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- 1. UNIDAD II TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO Generalidades Clasificación de Tratamientos térmicos del Acero Recocido Temple Revenido Tratamientos termoquímicos Actividades Glosario
- 2. Generalidades El acero, es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar a diferencia de los aceros se moldean. El acero tiene como base la aleación hierro-carbono. El hierro es un metal, relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico dA = 2,48 Å (1 angstrom Å = 10–10 m), con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C. El carbono es un metaloide, con diámetro mucho más pequeño (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas. Producción mundial del acero Tratamiento térmico Es todo proceso de calentamiento y enfriamiento controlados al que se somete un metal con el propósito de variar alguna o algunas de sus propiedades. Un tratamiento térmico permite alterar notablemente las propiedades físicas. Sin embargo un tratamiento térmico incorrectamente ejecutado supondrá siempre un perjuicio en mayor o menor grado. Por todo ello deben conocerse perfectamente los tratamientos térmicos, así como su correlación con las demás operaciones de fabricación, al objeto que los resultados obtenidos sean aprovechables.
- 3. Tratamientos térmicos de preparación Se refiere a los procesos térmicos encaminados a preparar el material para la fabricación, entre lo que se encuentra la mejora de las características de mecanizabilidad, la reducción de las fuerzas de conformación y del consumo de la energía y la recuperación de la ductilidad para deformaciones ulteriores. Las posibilidades de los tratamientos térmicos son enormes, permitiendo que un mismo metal sea ablandado para facilitar su labra, y luego, mediante otro proceso, dotarlo de un conjunto de propiedades completamente distintas al disponerlo para el servicio. Tratamiento térmico del acero 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. 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 establecidos. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro– carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la ambiente: Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono. Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC) y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética. Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe la denominación de hierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.
- 4. A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido. Si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe 3C), es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita. Diagrama Hierro-Carbono 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 Revenido Recocido Normalizado Instalaciones para tratamientos térmicos Hornos Para atender las distintas necesidades de calor que plantean los diferentes tipos de tratamiento térmico se han desarrollado una gran variedad de maquinas generadoras de calor Una clasificación básica de los hornos es dividirlos en hornos intermitentes y hornos continuos: Hornos intermitentes Son aquellos en cuyo interior las piezas se mantienen inmóviles mientras permanecen en ellos y pueden ser horizontales o verticales. Hornos continuos Se diseñan para que las piezas entren y salgan de ellos una por una, a una velocidad prefijable que se acomode a otras operaciones continuas de la secuencia de fabricación.
- 5. Clasificación de Tratamientos térmicos del Acero Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u otros tipos de materiales sólidos como polímeros con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos. Propiedades mecánicas de los materiales Las características mecánicas de un material dependen tanto de su composición química como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada. Entre estas características están: Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material. Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto). Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante el test del mismo nombre. Clasificación 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. 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 establecidos. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro–hierro– carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. 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, etcétera.
- 6. Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente 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 temperatura de austenitización (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, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. Normalizado: 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. 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 están 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. 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. 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 y 525 °C, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno. Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C. 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 y es necesario realizar un temple y un revenido posterior. Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.
- 7. Recocido del Acero Micro constituyentes del acero o Ferrita: este es un hierro comercialmente puro, y en la práctica constituye una solución muy débil de carbono (0.006%, a la temperatura ambiente) en hierro alfa. El hierro alfa es un alotrópico de hierro, la ferrita es suave dúctil, y relativamente débil. o Cementita: este es el nombre que le dan los ingenieros y metalúrgicos al carburo de hierro. Es muy duro y frágil. Todo el carbono presente en el acero se combina con hierro para formar carburo de hierro. o Perlita: esta es una aleación eutectoide de ferrita y cementita. Los dos componentes forman una estructura que se lamina como la madera contrachapada. Estos cristales, observados al microscopio, presentan un brillo nacarado que le da origen a su nombre. Los cristales de carbono contienen 0.83% de carbono y forman la estructura mas fuerte presente en un acero simple al carbono. o Austenita: esta es una solución de carbono y hierro gamma. El hierro gamma es un alótropo de hierro. Habitualmente solo existe por encima de la temperaturas críticas superiores correpondientes a los aceros simples al carbono. Los tres constituyentes y estructuras previas se transforman en austenita en el momento en que se alcanza la temperatura critica superior,. En forma análoga, al enfriarse, la austenita cambia siempre de nuevo a ferrita, cementita y perlita cuando se llega a la temperatura critica inferior. 1) Aceros eutectoides (0.83% de carbono). En la misma forma que la solución eutéctica cambia de liquido a solido sin pasar ´por una fase intermedia (semi- líquida), la austenita cambia directamente a perlita en la composición eutectoide de 0.83% de carbono. Hasta que se llega a la temperatura critica baja, el carbono se disuelve en hierro gamma, debido al sistema reticular, el que es mayor en el caso de un cristal cubico centrado en las caras. A la temperatura critica mas baja, los cristales cúbicos centrados en las caras cambian a cristales cúbicos centrados en el cuerpo, lo que elimina, por precipitación, al carbono. (hay menos espacio para los átomos de carbono en los cristales cúbicos centrados en el cuerpo). El exceso de carbono forma siempre carburo de hierro al ser precipitado, dejando el resto del hierro presente bajo la forma de ferrita. De esta forma se origina la formación simultánea de ferrita y cementita (carbura de hierro), dando una distribución de grano fino que constituye la perlita. 2) Aceros hipoeutectoides. Por debajo de la temperatura critica superior, la ferrita se separa siempre primero en aceros hipoeutectoides, dejando la austenita a la concentración de 0.83% (eutectoide). A la temperatura critica básica, la austenita restante se cambia en perlita como se describió en el punto anterior, de manera que el solido final es de ferrita y perlita.
- 8. 3) Aceros hipereutectoide: el exceso de carbono se separa en primer lugar a medida que la temperatura cae por debajo de la temperatura crítica superior, formándose inmediatamente dementita (carburo de hierro). Esto deja a la austenita en concentración de 0.83%(eutectoide) y a medida que se enfría, hasta llegar a la temperatura critica inferior, cambia en perlita como se describió en el punto 1. El solido final es de perlita y cementita. Endurecimiento del acero Es el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. Produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tensión y disminuye la ductilidad. El acero al carbono se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 790 y 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. Recocido del acero Todo metal que haya sido previamente trabajado en frío, sean por medio de los mecanismos de deformación plástica por deslizamiento y por maclaje logra alterar las propiedades mecánicas de este metal. El resultado del trabajo en frío es deformar los granos dentro del metal adicionando imperfecciones a los cristales que servirán de anclaje evitando el movimiento interplanar con el consiguiente aumento de las propiedades de Dureza, la resistencia a la Tensión y la resistencia eléctrica; y, por el contrario, disminuyo la ductilidad. Se puede entender el recocido como el calentamiento del acero por encima de las temperaturas de transformación a la fase austenítica seguida de un enfriamiento lento. El resultado de este lento enfriamiento es el de obtener un equilibrio estructural y de fase en los granos del metal. Dependiendo del porcentaje de carbono; luego del recocido se pueden obtener diversas estructuras tales como Ferrita+ Cementita en los aceros Hipoeutectoides; Perlita en los aceros Eutectoide; y Perlita+ Cementita en los aceros Hipereutectoides. El fin último del recocido del acero tiene baja dureza y resistencia.
- 9. En general, tiene como finalidad una temperatura que permita obtener plenamente la fase estable a falta de un enfriamiento lo suficientemente lento como para que se desarrollen todas las reacciones completas. • Se emplea para ablandar metales y ganar tenacidad, generalmente aceros. • Se obtienen aceros más mecanizables. • Evita la acritud del material. • La temperatura de calentamiento está entre 600 y 700 °C. • La eliminación de las tensiones generada en el temple. • Aumentar la plasticidad ductilidad y tenacidad del material. • Regenerar su microestructura El recocido total Es el proceso mediante el cual la estructura distorsionada en frío retorna a una red cuyo estado se halla libre de tensiones por medio de la aplicación de calor. Este proceso se efectúa totalmente en estado solido y puede dividirse en las tres etapas siguientes: Recuperación, Recristalización y Crecimiento del Grano. Fases del recocido El proceso de recocido puede dividirse en tres fases: restauración o recuperación, recristalización y crecimiento de grano. La recuperación: la restauración consiste fundamentalmente en la eliminación de tensiones internas y se realiza con simples calentamientos a bajas temperaturas. Cuando cesa de actuar sobre un material policristalino la carga que ha originado su deformación plástica, no desaparece totalmente la deformación elástica, ya que la diferente orientación de los cristales hace que alguno de ellos no pueda recuperar su posición inicial. Cuando la temperatura aumenta, algunos de estos átomos deformados elásticamente vuelven a su estado anterior, eliminándose la mayor parte de las tensiones internas. En algunos casos puede haber un ligero flujo plástico que provoca un ligero endurecimiento y aumento de la resistencia. La conductividad eléctrica también aumenta, pero la microestructura no presenta ningún cambio apreciable. Industrialmente, este tratamiento de estabilización a bajas temperaturas se denomina recocido de alivio de tensiones. La recristalización: Al aumentar la temperatura de restauración se hacen perceptibles en la microestructura nuevos cristales diminutos. Estos tienen la misma composición y presentan la misma estructura cristalina que los granos originales sin deformar, y su forma no es alargada, sino que son aproximadamente de dimensiones uniformes (equiaxiales). Por lo general se suelen desarrollar en las zonas del grano más intensamente deformadas, como suelen ser los límites de grano y los planos de deslizamiento. Las agrupaciones de átomos que dan lugar a estos nuevos cristales se denominan núcleos. El fenómeno de la recristalización puede considerarse como la combinación de dos procesos distintos, uno de nucleación de granos libres de distorsión, y otro de crecimiento de estos núcleos, los cuales se desarrollan absorbiendo el material inestable trabajado en frío.En la deformación plástica los planos de deslizamientos y los límites de grano son puntos localizados de energía interna elevada, debido a la acumulación de dislocaciones en ellos. Ahora bien, la misma naturaleza de la acritud impide a los átomos de la red distorsionada moverse para formar una red libre de distorsión. Esta energía absorbida por la deformación en frío, no puede recuperarse de otra forma que no sea aplicándole calor, para luego cederla en forma de energía de recristalización y desarrollar nuevos núcleos de granos libres de distorsión. Parte de este calor es absorbido por los átomos vecinos, los cuales cuentan, gracias a esto con la energía suficiente para vencer la rigidez de la red distorsionada y poder pasar a formar parte de la estructura cristalina de los granos libres de distorsión, iniciándose el crecimiento del grano.
- 10. El número de puntos de energía elevada es proporcional al porcentaje de deformación en frío aplicado. Temperatura de recristalización: es la temperatura a la cual un material con mucha acritud cristaliza en una hora. Cuanto mayor es la deformación previa del metal, más baja es la temperatura necesaria para provocar la recristalización, ya que la red esta más distorsionada y la energía interna con que cuenta es mayor. Al aumentar la duración del recocido, disminuye la temperatura de recristalización. El crecimiento del grano: La energía libre de los granos grandes es inferior a la de los granos pequeños. Esta disminución de energía se asocia a la reducción de superficies de contorno de grano. Por lo tanto, en condiciones ideales, el mínimo estado energético de un metal será el correspondiente al monocristal. Esta disminución de energía constituye pues, la fuerza directriz del proceso de crecimiento de grano, siendo la fuerza que se le opone la rigidez de la red. Al aumentar la temperatura disminuye la rigidez de la red, aumentando la velocidad de crecimiento de grano y a cada temperatura de calentamiento existe un tamaño de grano máximo, para el cual estas dos fuerzas están equilibradas. Por tanto teóricamente es posible conseguir granos muy grandes con solo mantener el material durante un largo periodo de tiempo a las temperaturas más elevadas de la región de crecimiento de grano. Etapas del recocido Las etapas de un recocido son: 1. Calentamiento del material a una temperatura prefijada. 2. Mantenimiento del material durante un cierto tiempo a la temperatura anterior. 3. Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente a una velocidad determinada. 1. Calentamiento Las piezas de poco espesor y de formas sencillas se pueden introducir directamente en los hornos calientes a una temperatura entre 750 y 850ºC. Cuando las piezas son gruesas, el calentamiento debe ser progresivo y uniforme para dar tiempo a que el corazón de la pieza también alcance la temperatura de recocido. Esto evitará, como se ha mencionado, la generación de tensiones y grietas no deseadas. Al mismo tiempo se permite al acero el paso por las diferentes zonas críticas. Los calentamientos rápidos son muy peligrosos en piezas gruesas y este efecto negativo se agrava cuando aumenta el contenido de carbono del acero, en los cuales el porcentaje de perlita es alto. La temperatura de recocido suele ser de unos 20 a 40ºC superior a la temperatura crítica inferior. Es decir debe ser la temperatura suficiente para asegurar una homogeneidad aceptable de la austenita. 2. Permanencia a la temperatura de recocido Para que se forme una austenita homogénea es necesario que el porcentaje de carbono deba ser el mismo en toda la masa de la pieza. La difusión del carbono es más rápida cuando aumenta la temperatura. El tiempo de permanencia oscila entre media hora y una hora por pulgada de espesor de pieza. Cuando el calentamiento se ha realizado lentamente, se mantiene media hora por pulgada, y si el calentamiento ha sido rápido se eleva el mantenimiento a una hora por pulgada.
- 11. 3. Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente a una velocidad determinada. Cuando se mantiene el acero a una temperatura más elevada que la temperatura crítica superior, los cristales de austenita tienden a aumentar de tamaño tanta cuanta más alta sea la temperatura y mayor duración del calentamiento. Para afinar el grano bastará con calentar la pieza a una temperatura lo más justo por encima de la crítica y luego enfriar más o menos rápidamente al aire. El recocido se suele utilizar también para eliminar defectos que se generan por deformación en frío. Las temperaturas de recocido son relativamente bajas.Los tiempos de calentamiento y enfriamiento de las piezas a tratar dependen de la forma y el tamaño de las piezas. Las velocidades de variación de temperatura altas provocan tensiones internas altas. Estas tensiones internas pueden provocar deformaciones y grietas en el material. Tipos de recocido Recocido de homogeneización Para que una pieza bruta de colada tenga una homogeneidad química, bien sea una pieza moldeada o bien sea un lingote se debe realizar una difusión, que requiere un mantenimiento a una temperatura tan alta como sea posible durante un tiempo determinado. Este calentamiento provoca en el acero una estructura no apropiada, que posteriormente debe ser destruida por un tratamiento apropiado. Para los aceros al carbono o de baja aleación, el recocido de homogeneización no es eficaz a no ser que se alcancen los 1000ºC por lo menos y el tiempo de mantenimiento puede variar de 2 a 50 horas. Recocido globular Las mejores propiedades de maquinabilidad y la menor dureza de los aceros de alto contenido en carbono, tanto sin alear como aleados, se consiguen cuando la estructura de los aceros son globulares, es decir, están constituidas por pequeñas partículas esferoidales de cementita y de carburos aleados embebidas en una masa o matriz de ferrita. Cuando los aceros poseen un bajo contenido en carbono, la maquinabilidad no es aceptable con esta estructura globular, por ser demasiado blanda y generar un embotamiento de la herramienta. El tratamiento térmico para conseguir esta estructura globular consiste en calentar la aleación justamente por debajo de línea A1 a unos 700ºC el tiempo de globulización suele durar de 15 a 25 horas. Recocido de proceso El Recocido de Proceso es aquel utilizado en la producción de alambres y laminas de acero. En este proceso, el acero aleado es calentado igual que en el Recocido Total pero su enfriamiento es relativamente más rápido que en el Recocido Total. La temperatura de Recocido esta entre 1000 a 1250 °F. Este proceso se aplica después del trabajado en frío y suaviza el acero, mediante la recristalización, acelerando el proceso. A esta temperatura se realiza la descomposición Austenítica, después de lo cual se realiza el enfriamiento. La ventaja de este Recocido consiste en la disminución de la duración del tiempo del proceso, sobre todo para los aceros aleados, que son enfriados lentamente con el objeto de disminuir la dureza a los valores requeridos.
- 12. Otra ventaja obtenida es una estructura más homogénea, puesto que con las exposición al calor, se equilibra toda la sección y la transformación en todo el volumen del acero transcurrirá con igual grado de sobreenfriamiento. Recocido para la eliminación de los esfuerzos. Este Recocido se diferencia del Recocido Total ya que el acero es calentado hasta una temperatura mas baja (un poco mas alta que la línea de temperatura eutectoide). Para los aceros hipoeutectoides el recocido incompleto, como también se llama este proceso, se utiliza para la eliminación de los esfuerzos internos y mejorar la facilidad de elaboración por corte. Este proceso solo produce la recristalización parcial del acero a cuenta de la transformación Perlita _ Austenita. La Ferrita en exceso solo parcialmente pasa a la solución solida y no se somete totalmente a la recristalización. Este proceso facilita el tratamiento mecánico en caliente de aquellos acero hipoeutectoides que no formaron un grano basto dentro de la estructura.
- 13. Temple del Acero El temple es un tratamiento térmico al que se somete al acero, concretamente a piezas o masas metálicas ya conformadas en el mecanizado. Finalidad Aumentar la resistencia a tracción, dureza. Disminuir: plasticidad, tenacidad. Modificar: Propiedades físicas: aumento del magnetismo y la resistencia eléctrica. Propiedades químicas: aumento de la resistencia a la corrosión. Para templar una pieza se calienta hasta un temperatura superior a la crítica, –manteniendo el tiempo suficiente hasta lograr la total transformación de la austenita– y enfriando rápidamente. El fin que se pretende generalmente en este ciclo es transformar toda la masa de acero con el calentamiento en austenita y después, por medio de un enfriamiento suficientemente rápido, convertir la austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados. Factores que influyen en el temple La composición química del acero a templar, especialmente la concentración de carbono. También es muy importante la presencia de aleantes ya que amplían la franja temporal de enfriamiento en la que se puede obtener martensita. La temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento de acuerdo con las características de la pieza. La velocidad de enfriamiento y los líquidos donde se enfría la pieza para evitar tensiones internas y agrietamiento. Las tensiones internas son producidas por las variaciones exageradas que se le hace sufrir al acero, primero elevándola a una temperatura muy alta y luego enfriándola. Éstas tensiones y grietas son consecuencia del cambio de volumen que se produce en el interior del acero debido a que el núcleo enfría a menor velocidad. A las piezas templadas hay que darles un tratamiento posterior llamado revenido para eliminar las tensiones internas Características generales del temple Es el tratamiento térmico más importante que se realiza. Hace el acero más duro y resistente pero más frágil. La temperatura de calentamiento puede variar de acuerdo a las características de la pieza y resistencia que se desea obtener. El enfriamiento es rápido. Si el temple es muy enérgico las piezas se pueden agrietar.
- 14. La martensita es un constituyente metaestable cuya estructura cristalina es tetragonal centrada en el cuerpo. Se llama martensita en honor al metalúrgico alemán Adolf Martens (1850-1914). Calentamiento o Depende del contenido de carbono. o La velocidad de calentamiento es moderada, se requiere una hora de calentamiento por cada 2 mm de espesor o dimensión transversal media de la pieza. o Hipoeutectoides y eutectoides: solo austenita, destruyendo la ferrita que es blando. o Hipereutectoides: austenita y cementita (es duro y aumenta la resistencia y dureza de la pieza). Temperaturas recomendadas: Hipoeutectoides: Ac3 + 50 °C Eutectoides: Ac1 + 50 °C Hipereutectoides: Ac1 + 50 °C Tiempo de calentamiento: -Depende del espesor de la pieza. -Homogeneidad en la austenita (hipoeutectoides y eutectoides) -Homogeneidad en la austenita y cementita (hipereutectoides). Enfriamiento Tiene por objeto transformar la totalidad de la austenita formada en otro constituyente muy duro denominado martensita. El factor que caracteriza esta fase es la velocidad de enfriamiento mínima para que tenga lugar la formación de martensita, ésta se denomina velocidad crítica de temple. Velocidad de enfriamiento: o Muy elevada. o Depende de la composición y tamaño de grano del acero. Medios de enfriamiento en el temple. El fluido ideal de temple será aquel que produzca una velocidad de enfriamiento superior a la crítica hasta temperaturas inferiores a las de transformación de la perlita y bainita, y más baja en el intervalo de la transformación martensítica. De esta forma se evitará la transformación de la austenita en los constituyentes más blandos y se conseguirá que se transforme con uniformidad en martensita, sin peligro a que se formen grietas y deformaciones. Algunos medios utilizados son:
- 15. En agua: el agua es el método mas utilizado para el enfriamiento de acero en el temple. El agua a temperatura inferior a 30ºC, tiene una severidad de temple baja si se deja la pieza en reposo pero si se agita o se le añaden sales esta severidad aumenta, llegando a conseguirse, uniendo ambos métodos, la máxima severidad. En aceites minerales: se puede emplear para aceros ordinarios altos en carbono y de sección pequeña. También se emplea para aceros aleados, cuya velocidad crítica de temple sea baja y su sección puede ser grande, en este caso se reduce el peligro de grietas y deformaciones. Los aceiten deberán tener una volatilidad no muy elevada, temperatura de inflamación y de combustión lo más alta posible, gran resistencia a la oxidación y una viscosidad a temperatura ambiente entre 14,4 y 15,7 poise. Los mejores aceites para este uso son los derivados del petróleo. En metales y sales fundidas: los metales fundidos como el mercurio o el plomo y ciertas sales se usan como refrigerantes por su comportamiento respecto a la severidad del temple que es similar a la del aceite pero por agitación se logra aumentar considerablemente. En aire en calma a presión: se usa en aceros con bajas velocidades de temple. se enfrían las piezas por radiación, convención y conductividad por lo que desempeña un papel importante el estado de la superficie de la pieza favoreciendo que la superficie sea negra y dificultando que sea brillante. Tipos de Temple Temple continuo completo • Aceros hipoeutectoides. • Ac3 + 50 °C – Ferrita en Austenita • Se enfría a una temperatura superior a la crítica. • Se obtiene MARTENSITA COMO ÚNICO CONSTITUYENTE Temple continuo incompleto • Aceros hipereutectoides. • Ac1 + 50 °C – Perlita en Austenita y Cementita sin transformar • Se enfría a una temperatura superior a la crítica. • Se obtiene MARTENSITA MAS CEMENTITA COMO CONSTITUYENTES FINALES Temple Austempering • Se utiliza para aceros que no aceptan el temple continuo. • Es más efectivo para evitar grietas y deformaciones (aceros muy tenaces). • Ac3 + 50 °C: austenita en hipereutectoides. • Enfriamiento brusco poco antes de Ms (antes de formarse la martensita) sobre 450ºC • Se introduce en baño de sales (isotérmica), transformando austenita en bainita (mucha tenacidad). • Posteriormente se enfría rápidamente.
- 16. Temple superficial • Para templar solo la superficie del acero. • Se obtienen piezas: -Superficie: Duras y resistentes -Núcleo: Tenaces. • Se calienta solo la zona superficial convirtiéndola en austenita y luego se enfría bruscamente (martensita). Hornos Los hornos para calentar piezas pequeñas que se desea templar, son cajas metálicas que en su interior van recubiertas de material refractario para evitar pérdidas de calor, estas cajas llevan incorporadas varias resistencias eléctricas que producen el calentamiento de las piezas a la temperatura requerida y llevan incorporado un reloj programador para el control del tiempo de calentamiento y un pirómetro que facilita el conocimiento de la temperatura. que hay en el interior del horno. Con elementos de gran tamaño, como tubos, los hornos están formados por cámaras; cada cámara tiene el largo del tubo y en cada cámara hay de una serie de quemadores que se encargan del calentamiento de cada cámara. Para poder monitorear la temperatura se usa el termopar y para controlar el horno se usa el PLC o computadoras. Después del temple se efectúa el revenido, cuyo fin es el aumento de la plasticidad (disminución de la fragilidad) del acero con una disminución mínima de la resistencia o la dureza adquiridas durante el temple.
- 17. Revenido del Acero El revenido, es un tratamiento térmico que se aplica a los aceros endurecidos para reducir su fragilidad, incrementar su ductibilidad y tenacidad y aliviar los esfuerzos en la estructura de la martensita. El tratamiento de revenido consiste en calentar el acero después de normalizado o templado, entre la temperatura ambiente y la de transformación Ac1 (aprox. 730 ºC ), seguido de un enfriamiento controlado en aceite o agua El objetivo del revenido es disminuir la elevada fragilidad producida por el temple anterior, así como proporcionar a los aceros una cierta tenacidad, a la vez que se eliminan o disminuyen las tensiones producidas por el temple. Generalmente se puede decir que con la temperatura ascendente de revenido, aumentan la elasticidad y alargamiento y disminuyen la resistencia y la dureza (a excepción de los aceros rápidos). El efecto del revenido depende de la aleación del acero, del temple, del espesor de la pieza y del tratamiento aplicado. El efecto del revenido es más fuerte para piezas de acero poco aleado, de dimensiones delgadas y de mayor contenido en carbono. Tabla de temperaturas para revenido de acero endurecido
- 18. Quienes se someten al revenido Las piezas templadas con estructura de martensita tetragonal y austenita residual. Ambas estructuras son inestables y tienden a transformarse por calentamiento en estados más estables con cambio de volumen. Volúmenes específicos de las estructuras Austenita ˂ perlita ˂ sorbita ˂ troostita ˂ martensita Al transformarse la martensita tiene lugar la disminución del volumen (longitud), y al descomponerse la austenita tiene lugar el aumento del volumen. La temperatura del revenido se ajusta a las necesidades de la posterior utilización de la pieza. Hasta aproximadamente 150 Tanto la velocidad de calentamiento, como la exactitud, la permanencia y el enfriamiento, tienen una gran influencia para conseguir unos resultados óptimos después del revenido. El revenido no tiene influencia sobre la dureza. El revenido se efectúa en hornos independientes especialmente diseñados para cada caso 1) Revenido en baño de aceite. 2) Revenido en horno de baño de sales. 3) Revenido en horno de recirculación forzada de aire. El efecto del revenido depende de la aleación del acero, del temple, del espesor de la pieza y del tratamiento aplicado. 1. Revenido de bajas temperaturas (entre 180 y 220oC); Con él se reducen las tensiones internas pero se conserva la estructura martesita. Se usa en el revenido de herramientas de corte, en las que debe mantenerse la dureza y resistencia al desgaste. 2. Revenido a medias temperaturas (entre 300 y 400 °C) a estas temperaturas la martensita se modifica y transforma en lo que se conoce como troostita y se aplica en los muelles o matrices. 3. Revenido de altas temperaturas (500- 550°C) a estas temperaturas la troostita se convierte en otra forma llamada sorbita, se aplica fundamentalmente para el acero de construcción. El revenido mejora las características mecánicas reduciendo la fragilidad, disminuyendo ligeramente la dureza. Características generales del revenido Es un tratamiento que se da después del temple Se da este tratamiento para ablandar el acero Elimina las tensiones internas La temperatura de calentamiento está entre 150 y 500 ºC El enfriamiento puede ser al aire o en aceite
- 19. Fases del revenido El revenido se hace en tres fases: 1. Calentamiento a una temperatura inferior a la crítica. 2. Mantenimiento de la temperatura, para igualarla en toda la pieza. 3. Enfriamiento, a velocidad variable. Calentamiento 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 herramientas la temperatura de revenido es de 200 a 350°C. 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. 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. Revenido del acero rápido Se hace a la temperatura de 500 a 600°C en baño de plomo fundido o de sales. El calentamiento debe ser lento, el mantenimiento del caldeo será por lo menos de media hora; finalmente se deja enfriar al aire. Factores que influyen La temperatura de revenido sobre las características mecánicas El tiempo de revenido La velocidad de enfriamiento Las dimensiones de la pieza Resultado Es la precipitación de partículas muy finas de carburo de la solución martensítica hierro- carbono y la transformación gradual de la estructura cristalina de BCT a BCC. Esta nueva estructura se llama martensita revenida. Al conjunto de temple y revenido también se les denomina “bonificado”. Diferentes tipos de hornos de revenido: Horno de revenido, hasta 650 °C Existen ciertos tipos de aceites con elevados puntos de inflamación (350-400 ºC) que se pueden utilizar para la ejecución de los revenidos en recipientes con calefacción por medio de calentadores eléctricos blindados, recirculación o agitación del aceite. El revenido en aceite presenta el inconveniente de tener que eliminar los residuos adheridos.
- 20. Horno de baño de sales, hasta 1000 °C El revenido en baño de sales se efectúa con mezclas de sales de nitratos que pueden utilizarse hasta 500-600 ºC incluso para aceros rápidos. Los hornos de revenido en baño de sales se componen de un crisol metálico para la contención de las mismas, calentado exteriormente por resistencias eléctricas, gas o gas-oil. Estos hornos están dotados generalmente de regulación automática de temperatura por medio de termopares angulares, que se encuentran sumergidos en las sales fundidas y un sistema de seguridad instalado en la cámara de calentamiento. Las piezas a revenir se calientan rápida y uniformemente al quedar sumergidas en las sales fundidas, debiendo tener las precauciones necesarias al trabajar con sales fundidas a altas temperaturas. Horno a combustión con carro automatizado El horno más adecuado para la ejecución de cualquier revenido es el de circulación de aire caliente, del cual existen infinidad de variantes adaptadas a las necesidades de los diferentes tipos de revenido, temperatura y forma de las piezas, así como los integrados dentro de líneas continuas de producción completamente automatizados. Estos hornos garantizan un calentamiento rápido y uniforme de las piezas debido a la forzada del aire caliente que las envuelve en su totalidad. . La recirculación está provocada por uno o varios grupos moto-ventiladores centrífugos, montados en los lugares más idóneos del horno, de forma que procuren la recirculación más adecuada a la forma de las piezas en sentido vertical u horizontal, haciendo pasar el aire a través de los elementos de calefacción que pueden ser de diferentes tipos, resistencias eléctricas, tubos radiantes, vena de aire, etc. Los hornos estarán dotados de regulación automática de la temperatura y opcionalmente puede instalarse programador temperatura-tiempo a base de microprocesador que garantiza una reproducibilidad en todos los tratamientos.
- 21. Tratamientos Termoquímicos del acero ¿Qué son 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. ¿En qué consiste? Consiste en enriquecer las capas superficiales de la pieza de acero con elementos: Carbono (cementación), Nitrógeno (nitruración), Carbono y Nitrógeno (Carbonitruración o Cianuración), aluminio (Calorización), cromo (cromado) y otros, para elevar la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y otras propiedades. Objetivos: • 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 • Aumentar la resistencia a la corrosión • Etapas para los tratamientos termoquímicos • La disociación. Consiste en la descomposición de las moléculas y la formación de átomos activos del elemento que difunde. • La absorción. Es cuando los átomos del elemento que difunden se ponen en contacto con la superficie de la pieza de acero formando enlaces químicos con los átomos del metal. • La difusión. Es decir la penetración del elemento de saturación hacia la zona interior del metal, al penetrar los que se difunden en la red del disolvente la velocidad de difusión será más alta, siempre y cuando en la reacción se formen disoluciones solidas de sustitución. Clasificación: • Cementación (carbono) • Nitruración (Nitrógeno) • Cianuración • Carbonitruración (Carbono y nitrógeno) • Recubrimiento por cementación.
- 22. 1) Cementación (carburación) La cementación es un tratamiento termoquímico en el que se aporta carbono a la superficie de una pieza de acero mediante difusión, modificando su composición. La cementación se utiliza en aceros con bajo contenido en carbono (0.15-0.20 %C). Objetivo La cementación tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificación del núcleo, dando lugar así a una pieza formada por dos materiales, la del núcleo de acero con bajo índice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie, de acero con mayor concentración de carbono, más dura, resistente al desgaste y a las deformaciones, siendo todo ello una única pieza compacta ¿En qué consiste la cementación? Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someterla durante varias horas a altas temperatura (900°C). La pieza así obtenida se le da el tratamiento térmico correspondiente, temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirirá las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono. En ocasiones se dan dos temples, uno homogéneo a toda la pieza y un segundo temple que endurece la parte exterior. 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. Características • Endurece la superficie. • No le afecta al corazón de la pieza. • Aumenta el carbono de la superficie • Su temperatura de calentamiento es alrededor de los 900 ºC.
- 23. 1.1 Cementación en carburante sólido. Es el procedimiento más antiguo. En este caso las piezas, después de su elaboración preliminar, se limpian quitándoles el orín, la suciedad y la grasa; los lugares que no se han de carburar, por ejemplo, la superficie interior del bulón de un pistón, los cuellos de los arboles de levas, se aíslan con un recubrimiento electrolítico de cobre de 0,005mm de espesor. 1.2 Cementación liquida Se aplica, como regla, para las piezas pequeñas cuando se requiere una profundidad insignificante de la capa carburada (0,3-0,5 mm). y se efectúa en los baños de sales con la siguiente composición: 75-80% de Carbonato de Sodio (Na2CO3), 10-15% de Cloruro de sodio (NaCl), 6- 10% de Carburo de Silicio (SiC), con calentamiento hasta 820°-850°C y permanencia hasta 1 hora. 1.3 La carburación gaseosa Se emplea ampliamente en la construcción de maquinaria para la producción en serie y en masa forma de gases. Esta cementación se realiza en hornos de mufla de acción continua y de cuba, calentado hasta 930°C durante 6 horas, aproximadamente, para carburar una capa hasta de 1 mm. El tratamiento térmico termina con el revenido a 160°-180°C. Horno para cementación El proceso de endurecimiento por cementación se utiliza para aceros con poco carbono. La pieza se maleabiliza en gas endotérmico y de alto contenido de carbono. El acero calentado a temperaturas de 900°C asta 1000° absorbe el carbono del gas en el horno para cementación. También se pueden usar horno rotativo para el endurecimiento del acero. 2) NITRURACION La nitruración es un tratamiento termoquímico, en el que se modifica la composición del acero incorporado nitrógeno durante el proceso de tratamiento térmico en una atmosfera rica en nitrógeno. El objetivo de la nitruración es el de elevar la dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión de la capa superficial de las piezas, saturándolas con nitrógeno. Procedimiento
- 24. Existen dos procedimientos para la nitruración: la nitruración en horno y la nitruración iónica. Para la nitruración en horno se coloca la pieza dentro del horno, dentro del cual se hace circular amoniaco y posteriormente se calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C, lo que provoca que el amoníaco se descomponga en nitrógeno e hidrogeno; el hidrógeno, se separa del nitrógeno por diferencia de densidad, y el nitrógeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro. En el caso de la nitruración iónica, las moléculas de amoníaco se rompen mediante la aplicación de un campo eléctrico. Esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para formar el nitruro de hierro (Fe2N). Aplicaciones La nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc. Estas aplicaciones requieren que las piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste Aceros para nitruración Para este proceso resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio (1% aproximadamente). Este tratamiento también es aplicable a algunos aceros inoxidables, aceros al cromo-níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo. Endurecimiento por nitración/nitridación y nitrocarburación Durante la nitración y nitridación en el horno para nitrar y horno para nitridar se difunde el nitrógeno en la superficie del acero a temperaturas entre 500°C y 550°C. Durante el proceso de enfriamiento se extrae nitrógeno. En la nitrucarburación (fase gaseosa) se difunde a partir del monóxido de carbono y del hidróxido de carbono, además del oxígeno, nitrógeno. Una vez se haya aplicado el tratamiento completo, el enfriamiento se hará siempre bajo una atmósfera controlada para evitar la contaminación superficial u oxidación de la pieza. A aquellas partes de la pieza que no se deban nitrurar se les da un baño de estaño y plomo al 50%, que cubre la superficie de la pieza aislándola del nitrógeno.
- 25. 3) Cianuración La cianuración es un tratamiento termoquímico que se da a los aceros. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se logra empleando un baño de cianuro fundido, la cianuración se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada. Cómo se realiza La cianuración se efectúa a una temperatura justamente por encima de la critica del corazón de la pieza, se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se da directamente por inmersión al salir del baño de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0.25 mm en un tiempo de una hora. La cianuración liquida de las piezas se realizan a 820°-870°C con permanencia hasta 1 hora en un baño de cianuro que contiene una mezcla de sales, aproximadamente de la siguiente composición: 45% de Cianuro de Sodio (NaCN), 35% de Carbonato de Sodio (Na2CO3), 20% de Cloruro de Sodio (NaCl). Después de la cianuración las piezas se enfrían hasta la temperatura óptima del temple y se templan en agua o aceite según el tipo de acero. Después del temple se efectúa el revenido a 160°-180°C. La carburación gaseosa es la saturación de la capa superficial de las piezas con carbono y nitrógeno en un medio gaseoso compuesto de 70-80% de gas cementante y 20-30% de amoniaco y calentamiento hasta 850-900°C. La duración del proceso para lograr una capa de 0,3-0,5 mm de profundidad es de 3 horas; para 0,5-0,7 mm de profundidad, 6 horas; y para 0,7-0,9 mm de profundidad, 8 horas. Una vez carbonitruradas las piezas se someten al temple y revenido. 4) Carbonitruración Se entiende por carbonitruración, el tratamiento termoquímico en el que se promueve el enriquecimiento superficial simultáneo con carbono y nitrógeno en piezas de acero, con el objetivo de obtener superficies extremadamente duras y un núcleo tenaz, sumado a otras propiedades mecánicas como resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsión. La carbonitruración puede considerarse como un caso particular de la cementación donde la adición de nitrógeno: -Acelera la difusión de carbono. -Disminuye la velocidad crítica de temple y así reducir las deformaciones de temple. La carbonitruración en baño de sal es un tratamiento que se encuadra entre la nitruración y la cementación. Por esta razón la temperatura de la carbonitruración se sitúa entre las temperaturas de estos dos procesos. La oferta de nitrógeno, que se difundirá en el acero, dependerá de la composición del baño y también de su temperatura. Sin embargo, se sabe que la oferta de nitrógeno se reduce a medida que aumenta la temperatura
- 26. Endurecimiento por carbonitruración y carbonitruración a baja temperatura Cuando el proceso se produce a temperaturas entre 650°C hasta 770°C, puede difundirse el nitrógeno muy bien y después del enfriamiento rápido se forma una capa de nitridos y carbidos sobre la capa de martensítica con contenido de nitrógeno. En la carbonitruración sobre 770°C hasta 930°C no se forma esa capa sobre la superficie, porque el carbono se puede difundir mejor. El nitrógeno estabiliza la fase austenita y posibilita así un enfriamiento del material más suave con una dureza más alta. Sin embargo, el espesor de la capa endurecida es menor que en la cementación y el cambio hacia el material interno es más fuerte. Al igual que en la cementación, el acero se enfría rápidamente y luego se vuelve a calentar en la fase gaseosa después de la maleabilización. 5) Recubrimiento por cementación Para impartir a la capa superficial de las piezas una gran resistencia a la formación de orín, resistencia al calor, resistencia a la corrosión, dureza y resistencia al desgaste, se aplica la saturación o recubrimiento de la capa superficial de la pieza con distintos metales: aluminio, cromo, silicio y otros. En estos casos el tratamiento termoquímico se denomina recubrimiento por cementación. 4.1 Calorización La calorización, técnica también denominada aluminización, es una cementación del acero al carbono a base de aluminio. Tiene por finalidad aumentar la resistencia a la corrosión del acero a elevadas temperaturas. Suele aplicar a los depósitos de combustible de los generadores de gas, a las fundas de los termopares, a las cucharas de colada de los metales fundidos, a las válvulas y a otras piezas que trabajan a altas temperaturas. • La calorización en medio solido. Se lleva a cabo introduciendo las piezas en cajas cerradas, dentro de las cuales se suele introducir en forma pulverizada. A su vez, dichas cajas permanecen dentro de un horno a 950°-1000°C durante 4-15 horas. • La calorización liquida. Se realiza sumergiendo la pieza a proteger en un baño de aluminio al que se le ha añadido cloruro de aluminio. • La calorización gaseosa. Se consigue introduciendo las piezas a calorizar en un recipiente cerrado en presencia de cloruro de aluminio en fase gaseosa. 4.2 Cromización Se puede realizar en medios solido, líquido o gaseoso que contengan cloruro de cromo (CrCl2). Corrientemente, el proceso se efectúa a la temperatura de 900°-1000°C y con permanencia a esta temperatura unas 10-12 horas. El cromado por difusión eleva la resistencia a la corrosión, resistencia a la formación de orín, aumenta la dureza y resistencia al desgaste de las piezas de acero y fundición.
- 27. 4.3 Silicación El proceso de saturación de la capa superior de la pieza con silicio, se puede efectuar en medios solido, líquido y gaseoso que contengan cloruro de silicio (SiCl4). La silicación en medio gaseoso a 1050°C durante 2 horas, da una profundidad de la capa saturada hasta 1 mm. La silicación eleva la resistencia a la corrosión en distintos medios: agua de mar, ácidos nítricos, sulfúrico clorhídrico. En este caso aumenta también consideradamente la resistencia y a la resistencia al desgaste de las piezas de acero y fundición.
- 28. I.- COLOCA EN EL PARÉNTESIS LA RESPUESTA CORRECTA: ( ) Aleación base del acero. ( ) También llamado hierro (gamma) se deforma con mayor facilidad y es paramagnética. ( ) Metaloide, con diámetro (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas. ( ) Posición que ocupa México en la producción mundial del acero. ( ) Son aquellos en cuyo interior las piezas se mantiene inmóviles mientras permanecen en ellos y pueden ser horizontales o verticales. ( ) Se le llama así al hierro que se encuentra desde la temperatura ambiente hasta los 911 °C. ( ) Duro y tenaz, con dA = 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C. ( ) Se encuentra desde los 911 °C hasta los 1400°C ( ) Se refiere a los procesos térmicos encaminados a preparar el material para la fabricación, entre lo que se encuentra la mejora de las características de mecanización, reducción de fuerzas de conformación, etc. ( ) Al hierro también se le conoce como: ( ) Se diseñan para que las piezas entren y salgan de ellos una por una, a una velocidad prefijable que se acomode a otras operaciones continuas de la secuencia de fabricación. ( ) Con el tratamiento térmico adecuado para el acero logramos: ( ) El carburo de hierro (Fe3C) también recibe el nombre de:
- 29. AB Tratamientos térmicos AC Horno eléctrico AD Austenita BA Disminuir la elasticidad y aumentar el tamaño del grano,etc. BC Hornos continuos CA Posición15 CB Ferrita CC Hierro CD Cementita EA Hierro y carbono EB Tratamientos térmicos de preparación EC Carbono ED Incrementar la tenacidad y reducir esfuerzos internos, etc. FA Posición14 FB Propiedades físicas FC Hornos intermitentes
- 30. II.- COMPLETA LOS SIGUIENTES ENUNCIADOS CON LA RESPUESTA CORRECTA. 1.- Elementos principales para la producción del acero ______________________ y ________________________. 2.- Al mineral de hierro que se utiliza para la producción del acero se le llama comúnmente ____________________. 3.- Después de la producción del acero, la ________________ es reutilizada, mientras que la parte no metálica se destina al ___________________. 4.- La _______________ se refiere a la propiedad de un metal de tener varias redes cristalinas. 5.-__________ ocupa el primer lugar a nivel mundial en producción del acero. 6.- El _____________ ______________ es todo proceso de calentamiento y enfriamiento controlado al que se somete un metal con el propósito de variar alguna o algunas de sus propiedades. 7.- Son algunos de los principales tratamientos térmicos: _________________ y __________________.
- 31. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
- 32. Clasificación de Tratamientos Térmicos del Acero - Procesos de Fabricación Verticales Horizontales 1. Tratamiento en el cual se utiliza únicamente 4. Incorpora nitrógeno en la composición de la el calor para variar la estructura y constitución superficie de la pieza de una aleación, pero no su composición 10. Introduce carbono y nitrógeno en una capa química superficial 2. Diagrama donde se especifican las 11. Su finalidad es aumentar la dureza y la temperaturas en las que suceden los cambios de resistencia del acero fase 12. Tiene por objeto dejar un material en estado 3. Microconstituyente presente en el acero normal 5. Con este tratamiento se logra aumentar la 13. Cuando un metal moldeado se solidifica los elasticidad, mientras que disminuye la dureza átomos se arreglan por si mismas en patrones 6. Se aplica a aceros previamente templados, definitivos llamados estructuras... para disminuir ligeramente los efectos del 14. Es la capacidad que tiene un material de temple absorber energía sin producir fisuras 7. Ademas del acero, tambien estos solidos pueden someterse a Tratamiento Termico 8. Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta 9. Tratamiento donde varia la composición química superficial de los aceros mediante la adición de otros elementos 15. Estado en el que se encuentra un material cuando ha perdido su ductilidad y maleabilidad
- 33. GLOSARIO Alotropía: Propiedad de algunos elementos químicos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes, como el oxígeno. Austenita: La austenita es una forma de ordenamiento distinta de los átomos de hierro y carbono. Está formado por una disolución sólida del carbono de hierro, lo que supone un porcentaje máximo de C del 2%. Es dúctil, blanda y tenaz. Austenitización: a una determinada temperatura, se forma austenita. Cementita: se produce por efecto del exceso de carbono sobre el límite de solubilidad. Ductilidad: Que admite grandes deformaciones mecánicas en frío sin llegar a romperse. Ferrita: Material mal conductor formado por conglomeración de partículas de óxido de hierro, y empleado por sus propiedades magnéticas en altas frecuencias. Ferromagnético: Propiedad de los materiales que, como el hierro, tienen muy alta permeabilidad magnética, se imantan y pueden llegar a la saturación. Forjabilidad: Dar la primera forma con el martillo a cualquier pieza de metal. Homogeneizar: Dicho de una sustancia o de una mezcla de varias: De composición y estructura uniformes. Insuflar: Introducir en un órgano o en una cavidad un gas, un líquido o una sustancia pulverizada. Labra: Trabajar una materia reduciéndola al estado o forma conveniente para usarla. Rigidez: que no se puede doblar. Recocido total: tiene como finalidad una temperatura que permita obtener plenamente la fase estable a falta de un enfriamiento lo suficientemente lento como para que se desarrollen todas las reacciones completas. Temperatura de Curie: temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo, comportándose como un material puramente paramagnético.