones y materiales El revenido se puede dividir en tres grupos principales: • Revenido a baja temperatura (160-300 °C), que se utiliza para los componentes de cementación en caja y los aceros para herramientas de trabajo en frío Por lo general, el requisito de dureza está alrededor de los 60 HRC. • Revenido de aceros para muelles (300-500 °C), que se utiliza en aceros para muelles o aplicaciones similares. Por lo general, el requisito de dureza está alrededor de los 45 HRC. • Revenido a alta temperatura (500 °C o superior) que se utiliza para aceros enfriados rápidamente y revenidos, aceros para herramientas de trabajo en caliente y acero de alta velocidad. La dureza variará entre 300HB y 65HRC, dependiendo del material.

La temperatura de revenido puede variar, dependiendo de los requisitos y el grado de acero, entre 160 y 500 °C o una temperatura superior. El revenido se realiza normalmente en los hornos de revenido, que se pueden equipar con gas protector opcional. El gas protector impedirá que la superficie se oxide durante el proceso, y se utiliza principalmente para temperaturas de revenido más elevadas. Para algunos tipos de acero, el tiempo de mantenimiento a la temperatura de revenido es de gran importancia; un tiempo de mantenimiento más prolongado corresponderá a una temperatura de revenido superior. Dependiendo del grado de acero y a determinados intervalos de temperatura, puede producirse un fenómeno conocido como fragilización por revenido. Normalmente, el revenido dentro de este intervalo de temperatura debe evitarse. Estas áreas se muestran en los catálogos de los proveedores de acero, así como la temperatura de revenido más adecuada en función de los requisitos de dureza (Bodycote, 2017). Beneficios La dureza máxima de un grado de acero obtenida mediante temple proporciona una solidez limitada. El revenido reduce la dureza del material y aumenta la solidez. El revenido permite adaptar propiedades de los materiales (relación dureza/resistencia) para una aplicación específica. Los fines que se consiguen con este tratamiento son los siguientes: • Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de mínima fragilidad. • Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan en el temple. • Modificar las características mecánicas, en las piezas templadas produciendo los siguientes efectos:

5 • Disminuir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza. • Aumentar las características de ductilidad; alargamiento estricción y las de tenacidad; resiliencia. Ilustración 6. Revenido en baño de sales

Factores que influyen en el revenido 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) (Tripod, 2009).

3) Revenido en horno de recirculación forzada de aire.

Ilustración 7. Revenido en hornos de recirculación.

4.

Hornos para el revenido El revenido se efectúa en hornos independientes especialmente diseñados para cada caso: 1)

Revenido en baño de aceite.

Procedimiento.

El tratamiento térmico que nuestro grupo realizo en el laboratorio fue el de revenido. Este tratamiento se realiza a piezas que previamente han sido sometidas a un proceso de temple, puesto que el revenido alivia las tensiones producidas por el temple, además de otorgar una mayor ductilidad al mismo y reducir su dureza y la resistencia mecánica. Tabla 2. Tratamiento-temperatura de los materiales

Tratamiento Recocido Normalizado Temple Revenido Ilustración 5. Revenido en Baño de aceite

2)

Revenido en horno de baño de sales.

Temperatura 757°C 838°C 892°C 700°C

Duración 23min 1min 2min 25min

El proceso de revenido se lo realiza a una temperatura entre los 400-700 grados centígrados, y el tiempo de exposición del material es de un minuto por milímetro de espesor. En nuestro caso trabajamos con un eje de acero de una 25.4mm, por lo cual este debía permanecer en el horno un tiempo de 25 minutos. Como nuestro material fue templado por el grupo previo a nosotros lo primero que hicimos fue

6 idéntica la dureza del material mediante la utilización del durómetro.

Como se puede observar en la imagen, el horno se encontró a una temperatura mayor a 800°C durante casi todo el proceso por lo cual se mantuvo a la pieza en el horno durante 15 minutos. Una vez pasado el tiempo se procedió a la extracción de la misma y se la dejo enfriar al ambiente para completar el proceso de revenido.

Ilustración 8. Identificación de la dureza inicial del material.

Como resultado obtuvimos que la dureza inicial de material era 95 unidades, la cual buscábamos reducir con el proceso de revenido y además de aliviar las tensiones del material. Como se mostró en la tabla anterior el material se lo debía exponer a una temperatura de 700°C durante un periodo de 25 minutos, pero por las condiciones del laboratorio no se lo pudo hacer, así que se lo expuso a una mayor temperatura por un periodo menor de tiempo.

Ilustración 9. Introducción del material al horno

Ilustración 10. Horno de Tratamiento.

Una vez la pieza se enfrió se procedió a realizar nuevamente la medición de la dureza, la cual pudimos comprobar que disminuyo gracias proceso de revenido del material, puesto que en esta ocasión obtuvimos una dureza de 84 unidades. Por lo cual podemos concluir que el procedimiento finalizo con éxito.

7 Revenido



6.

Ilustración 11. Identificación de la dureza final del material.

5.

Conclusiones.  Los tratamientos térmicos a los cuales se puede someter un material afectan sus propiedades físicas algunos aumentando su dureza y resistencia mecánica y otros reduciéndola.

7.

Recocido Normalizado Temple Revenido



Dureza y Resistencia Mecánica Aumenta Disminuye Aumenta Disminuye

Disminuye Aumenta Disminuye Aumenta

Las Propiedades de los materiales no son lo único que cambia con los tratamientos térmicos, sino también las estructuras de los mismos como se podrá ver a continuación.

Tratamiento

Estructura

Estructura

Inicial Recocido Normalizado Temple

Ductilidad

Ferrita Perlita Ferrita Perlita Ferrita Perlita

Final + + +

Ferrita Perlita Ferrita Perlita Martensita

+ +

Austenita

Como se pudo observar nuestro proceso de revenido le quito dureza y resistencia mecánica al material, pero también le otorgo mayor ductilidad, esto se debe mayoritariamente al alivio de tensiones que hace el revenido.

 Recomendaciones.  Previo al desarrollo del tratamiento realizar una medición de la dureza del material para compararla con otra medición realiza después del proceso y poder comprobar si el tratamiento se lo realizo de manera correcta.  Tener cuidado al realizar los diversos cálculos de temperatura y tiempo de exposición del material puesto que un cálculo erróneo afectaría completamente el resultado del tratamiento.  Tener presente que diversos tratamientos afectan la estructura del material como son el temple y el revenido los cuales hacen que el material pase de una fase a otra.

Tabla 3. Afectación de las Propiedades después de los tratamientos

Tratamiento

Martensita

Bibliografía.

8 Bodycote. (16 de Febrero de 2017). Obtenido de https://www.bodycote.com/es/servicios/tratamientotermico/temple-y-revenido/revenido/ Chile, D. d.–U. (Abril de 21 de 2016). Obtenido de http://metalurgia.usach.cl/sites/metalurgica/files/paginas/capitulo25.pdf Ecured. (03 de Agosto de 2018). Obtenido de https://www.ecured.cu/Tratamiento_t%C3%A9rmico#Revenido Tripod. (18 de Noviembre de 2009). Obtenido de http://sifunpro.tripod.com/termos.htm

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