8614976.ppt

ELIMINACION DEL CALOR DURANTE EL
TEMPLE
La estructura, dureza y resistencia resultante de una operación de
templado se determina por la rapidez de enfriamiento en el proceso
Si se supera la rapidez crítica se obtiene solo martensita, sino se
obtendrá una estructura variada
La eliminación del calor durante el temple dependerá:
•del medio
•del mecanismo de transferencia
•de la temperatura del medio
•del tamaño y la masa

MECANISMO DE ELIMINACION DE CALOR
Etapa A:
La T. del metal es alta entonces el medio de temple vaporiza en la
superficie del metal. El enfriamiento se efectúa por conducción y
radiación a través de la película gaseosa, la rapidez de enfriamiento
es muy lenta

Etapa B:
La película de vapor ya no es estable. Se produce una ebullición y
el calor se elimina rápidamente como calor latente de
vaporización.
Es la etapa mas rápida del enfriamiento

Etapa C:
La superficie del metal alcanza la T. de ebullición del liquido de
temple. No se forma mas vapor por lo que el enfriamiento se hace
por conducción y convección a través del liquido.
Es la etapa mas lenta.

MEDIO DE TEMPLE
El medio ideal debería tener una alta rapidez inicial para evita la
nariz del diagrama TI y luego enlentecerse para evitar la distorsión
Algunos medios son:
•salmuera
•agua
•polímeros
•sales inorgánicas
•aceites
•aire

MEDIO DE TEMPLE
tiempo
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a

ELECCION DEL MEDIO DE TEMPLE
Conviene utilizar el medio de enfriamiento menos enérgico
que le de una velocidad de enfriamiento superior a la critica.
Entonces obtenemos estructuras totalmente martensiticas
con la máxima dureza y sin grietas y deformaciones.
Como existe una gran diversidad de aceros, para elegir el
medio de temple conviene guiarse por las recomendaciones
de las acererías o por el análisis y dimensiones de las piezas

CARACTERISTICAS DE LOS MEDIOS DE TEMPLE
AGUA :
Debe evitarse que el agua se caliente durante el temple.
Conviene que el agua se mantenga entre 15º y 20º C porque de lo
contrario se prolonga excesivamente la 1ª Etapa del enfriamiento.
ACEITE :
Se suelen emplear aceite animales, vegetales y minerales.
Los mejores aceites son los minerales obtenidos en la destilación
fraccionada del petróleo. Un buen aceite debe tener las siguientes
características:
1) Viscosidad controlada (5 a 9 Engler a 20º)
2) Volatilidad no debe ser elevada
3) Temperaturas de inflamación y combustión deben ser elevadas
4) Gran resistencia a la oxidación

PLOMO :
Las aplicaciones mas generales son el temple de herramientas de
aceros especiales y muelles.
Se introduce el acero caliente en el plomo fundido y se deja enfriar
hasta la temperatura del baño ( 350º a 600º C )
Como el plom se oxida fácilmente hay que evitar que entre en
contacto con la atmósfera cubriéndolo con pequeños trozos de carbón
vegetal.
MERCURIO :
En la antigüedad se utilizaba para instrumental quirúrgico o para
piezas de gran dureza, pero su elevado peso especifico y precio
limitaron sus aplicaciones

SALES FUNDIDAS :
Son cada día mas empleadas en los T.T. Están constituidas por
cantidades variables de cloruros, carbonatos, nitritos y cianuros de
potasio y bario.
Se utilizan para temperaturas variables desde 150º a 1300º C.
También son utilizadas para calentar las piezas y en la cementación y
nitruración de las mismas

TEMPERATURA DEL MEDIO DE TEMPLE
Al aumentar la temperatura del temple la velocidad de
enfriamiento disminuye
En el caso del aceite sin embargo aumenta también la
fluidez lo que aumenta la transferencia
Es necesario proporcionar suficiente volumen al medio
En algunos casos se utilizan serpentines enfriadores
para mantener la temperatura del baño

CONDICION SUPERFICIAL
Cuando el acero se expone a una atmósfera de oxidación, debido a la
presencia de vapor de agua o de oxigeno en el horno, se forma una delgada
capa de oxido llamada escama.
Los experimentos demostraron que una gruesa capa de escama (0.005” de
prof ) retarda la rapidez real de enfriamiento.
Muchos métodos se emplean en la industria a fin de minimizar la formación
de la escama:
Cobrizado: recubrir el acero con una delgada película de cobre. Es un
metodo que resulta muy económico.
Atmósfera de protección: una atmósfera inerte respecto al acero se
introduce bajo presión en el horno
Recipientes con sal liquida: se coloca la pieza en un horno de sal liquida
Virutas de hierro fundido: el oxigeno reacciona con el hierro fundido
antes de alcanzar al acero

TAMAÑO Y MASA
Como solo la superficie
está en contacto con el
medio, importa el área
superficial
La relación área/ masa es
importante
La pieza esférica tiene la
menor relación
Piezas largas o finas tienen
mayor relación

PENETRACION DEL TEMPLE
Supongamos que tenemos
una barra de una pulgada y
hacemos un enfriamiento en
agua
Si se conoce las rapideces
de enfriamiento para
diferentes posiciones de la
barra, se podría predecir
que microestructura final se
obtendría

CURVAS DE PENTRACION DEL TEMPLE
Se obtuvo 30 RC en el
borde de una probeta de 4”,
en aprox. ½” bajo el borde de
un redondo de 3”y en el
centro de una de 2”
Alcanzaron la misma dureza
porque todos tuvieron la
misma velocidad de
enfriamiento
Dondequiera que la rapidez
real de enfriamiento sea la
misma , la dureza es la misma

CURVAS DE PENTRACION DEL TEMPLE
Se puede incrementar la
templabiliad mediante:
-desplazando la TI a la
derecha al añadir elementos
de aleacion o engrosando el
grano austenitico.
-aumentar la velocidad del
temple incrementando la
circulación.
- la figura b muestra un acero
de cromo-vanadio con el
mismo % de C y nótese el
incremento de dureza de todos
los tamaños

TEMPLABILIDAD
Comprar un acero para templar de acuerdo a su
composición química no es garantía de que se obtendrá la
dureza deseada
AISI 4340:
0.38-0.43 C (12.5%)
0.6- 0.8 Mn (28.7)
0.7-0.9 Cr (25)
0.2-0.35 Si (53.8)
0.2-0.3 Mo (40)

TEMPLABILIDAD
•El ensayo para determinar la templabilidad es la prueba estandarizada
JOMINY
•Se toman muestras de 1” de diámetro y 4” de largo y se calienta
uniformemente hasta la temperatura de austenización

•Se saca del horno y se coloca en un
sostén donde un chorro de agua choca
contra la cara del fondo de la muestra
•Se preparan 2 superficies y se miden
dureza desde una distancia de la punta
•Se grafican los resultados
TEMPLABILIDAD

Diagrama de transformación
isotérmica continuo para un
acero aleado 8630.
Relación entre el ensayo de
capacidad de endurecimiento
y el comportamiento de la
transformación previamente
estudiado

REVENIDO
Luego del temple el acero queda muy
frágil y con tensiones residuales para las
aplicaciones
Suele realizarse un revenido el que
consiste en calentar el acero a alguna
temperatura menor que la crítica.

REVENIDO
Con este tratamiento se logra liberar
esfuerzos residuales, disminuir la
dureza y resistencia y mejorar la
ductilidad y la tenacidad del material

REVENIDO
Recientemente con ayuda del microscopio electrónico y de los rayos X,
se han podido estudiar con mas detalle los fenómenos que se dan en el
revenido.
El revenido se
divide en tres
etapas
fundamentales:

REVENIDO
La martensita sufre en el revenido un verdadero proceso de precipitación, se
precipitan carburos pero se conserva la red cristalina de cuerpo centrado.
En cambio en las transformaciones que la austenita experimenta en el temple,
normalizado y recocido al ser enfriada, el hierro γ con caras centradas,
cambia a hierro ά de cuerpo centrado.
En los revenidos a altas temperaturas la martensita se
transforma en ferrita y partículas de cementita globular que son
de tamaño muy fino

Como consecuencia de los estudios derivados de la curva de la S se
ha incrementado el uso de baños calientes (plomo y sales fundidas)
debido a los siguientes motivos:
1 el conocimiento de las valiosas propiedades del nuevo constituyente
“ bainita”
2 reducción de grietas y deformaciones, al conseguir igualarse las
temperaturas del centro y la periferia
3 en ocasiones se llega a evitar la oxidación superficial
4 por la posibilidad de ablandar ciertos aceros en menor tiempo que en
los recocidos de regeneración

RECOCIDO ISOTERMICO
Consiste en calentar el acero a una temperatura ligeramente
superior a la critica ( Ac1 o Ac3 ) y enfriar luego lo mas
rápidamente posible hasta una temperatura inferior a Ac1,
manteniendo el acero hasta que se verifique la transformación
para luego enfriar en aire.

RECOCIDO ISOTERMICO
Recocido con enfriamiento lento Recocido isotérmico
Calentamiento a 780º C Calentamiento a 780º C
Mantenimiento de 1 hora Mantenimiento de 1 hora
Enfr. lento con velocidad:
15º/hora
Enfr. a 700º manteniéndolo
2 horas
Enfr al aire desde 625º Enfr al aire desde 700º
Duración 12 a 24 horas Duración 6 a 12 horas

RECOCIDO
Total o Pleno
Isotérmico
Alívio de
tensiones
recristalizacion
Enfriamiento
Lento
(dentro de horno)
Temperatura
Debajo de linea A1 no
ocurre ninguna
transformacion
enfriamiento
Se debe evitar las
altas velocidades
debido a las
distorsiones
Temperatura
Debajo de linea A1 
(600-620oC)
- enfriamiento
Lento
(en aire o
dentro de horno)
Elimina las tensiones
provocadas
por el trabajo enfrio

AUSTENIZADO (AUSTEMPERING)
Es un proceso desarrollado a partir del diagrama TI para obtener una
estructura 100% bainítica
Se calienta la pieza hasta la temperatura de austenización, se enfría
rápidamente en un baño de sales que se mantiene a la temperatura de
transformación bainítica (400-800 ªF)
Se mantiene en esta temperatura hasta que ocurra la transformación
Se trata de un T.T completo no incluye recalentamiento como en el
revenido
El tratamiento logra un material que se caracteriza por la alta tenacidad,
ductilidad y alta dureza (RC 50)
Una limitación es el efecto masa en que solo son adecuadas piezas de
espesores menores a 1/2”

MARTEMPERING
Se efectúa calentando el acero y manteniéndolo a un temperatura superior a
la critica durante un tiempo suficiente para su completa austenizacion y
enfriándolo en un baño de sal fundida, a una temperatura de 200 a 300º C.
Luego que el material alcanzo e igualo la temperatura del baño, se retira la
pieza del horno y se enfría al aire.
Para efectuar este ensayo se debe conocer con anterioridad la curva de la S de
enfriamiento continuo del acero (posición de la nariz, temperatura del punto
Ms )
Es muy recomendable en la fabricación de engranajes de diferenciales, en la
fabricación de troqueles, en la fabricación de cojinetes de bolas, etc.
Con el martempering las piezas no sufren casi deformaciones y quedan
prácticamente sin tensiones residuales

En principio se podría pensar que los tratamientos térmicos
que se han clasificado en los párrafos anteriores son
reversibles, es decir, que los cambios producidos por alguno
de ellos podrían ser borrados por otro.
En la práctica esto no es así porque las modificaciones
estructurales producidas por los tratamientos térmicos van
acompañadas de otros efectos químicos y mecánicos que
pueden deteriorar de forma irreversible el material.

Los efectos químicos a los que se acaba de hacer referencia
surgen como consecuencia de la interacción entre la atmósfera
del horno en que se realiza el tratamiento y la pieza a tratar.
Las atmósferas de los hornos pueden contener monóxido y
dióxido de carbono, hidrógeno, vapor de agua y metano
además de nitrógeno y oxígeno.
Las proporciones de estos gases determinan el carácter de la
atmósfera y las modificaciones que pueden provocar en la
composición química superficial de la pieza.
Entre los efectos de las interacciones atmósfera-pieza que,
habitualmente, no son buscados intencionadamente se pueden
incluir la oxidación o la descarburación en piezas de acero
tratadas.
A los efectos de tipo químico que se han descrito se superponen
otros de tipo mecánico.

Durante la aplicación de los tratamientos térmicos siempre se
desarrollan tensiones en el seno de las piezas a tratar como
consecuencia de la diferencia de temperaturas y, por tanto, de la
expansión térmica entre distintos puntos de las mismas.
Además, si la aleación a tratar experimenta transformaciones de
fase durante el tratamiento, aparecen tensiones cuando estos
cambios no se producen de forma simultánea en toda la pieza.
Sea cual sea el origen de los esfuerzos mecánicos, su aparición
puede provocar la deformación, el agrietamiento o incluso la
rotura de la pieza que se está tratando con la consiguiente
inutilización de la misma.
Más preocupante incluso que lo anterior puede resultar la
formación de micro-grietas cuyo desarrollo pueda provocar su fallo
en servicio bajo la acción de tensiones inferiores a la de cálculo o
el rechazo de la pieza en operaciones de procesado posteriores

Hornos para tratamientos térmicos
Las instalaciones que se emplean para el calentamiento de las piezas a tratar se
pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios entre los que se pueden
incluir el modo de funcionamiento, el tipo de energía empleado para el
calentamiento o las características de la atmósfera.
Cuando se aplica el primer criterio, los hornos se pueden clasificar en hornos
continuos y hornos de funcionamiento intermitente.
Los hornos de funcionamiento intermitente son muy versátiles admitiendo gran
variedad de ciclos térmicos con temperaturas máximas de trabajo que no suelen
pasar de los 1300°C y con la posibilidad de emplear atmósferas controladas.
Como contrapartida, estos hornos requieren un trabajo importante de
manipulación de piezas de modo que su utilización está normalmente
justificada tanto por su flexibilidad como por la necesidad de trabajar con
productividades reducidas cuando se miden en términos de masa de material
tratado por unidad de tiempo de utilización de horno (este criterio justifica el
empleo de hornos de este tipo con gran capacidad en tratamientos
prolongados).

Los hornos de mufla son los más sencillos entre los hornos de
funcionamiento intermitente
.
Estos hornos están formados por la caja o envolvente metálica, el
aislamiento térmico que rodea la cámara en cuyo interior se disponen las
piezas y el sistema de calentamiento y control.
En muchas ocasiones, el movimiento de piezas en los hornos de mufla se
realiza a mano lo que limita el tamaño de las piezas a tratar .
Cuando es necesario tratar piezas que son grandes o de manipulación difícil
es necesario recurrir a hornos intermitentes con dispositivos que facilitan el
desplazamiento relativo de la carga y el horno como los hornos con
máquina de cargar, de solera móvil o de carro, los de ascensor, los
de pozo o los de campana

Horno eléctrico de
mufla: en la pared
lateral se pueden ver las
resistencias de
calentamiento.

Hornos de campana
eléctrico y de gas para
recocido de hilo de cobre

Una alternativa al concepto de horno de cámara son los hornos de sales.
Estos hornos de constan básicamente de un depósito que contiene un
baño de sales fundidas a la temperatura de trabajo.
Como el calentamiento se consigue por inmersión de las piezas en las
sales líquidas, la transmisión de calor es muy eficiente de modo que el
equilibrio térmico se consigue rápidamente.
Además, como no hay contacto entre la atmósfera y la pieza caliente se
evitan problemas de oxidación y, cuando se considera adecuado, es
posible modificar la composición de la periferia de la pieza a voluntad
ajustando la composición del baño.
En ciertos casos se pueden emplear metales fundidos en lugar de sales.
La utilización de este tipo de hornos tiene como inconveniente los
problemas asociados a la manipulación de las sales.

Batería de hornos de sales con electrodos
sumergidos

Un procedimiento de calentamiento discontinuo de utilización creciente en
la industria son los hornos de lecho fluidizado.
En estos hornos, las piezas a tratar se sumergen en un lecho de alúmina
en polvo que se mantiene fluido por el paso de la corriente de los gases
de combustión.
Las velocidades de calentamiento que se consiguen con estos hornos son
intermedias entre las de los hornos de sales y metales fundidos y los
hornos de radiación.
Las principales ventajas de estos hornos son que, por un lado, es posible
controlar la composición de la atmósfera y que, por otro lado, el
aprovechamiento energético de los gases de combustión es máximo ya
que la atmósfera se genera en el mismo lecho.

El método de tratamiento discontinuo que permite obtener los mejores
resultados es el empleo de hornos de vacío.
Estas instalaciones, que pueden trabajar con un vacío de 10-4 mbar y admiten
temperaturas que llegan hasta los 1600º C, son las menos eficientes desde el
punto de vista energético y las que requieren las mayores inversiones.
Por estas razones, sólo se utilizan cuando los sobrecostos están justificados por
las exigencias en los resultados del tratamiento de piezas de especial
responsabilidad.
Hornos de vacío

Los hornos continuos constan de los mismos elementos básicos que los
hornos de funcionamiento intermitente (una o varias cámaras aisladas,
sistemas de calentamiento y control) junto con un sistema que permite el
desplazamiento ininterrumpido de las piezas.
Estos hornos, que se prestan a una automatización relativamente sencilla,
resultan especialmente adecuados cuando se han de tratar grandes volúmenes
de piezas en condiciones idénticas ya que garantizan la obtención de resultados
uniformes en la fabricación de series medias o grandes.
Los hornos de funcionamiento continuo se pueden clasificar atendiendo al
sistema de movimiento de las cargas en hornos de solera rotatoria y
hornos de cámara recta.
Dentro de este último grupo caben distintas posibilidades para el sistema de
movimiento de las cargas como son, por ejemplo, la utilización de rodillos,
cintas de malla, bandas continuas, cadenas transportadoras,
máquinas empujadoras, vigas galopantes, solera vibratoria o así como
diferentes combinaciones entre los posibles sistemas de desplazamiento

Horno continuo para tratamiento de perfiles de aluminio

horno de cinta para recocido en
atmósfera controlada de plata en
planchas laminadas

Cuando los hornos de tratamiento se clasifican atendiendo al método de
calentamiento se pueden considerar dos grandes grupos: los hornos de
llama y los eléctricos.
En el primer grupo se incluyen los hornos de gas, tanto propano, natural
como manufacturado, y los de fuel, hornos que tienen como ventaja
fundamental el bajo coste de la energía si bien su control y ajuste resulta más
complejo que el de los hornos eléctricos,
Los hornos eléctricos más empleados para el tratamiento térmico de los
metales son los hornos de resistencias
Estos hornos son de calentamiento indirecto ya que el calor se
transmite fundamentalmente por radiación desde una resistencia por la que
circula una corriente eléctrica.
Al trabajar de este modo la temperatura de servicio de las resistencias
deben ser muy superiores a las de tratamiento térmico lo que obliga a
emplear aleaciones refractarias.

Horno de inducción para
calentamiento de redondos de
acero. La imagen de la izquierda
muestra el sistema de extracción
y la de la derecha la bobina.

TRATAMIENTOS
TERMICOS
EN FUNDICIONES

Las fundiciones pueden someterse a los T.T de
temple, revenido y recocido
 El temple es muy adecuado a las fundiciones de matriz perlítica, de
grano fino, con grafito bien distribuido.
 El temple se hace calentando primero a unos 500º y seguidamente
hasta unos 840º C para transformar la perlita en austenita.
 El enfriamiento se hace en agua o en aceite, dando lugar a la
aparición de estructuras martensíticas muy duras, pero
excesivamente muy frágiles lo que hace necesario un posterior
revenido.
 El revenido se realiza calentando hasta unos 300º C y enfriando en
agua ( martensita revenida); calentando hasta 500º C se obtiene
una estructura sorbítica

RECOCIDO
 La fundición gris se recuece para eliminar tensiones internas
consecuencia de un enfriamiento brusco, o para mejorar la
maquinabilidad de las piezas.
 RECOCIDO DE ESTABILIZACION: Se calienta las piezas hasta unos
550º C y se dejan enfriar en el horno
 RECOCIDO DE ABLANDAMIENTO: Se calientan las piezas hasta unos
800º o 900º C y luego se dejan enfriar al aire en reposo.
 Este método sustituyo al de envejecimiento natural, que consistía en
dejar las piezas expuestas a los agentes atmosféricos debido a que
sus resultados no eran muy buenos

MALEABILIZACION
 Tiene por objeto dar una cierta tenacidad a las fundiciones blancas,
en las que el carbono esta combinado en forma de carburo de
hierro
 Para maleabilizar se emplean dos métodos: cementación oxidante o
grafitación

AUSTEMPERING
 la fundición nodular austemperada es una familia de materiales
cuyas propiedades mecánicas pueden ser variadas en un extenso
intervalo a través de la adecuada selección del ciclo térmico,
ofreciendo una amplia gama de propiedades mecánicas para
aplicaciones específicas.
 Esta combinación de propiedades se debe a la micro estructura de
la matriz formada por austenita estabilizada y ferrita bainítica.
 Las cantidades relativas de esos constituyentes influyen
marcadamente en todas las propiedades mecánicas, estáticas y
dinámicas de la fundición nodular

AUSTEMPERING
 A nivel internacional, numerosas piezas automotrices como:
engranajes, cigüeñales, ruedas dentadas, piñonería, entre otros, se
fabrican en fundición nodular austemperada.
 Muchas de esas piezas están sujetas a impacto, siendo la fundición
nodular austemperada una buena alternativa, dadas sus excelentes
propiedades mecánicas.
 A su vez, muchas de estas piezas pueden, también, estar sujetas a
cambios bruscos de temperatura y, en consecuencia, su resistencia
al impacto puede variar.

TRATAMIENTOS
TERMICOS EN
ACEROS
INOXIDABLES

LA TECNICA NO DIFIERE SUBSTANCIALMENTE DE LA
UTILIZADA EN LOS ACEROS AL CARBONO
Como norma general, es necesario efectuar los T.T. de forma
que no disminuya la resistencia a la oxidación y corrosión de
los aceros.
OBSERVACIONES
EN TODO CASO HAY QUE EVITAR:
La carburación superficial, porque rebaja la resistencia a la
corrosión
El contacto de las piezas con cinc o con aleaciones de cinc
porque ocasiona fragilidad en borde de grano

ACEROS MARTENSITICOS
TEMPLE
ELIMINACION DE TENSIONES INTERNAS
REVENIDO
RECOCIDO
Contrariamente a lo que sucede en los aceros al carbono, al
enfriar un acero martensítico desde una temperatura
superior a la critica, toda la pieza toma un temple uniforme
no dependiendo del espesor
Después del temple no aparecen diferencias entre las partes
interiores y exteriores como sucede en los aceros al carbono

ACERO FERRITICO
Dado el poco contenido de carbono y el mucho de cromo,
estos aceros prácticamente no templan, ni aun enfriando
muy rápidamente.
RECOCIDO
Calentamiento lento en horno, hasta unos 850º C
Mantenimiento a dicha temperatura durante unas 2 horas
Enfriamiento brusco en agua
Con este tratamiento se eliminan las tensiones
internas y aumenta ligeramente la resiliencia

ACEROS AUSTENITICOS
Cuando se pretende aumentar la dureza, hay que recurrir a
un tratamiento mecánico de deformación en frío
RECOCIDO
Eliminar las tensiones internas producidas por el trabajo
en frío
Homogeneizar los carburos de cromo en la solución sólida
austenita
REVENIDO
Eliminación de tensiones internas

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