MT-2511 Tratamientos Térmicos

PROPOSITOS Y TIPOS DE RECOCIDO
Aumentar la maquinabilidad
Aumentar la Tenacidad
Disminuir la dureza
Refinar el tamaño de grano
Homogeneizar
Abrillantar la superficie
Aliviar las tensiones internas
Recuperar
Recristalizar
Aumentar el tamaño de grano
Recocidos Subcríticos
Temperaturas menores a las críticas inferiores.
Recocidos Intercríticos
Se efectúan entre las temperaturas críticas superiores e
inferiores. Las modificaciones se basan en la
transformación de la austenita durante el enfriamiento.
Recocidos Completos
Temperaturas por encima de las temperaturas críticas
superiores. Las modificaciones se basan en la
transformación total de la austenita durante el
enfriamiento.
RECOCIDO
VARIABLES DEL RECOCIDO
 COMPOSICION DEL ACERO Del contenido de aleación del acero dependerán las condiciones
del tratamiento térmico así como el tipo de microestructura que se obtendrá y el nivel de
propiedades mecánicas.
TEMPERATURA DE AUSTENIZACION Determina la microestructura que se obtiene en el acero
al final del tratamiento. Con elevadas temperaturas de calentamiento se obtienen microestructuras
con tendencia a ser laminar y a bajas temperaturas de calentamiento la microestructura tendrá
tendencia a ser globular (carburos).
ESTRUCTURA PREVIA Tienen efecto en función de la forma y distribución de los carburos
preexistentes en el acero.
TEMPERATURA DE TRANSFORMACION Tiene importancia en los aceros que se forman de
manera isotérmica. De acuerdo a la temperatura en que se produce la transformación se obtendrá
un tipo de microestructura.
TIEMPO DE AUSTENIZACION Representa una variable importante ya que determina la
destrucción de la estructura previa del acero y la austenización homogénea del mismo.
HOMOGENEIDAD DE LA AUSTENITA De ella depende que se obtenga una estructura laminar
(austenita homogénea) o en caso contrario a medida que haya heterogeneidad, más bien habrá
tendencia a que la estructura sea de carburos.
TIPOS DE RECOCIDO DE ACUERDO A SU USO
RECOCIDO DE ALIVIO
DE TENSIONES
Disminuye o elimina las tensiones internas que se producen en
el acero a consecuencia de un proceso de mecanizado .
Recocido Subcrítico.
RECOCIDO DE
RECUPERACION Y DE
RECRISTALIZACION
Recupera metales o aleaciones que han sido sometidos a un
proceso de deformación en frío.
Recocidos Subcriticos.
RECOCIDO DE
PROCESO
Recocido incorporado de manera intermedia, en un proceso
continuo con diversas etapas de deformación.
Tiene la finalidad de efectuarlo es aumentar la capacidad de
deformación del metal o aleación que se deforme.
Recocidos Subcriticos
RECOCIDO
COMPLETO
Recocido de austenización total y se utiliza básicamente, para el
ablandamiento de los aceros hipoeutectoides.
El enfriamiento es en el horno.
TIPOS DE RECOCIDO DE ACUERDO A SU USO
RECOCIDO DE
HOMOGENEIZACION
RECOCIDO PARCIAL
O INTERCRITICO
RECOCIDO DE
PROCESO
Elimina o modifica la segregación dendrítica que se produce
durante el proceso de solidificación.
Se efectúa a 1100ºC.
También se efectúa para eliminar los efectos del trabajo en
caliente, de la solidificación
y previamente al proceso de
deformación.
Recocido que se le hace a aceros de tipo hipoeutectoide. Se
utiliza para ablandar de manera más fácil, rápida y
económicamente antes de un mecanizado.
Recocido intercrítico.
La transformación de la austenita se produce de manera
isotérmica y se utiliza básicamente en la producción de
alambres de alta exigencia destinados a la fabricación de
resortes.
El hacer es calentado por debajo de la temperatura crítica
inferior y luego es transformado isotérmicamente entre 450 y
500ºC.
TIPOS DE RECOCIDO DE ACUERDO A SU USO
RECOCIDO DE
ESFEROIDIZACION O
DE GLOBULIZACION
RECOCIDO DE
ELIMINACION DE
GASES
Se le efectúa a los aceros de tipo hipereutectoide,con la
finalidad de obtener mínima dureza y la máxima
maquinabilidad, gracias a la presencia de una estructura de
cementita globular.
Se puede efectuar por:
•Procedimientos de calentamiento y enfriamientos
cíclicos.
•Por un mantenimiento por un tiempo prolongado a una
temperatura ligeramente menor a la crítica inferior.
•Un calentamiento a una temperatura ligeramente inferior
a la crítica superior, luego un mantenimiento y luego
enfriar muy lentamente.
Se utiliza para eliminar el exceso de gases como el hidrógeno,
presentes luego del proceso de colada.
NORMALIZADO
Consiste en calentar los aceros a una temperatura superior a la crítica Ac3 o Acm, para
que pasen al estado austenítico y dejar luego enfriar las piezas al aire. En el
normalizado, la velocidad de enfriamiento es más lente que en el temple y más rápida
que en el recocido.
Es un tratamiento ti[pico de los aceros al carbono de construcción de 0.15 a 0.40 % de
C . Se utiliza para piezas fundidas, forjadas o mecanizadas y sirve para afinar la
estructura y eliminar tensiones que suelen aparecer en la solidificación, forja o en
otras operaciones posteriores.
Composición % de C
Temperatura ºC
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
935
910
880
860
840
Temperaturas recomendadas para el normalizado de los aceros al Carbono
NORMALIZADO
VARIABLES DEL NORMALIZADO
 COMPOSICION DEL ACERO Determina la temperatura de calentamiento y el nivel de
propiedades mecánicas que se pueden obtener así como la microestructura.
VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO Determina la dureza superficial y la variación de dureza
a lo largo de la sección.
TIEMPO Representa una condición relativamente fija en un valor de una hora de
calentamiento por cada pulgada de sección transversal de la pieza
PROPOSITOS DEL NORMALIZADO
 Se puede utilizar para endurecer o ablandar el acero dependiendo de la historia previa que
el mismo tenga.
 Sirve para modificar la estructura de forja, romper la estructura dendrítica de la
solidificación y homogeneizar microestructuralmente y refinar el tamaño de grano.
Procedimiento regulador de la microestructura del acero en condición de fabricación.
TEMPLE
Se denomina temple de un acero el
enfriamiento del mismo desde una
temperatura
por
encima
de
la
transformación Ac3 a una velocidad
suficientemente rápida a fin de
endurecerlo considerablemente. a nivel
microscópico, el endurecimiento por
temple implica la formación del
constituyente martensítico y ausencia
del constituyente perlítico.
Velocidad Crítica
Velocidad por debajo de la cual es
imposible que aparezca martensita en la
probeta tratada térmicamente, puesto
que la transformación de la austenita en
estas condiciones da lugar a bainita o a
la perlita. A velocidad de enfriamiento
(ºC/s) mayor que la crítica aparece
martensita.
VARIABLES DEL TEMPLE
Composición
Temperatura de Austenización
Homogeneidad de la Austenita
Medio de Temple
Determina :
Composición
•Los resultados que se pueden obtener por medio del tratamiento, así
como las condiciones bajo las que se tiene que efectuar.
•La respuesta a lo largo de su sección transversal.
•Su tenacidad
• En los aceros hipoeutectoides, la temperatura esta aproximadamente
unos 30 ºC por encima de la temperatura Ac 3 .
Temperatura
de
Austenización
•En los aceros hipereutectoides estará unos 30 ºC por encima de la
temperatura Ac 31 .
Si el acero es calentado a una temperatura muy elevada, se puede
favorecer la presencia de una estructura acicular, pero el grano crecería
de manera perjudicial, además del elevado choque térmico y del riesgo
de descarburización.
VARIABLES DEL TEMPLE
Composición
Temperatura de Austenización
Homogeneidad de la Austenita
Medio de Temple
Homogeneidad
de la Austenita
Medio de
Temple
La homogeneidad permite la obtención de una microestructura y
propiedades adecuadas de manera homogénea a lo largo de toda la
sección de los mismos. Por lo que la dureza y resistencia en las piezas
serán heterogéneos.
Suministra la velocidad de enfriamiento necesaria para obtener los
resultados previstos..
Esta debe proporcionar una velocidad mayor o igual que la velocidad
crítica del temple del correspondiente acero y su escogencia dependerá
así mismo de los resultados deseados.
TEMPLABILIDAD DE LOS ACEROS
La templabilidad se puede definir como la susceptibilidad del acero a ser endurecido a
través de su sección transversal por medio del tratamiento térmico de temple.
Capacidad para templarse a lo largo de su sección transversal y por ende sobre todo su
volumen.
Zona que va desde la superficie del acero templada hasta el punto
en que la microestructura presenta un 50% de martensita o bien un
50% de perlita.
La dimensión de la zona endurecida es función :
ZONA ENDURECIDA
DIAMETRO O
ESPESOR CRITICO E
IDEAL
Acero
Medio de temple
Temperatura del medio de temple
Agitación
Tamaño de la pieza.
DIAMETRO IDEAL (Di) Máximo diámetro para el cual el acero
presenta un 50 % martensita en el centro, cuando ha sido templado
en medio ideal del temple.
DIAMETRO CRITICO (Dc) Máximo diámetro de acero que
presenta 50% de martensita en el centro, cuando ha sido templado
en una condición de temple específica, en determinado medio o
bajo determinada severidad de temple H.
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
Los sistemas de enfriamiento utilizados para los tratamientos térmicos se eligen teniendo en
cuenta:
»
»
»
Composición del metal a tratar
Dimensiones de las piezas
Propiedades a obtener
Agua : Se utiliza para templar el acero al carbono o los aceros finos (semialeados), que
necesitan
elevadas velocidades críticas de temple. No sirve para templar piezas
de formas complejas, ya que se generan tensiones internas.
Se consideran tres etapas:
1.
Debido al contacto del agua con la pieza a elevada temperaturas, se forma un
halo de vapor alrededor de la pieza y el enfriamiento es por radiación.
2.
Rotura de este halo por agitación
3.
Enfriamiento por conducción metal-liquido y por convección del líquido.
Disoluciones salinas: El cloruro sódico o la sosa cáustica en agua, consiguen un
enfriamiento más rápido debido al calor especifico y a la posibilidad de romper el halo
de vapor que se forma en el temple con agua. Esta rotura se debe a que la disolución
salina experimenta pequeños precipitados salinos en la superficie de la pieza,y estos
precipitados estallan y rompen el halo de calor. Este
medio reduce
considerablemente los riesgos de tensiones internas.
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
Aceite : Tiene un comportamiento comparable a las tres etapas consideradas en el caso
del agua pero debido a la baja velocidad de evaporación del aceite el enfriamiento
en aceite es menos drástico que en el agua. Por este motivo es preferible el aceite
para templar piezas de forma complejas y para aceros aleados.
Etapas en el enfriamiento de una pieza de acero en
contacto con medio refrigerante
Gráficas de enfriamiento conseguidas en distintos medios
de temple: agua. sales fundidas y aire.
(e) Superficie de la probeta. (i) Interior de la probeta
REVENIDO
El revenido disminuye la dureza y aumenta la tenacidad del acero conseguidas
después del tratamiento térmico de temple y se logra calentando el acero a
temperaturas más bajas que la de austenización, durante tiempo variable.
Por revenido disminuyen la resistencia a la tracción y el límite elástico, al mismo
tiempo que aumenta la elongación y la resiliencia.
Valores de dureza HRc vs la temperatura de
revenido
Variación de las propiedades mecánicas del acero al
carbono con la temperatura de recocido
TRATAMIENTO TERMICO SUPERFICIAL
CARBURIZACION
NITRURACION
CIANURACION O CARBONITRURACION
ENDURECIMIENTO POR FLAMA
ENDURECIMIENTO POR INDUCCION
Cambio de Composición
Química
No Cambian la Composición
Química
(Contenido de Carbono 0.30% )
CEMENTACION (Adición de Carbono)
NITRURACION (Adición de Nitrógeno)
CIANURACION O CARBONITRURACION
(Adición de Carbono y Nitrógeno)
ENDURECIMEINTO POR FLAMA
ENDURECIMIENTO POR INDUCCION
CEMENTACION
Aceros de bajo carbono, generalmente como del 0.20% de carbono o
menos, se coloca en una atmósfera que contiene grandes cantidades de
monóxido de carbono.
Para obtener este endurecimiento en un acero de bajo contenido de carbono
se va aumentando gradualmente el contenido de dicho elemento desde la
superficie hasta una cierta distancia de la misma, a fin de que la zona que
queda con alto contenido de carbono adquiera una elevada dureza dureza al
ser templado. Mientras el núcleo con bajo carbono adquiere una gran
tenacidad y una resistencia mecánica promedio.
TEMPERATURAS
925º y 950º C
El carbono que actúa como agente cementante proviene de la atmósfera que rodea el
acero y es suministrado por un agente carburizante.
El agente carburizante produce CO (Monóxido de Carbono), compuesto que se va a
disociar de acuerdo a la siguiente reacción:
2CO
CO2 + C
El C proveniente de esta disociación pasara a formar parte de la estructura del acero
mediante un proceso inicial de adsorción superficial y luego de difusión a través de la
CEMENTACION
Capa cementada
Valores dimensiónales de la capa
cementada
Estructuras de la capa
cementada
Zona que va desde la superficie del acero hasta un
punto en que la composición promedio de carbono es
0.5%.
Espesor de 0.6 y 1.2 mm
Periferia con contenido de carbono entre 0.8% y
1.2%
se
presentará
una
microestructura
hipereutectoide, la cual persistirá hasta que el
contenido de carbono sea igual a 0.77%C.
En las inmediaciones de la zona que tenga un
contenido de 0.77%C la estructura será de un acero
eutectoide.
Por debajo de 0.77%C la estructura será hasta el
centro similar a un acero hipoeutectoide.
TIPOS DE CEMENTACION
Cementación con cementantes sólidos
Cementación con cementantes líquidos
Cementación con cementantes gaseosos
Cementación Sólida Agentes de cementación en estado sólido, en una mezcla que puede ser
con carbón vegetal, coque, hidrocarbonatos, etc.
Estas mezclas vienen con granulometrías específicas en los que se incluyen tanto los carbonatos
como los agentes activadores.
En el proceso la pieza a cementar es introducida en un contenedor o caja la que se encuentra
completamente rodeada por el agente carburizante. La caja es sellada lo mejor posible para evitar
fugas de CO al medio de calentamiento. Luego el conjunto se calienta a una temperatura entre los
875•C y 950•C. Se obtienen capas cementadas superiores a los 2mm.
•Se pueden efectuar en diversos equipos de calentamiento.
•Indicado para cementar piezas de gran tamaño
Ventajas
•Permite enfriar lentamente desde la temperatura de cementación
facilitando el maquinado previo al endurecimiento.
•Proceso de fácil ejecución y barato
TIPOS DE CEMENTACION
•No se puede, templar directamente desde la temperatura de
cementación, salvo en casos muy limitados y de poca precisión.
•No es continuo
Desventajas
•Capa cementada irregular
•El gasto de energía es altamente ineficiente.
•No es adecuado para piezas de geometría complicada.
Cajas de cementar de acero refractario
al calor
25% de Cr y 20% de Ni
TIPOS DE CEMENTACION
Cementación Gaseosa El agente cementante es gaseoso y es normalmente mezclado con un gas
de arrastre, que le sirve de transporte y lo hace llegar a la zona donde se verifica el proceso
difusivo.
El agente cementante puede ser el gas natural, propano e incluso una mezcla de hidrocarburos. Hay
casos en que se utiliza alcohol.
La temperatura de cementación esta alrededor de los 925•C. Se obtienen espesores en el orden de
los 0.6 mm.
•Se pueden efectuar con tolerancias dimensiónales muy
estrechas.
•Es un proceso muy rápido.
Ventajas
•Se puede controlar muy bien el contenido superficial de
carbono..
•Se controla muy bien el gradiente de composición hacia el
interior de la pieza lo que produce especiales condiciones.
•Puede ser adaptado a cualquier sistema de temple y puede
incorporarse a un proceso programado de producción.
TIPOS DE CEMENTACION
•Las instalaciones son relativamente costosas
Desventajas
•Necesitan un sistema generador de la atmósfera carburizante
•Puede haber presencia de agua en la atmósfera.
Cajas de acero refractario al calor para
cementar engranajes
TIPOS DE CEMENTACION
Cementación Liquida El agente cementante es líquido y el medio de calentamiento lo constituye
el mismo cementante en forma de baño de sales fundidas, que se descompone para producir el C
que cementará el acero.
Se pueden obtener capas cementadas cuyo espesor esta entre 0.08 y 0.8 mm.
COMPOSICIONES DE OPERACIÓN DE BAÑOS DE CEMENTACION LÍQUIDA
CONSTITUYENTE
BAJA TEMPERATURA
ALTA TEMPERATURA
CIANURO DE SODIO
10 A 23 %
6 A 16 %
CLORURO DE BARIO
0 A 40%
30 A 55 %
SALES DE OTROS ALCALINOS TERREOS (a)
0 A 10 %
0 A 10 %
CLORURO DE POTASIO
0 A 25 %
0 A 20 %
CLORURO DE SODIO
20 A 30 %
0 A 20 %
CARBONATO DE SODIO
30 % MÁXIMO
30 % MAXIMO
OTROS ACELERADORES (b)
0 A 5%
0 A 2%
(a)
(b)
Cloruro de calcio y estroncio
Dioxido de manganeso, oxido de boro, fluoruro de sodio y carburo de silicio
•No hay posibilidad de oxidación
Ventajas
•La capa cementada es relativamente profunda y homogénea
•Es el proceso más rápido de todos.
NITRURACION
El nitrógeno pasa a formar compuestos endurecedores con diversos elementos como el
V, Cr, Al, produciendo nitruros endurecedores, por lo que es un proceso propio de
aceros con cierto nivel de aleación.
Se realiza a temperaturas entre los 480 •C y los 700•C.
Se utiliza para aumentar la resistencia al desgaste, a la fatiga y a la corrosión.
Se aplica ampliamente en la industria de máquinas, para endurecer engranajes,
tornillos , ejes, pistones, herramientas.
Es un proceso relativamente largo y su duración estará en función de la capa
nitrurada.
Temperatura
VARIABLES DE LA
NITRURACIÓN
Concentración de la atmósfera
Tiempo a la temperatura de nitruración
TIPOS DE NITRURACIÓN
NITRURACION GASEOSA
NITRURACION LIQUIDA
NITRURACION GASEOSA
NITRURACIÓN GASEOSA Es el proceso más común de nitruración y se verifica en una
atmósfera en la que un agente nitrurante, normalmente amoniaco, se disocia y produce
nitrógeno.
Proceso lento pudiendo alcanzar hasta 96 horas para producir los resultados deseados, siendo
los tiempos promedios entre 48 y 72 horas.
Valores dimensiónales de la
capa cementada
Dureza superficial
Desventajas
Capa nitruradas, hasta 0.8 mm. La profundidad de
la capa endurecida dependen del grado de
disociación del amoniaco, lo que depende del flujo
de gas nitrurante
Entre 1000 y 1100 unidades Vickers
Variación dimensional del acero durante el
proceso, que depende de la temperatura y del
tiempo. Lo que implica un rectificado posterior.
PROCEDIMIENTO POR NITRURACION GASEOSA
1.
TEMPLADO Y REVENIDO ENTRE 600 Y 700 ºC.
2.
MAQUINADO INICIAL ENTRE 0.1 Y 0.8 mm DE ESPESOR.
3.
ELIMACION DE TENSIONES INTERNAS DE SER NECESARIO
4.
DIMENSIONAMIENTO DEFINITIVO POR MAQUINADO (0.03 A
0.05 mm)
5.
PROCESO DE NITRURACION
6.
FINAL
NITRURACION LIQUIDA
NITRURACIÓN LÍQUIDA Proceso que se efectúa en un baño de sales fundidas . Es más
rápido, obteniéndose durezas más elevadas, aunque en menor grado que en el anterior proceso y
superficies muy resistentes al desgaste, de alta resistencia a la fatiga y a la corrosión atmosférica.
El agente nitrurante es el cianuro, que suministra más nitrógeno que carbono, por lo que la capa
blanca nitrurada esta formada por carburos y nitruros.
Valores dimensiónales de la
capa cementada
Dureza superficial
Ventajas
Capa nitruradas, espesores entre los 0.005 a 0.015 mm ,
para tiempos entre los 60 y 180 minutos.
Dureza no muy alta pero su resistencia al desgaste si.
Esta capa le suministra al acero una alta resistencia a la
fatiga, lo que lo hace muy útil en la industria automotriz
en particular.
Se utiliza para nitrurar aceros aleados ,aceros al carbono.
PROPOSITOS DEL ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL SIN CAMBIO
EN LA COMPOSICION QUIMICA
•Cuando se desea endurecer superficialmente piezas muy grandes, que
resulta difícil o antieconómico tratarlos térmicamente por los procedimientos
convencionales de hornos.
•Cuando solo quieren endurecer determinadas áreas críticas determinadas de
la pieza, como por ejemplo dientes de engranajes, guías de maquinas,
cilindros grandes.
•Para mejorar la estabilidad dimensional de las piezas planas o delgadas,
evitando el endurecimiento total.
•Cuando se quieren diferentes espesores endurecidos.
•Para disminuir el riesgo de fisuras al enfriar después del temple.
•Alta Dureza y resistencia al desgaste
PROPIEDADES CON ESTE TIPO
DE ENDURECIMIENTO
•Buena resistencia a la fatiga por flexión
•Buena resistencia a la distorsión
TEMPLE POR INDUCCION
El calor es originado en la misma pieza, por medio de inducción electromagnética, que es
producida por un inductor o bobina, sobre la zona que se desea endurecer.
El calentamiento depende de la intensidad del campo magnético producido.
El inductor puede disponer de diversas formas de inductor, dependiendo de la geometría y
tipo de pieza que se va a endurecer. Los resultados dependen de :
»Forma de la bobina
»Separación bobina pieza
»Frecuencia
»Tiempo de calentamiento