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Tratamientos termicos. ESQUEMA. INTRODUCCIÓN · Definición y características de los ttos. térmicos · Tipos de tratamientos térmicos. · Desarrollo de los tratamientos térmicos. · Hornos utilizados para los tratamientos térmicos
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ESQUEMA • INTRODUCCIÓN • · Definición y características de los ttos. térmicos • · Tipos de tratamientos térmicos. • · Desarrollo de los tratamientos térmicos. • · Hornos utilizados para los tratamientos térmicos • · Definición, características y desarrollo del normalizado. • · Enfriamiento del normalizado • · Definición, característica y desarrollo de: Recocido, • · Definición, característica y desarrollo de temple • · Definición, característica y desarrollo de revenido.. • · Templabilidad (definición, característica y desarrollo).
INTRODUCCION El acero es una aleación de hierro con carbono en una proporción que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades. Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura características, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS GENERALIDADES En principio, los únicos tratamientos que se utilizaban eran los tratamientos térmicos, el objeto de estos era mejorar las propiedades mecánicas de los metales, obteniendo algunas veces mayor dureza y resistencia mecánica, y otras mayor plasticidad para facilitar su conformación. Por inducción se extendió más tarde la denominación de tratamientos a otros procesos, como la segmentación, cianuración etc.
DEFINICIÓN Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas a que se someten los aceros para conseguir las propiedades y características más adecuadas a su empleo o transformación. No modifican la composición química pero sí otros factores tales como los constituyentes estructurales y como consecuencia las propiedades mecánicas.
CARACTERÍSTICAS Una característica fundamental de los tratamientos térmicos es que estos son realizados al acero, y su meta principal es trabajarlo de manera óptima para lograr tener materia prima y productos terminados con el fin de lograr un desarrollo en determinadas industrias.
TIPOS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS Los principales tratamiento térmicos aplacable en el acero son: • Temple • Revenido • Recocido • Cementación • Nitruración • Carbo nitruración
DESARROLLO DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS Los tratamientos térmicos se desarrollan en tres fases: CALENTAMIENTO HASTA LA TEMPERATURA MÁXIMA. De cuanto queda expuesto que para el buen éxito del temple es necesario conocer la temperatura a la que, durante el enfriamiento se inicia la formación sartencita para escoger en base de ella el enfriamiento mas adecuado.
PERMANENCIA A LA TEMPERATURA MAXIMAPara conseguir un buen temple es necesario calentar el acero y mantenerlo durante un cierto tiempo, a una temperatura tal que provoque la autenitización completa de la estructura. En consecuencia, la temperatura de calentamiento depende del contenido de carbono.
Una temperatura demasiado alta engrosa demasiado el grano austenitico, aumentando la fragilidad y las tensiones internas en la pieza templada. • ENFRIAMIENTO DESDE LA TEMPERATURA MAXIMA HASTA LA TEMPERATURA AMBIENTE. Los sistemas de enfriamiento utilizados para los tratamientos térmicos s eligen tomando en cuenta tres parámetros: Composición del metal a tratar dimensiones de la pieza y propiedades a obtener. • HORNOS UTILIZADOS PARA LOS TRATAMIENTOS TERMICOS El horno es el elemento principal de los tratamientos térmicos es un instrumento constituido por una caja susceptible de calentamiento y que permite el control y la regulación del tiempo, de la temperatura, de la atmósfera, y de las velocidades de calentamiento y de enfriamiento.
Tipos de hornos • Calentamiento: Eléctrico (por resistencia, por inducción), a Gas, a fuel Oil. • Según la atmósfera reinante en elhorno: Vació, Neutra (Argon, Helio, Nitrógeno), Reductora (Exogas, Endoga, Amoniaco Disociado, Hidrogeno de atmósfera sintética. • Según la Solera: Discontinua, Continua, (Horizontal, Vertical).
HORNOS PARA TEMPLES / RECOCIDO: Se diseña para poder alcanzar unas temperatura de trabajo de 1100 ºC - 1400 ºC, máximas capaces de provocar el cambio necesario de la estructura metalografica del metal a tratar. En la versión de horno eléctrico se prevé una entrada de gas protector (generalemte nitrógeno) a la cámara de tratamiento con el fin de proteger a las piezas a tratar contra la descarburación. Cuando se trata de hornos a combustible liquido o gaseoso la regulación del circuito de combustión permite obtener en la cámara de tratamiento una atmósfera oxidante, neutra o reductora.
TEMPLE Es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento, generalmente rápido con una velocidad mínima llamada "crítica". El temple de los aceros consiste en un calentamiento a temperatura suficientemente elevada para transformar toda la masa del acero en austenita, seguido de un enfriamiento suficientemente rápido para transformar la austenita en martensita
PRIMERA FASE DEL TEMPLE: ELCALENTAMIENTO Esta fase tiene por objeto, en teoría, transformar toda la masa del acero en austenita. Su desarrollo esta definido por tres variables: velocidad de elevaciónde temperatura, permanencia a la temperatura limite y temperatura limite. Temperatura limite del temple: Se define la temperatura límite de temple como la mínima que debe alcanzar un acero de una composición determinada, para que toda su masa pueda transformarse en cristales de austenita. Esta condición debe cumplirse rigurosamente en los aceros hipoeutectoides (de menos de 0.89% de carbono) para que el temple obtenido sea perfecto En los aceros hipereutectoides, teóricamente y de acuerdo con lo dicho, también debería exigirse que a la temperatura limite de temple toda la masa del acero quedase transformada en austenita. Prácticamente sin embargo, se obtiene tan buenas o mejores características del acero templado sin llegar a la austenización completa de la masa, o sea, rigurosamente hablando con un temple imperfecto.
SEGUNDA FASE DEL TEMPLE: EL ENFRIAMIENTO Tiene por objeto, en teoría, transformar la totalidad de la austenita formada en martensita, aunque en alguna variedad de temple el constituyente final deseado es la bainita. El factor que caracteriza a la fase de enfriamiento es la velocidad de enfriamiento mínimo para que tenga lugar la formación de la martensita. Esta velocidad se denomina velocidad crítica de temple. Para aclarar mejor este concepto, seguiremos el proceso de enfriamiento de un acero eutectoide, o sea, de 0,89 por ciento de C, cuya temperatura teórica de transformación de la austenita es 723°.
NORMALIZACIÓN • Se calienta el acero a una temperatura de 40 a 50° superior a la critica. • Se diferencia el normalizado, del recocido de regeneración y del temple, en que el enfriamiento es mucho más lento en el recocido (dentro del horno) y mucho más rápido en el temple (en agua, etc.) • tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
El objeto del normalizado es volver el acero al estado que se supone normal, pues de haber sufrido tratamientos defectuosos, o bien después de haber trabajado en caliente o en frío por forja, laminación, etc. Se consigue así afinar su estructura y eliminar tensiones internas. • Se emplea casi exclusivamente para aceros al carbono de baja aleación: 0,15 a 0,50 por ciento de C. • la normalización puede utilizarse para mejorar la maquiabilidad, modificar y refinar las estructuras dendríticas de piezas de fundición, refinar el grano y homogeneizar la micro estructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento.
ENDURECIMIENTO DEL ACERO • Calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. • El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad.
El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 1450 °F y 1525 °F (790 a 830 °C). • Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.
TEMPLE (CON REVENIDO) • Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. • Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza.
El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada, para después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla.
RECOCIDO • Cuando se tiene que maquinar a un acero endurecido, por lo regular hay que recocerlo o ablandarlo. • El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y ablandar el acero. • El proceso consiste en calentar al acero por arriba de su temperatura crítica y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado o envuelto en ceniza, cal, asbesto o vermiculita.
CEMENTADO • Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil. • Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el método de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido.
El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crítica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. • Los tres métodos de cementación más comunes son: empacado para carburación, baño líquido y gas.
CARBURIZACIÓN POR EMPAQUETADO • meter al material de acero con bajo contenido carbónico en una caja cerrada con material carbonáceo y calentarlo hasta 1650 o 1700 °F (900 a 927 °C) durante 4 a 6 horas. • Entre más tiempo se deje a la pieza en la caja con carbón de mayor profundidad será la capa dura.
Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfría rápidamente en agua o salmuera. • Para evitar deformaciones y disminuir la tensión superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 1400 y 1500 °F y proceder al enfriamiento por inmersión. • La capa endurecida más utilizada tiene un espesor de 0.38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 4 mm.
CARBURIZACION EN BAÑO LIQUIDO • El acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro de sodio líquido. También se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. • Se mantiene la temperatura a 1500 °F (845 °C) durante 15 minutos a 1 hora, según la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorberá el carbono y el nitrógeno del cianuro. • Después se debe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera.
CARBURIZACIÓN CON GAS • En este procedimiento se utilizan gases carburizantes. • La pieza de acero con bajo contenido carbónico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas natural.
El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 1650 y 1750 °F (900 y 927 °C). después de un tiempo predeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. • Luego se saca la pieza y se recalienta a 1400 °F (760 °C) y se enfría con rapidez en agua o salmuera.
NITRURACIÓN • 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 calentándo el acero a temperaturas comprendidas entre 400-525ºC, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.
SULFINIZACIÓN • Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. • El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 ºC) en un baño de sales.
CIANURACIÓN • Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 ºC.
