Tratamientos Térmicos
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El documento describe diferentes tratamientos térmicos y termoquímicos aplicados a los metales. Los tratamientos térmicos como el temple, revenido y normalizado mejoran las propiedades mecánicas del acero al modificar su estructura cristalina. Los tratamientos termoquímicos como la cementación, nitruración y carbonitruración aumentan la dureza superficial al incorporar carbono y/o nitrógeno. Cada tratamiento tiene aplicaciones específicas dependiendo de si se requiere mayor dureza, resistencia al desgaste, tenac
Tratamientos Térmicos
- 1. Procesos de Manufactura Tratamientos Térmicos Autor: Dominguez P. Jesús S. C.I.: 6844729 ProcManufS120181
- 2. Tratamiento térmico Conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Se aplica tratamientos térmicos diversos a los cerámicos, al acero y la fundición, estos últimos formados por hierro y carbono.
- 3. Propiedades mecánicas • 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 material para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB), unidades ROCKWEL C (HRC), VICKERS (HV), etc. • Dureza Vickers mediante la prueba del mismo nombre. También puede ser definido como la capacidad de un material de no ser rayado.
- 4. Mejora de las propiedades Las propiedades mecánicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros, residen en la composición química de la aleación que los forma y el tipo de tratamiento térmico a los que se les somete. Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que forman a los aceros, sin variar la composición química de los mismos.
- 5. Propiedades mecánicas del acero El acero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación como el cromo, el wolframio, el manganeso, el níquel, el vanadio, el cobalto, el molibdeno, el cobre, el azufre y el fósforo, los cuales le confieren propiedades mecánicas específicas para su utilización en la industria metalmecánica. A estos elementos químicos que forman parte del acero se les llama componentes, y a las distintas estructuras cristalinas o a la combinación de ellas, constituyentes.
- 6. Tratamientos térmicos del aceroTemple: 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 y se enfría luego más o menos rápidamente en un medio como agua, aceite, etcétera. Revenido: Se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento. Los resortes y muelles de acero para múltiples aplicaciones, son ejemplos característicos de la aplicación de estas dos técnicas complementarias de tratamientos térmicos en un elemento mecánico.
- 7. Recocido: Calentamiento hasta la temperatura de austenización seguido de un enfriamiento lento. Con tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras disminuye la dureza. 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 objetivo 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 normalizado se aplica en la fabricación de piezas y herramientas para afinar la estructura y eliminar las tensiones que suelen aparecer en la forja, y sobre todo después de ciertos sobrecalentamientos o enfriamientos en malas condiciones.
- 8. Tratamientos termoquímicos Además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial. 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.
- 9. 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 una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo. La cementación encuentra aplicación en todas aquellas piezas que tengan que poseer gran resistencia al choque tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piñones, levas, ejes, etc.
- 10. 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 calentando el acero a temperaturas entre 400 y 525 °C, dentro de una corriente de amoníaco, más nitrógeno. 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, árboles de levas, engranajes sin fin, etc.
- 11. Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas 760 y 950 °C. Sus principales ventajas son: la buena eliminación de oxidación, la profundidad de la superficie es duradera, el contenido de carbono se reparte homogéneamente y de gran rapidez de penetración. Sus principales aplicaciones son: para el temple de dientes de engranes, levas, extremos de rieles, llantas metálicas de rueda, etc
- 12. 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. Se aplica en piezas que requieran una gran ductilidad y tenacidad (aportadas por el núcleo) a la vez que una gran resistencia al desgaste (aportada por la capa exterior). Algunos ejemplos son piñones, coronas, ejes, levas, guías, chavetas, etc.
- 13. 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 en un baño de sales. Se aplica a materiales ferrosos (aceros y fundiciones) y a algunas aleaciones de cobre, siendo las siguientes las principales características obtenidas: • Gran resistencia al gripaje o agarrotamiento. • Gran resistencia al desgaste y coeficiente de rozamiento bajo. • Capa porosa, muy favorable para la lubricación. Se emplea preferentemente en ejes, camisas de cilindros, herramientas de acero de corte (para aumentar su duración útil), engranajes y, en general, piezas de maquinaria sometidas a rozamiento.