Microsoft PowerPoint - 2015 04 TT\351rmicos

ESQUEMA de PROCESOS
PROCESOS DE MANUFACTURA
• Fundició
Fundición
Fusión
Moldeo
DEFORMACIÓN
Polvos
Otros
Gravedad
Presión
Polímeros
Vidrios
Laminación, Forja,
Extrusión, etc.
Presión y
Sinterización
Depositación
Electroformado
• Conformado
Remoción de Material
• Pulvimetalurgia
Fresado, torneado, cepillado, rectificado, pulido, etc.
• Tratamientos Té
Térmicos
Tratamiento Térmico
Temple, Recocido, alivio de tensiones, envejecimiento
• Procesos de unió
unión, soldadura y otros
Unión de Materiales
Remachado, soldadura fuerte, blanda, con fusión,
adhesivos-pegamentos, por disolución
• Procesos de terminació
terminación
Terminación
Decapado, Departamento
anodizado, pulido,
recubrimientos
de Ciencia
de Materiales(zincado,
estañado),Técnica
pinturas,
granallado
...
Universidad
Federico
Santa María
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
Tratamientos Térmicos
Calentamiento de los Metales
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
En general, los tratamientos térmicos tienen por objeto
mejorar las propiedades y características de los
materiales. De esta manera los adaptan a requerimientos
específicos de procesos u operación.
Para llevar los metales a las
temperaturas de tratamiento,
se pueden utilizar diversos
métodos y equipos:
Fragua (Herreros)
La manufactura de muchas partes y piezas de
automóviles, aviones, máquinas, vehículos y productos en
general no sería posible sin la tecnología asociada a los
tratamientos térmicos de los metales.
En particular, cuando se refiere a los aceros, los
tratamientos térmicos adquieren una especial
relevancia industrial, por el extenso uso de estas
aleaciones y por la riqueza y efectividad de los
Departamento de Ciencia de Materiales
tratamientos queUniversidad
les sonTécnica
aplicables.
Federico Santa María
TRATAMIENTOS TÉRMICOS - PROCESO
Soplete
Hornos a gas
Hornos eléctricos
Hornos de sales
Hornos continuos
De calentamiento superficial
De atmósfera controlada
Otros
Los grandes hornos industriales
se suelen utilizar para
tratamientos de normalizado,
recocido, alivio de tensiones
y otros.
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
DIAGRAMA De FASES Fe-C
Estos procesos consisten en calentar y mantener los elementos
en tratamiento a temperaturas adecuadas durante un cierto
tiempo y enfriarlos luego en condiciones convenientes.
T
Permanencia
Enfriamiento
Calentamiento
tiempo
Para comprender los principios básicos que intervienen en los
tratamientos térmicos de los aceros se debe entender primero
Departamento de Ciencia de Materiales
el Diagrama Fe-C.Universidad
Técnica Federico Santa María
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
1
Diagrama Fe-C simplificado
Región de Aceros
1600
1534
Aceros - Enfriamiento desde el campo γ
Líquido (L)
δ
1400
T ºC
γ+L
1200
γ
1147
1000
Acm
A3
910
800
γ + Fe3C
α+ γ
A1
α
723 ºC
600
α + Fe3C
400
200
0
Fe
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
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Universidad Técnica Federico Santa María
Aceros C < 0,8%
Hipoeutectoides
Microestructura
2
1,8
p
2,05
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Universidad Técnica Federico Santa María
/o C
Acero C = 0,8%
Eutectoide
Microestructura
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
Aceros C > 0,8%
Hipereutectoides
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Universidad Técnica Federico Santa María
Transformaciones de la Austenita
Austenita (FCC)
Equilibrio, según
Diagrama Fe-C
Fuera de
Equilibrio
Microestructura
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ciencia de Materiales
Ferrita (BCC) + Fe3C →Universidad
P
erlita Técnica Federico SantaM
artensita (BCT)
María
2
Diagramas TTT (IT)
Acero 0,9C - 0,3Mn - 0,3Va
Diagrama (TTT)
Acero 0,8% C
Para transformaciones
fuera del equilibrio,
enfriamientos bruscos,
se utilizan diagramas
de transformación TTT,
isotérmicos (IT), como
el de la figura, o
continuos (CT).
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
Tamaño de Grano Austenítico
Carta ASTM
N = 2n-1
n= 1 a 8
T
Ejemplos característicos
de estos grupos son los
tratamientos más usados
para el acero: temple,
normalizado y recocido.
100 X
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Universidad Técnica Federico Santa María
Permanencia
Recocido
Normalizado
Calentamiento
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
Tratamientos de Endurecimiento
T
Tratamiento de los Aceros
Al tratar térmicamente las piezas o herramientas de acero se modifica su
estructura microscópica, produciéndose transformaciones físicas y, a veces,
también cambios de composición. Dependiendo del efecto producido sobre el
acero, de una manera muy general, los tratamientos se suelen agrupar en
tratamientos de: endurecimiento y de ablandamiento.
Temple
tiempo
Temple de Aceros - Dureza según % C
Permanencia
Zona crítica
Temple
Calentamiento
Revenido
tiempo
Temple: Calentamiento 40 a 60 ºC por encima de la temperatura crítica superior,
tiempo de permanencia (tp): “media hora por pulgada de espesor” y enfriamiento
brusco en algún medio apropiado. Estructura dura y frágil.
Revenido: Calentamiento a temperaturas por debajo de la crítica inferior, “tp” mayor,
“media hora a una hora”. Permite
modificardelaCiencia
estructura
de temple adaptándola a los
Departamento
de Materiales
requerimientos de servicio. Universidad Técnica Federico Santa María
Promedio de durezas que se obtienen en los aceros, después
del temple, en función
del contenido de Carbono y según el
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidadobtenida.
Técnica Federico Santa María
porcentaje de Martensita
3
Templabilidad - Ensayo Jominy
TEMPLE Y REVENIDO
MICROESTRUCTURAS
Montaje Probeta
Dureza - Temperatura de Revenido
Dureza HRC
70
Superficie Plana
Rectificada
60
50
Probeta Jominy
40
30
Dureza Rockwell C
20
0
100
200
300
400
500
Te mpe ratura (ºC)
Acero 0,7%C
600
700
Chorro de agua
Acero 1,3%C
La templabilidad se define como la profundidad y distribución de la dureza
de Ciencia
de Materiales
en el interior de una pieza alDepartamento
ser templada,
mientras
que la dureza es la
Universidad Técnica Federico Santa María
resistencia del material a la penetración.
Departamento de Ciencia de Materiales
Martensita (M)
M - Revenida
Universidad Técnica
Federico Santa María Globulizado
Templabilidad - Ensayo de Redondos
Diagramas Jominy
Redondo 1040 D = 50 mm
Velocidad de enfriamiento a 700ºC (1300ºF)
70
Dureza HRC
Porcentaje de Martensita
Dureza HRC
4340
60
50
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
Distancia-Diámetro (mm)
Dureza: Resistencia del material a la penetración. La dureza máxima que es
posible obtener en los aceros después del temple depende principalmente del
contenido de carbono.
Templabilidad: Profundidad y distribución de la dureza en el interior de una
pieza al ser templada. Depende de los elementos de aleación y del tamaño de
grano del acero. Los elementos
que más
favorecen
la penetración del temple
Departamento
de Ciencia
de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
son: Mn, Mo y Cr.
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad
Técnica Federico
Santa María
Distancia
al extremo
templado
Tratamientos de Ablandamiento - Recocidos
La siguiente figura muestra esquemáticamente los ciclos térmicos
correspondientes a diversos tratamientos de recocido.
T
NORMALIZADO Y RECOCIDO
Permanencia
T
Zona crítica
TCS
TCi
Recocido Subcrítico
(a)
(b)
(c)
(e)
(d)
(f)
tiempo
Recocido de
Regeneración
Normalizado
Calentamiento
tiempo
(a)
Recocido de austenización completa (T > Tcs)
(b) (c) (d) Recocidos subcríticos
(T < Tci)
(e)
Recocido oscilante
(Alrededor de Tci)
(f)
RecocidoUniversidad
de austenización
incompleta
Técnica Federico
Santa María (Tci < T < Tcs)
Departamento de Ciencia de Materiales
Normalizado: Calentamiento 50 a 70 ºC por encima de la temperatura crítica superior
y enfriamiento al aire. Tiempo de permanencia (tp): “media hora por pulgada de
espesor”.
Recocido de regeneración: Calentamiento 20 a 40 ºC por encima de la temperatura
crítica superior y enfriamiento lento en horno. “tp” mayor, “media hora a una hora”.
Departamento de Ciencia de Materiales
Recocido subcrítico: Calentamiento
hasta
unos
40 ºC
porMaría
debajo de la temperatura
Universidad
Técnica
Federico
Santa
crítica inferior.
4
Aceros al Carbono
Tratamientos de Ablandamiento
Relaciones entre Dureza Brinell (HB) y
otras propiedades
Aceros: σu = (0,34 a 0,36) HB → σu = 0,35 HB
300
HB
σu
Dureza Brinell
500
250
Límite aproximado de mecanizado con
Herramientas de Carburo (Widia)
150
Zona de posible mecanización con Widia
400
Límite de mecanizado con Acero Rápido
200
Muy difícil de mecanizar
300
100
Difícil de mecanizar
150
Maquinabilidad intermedia
200
50
100
Buena maquinabilidad
100
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Porcentaje de Carbono
Normalizado
Recocido subcrítico
HB y σu [kg/mm2] → Aceros: Aptitud relativa al mecanizado
Recocido regeneración
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
Cementación
Aceros al Carbono Normalizados
La cementación, es el más antiguo de todos los tratamientos de
endurecimiento superficial. Consiste en aumentar, por difusión, el contenido
de carbono de las piezas de acero.
Propiedades
Propiedades a la Tracción - % C
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Porcentaje de Carbono
S máximo
kgf/mm2
S fluencia
Alargamiento
Departamento de Ciencia de Materiales
2
kgf/mm
Universidad
Técnica Federico(%)
Santa María
Reducción A
(%)
Núcleo: Estructura similar a la
original, matriz ferrítica y perlita.
Acero de bajo % C (0,2 %)
Objetivo: Obtener piezas con superficies muy duras, resistentes al desgaste y
a la penetración, manteniendo
un núcleo
tenaz,
que pueda soportar choques
Departamento
de Ciencia
de Materiales
o impactos en servicio. Universidad Técnica Federico Santa María
Cementación - Aceros
En el proceso de cementación se emplean aceros aleados y sin
aleación, de bajo contenido en carbono, generalmente entre 0,08 y
0,25 % C.
Ejemplo: Acero estructural, bajo en carbono
Composición
Capa cementada: Mayor
% C, en el borde (0,8 %),
estructura perlítica.
Tratamientos de Cementación
Según el acero utilizado y el destino de las piezas, éstas pueden ser sometidas a
diversos tratamientos térmicos de cementación, temple y revenido, tal como se
muestra en el esquema.
T
Tcementación
Tcs
Tci
Microestructura
C: 0,18%
(a)
(b)
(c)
Si: 0,39%
Mn: 0,57%
S: 0,008%
(a) Cementación, temple desde zona bifásica y revenido. Tratamiento para aceros
de alta aleación, de grano fino. Borde con buenas características y núcleo tenaz.
P: 0,007%
(b) Cementación, temple desde la zona austenítica y revenido. Aceros de media
aleación y grano fino. Máxima resistencia en el núcleo, borde con propiedades medias.
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Técnica Federico Santa María
de CienciaAceros
de Materiales
(c) Cementación, doble Departamento
temple y revenido.
al carbono y de media aleación.
Universidad Técnica Federico Santa María
Borde duro y tenaz y núcleo
todavía con buena resistencia y muy buena tenacidad
5