Tratamientos termicos de acero PDF

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1. TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO 1.1 Generalidades El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. Desarrollo de los tratamientos térmicos Al empezar algún tratamiento térmico se debe iniciar a la temperatura ambiente la cual tampoco se deben introducir piezas de más de 200 mm de espesor o diámetro en hornos cuya temperatura sea superior a los 300 grados. La elevación de temperatura debe ser uniforme en toda la pieza Cada temperatura máxima es indicada en las especificaciones del tratamiento térmico que se va aplicar. Al sobrepasar la temperatura máxima se corre el riesgo de aumentar el grado de la pieza. Si la elevación de la temperatura sobrepasa el límite cercano al punto de fusión los metales quedan con una estructura grosera y frágil debido a la fusión de las impurezas que rodea los granos. 1.2 Clasificación De Los Tratamientos Térmicos Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son: Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc. Revenido: Solo se aplica a aceros posterior de templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento. Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura.

Tratamientos térmicos sin cambios de composición Normalizado El normalizado consiste en calentar rápidamente el material hasta una temperatura crítica manteniéndose durante un tiempo en ella, el enfriamiento posterior se realiza al aire. Mediante este proceso se consigue: Subsanar defectos de las operaciones anteriores de la elaboración en caliente (colada, forja, laminación,...) eliminando las posibles tensiones internas. Recocido Tratamiento térmico que consiste en calentar la pieza hasta una temperatura dada. Posteriormente el acero es sometido a un proceso de enfriamiento lento en el interior del horno apagado. De esta forma se obtienen estructuras de equilibrio. Temple Tratamiento térmico al que se somete a piezas ya conformadas de acero para aumentar su dureza, resistencia a esfuerzos y tenacidad. Revenido Tratamiento térmico que consiste en calentar el acero templado hasta temperaturas por debajo de las anteriores, manteniendo la temperatura el tiempo necesario, para después enfriar a la velocidad adecuada. Su objetivo es eliminar las tensiones internas y estabilizar la estructura martensítica y aumentar la plasticidad. Tratamientos térmicos con cambios de composición Cementación Consiste en incrementar la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en su superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y Nitruración (n) En este caso se incorpora nitrógeno a la composición superficial de la pieza. Al igual que la cementación este método también aumenta la dureza superficial del acero, aunque lo hace en mayor medida. Cianuración Este proceso permite el endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Utiliza baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760ºC y 950ºC. Es una mezcla entre cementación y nitruración

Salinización En este proceso se incrementa la resistencia al desgaste obtenido en los procesos de cianuración y carbonitruración mediante la acción del azufre. Este se incorpora al metal por calentamiento a unos 565ºC en un baño de sales 1.3 Recocido El recocido del acero es un ciclo de tratamiento térmico que consiste en un calentamiento por debajo del punto crítico A ₁ o por encima del punto crítico A₃, seguido de un enfriamiento más o menos lento. El objeto más frecuente de este tratamiento térmico es ablandar el acero, dejándolo en las condiciones adecuadas para su transformación posterior. El recocido se realiza en tres etapas: primero se calienta el material hasta la temperatura de recocido, después se mantiene la temperatura durante un tiempo determinado. Por último se deja enfriar el material lentamente. Se deben preparar debidamente las piezas que se vayan a recocer y además se debe eliminar la herrumbre y el óxido. Tipos de recocido Recocido de eliminación de tensiones Por medio de la deformación en frío se presentan tensiones en el material. Dichas tensiones pueden provocar deformaciones en las piezas, pero pueden eliminarse mediante un recocido calentando el metal entre 550 y 650 °C y manteniendo la temperatura durante 30-120 minutos. Recocido de ablandamiento Los materiales templados o ricos en carbono (sobre 0,9%) son difíciles de trabajar mediante arranque de viruta (torneado, fresado, etc.) o mediante deformación en frío. Para ablandar el material puede hacerse un recocido. Se calienta la pieza entre 650 y 750 °C. Recocido normal Mediante el recocido normal se afina el grano de la estructura y se compensan las irregularidades de las piezas producidas por deformaciones, ya sea en caliente o en frío, tales como doblado, fundición, soldadura, etc. El procedimiento consiste en calentar a temperaturas entre 750 y 980 °C. Recocido por cortocircuito

El recocido por cortocircuito es el tratamiento térmico mediante corriente eléctrica, que tiene como fin principal ablandar el metal usando el efecto Joule para regenerar la estructura molecular de metales sobrecalentados, que al enfriarse han acumulado tensiones internas y que es imprescindible eliminarlas. Recocido Intermedio. Recocido intermedio es el término empleado para describir el recocido subcrítico de materiales trabajados en frío. En este caso, se acostumbra calentar el material a una temperatura suficientemente alta, para causar la recristalización de la estructura trabajada en frío y de esta forma eliminar la dureza del acero. Recocido Isotérmico. Este tratamiento térmico tiene como objetivo principal obtener perlita gruesa, esto se puede lograr por medio de una transformación isotérmica del material, lo cual se logra enfriándolo hasta la temperatura de transformación apropiada para obtener perlita basta, y manteniéndolo a esta temperatura hasta que la transformación se complete. 1.4 Temple El temple es un proceso térmico por el cual las aleaciones de acero y el hierro fundido se fortalecen y endurecen. Estos metales constan de metales ferrosos y aleaciones. Esto se realiza calentando el material a una cierta temperatura, dependiendo del material, y luego enfriándolo rápidamente. Esto produce un material más duro por cualquiera de endurecimiento superficial o a través de endurecimiento que varía en la velocidad a la que se enfría el material. Proceso El temple de metales es una progresión: El primer paso está absorbiendo el metal, es decir, calentamiento a la temperatura requerida. El remojo se puede hacer por vía aérea (horno de aire), o un baño. El tiempo de remojo en hornos de aire debe ser de 1 a 2 minutos para cada milímetro de sección transversal. Para un baño el tiempo puede variar un poco más alto. La asignación de tiempo recomendado en baños de sales o de plomo es de 0 a 6 minutos. Se debe evitar a toda costa el calentamiento desigual o el recalentamiento. La mayoría de los materiales se calientan desde cualquier lugar a 815 a 900 °C. Medios de enfriamiento Los medios de enfriamiento más usados son: agua, aceite y chorro de aire, aunque hay otros; así tenemos que la inmersión en mercurio u otro buen conductor de calor, produce mayor dureza y fragilidad que la inmersión en agua, mientras que el enfriamiento en aceite (temple al aceite), endurece sin fragilidad (debido a la menor acción refrigerante del aceite), y eleva por lo tanto la elasticidad, tenacidad y resistencia a la tracción del acero.

a)

Temple al agua.

Se emplea a temperaturas entre 15° y 20° C. para los aceros al carbón; por este medio el enfriamiento es más rápido y puede producir grietas a los aceros aleados. b)

Temple al aceite.

Se emplea para aceros al carbón de menos de 5 mm de espesor y aceros aleados, hay aceites especialmente preparados para este uso, pero se pueden usar aceites de menos de Engler (no. 20), estando a una temperatura de 50° a 60°C. c)

Temple al aire.

Este medio se emplea en los aceros rápidos. Estas temperaturas estarás de acuerdo con la cantidad de carbono que contenga el acero y con relación a esto, mientras más pobre es el material en carbono, mayor debe ser el calentamiento. Materiales De Temple. Casi todos los aceros destinados al uso industrial se pueden templar, por ejemplo, los aceros para resortes, aceros para trabajo en frío, aceros de temple y revenido, aceros para rodamientos, aceros para trabajo en caliente y aceros de herramientas, así como una gran cantidad de aceros inoxidables de alta aleación y aleaciones de hierro fundido. Propiedades Mejoradas: • Alta resistencia al desgaste. • Dureza excelente. • Ductilidad mejorada (revenido). • Resistencia a tracción

Tipo de Acero Suave Semiduro

Temperatura 845°C – 870°C 825°C – 845°C

Tipo de Enfriamiento Agua Agua

Duro

805°C – 825°C

Agua

Tabla de colores para el templado Color Paja tenue Pala medio

°C 220 240

°F 430 460

Herramientas Cuchillas, brocas, machuelos Punzones y terrajas, fresas

Paja oscuro

255

490

Hojas de corte, caras de martillos

Púrpura

270

520

Ejes, cinceles de madera, herramientas

Azul oscuro Azul claro

300 320

570 610

Cuchillos, cinceles de acero Destornilladores, muelles

1.5. Revenido Es un tratamiento complementario del templado, que regularmente sigue a este. A la unión de los dos tratamientos también se le llama «bonificado». El revenido ayuda al templado a aumentar la tenacidad de la aleación a cambio de dureza y resistencia, disminuyendo su fragilidad. Este tratamiento consiste en aplicar, a una aleación, una temperatura inferior a la del punto crítico y cuanto más se aproxima a esta y mayor es la permanencia del tiempo a dicha temperatura, mayor es la disminución de la dureza (más blando) y la resistencia y mejor la tenacidad. El resultado final no depende de la velocidad de enfriamiento. Los factores que influyen en el revenido son: •

Temperatura de revenido.

•

El tiempo de revenido.

•

Dimensiones de pieza.

Fases del revenido El revenido se hace en tres fases: 1-°Calentamiento a una temperatura inferior a la crítica: el calentamiento se suele hacer en hornos de sales. Para los aceros al carbono de construcción, la temperatura de revenido está comprendida entre 450 a 600 °C, mientras que para los aceros de herramienta la temperatura de revenido es de 200 a 350 °C. 2-°Mantenimiento de la temperatura: la duración del revenido a baja temperatura es mayor que a las temperaturas más elevadas, para dar tiempo a que sea homogénea la temperatura en toda la pieza. 3-°Enfriamiento: la velocidad de enfriamiento del revenido no tiene influencia alguna sobre el material tratado cuando las temperaturas alcanzadas no sobrepasan las que determinan la zona de fragilidad del material; en este caso se enfrían las piezas directamente en agua. Si el revenido se efectúa a temperaturas superiores a las de fragilidad, es convenientemente enfriarlas en baño de aceite caliente a unos 150 °C y después al agua, o simplemente al aire libre. Tipos de revenido Baja temperatura o eliminación de tensiones.

Finalidad: reducir tensiones internas del material templado sin reducir la dureza. Procedimiento: seleccionar el acero adecuado, seleccionar la temperatura de calentamiento, determinar la dureza inicial, calentar la pieza de 200 °C a 300 °C, mantener la temperatura constante (dependiendo del espesor de la pieza), sacar la pieza del horno, enfriarla, determinar la dureza final. Alta temperatura. Finalidad: aumentar la tenacidad de los aceros templados. Procedimiento: seleccionar el acero adecuado, seleccionar la temperatura de calentamiento, determinar la dureza inicial, calentar la pieza de 580 °C a 630 °C, mantener la temperatura constante, sacar la pieza del horno y enfriarla preferiblemente al aire, determinar la dureza final. Estabilización. Finalidad: eliminar tensiones internas de los aceros templados para obtener estabilidad dimensional. 1.6. Tratamientos termoquímicos. Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos está aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión. Tipos de tratamientos termoquímicos Cementación (C): Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo. La cementación encuentra aplicación en todas aquellas piezas que tengan que poseer gran resistencia al choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piñones, levas, ejes, etc. Podemos diferenciar tres tipos de materiales cementantes: • Sólidos.

• Líquidos. • Gaseosos.

Nitruración (N): Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 ºC y 525 °C aproximadamente, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno. Podemos diferenciar cuatro tipos de nitruración: • Nitruración gaseosa. • Nitruración líquida. • Nitruración sólida. • Nitruración iónica Cianuración (C+N): Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican entre 750 ºC y 950 °C aproximadamente. Podemos realizar la cianuración de dos maneras diferentes, como son: A la flama: el calentamiento del acero se realiza de forma local, de modo que con el enfriamiento se produzca un temple localizado en la región afectada. La profundidad de temple con este proceso varia de 1,5 a 6,5 mm este método se emplea en superficies de piezas grandes por su deformación que es mínima. Por inducción: el calentamiento se realiza por corriente eléctrica, el calentamiento por resistencia es útil para templar secciones localizadas de algunas piezas forjadas y de fundición, pero en general su principal aplicación es para calentar partes de sección transversal uniforme. El proceso se usa para templar superficies de piezas cilíndricas, los muñones de apoyo de los cigüeñales aplicando una corriente de alta frecuencia. Carbonitruración (C+N): Al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano, amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C aproximadamente, y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.

Dicho tratamiento se realiza en las mismas condiciones que la cementación ya sea en baño de sales de una composición determinada o en atmósfera gaseosa con adición de nitrógeno por medio de la disociación de amoniaco.

Sulfinización (S+N+C): Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorpora al metal por calentamiento, a la temperatura de 565 °C aproximadamente, en un baño de sales. Se utiliza en aceros de bajo carbono donde la viruta no se corta sino que se deforma y es arrastrada acumulándose frente al ataque. La incorporación superficial del azufre genera sulfuro de hierro (S2Fe) como inclusión no metálica (impurezas), y se aloja en los bordes de grano lo que fragiliza al metal, lo cual hace que disminuya el punto de fusión. Después de la sulfinización las dimensiones de las piezas aumentan ligeramente, aumentando su resistencia al desgaste, favoreciendo la lubricación y evitando el agarrotamiento. Bibliografías https://deingenierias.com/el-acero/clasificacion-tratamientostermicos/#Que_es_el_tratamiento_termico https://www.bodycote.com/es/servicios/tratamiento-termico/annealing normalising/recocido/ https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_t%C3%A9rmico#Tipos_de_recocido https://es.wikipedia.org/wiki/Recocido https://www.ecured.cu/Temple https://www.tractermia.com/recocido-del-acero/ https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-de-fabricacion/8-temple/...