Recocido total

PROPIEDADES ESTRUCTURALES I
Tratamiento
Térmico del Acero
Tratamiento térmico del acero

Contenido:

1. Introducción

2. TT de Recocido

3. TT de Normalizado

4. TT de Temple

5. TT de Martempering

6. TT de Austempering
Introducción

La tecnología de los metales tiene tres aspectos
fundamentales:
1.
2.
3.

Metalurgia u obtención de un metal.
Tecnología mecánica u obtención de piezas.
Tratamiento térmico u obtención de propiedades.
Parámetros:
-
Tmáx
Tiempo de mantenimiento a Tmáx
Vel de calentamiento, Vc
Vel de enfriamiento, Ve
Tmáx
Vc
Ve
Introducción
 Los tratamientos térmicos (TT) se pueden dividir en cuatro
grupos.
Primer grupo: Se aplica a metales que por su proceso de
conformado quedaron en un estado inestable (tensiones
residuales, deformación no homogénea, etc.).
Recocido subcrítico: Calentamiento del metal, en
estado inestable, y enfriamiento lento, para hacerlo pasar a un
estado más estable. Presenta tres variantes:
Recocido de recristalización: Elimina acritud.
Recocido de homogenización: Elimina segregación en estructuras
coladas.
Recocido de distensionamiento: Elimina tensiones residuales del
proceso de fabricación.
Introducción
Segundo grupo:
Calentamiento a T superior a la crítica y enfriamiento
suficientemente lento para llegar a un estado estructuralmente
estable.
Recocido de segundo género o de
recristalización
Tercer grupo:
Calentamiento hasta una T superior a la de transformación de fase
seguido de un enfriamiento rápido para apartar el estado
estructural de la aleación del de equilibrio.
Normalizado y Temple
Introducción
Cuarto grupo:
Calentamiento de una aleación (previamente templada), hasta una
temperatura inferior a la de transformación de fase, para
obtener un estado estructural más estable de la aleación.
Revenido.
Otros tipos de tratamiento térmico son:
Tratamientos térmicos especiales:
- Austempering
- Martempering
Introducción
Tratamiento termoquímico:
Calentamiento de la aleación dentro de un reactivo químico, para
cambiar la composición y la estructura de las capas superficiales.
- Cementación
- Nitruración
- Carbonitruración
Tratamiento termomecánico:
Deformación plástica seguida de un tratamiento térmico que
conserva los resultados de la acritud.
Tratamiento térmico del acero – Recocido
RECOCIDO
Calentamiento y mantenimiento a temperatura adecuada, seguido por
un enfriamiento lento.
Objetivo: Ablandar materiales metálicos, produciendo cambios
microestructurales tendientes a:

Mejorar propiedades mecánicas o eléctricas.

Dar estabilidad dimensional.

Facilitar el trabajado en frío o mecanizado
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Ciclos de recocido:
Se clasifican de acuerdo a la temperatura a la cual se calienta y al
enfriamiento usado:



Subcrítico: Tmax < A1
Intercrítico: A1 < T < A3 o Acm
Total: Tmax > A3 o Acm
Subcrítico:
• No involucra formación de Austenita (Fe-)
• Es efectivo en aceros trabajados en frío  recristalizan fácilmente
formando nuevos granos de Ferrita Fe-
•También se usa para alivio de tensiones residuales
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Intercrítico:

Estructura de equilibrio  Fe- + Fe- o Cm

Si t es corto o la temperatura cerca de A1  persisten
carburos no disueltos  Fe- no homogénea
Total:

Estructura de equilibrio  Fe-
Al aumentar T   austenita homogénea  carburos laminares
Al disminuir T   austenita menos homogénea  carburos
esferoidales
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Para un acero hipoeutectoide:
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Recocido total
•
Temp. de calentamiento  es función del %C del acero
justo encima de A3 para aceros hipoeutectoides y de A1
para hipereutecoides
esferoidización o aglomeración
de la Cm proeutectoide para
evitar una red interconectada
de Cm en los BG de la aust
Baja velocidad de enfriamiento
asociada
con
el
recocido
total
asegura la formación de ferrita
proeutectoide equiaxial y perlita
gruesa con un elevado espaciado
interlaminar
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Caso particular de un recocido total  Recocido de
Homogeinización
Es un tipo de recocido que se efectúa en etapas tempranas de
fabricación del acero, previo al laminado en caliente o forja
•
Se desarrolla a altas T en el campo austenítico para acelerar los
procesos de reducción de la segregación o gradientes de composición
química (controlados por difusión)
•
La homogeneidad de la austenita mejora la capacidad del acero para
ser trabajado en caliente y mejora la respuesta en el subsiguiente
recocido o temple.
•
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Recocido de globulización o esferoidización:
•
•
•
•
•
Producir estructura de carburos globulares en una matriz de
ferrita.
Buscar mínima dureza.
Máxima ductilidad.
Máxima maquinabilidad en aceros de elevado %C.
Permitir severas deformaciones en aceros de bajo %C.
Tratamiento térmico del acero – Recocido
•Las
estructuras esferoidizadas son las más estables y se formarán a
partir de cualquier estructura previa, manteniéndola a una T lo suf.
elevada y un tiempo lo suf. largo (para permitir proceso de difusión)
Esferoidización lenta
estructuras perlíticas, especialmente las
que poseen un elevado espaciado interlaminar
•
Esferoidización rápida
cuando los carburos se encuentran
inicialmente en la forma de partículas discretas (bainita), y aun más
cuando la estructura de partida es martensita
•
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Forma de la Cm  depende de la temperatura de calentamiento
(austenita no homogénea o con carburos no disueltos, por menor T de
calent., promueve la Cm esferoidizada; la austenita homogénea, como
en el recocido o normalizado, promueve la perlita)
Métodos:
•
•
•
Tiempos largos a T justo por debajo de Ac1 (la Cm es
estable y se globuliza para disminuir G).
Calentar y enfriar en torno de Ac1 y Ar1.
Calentar por encima de Ac1 y luego enfriar muy
lentamente y mantener justo debajo de Ar1.
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Tratamiento térmico del acero – Recocido
Tratamiento térmico del acero – Normalizado
NORMALIZADO
Calentamiento hasta austenización completa (tanto en aceros hipo
como hipereutectoides) seguido por enfriamiento en aire
•
La T de austenizado es sup. que en el recocido en ac.
hipoeutectoides, mientras que en los hipereutectoides la T de
calentamiento se encuentra por encima de Acm
•
•
El enfriamiento al aire es más rápido que el enf. en horno del recocido
Tratamiento térmico del acero – Normalizado
Tratamiento térmico del acero – Normalizado
Objetivo:
Incrementar o disminuir la resistencia y la dureza, dependiendo de la
historia mecánica y térmica del producto:
•
•
•
•
Mejora maquinabilidad
Refinamiento de grano
Homogenización (productos colados – laminados –
forjados)
Alivio de tensiones
Puede usarse tanto como tratamiento final, o previo a un temple para
partir de una estructura de grano fino y composición uniforme
Tratamiento térmico del acero – Normalizado
Efectos de la masa:
La velocidad de enfriamiento influye sobre la cantidad, tamaño y
espaciado de la perlita laminar:
Altas velocidades:
- se forma más perlita
- láminas más finas
- estructura más cerradas
Bajas velocidades:
- Piezas más blandas
> Resistencia
> Dureza
Tratamiento térmico del acero – Normalizado
y Recocido
Tratamiento térmico del acero – Normalizado
y Recocido
Tratamiento térmico del acero – Temple
TEMPLE




Enfriamiento rápido desde una temperatura elevada adecuada
Transformación de austenita en martensita
Selección de la temperatura de temple
- Aceros hipoeutectoides
- Aceros hipereutectoides
Mecanismo de enfriamiento:
1º  Ebullición con película
2º  Ebullición con burbujas
3º  Enfriamiento a través del líquido
Tratamiento térmico del acero – Temple
Defectos que se producen en el temple
1) Dureza insuficiente y Puntos blandos :
Causas:
- Falta de calentamiento (baja temperatura en el horno o bajo
tiempo de permanencia en él)
Martensita con poco %C  poca dureza
- Enfriamiento insuficientemente severo
Estructura con perlita, troostita, sorbita
- Estructura inicial no homogénea
Presencia de Fe-
Soluciones: Elevar T del horno o t de permanencia en él, aumentar la
severidad del medio de enfriamiento o Normalizado previo (estructura
más homogénea).
Tratamiento térmico del acero – Temple
2) Fragilidad excesiva
Causa: T temple demasiado altas  crecimiento del grano de la Fe-
Solución: efectuar segundo temple a T normales
3) Descarburación y oxidación
Causa:
- Tratamiento en atmósfera no controlada
Soluciones:
- Dejar sobreespesor para rectificar (encarece y complica la
fabricación)
- Tratamiento en atmósfera controlada o en sales
Tratamiento térmico del acero – Temple
4) Torceduras, deformaciones y grietas
Son consecuencia de las tensiones internas
 tres géneros:
Primer género: son las tensiones térmicas, aparecen en distintas zonas
de una sección y en diferentes partes de una pieza.
- Aumentan con el gradiente térmico en la pieza.
- - Dependen de la velocidad de enfriamiento, tamaño y forma de la
pieza y de las propiedades del metal.
- - Capacidad de deformarse plásticamente  grietas.
Tratamiento térmico del acero – Temple
Segundo género: son las tensiones estructurales, se producen dentro
de un grano o entre granos vecinos cuando aparecen fases
diferentes (fases de diferente coeficiente de dilatación lineal o
distinto volumen).
Tercer género: tienen influencia sobre varias celdillas elementales de la
red cristalina (presencia de átomo extraño). Ocurren por ejemplo
con la distorsión o tetragonalidad que produce el átomo de C en una
red de Fe bcc en la martensita.
Tratamiento térmico del acero – Temple
Tensiones residuales (TR):
- Permanecen luego de desaparecer las fuerzas que actúan sobre
la pieza.
- Originadas por deformaciones no uniformes
Gradiente de temperatura
Cambio de fase
Ambos
Tratamiento térmico del acero – Temple
Ej: un redondo  La diferencia entre las velocidades de
enfriamiento en la superficie y el centro de una pieza genera
tensiones que pueden causar distorsión y hasta incluso fisuración
•
Tratamiento térmico del acero – Temple
Los procesos que ocurren durante el TT del acero y que ocasionan los
cambios dimensionales son:
Expansión: estructura más compacta fcc (austenita) 
estructuras más abiertas ferrita, cementita y martensita
Contracción térmica: ocurre durante el enfriamiento de una o
más fases, pero sin transformación fásica
Tratamiento térmico del acero – Temple
Estado de tensiones
Fase
Superficie
Centro
1º (T)
Tensión
Compresión
2º (Sup. AM)
Compresión
Tensión
3º (Centro AM)
Tensión
Compresión
Tratamiento térmico del acero – Temple
Estado de tensiones
Fase
Superficie
Centro
1º (T)
Tensión
Compresión
2º (Sup. AM,
Centro AP)
Compresión
Tensión
3º (Centro enfr.
hasta Tamb.)
Mayor
compresión
Mayor tensión
Tratamiento térmico del acero – Temple
Las TR se superponen a las tensiones aplicadas a la pieza en
servicio
TR compresivas son deseables, ya que contrarrestan
las de tensión aplicadas y mejoran la vida a la fatiga;
•
las TR de tensión, por el contrario, son no deseadas
(disminuyen la resistencia y la vida a la fatiga)
Reducción en fisuración o presencia de TR
cambios en las
condiciones de procesamiento que conduzcan a una menor
diferencia entre las venf del núcleo y la superficie
reducción de
la severidad de temple
•
Tratamiento térmico del acero – Martempering
Martempering (o temple interrumpido)
Enfriar rápidamente hasta una T por encima de Ms mantener
durante un tiempo hasta que la T sea uniforme en toda la pieza, y
finalmente enfriar en aire pasando por Ms y hasta Tamb
•
Tratamiento térmico del acero – Martempering
•
Se requiere de un revenido posterior
La uniformidad de T previa a la transf. martensítica asegura que
las TR serán mínimas, con lo que también lo será la tendencia a la
distorsión y fisuración
•
Aceros para martempering:
deben poseer adecuada
templabilidad para evitar los productos de alta T y respecto de la
bainita que podría formarse justo por encima de Ms

Tratamiento térmico del acero – Austempering
Austempering
•
El objetivo es formar bainita en vez de martensita
•No
se requiere revenido posterior
Los aceros para austempering deben poseer una adecuada
templabilidad como para evitar la transformación perlítica
•
Si un acero aleado se elige para compensar la baja severidad del
baño de sales, la templabilidad bainítica puede verse incrementada
hasta tal punto que se requieren largos tiempos para completar la
transformación.
•
Tratamiento térmico del acero – Austempering
Tratamiento térmico del acero – Austempering
Una gran ventaja del austempering, aparte de la significativa reducción de
la distorsión y fisuración, es el gran incremento en la tenacidad respecto del
T&R, para un mismo nivel de dureza
•