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3. T.T RECOCIDO-NORMALIZADO (2)

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TRATAMIENTO TERMICO Y TERMOQUIMICO
SEMANA 3
TRATAMIENTO TERMICO
RECOCIDO-NORMALIZADO-TEMPLE
Jaime González Vivas
Aprendí que no se puede dar marcha atrás,
que la esencia de la vida es ir hacia
adelante. La vida, en realidad, es una calle
de sentido único.
Un buen mecánico de automóviles puede solucionar rápidamente sus
defectos porque conoce a fondo los mecanismos y su funcionamiento. De la
misma manera si conocemos bien el mecanismo de lo que pasa en
tratamientos térmicos podemos solucionar los problemas originados en los
procesos y que no conducen a los resultados esperados.
Para ello tendremos que hacer un poco de teoría: simple, accesible, que nos
ayude a comprender los fenómenos que ocurren.
Ing. Jaime González Vivas.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
DEFINICIÓN
• Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento
cuidadosamente controlados, y que se aplican a un metal o aleación en estado
sólido, con el fin de obtener ciertas propiedades deseadas para su empleo.
• Los tratamientos térmicos no modifican la composición química del acero. Con los
tratamientos térmicos se modifica la constitución del acero, modificando el estado
en que se encuentra el carbono, y el estado alotrópico del hierro.
• Todos los procesos básicos de tratamientos térmicos para aceros incluyen la
transformación o descomposición de la austenita. La naturaleza y la apariencia de
estos productos de transformación determinan las propiedades físicas y mecánicas
de cualquier acero
CLASIFICACIÓN SIMPLE DE LOS ACEROS
• Un acero es básicamente una aleación de hierro y carbono con un contenido
de este último inferior a 2,11% en peso, que puede contener además otros
elementos aleantes que influyen en forma mas o menos importantes en sus
propiedades químicas y mecánicas.
DEL PUNTO DE VISTA COMERCIAL
• Aceros de construcción
• Aceros estructurales
• Aceros herramienta
• Aceros para uso especiales
cementables
C<0,25%
Aceros de
Construcción
C < 0,65%
bonificables o de refinación
C>0,25%
Al carbono
Aleados
Al carbono
Aleados
PROPIEDADES MECANICAS, SUS PARAMETROS
Pm = f (Cq , g ,Tt , Ø)
MICROESTRUCTURAS
Mℓ = f2 (Cq , g , Tt , Ø)
Líneas de temperaturas criticas
Efecto del sobrecalentamiento de la autenita sobre el tamaño final
del grano de perlita.
ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
ZONA CRÍTICA
RECOCIDO
TEMPLE
NORMALIZADO
TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE RECOCIDO
Se entiende por recocido el calentamiento del acero por encima de las temperaturas
de transformación de fase, seguido de un enfriamiento lento (por lo general junto con
el horno).
Los objetivos del recocido son tanto eliminar las tensiones internas producidas
por tratamientos anteriores (como el templado) como aumentar la plasticidad,
la ductilidad y la tenacidad del material.
Al enfriarse lentamente los aceros se aproximan al equilibro de fase y estructura. Las
estructuras obtenidas después del recocido, están indicadas en el diagrama hierro,
cementita. Después de recocido el acero adquiere una fuerza y resistencia a la rotura
baja.
Son básicamente tratamientos térmicos de ablandamiento en el que se mejora
fundamentalmente la deformabilidad. La ductilidad, la maquinabilidad, se alivian
tensiones internas, se homogeniza la composición química del material. Entre los
tratamientos de recocido mas empleados están:
1. Recocido de regeneración o austenización completa
2. Incompleto.
3. Globulización, o ablandamiento.
4. Recristalización.
5. Homogenización
6. Isotérmico.
RECOCIDO DE REGENERACIÓN
O AUSTENIZACIÓN COMPLETA
Tiene como objetivo obtener una
estructura blanda, homogénea y de
grano fino, con propiedades uniformes
en el acero.
Es un tratamiento apropiado para:
• piezas fundidas
• piezas forjadas
• piezas soldadas
La estructura final después del
recocido debe ser lo más próxima a la
del equilibrio que se deduce del
diagrama Fe-C.
RECOCIDO DE GLOBULIZACION O
BLANDAMIENTO
• Reduce la dureza del acero para
mejorar su maquinabilidad. En el
caso de que la unión soldada haya
quedado endurecida por temple
involuntario se debe ablandar
mediante recocido de regeneración
• El recocido de ablandamiento se
emplea en aceros hipereutectoides
empleando una temperatura muy
cercana a Ac1 (723°C) o recocido de
globulización
Acero 0,8%C recocido de
austenización completa
Acero 0,8%C recocido
de globulización
RECOCIDO CONTRA ACRITUD
• Los aceros de bajo %C (<0,2%C)
empleados para procesos de
fabricación por conformación
plástica en frío ( carrocerías,
muebles, tuberías estiradas en frío,
etc) deben poseer una elevada
ductilidad, la cual se pierde por
acritud.
Para
continuar
la
deformación del acero con acritud
es necesario recocer el acero a
temperaturas cercanas a 540°C
pero inferiores a Ac1
RECOCIDO DE ALIVIO DE
TENSIONES
• Se calienta el material a una T< T
recristalización
para
no
modificarlo
microestructuralmente con el
objetivo de atenuar las tensiones
residuales.
• La temperatura de recocido es de
500°-650°C y el enfriamiento es al
aire.
• A >T recocido > alivio de tensiones
RECOCIDO DE ALIVIO DE TENSIONES
• El recocido de alivio de tensiones constituye el tratamiento térmico postsoldadura
• Las uniones soldadas de %C> 0,35% son generalmente sometidas a alivio de
tensiones, salvo que sean luego bonificadas.
• Para evitar el agrietamiento el tratamiento de alivio de tensiones debe de realizarse
de inmediato antes que la temperatura descienda por debajo de la temperatura
entre pasadas recomendada.
• Un alivio de tensiones completo se consigue mediante calentamiento entre 590675°C durante 1h /pulg. de espesor
¿Cuando es necesario efectuar un recocido de alivio de tensiones?
1.
2.
3.
4.
5.
Cuando el acero tiene un %C > 0,35%
Cuando se ha soldado aceros al carbono-manganeso (elevada presencia de
tensiones residuales. Riesgo a fisuración en frío)
Cuando la unión soldada estará expuesta a ambientes corrosivos que
provoquen corrosión bajo tensión (soda caústica, soluciones de nitratos, etc).
Uniones soldadas de fundiciones (T: 620°C enfriamiento muy lento)
En aceros inoxidables austeníticos debido a su elevado coeficiente de
dilatación. De 850°C 1h/ pulgada de espesor a 650°C 4h/ pulg espesor
6.
7.
8.
9.
En aceros inoxidables martensíticos con %C>0,10, es recomendable
recocer en el rango de 650 - 800°C inmediatamente después de la
soldadura sin dejar que la temperatura descienda a T. Ambiente.
En aceros inoxidables ferríticos a T>800°C asegurándose un
enfriamiento rápido en el rango de 400°-600°C para evitar la
fragilización
En aleaciones de Ni de solución sólida en el rango de temperaturas de
425°-870°C o entre 315°-425°C cuando no se quiere reducir la dureza
de la aleación (en este caso la eliminación de tensiones es parcial)
En aleaciones de aluminio a T de 350°C
Recocido de
Homogenización
Elimina la segregación
química y cristalina. Se
obtiene grano grueso. Es
necesario un recocido
completo posterior.
 El requemado tiene lugar cuando el metal se calienta hasta una temperatura
próxima a la de fusión. En este caso se van produciendo la fusión y la
oxidación de las fronteras de granos del metal. El requemado es un defecto
irremediable.
 El sobre calentamiento se caracteriza por la textura de grano grueso y puede
subsanarse con tratamiento térmico recurriendo al recocido o normalizado.
Analizando la microestructura del acero hipoeutectoide sumamente
sobrecalentado, se revela la estructura de Widmannstatten típica. En dicha
estructura la ferrita tiene una textura acicular y se dispone en determinados
planos cristalográficos. Este defecto estructural se puede eliminar por el
recocido o normalizado.
Estructura de Widmannstatten
Es una estructura acicular, grosera, típica de los
aceros en bruto de colada; proporciona fragilidad y,
por lo tanto es indeseable.
La ferrita aparece rodeando los granos y a partir de
él se desarrollan las agujas o ramificaciones
características de dicha estructura. Se originan por
altas temperaturas de coladas, en el aporte y zonas
afectadas por el calor en soldaduras, o durante
transformaciones en estado sólido, cuando la
velocidad de enfriamiento es demasiado alta para
permitir la formación de ferrita intergranular.
Acero al carbono de 0,35 %C, laminado en caliente y enfriado desde 870ºC
en el horno (recocido).
200X
500X
Tratamientos térmicos. Normalizado
Consiste en llevar el acero por encima del Ac3, con el objeto de conseguir su
austenización completa, homogeneizarlo en ese estado y enfriarlo, con mayor
velocidad que en el recocido, por lo general al aire libre. El calentamiento se realiza a
una temperatura algo mayor que el recocido completo (temperatura de austenización
40-60ºC por encima de Ac3) y la mayor velocidad de enfriamiento permite obtener
estructuras perlíticas laminares muy finas.
El normalizado es apto para:
(a).-Eliminar tensiones producidas por operaciones anteriores.
(b).-Preparar el acero para operaciones de mecanizado merced a la estructura blanda
obtenida.
(c).-Proporcionar mejores propiedades mecánicas en razón de su estructura perlítica
fina.
Temperatura de tratamiento
En aceros hipoeutectoides, la
temperatura a que deberá
llevarse la pieza será de 40-60
°C mayor que su AC3. En
aceros hipereutectoides,
mayor que su Acm
Si una cero hipoeutectoide no es
autotemplante el enfriamiento al aire
desde el estado austenítico suele
producir estructuras de ferrita y perlita
laminar en la periferia y en el núcleo de
la pieza normalizada (Figura).
Por tanto, si se comparan los resultados de un normalizado con los de un
recocido de regeneración en un mismo acero hipoeutectoidede contenido en
carbono C1%, el acero normalizado presentará : mayor proporción de perlita;
menor diámetro de grano de la ferrita proeutectoide; menor separación S0entre
láminas de cementita; y más proporción de fe-rrita en el interior de la perlita. En
conclusión, el límite elástico, la carga de rotura, la dureza y, casi siempre, la
tenacidad del acero normalizado resultarán mayores que la del acero recocido.
ACERO DE UN 0,35 % C
Acero al carbono de 0,35 %C, laminado en caliente a 870ºC y normalizado (enfriado al aire).
Problema 01.- Al observar al microscopio una probeta de un acero al carbono
hipereutectoide aparece una estructura formada por granos oscuros rodeados de una
retícula blanca, si el ataque se realiza con nital.
Después de un calentamiento a 1000°C y posterior enfriamiento brusco en agua, la
microestructura está formada por agujas que se destacan sobre un fondo blanco, al
efectuar el ataque con idéntico reactivo.
Se pide:
1º) Microestructura inicial y final del acero, razonando los fenómenos ocurridos.
2°) Desde el punto de vista, mecánico, criticar el proceso efectuado y los resultados
conseguidos.
Problema 01.- La figura esquemática nos muestra dos fotomicrografías numeradas como 1 y 2, obtenidas a
iguales aumentos, se han obtenido de un mismo acero al carbono en dos diferentes estados. En las
fotomicrografías se distinguen las huellas de microdurezas Vickers realizadas en ambas probetas. El ataque
se ha realizado con reactivo nitroalcohólico.
Se pide:
1°) Microestructuras de ambas probetas. Estado del material en los dos casos. ¿Cómo podría pasarse del
estado 1 al 2 y viceversa? Explicación.
2°) Características mecánicas principales del acero en los dos estados.
3º) Si después de calentar el acero a 900°C, se enfriara lentamente en el horno, ¿qué microestructura
seobtendría ahora? Representarla. Ventajas e inconvenientes de este estado con respecto al estado 1.
Problema 02.- Se dispone de los siguientes aceros I, II y III, de composición:
¿Cuál presentaría mayor riesgo de fisiración en el temple y mayor cantidad de
austenita retenida?
Ms (ºC)=537-(361*%C)-(38,8 X %Mn)-(19,4 X %Ni)-(38,8 X %Cr)-(27.7 X % Mo)
CUESTIONES DE AUTOEVALUACIÓN
1 - En los aceros hipereutectoides la cementita aparece en:
a) Bordes de grano de la perlita. b) Bordes de grano de la ferrita. c) Disuelta en la ferrita. d) En
los bordes de grano y en la perlita.
2 - ¿Qué contenido aproximado en perlita presentará un acero al carbono con 0,2% de C?:
a) 25%. b) 37%. c) 50%. d) 63%.
3 - ¿Qué contenido aproximado en perlita presentará un acero al carbono con 0,6% de C?:
a) 25%. b) 37%. c) 50%. d) 75%.
4 - La microestructura de la perlita varía con:
a) El contenido en carbono del acero. b) La velocidad de enfriamiento. c) La composición de la
ferrita. d) La temperatura de austenización.
5 - En los aceros hipoeutectoides la cementita aparece en:
a) En la perlita. b) En los bordes de grano de la ferrita. c) En los bordes de grano de la austenita.
d) Disuelta en la austenita.
TRATAMIENTO TERMICO DE TEMPLE
El templado involucra un calentamiento hasta la región de estabilidad de la
austenita (temperatura de austenitizacion), mantener el material durante
un cierto tiempo a esta temperatura de austenitizacion y después un
enfriamiento continuo desde esta temperatura, hasta por debajo de la
temperatura de inicio de la formación de la martensita (Ms), a una
velocidad de enfriamiento tan grande (mayor que la critica) que la
transformación a perlita o bainita se inhibe y el producto de la
transformación será la martensita. El propósito de este tratamiento es el
de obtener, para cada composición de acero, la dureza máxima.
Estructura martensitica
Estructuralmente la martensíta es una solución sólida
sobresaturada de C en Fe
Temple
• Después que se ha producido la
austenitización comienza el temple del
acero.
• La velocidad de enfriamiento depende
del medio de temple y la velocidad de
transmisión de calor dentro de la pieza
de acero.
• Se usan varios medios de temple en
las operaciones comerciales de
tratamiento térmico que incluyen:
1) Salmuera
(agua
salada)
generalmente agitada.
2) Agua fresca en reposo.
3) Aceite en reposo
4) Aire.
• El temple en salmuera agitada suministra el enfriamiento más rápido de
las superficies calentadas de la parte, mientras que el temple al aire es el
más lento.
• El problema es que mientras más efectivo sea el medio de temple en el
enfriamiento, es más probable que cause esfuerzos internos, distorsión y
grietas en el producto.
• La velocidad de transferencia de calor en el interior de la pieza depende
en gran medida de su masa y geometría. Una forma cúbica grande se
enfriará mucho más despacio que una lámina delgada pequeña.
GRACIAS
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