PROCESOS DE FABRICACION Tratamientos trmicos Constan de tres fases A.) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna): La elevacin de temperatura debe ser uniforme, por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos crticos, este ltimo es el calentamiento escalonado. B.) Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa transformacin del constituyente estructural de partida. Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por milmetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacin completa en el centro y superficie. Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son "muy peligrosos" ya que el grano austentico crece rpidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y frgiles. C.) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente: Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente controlado en funcin del tipo de tratamiento que se realice. Tratamientos en la masa ms utilizados El tratamiento trmico es una operacin o combinacin de operaciones que comprenden el calentamiento o enfriamiento del metal, con el fin de mejorar algunas propiedades, en relacin con la condicin original del material. Los propsitos generales del tratamiento trmico son la eliminacin de tensiones internas, homogeneizacin de las estructuras de moldeo, afino de grano y cambio de estructura. Todos los procesos bsicos de tratamiento trmico del acero incluyen la transformacin o descomposicin de la austenita. Para realizar el tratamiento trmico tenemos que calentar la muestra de acero hasta una temperatura por encima de la temperatura crtica superior para formar austenita. Normalmente la velocidad de enfriamiento en un mismo tratamiento no influye demasiado en las propiedades finales del acero, siempre que se haga razonablemente lento. Los principales tratamientos trmicos que es aplican a una muestra de acero son: recocido total, recocido de esferoidizacin, recocido para eliminacin de esfuerzos, recocido de proceso, normalizacin y templado. Tratamientos termo-qumicos del acero En el caso de los tratamientos trmicos, no solo se producen cambios en la Estructura del Acero, sino tambin en su COMPOSICION QUIMICA, aadiendo diferentes productos qumicos durante el proceso del tratamiento. Estos tratamientos tienen efecto solo superficial en las piezas tratadas. Algunos tipos de tratamientos trmicos se realizan a base de algunas reacciones qumicas. Esto permite algunas mejoras considerables de las que se tienen si se estuviesen utilizando los mtodos convencionales. Los mtodos de tratamiento trmico para endurecer el acero son: Cementacin: Las superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrgeno. Carburizacin: La pieza se calienta mantenindola rodeada de carbn vegetal, coque o gases de carbono. Cianurizacin: Se introduce el metal en un bao de sales de cianuro, logrando as que endurezca. Nitrurizacin: Se usa para endurecer aceros de composicin especial mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso. DESARROLLO TERICO 5.1 TRATAMIENTOS TRMICOS 5.1.1 Fundamentos y su Clasificacin El tratamiento trmico es la operacin de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado slido para cambiar sus propiedades fsicas. Con el tratamiento trmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamao del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dctil.

Los tratamientos trmicos son combinaciones de calentamiento y enfriamientos a tiempos determinados aplicados a un metal o aleacin en estado slido con el fin de modificar propiedades de acuerdo a las condiciones de uso.

Fig. 1.1 Horno continuo para normalizacin de laminacin del acero Los tratamientos trmicos tienen como objetivo el estudio del efecto de la composicin, temperatura, tamao de grano y atmsfera del horno de calentamiento, sobre la microestructura y dureza de los aceros. Todos los procesos bsicos de tratamientos trmicos para los aceros incluyen la transformacin o descomposicin de la austenita. La naturaleza y la apariencia de estos productos de transformacin determinan las propiedades fsicas y mecnicas de cualquier acero. El primer paso en el tratamiento trmico del acero es calentar el material a alguna temperatura en o por encima del intervalo crtico para formar austenita. En la mayora de los casos, la rapidez de calentamiento a la temperatura deseada es menos importante que otros factores en el ciclo de tratamiento trmico. Los materiales altamente forzados producidos por trabajado en fro deben calentarse mas lentamente que los que se haya libres de esfuerzos para evitar distorsin. Se puede considerar la diferencia en temperatura que tiene lugar dentro de las secciones gruesas y delgadas de artculos de seccin transversal variable y, siempre que sea posible, se debe tomar alguna medida para ser ms lento el calentamiento de las secciones ms delgadas, de tal modo que sea posible minimizar el esfuerzo trmico y distorsin. Por lo general se har menos dao al acero al utilizar una rapidez de calentamiento tan lenta como sea prctico. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento trmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - hierro - carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los tratamientos trmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensin. 5.1.2 Diagrama Hierro-Hierro-Carbono Bajo condiciones de equilibrio, el conocimiento del acero y su estructura se resume mejor en el diagrama parcial hierro-hierro-carbono. Si una pieza de acero con 0.20% de carbono se calienta lenta y uniformemente y su temperatura se registra a intervalos definidos de tiempo, se obtiene una curva. A tal curva se le llama curva de relacin inversa. La abscisa es la variacin de calentamiento o el tiempo requerido para calentar o enfriar el acero 10. La curva es una lnea vertical, excepto en aquellos puntos donde la razn de variacin de calentamiento o enfriamiento muestren cambios muy marcados. Es evidente que en tres temperaturas hay un cambio definido en la variacin del calentamiento. De una manera similar, estos mismos tres puntos muestran nuevamente enfriamiento, pero ocurre a temperaturas ligeramente menores. Cuando ocurren cambios originales, estos puntos se conocen como puntos crticos y se designan por los smbolos Ac1,Ac2 y Ac3. La letra c es la inicial de la palabra francesa chauffage, que significa "calentar". Los puntos en la curva de enfriamiento se designan por Ar1, Ar2 y Ar3. La r se toma de la palabra refroidissement, que significa "enfriar".

2

Fig. 1.2 Diagrama de fase hierro-carbono-hierro Ciertos cambios que tienen lugar en estos puntos crticos son llamados cambios alotrpicos. Aunque la composicin qumica del acero, permanece igual, sus propiedades cambian. Entre estos cambios, los principales son la resistencia elctrica, la estructura atmica y la prdida del magnetismo. Por definicin, un cambio alotrpico es un cambio reversible en la estructura atmica del metal con un correspondiente cambio en las propiedades del acero. Estos puntos crticos, deben conocerse, ya que la mayora de los procesos de tratamiento trmico requieren un calentamiento del acero a un temperatura arriba de este grado. El acero no puede endurecerse, a menos que se caliente a una temperatura mayor que la zona crtica inferior y e ciertos casos mayor que la crtica superior. Si se hace una serie de curvas de calentamiento tiempo-temperatura, para aceros de contenido de carbono diferente y los puntos crticos correspondientes se representan en una curva temperatura-porcentajes de carbono. Este diagrama, que se aplica slo bajo condiciones de enfriamiento lento, se conoce como diagrama parcial hierro-hierro-carbono. Las temperaturas apropiadas para temple d cualquier acero al carbono se pueden observar en este diagrama. Considere de nuevo la pieza de acero con 0.20% de carbono que se h calentado hasta una temperatura alrededor de 870 C. Arriba del punto A este acero es una solucin slida de carbono en hierro gamma y se le llama austenita. Los tomos de hierro estn situados en una malla cbica de cara centrada y no son magnticos. Al enfriar este acero, los tomos de hierro inician la formacin de una malla cbica de cuerpo centrado, abajo del punto Ar3. Esta nueva estructura en formacin se llama, ferrita o hierro alfa y es una solucin slida de carbn en hierro alfa. La solubilidad del carbono en el hierro alfa es mucho menor que en el hierro gamma. En el punto Ar2 el acero se vuelve magntico y, segn se enfra hasta la lnea Ar, se forma ferrita adicional. En la lnea Ar1 la austenita remanente se transforma en una nueva estructura llamada perlita. ste componente es laminar en apariencia bajo una gran amplificacin. La lamina es alternativamente ferrita y carburo de hierro. Llamada perlita debido a su apariencia de "madre perla", con gran amplificacin.

Figura 1.3 Estructura del acero SAE 1095, enfriado en el horno desde 843 C. Ataque qumico en 5% picral. Se muestran lminas de cementita y ferrita en perlita. Amplificacin x 1200. Cuando el contenido de carbono del acero aumenta a ms del 0.20%, la temperatura a la cual la ferrita es inicialmente rechazada de la austenita decrece; aproximadamente a 0.80% de carbono, ninguna ferrita libre es rechazada de la austenita.

3

Este acero es llamado acero eutectoide y es 100% perlita en su composicin estructural. El punto eutectoide en cualquier metal es la temperatura mnima a la cual ocurren cambios en una solucin slida. Indica la ms baja temperatura para la descomposicin en equilibrio de austenita a ferrita y cementita.. Si el contenido de carbono del acero es mayor que el eutectoide, se observa una nueva lnea en el diagrama hierro-hierro-carbono sealada con Acm. La lnea indica la temperatura a la cual el carburo de hierro es rechazado inicialmente de la austenita en lugar de la ferrita. Al carburo de hierro (Fe3C) se le conoce como cementita y es extremadamente duro y frgil. Los aceros que contienen menos carbono que el eutectoide se conocen como aceros hipoeuectoides y aquellos con mayor contenido de carbono se les llama aceros hiperettectoides. Esos aceros, en estructura, se muestran en una serie de fotomicrografas . La primera figura muestra hierro puro o ferrita. Segn se incrementa el contenido de carbono hasta 0.80%, las reas oscuras de la perlita se forman e incrementan en cantidad, mientras el rea del fondo blanco de la ferrita disminuye y la muestra es casi toda perlita.

Fig. 1.4 Fotomicrografias de aleaciones hierro-carbono En la muestra que contiene 1.41% de carbono, el rea perlitica es menor y el rea del fondo blanco es ahora cementita y ferrita. La mxima cantidad de cementita a 1.41% de carbono se han enfriado lentamente para producir los componentes descritos. Hasta ahora en lo que concierne al tratamiento del acero, es suficiente, ya que el limite del contenido de carbono en el acero es 2.0%. si el diagrama se extiende hasta incluir los hierros fundidos con contenido de carbono hasta 6.67% . Ya no se muestra ms all de ese punto, ya que 6.67% es el contenido de carbono de la cementita. En realidad, la mayor parte d los hierros fundidos comerciales tienen un contenido de carbono de 2.25 a 4.50%. 5.1.3 Tamao De Grano El acero fundido, una vez enfriado, empieza a solidificarse en muchos pequeos centros o ncleos. Los tomos en cada grupo tienden a colocarse en forma similar. Los lmites irregulares de granos, vistos por el microscopio despus del pulido y ataque qumico, son los contornos de cada grupo de celdas atmicas que tienen la misma orientacin general. El tamao de este grano depende de cierto nmero de factores, siendo el principal el tratamiento en horno que ha recibido. Los aceros de grano grueso son menos tenaces y tienen mayor tendencia a la distorsin que aquellos que tienen un grano fino; sin embargo, tienen mejor maquinabilidad y mayor facilidad para el endurecimiento profundo, Los aceros de grano fino, adems de ser tenaces, son ms dctiles y tienden menos a deformarse o agrietarse durante el tratamiento trmico. El control del tamao de grano es posible a travs de la regulacin de la composicin en el proceso de manufactura inicial, pero despus de fabricado el acero, el control se hace con un tratamiento trmico adecuado. El aluminio, cuando se usa como desoxidante, es el ms importante factor de control durante el periodo de manufactura, ya que eleva la temperatura a la cual ocurre tan rpido crecimiento del grano. Cuando se calienta una pieza de acero de bajo carbono, no hay cambio del tamao de grano hasta el punto Ac1. Conforme se incrementa la temperatura en la zona crtica, la ferrita y la perlita se transforman gradualmente en austenita y, en el punto crtico superior Ac3, el tamao de grano promedio es mnimo. Un calentamiento adicional del acero produce un incremento en el tamao de los granos austenticos, los cuales a su vez, rigen el tamao final de los granos cuando se enfran. Un enfriamiento rpido desde el punto Ac3 dara por resultado una estructura fina, mientras que un enfriamiento lento o enfriamiento rpido desde una temperatura ms alta, producira una estructura mas gruesa, el tamao de grano final depende en un alto grado del tamao previo de grano austenitico en el acero al momento del temple.

4

No todos los aceros inician el crecimiento de los cristales grandes inmediatamente despus que se han calentado arriba de la zona critica superior; algunos aceros pueden calentarse a una temperatura mas alta con solo un pequeo cambio en su estructura. Finalmente se alcanza una temperatura conocida como temperatura de crecimiento y el crecimiento del grano se vuelve rpido. Esta es una caracterstica de los aceros de medio carbono, de muchas aleaciones de acero y aceros que se han desoxidado con aluminio. La temperatura de crecimiento no es una temperatura fija y puede cambiarse por trabajo previo en caliente o en fro y por tratamiento trmico. El trabajo en caliente en el acero se inicia a temperatura muy arriba de la zona crtica, con el acero en un estado plstico. Refina la estructura granular y elimina cualquier efecto de crecimiento debido a la alta temperatura. La forja en caliente o laminacin no deber continuar abajo de la temperatura crtica. El mtodo principal para determinar el tamao de grano es por examen al microscopio, aunque puede estimarse aproximadamente por el examen de una fractura. Para la determinacin al microscopio los lmites de los granos deben definirse claramente por algn componente. Los aceros de bajo carbono tienen ferrita precipitada de la austenita una vez enfriados lentamente y los contornos de estos granos se revelan claramente con el pulido y el ataque qumico. Ya que un enfriamiento muy lento puede producir demasiada ferrita primaria, que permita la evaluacin del tamao previo del grano austentico, deber emplearse una velocidad de enfriamiento de tal forma que los componentes proeutectoides se reduzcan solamente a delimitar las regiones perlticas. Igualmente, para aceros de medio carbono el tamao previo de grano austentico se representar de modo general por el rea perltica ms la mitad de la ferrita circunvecina. Los aceros hipereutectoides tendrn los lmites de los granos definidos por la cementita que se precipita, En la fotomicrografa se muestra un ejemplo de un acero con granos grandes. Esta muestra ha sido calentada a una temperatura excesivamente alta, dando por resultado un gran crecimiento del grano y alguna separacin cristalina. El acero que ha sido "quemado" muestra esta separacin debido a la oxidacin en los lmites del grano y esto no puede remediar se por tratamiento trmico. Este acero puede volverse til para uso comercial slo volviendo a fundirlo.

5.1.4 Composicin Del Acero Acero es una aleacin de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleacin, los cuales le confieren propiedades mecnicas especificas para su utilizacin en la industria metalmecnica. Los otros principales elementos de composicin son el Cromo, Tungsteno, Manganeso, Nquel, Vanadio, Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre y Fsforo. Estos elementos, segn su porcentaje, ofrecen caractersticas especificas para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etc. 5.1.5 Propiedades Mecnicas Del Acero Resistencia al desgaste. Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de friccin con otro material. Tenacidad. Es la capacidad que tiene un material de absorber energa 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 acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre. El tratamiento trmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecnicas para las cuales esta creado. La clave de los tratamientos trmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no frreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido. 5.1.6 Endurecimiento Del Acero

5

El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cmara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la traccin (tensin) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crtica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 1450 F y 1525 F (790 a 830 C) lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita.

Fig. 1.5 Temperaturas para el endureciemiento del acero Cuando se enfra la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frgil. 5.1.7 Diagramas De Transformacin Isotrmica El diagrama de fase hierro-hierro-carbono es til para seleccionar las temperaturas de partes que deben calentarse para diferentes operaciones de tratamiento y tambin indica el tipo de estructura esperada en aceros enfriados lentamente. Aunque es muy til en todas las operaciones de tratamiento trmico, no da mucha informacin en relacin con los efectos de la velocidad de enfriamiento, tiempo, estructura del grano o estructura asequibles cuando se interrumpe el temple a ciertas temperaturas elevadas. Los diagramas de transformacin isotrmica, tambin conocidos como diagramas de transformacin tiempo-temperatura o curvas S se han realizado para proporcionar esa informacin. Este diagrama indica la forma de los cambios en los aceros austenitizados, si se mantienen a una temperatura constante. Conociendo esa temperatura, las veces en las cuales la transformacin principia y termina pueden determinarse; la estructura resultante se indica en el diagrama. Para obtener una estructura martenstica, el acero debe enfriarse con suficiente rapidez de tal forma, que la curva de enfriamiento no intersecte la nariz de la curva de transformacin. La que muestra que la curva de enfriamiento pasa a travs de las lneas Ms y Mf (principio y fin de la transformacin de austenita a martensita). La forma general de una curva de transformacin tiempo-temperatura difiere para cada acero dependiendo del contenido de carbono, de la presencia de aleaciones y del tamao de grano austentico. La mayor parte de los elementos de aleacin en el acero desplazan las curvas hacia la derecha permitiendo as ms tiempo para endurecer el acero completamente, sin tocar la nariz de, la curva. Este incremento en templabilidad del acero permite el endurecimiento de secciones de mayor espesor de las que seran posibles en otra forma.

6

En aceros al carbn que reducen su contenido de carbono, la curv a se desplaza hacia la izquierda y tambin ascienden las lneas de temperatura Ms y Mf. Esto hace muy difcil producir martensita mediante el temple de un acero hipoeutectoide. El acero al carbn que tiene una composicin eutectoide responde bien a los tratamientos de endurecimiento. Los aceros que tienen un tamao de grano fino austentico desplazan la curva hacia la izquierda, haciendo as ms difcil el endurecimiento de un arco de grano fino que de uno de grano grueso. Sin embargo, los aceros de grano grueso son ms propensos a agrietarse o deformarse durante el temple, de tal forma que su templabilidad ascendente tiene poca ventaja. 5.2 Recocido normalizado temple y revenido 5.2.1 Temple El temple consiste en calentar el acero a una temperatura determinada por encima de su punto de transformacin para lograr una estructura cristalina determinada (estructura austentica), seguido de un enfriamiento rpido con una velocidad superior a la crtica, que depende de la composicin del acero, para lograr una estructura austentica, martenstica o baintica, que proporcionan a los aceros una dureza elevada. Para conseguir un enfriamiento rpido se introduce el acero en agua, aceite, sales o bien se efecta el enfriamiento con aire o gases. La velocidad de enfriamiento depende de las caractersticas de los aceros y de los resultados que se pretenden obtener. En casos determinados se interrumpe el enfriamiento en campos de temperatura comprendidos entre 180-500 C., alcanzndose de esta manera un temple con el mnimo de variacin en las dimensiones de las piezas, un mnimo riesgo de deformacin y consiguindose durezas y resistencias determinadas, de acuerdo con las estructuras cristalinas en lo que se refiere a austenita, martensita o bainita. Los procedimientos de temple descritos se refieren a un temple total del material, otros tratamientos permiten una ms amplia variacin de las caractersticas aadiendo carbono o nitrgeno a la superficie de las piezas. El fin que se pretende conseguir con el ciclo del temple es aumentar la dureza y resistencia mecnica, transformando toda la masa en austenita con el calentamiento y despus, por medio de un enfriamiento rpido la austenita se convierte en martensita, que es el constituyente tpico de los aceros templados. El temple tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior, entre 900-950C, y se enfra luego, ms o menos rpidamente dependiendo de las caractersticas de la pieza, en un medio como agua, aceite, entre otros. El factor que caracteriza a la fase de enfriamiento es la velocidad del mismo que debe ser siempre superior a la crtica para obtener martensita. La velocidad crtica de los aceros al carbono es muy elevada. Los elementos de aleacin disminuyen en general la velocidad crtica de temple y en algunos tipos de alta aleacin es posible realizar el temple al aire; a estos aceros se les denomina autotemplantes. Factores que influyen en el proceso del temple El tamao de la pieza: cuanto ms espesor tenga la pieza ms hay que aumentar el ciclo de duracin del proceso de calentamiento y de enfriamiento. La composicin qumica del acero: en general los elementos de aleacin facilitan el temple. El tamao del grano: influye principalmente en la velocidad crtica del temple, tiene mayor templabilidad el de grano grueso. El medio de enfriamiento: el ms adecuado para templar un acero es aquel que consiga una velocidad de temple ligeramente superior a la crtica. Los medios ms utilizados son: aire, aceite, agua, bao de Plomo, bao de Mercurio, bao de sales fundidas y polmeros hidrosolubles. Los tipos de temple son los siguientes Temple total o normal Temple escalonado martenstico o "martempering" Temple escalonado baintico o "austempering" Temple interrumpido y Tratamiento subcero. A continuacin se presenta una imagen en la cual se muestran las diferentes temperaturas a las cuales se deben de calentar el acero para obtener determinados temples.

7

Figura 6. Temperaturas de calentamiento del acero Tabla 1: Temperaturas para templar acero endurecido Color Paja claro Paja mediano Paja obscuro Morado Azul obscuro Azul claro Grados F 430 460 490 520 570 600 Grados C 220 240 255 270 300 320 Tipos de aceros Herramientas como brocas, machuelos Punzones dados y fresas Cizallas y martillos rboles y cinceles para madera Cuchillos y cinceles para acero Destornilladores y resortes

Mtodo de Jominy para tornillos Es un proceso para obtener un tratamiento trmico de templado, el cual es usado principalmente en tornillos; este consiste en hacer incidir una corriente de agua primero y salmuera posteriormente, sobre un extremo del tornillo. Enfriados de esta manera conseguiremos que la velocidad de enfriamiento sea muy rpida obteniendo la mayor proporcin de fase martensita posible evitando que esta se transforme a medida que disminuye la temperatura. Este procedimiento es el que mayor dureza confiere a los tornillos. En particular, los enfriados con salmuera resultarn de mayor dureza que los enfriados con agua, y la punta del tornillo donde la velocidad de enfriamiento es mayor acumular la mayor cantidad de martensita.

Figura 7: Mtodo de Jominy para tornillos

8

5.2.2 Revenido Es un tratamiento habitual a las piezas que han sido previamente templadas. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Si un acero se templa correctamente, alcanza su mxima dureza, que depende en primer lugar de su contenido en carbono, pero el acero en este estado es muy frgil y en consecuencia debe ser revenido a una temperatura entre 150 C y el punto de transformacin del mismo. Los revenidos efectuados entre 150-220 C influyen poco en la dureza pero mejoran la resistencia, eliminando una parte de las tensiones producidas durante el enfriamiento. Esta clase de revenido se utiliza sobre todo en aceros para herramientas que requieren una gran dureza, en otros casos se efectan los revenidos entre los 450-600 C. En estos casos el acero templado pierde parte de la dureza conseguida pero se aumenta la resistencia y la elasticidad. Variando la temperatura y la duracin del revenido se influye sobre el resultado final en lo referente a dureza y resistencia del acero. Una prolongacin del tiempo de mantenimiento a temperatura, visto desde el punto de la dureza, significa lo mismo que un aumento de la temperatura, pero no en absoluto en lo referente a la estructura, por lo tanto, la temperatura y duracin del tratamiento depende de los resultados finales exigidos, (dureza, resistencia ). En casos determinados se precisan dos revenidos consecutivos, ya que en el temple puede no transformarse la austenita en su totalidad, permaneciendo en la estructura parte de la misma no transformada (austenita residual). Esta austenita puede transformarse en el curso de un revenido, ya sea en el calentamiento a temperatura o en periodo de mantenimiento de sta, o bien en el enfriamiento despus del revenido, logrndose martensita o bainita. Un segundo revenido puede ser necesario para eliminar la fragilidad debida a las tensiones producidas por la transformacin en las distintas fases. Loa aceros que poseen una asutenita residual muy estable, como algunos aceros rpidos, requieren a veces tres revenidos. Objetivos del revenido Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de mnima fragilidad. Disminuir las tensiones internas de transformacin, que se originan en el temple. Disminuir la resistencia a la rotura por traccin, el lmite elstico y la dureza. Aumentar las caractersticas de ductilidad; alargamiento estriccin y las de tenacidad; resiliencia. Factores que influyen en el revenido La temperatura de revenido sobre las caractersticas mecnicas El tiempo de revenido (a partir de un cierto tiempo lmite la variacin es tan lenta que se hace antieconmica su prolongacin, siendo preferible un ligero aumento de temperatura de revenido) La velocidad de enfriamiento (es prudente que el enfriamiento no se haga rpido) Las dimensiones de la pieza (la duracin de un revenido es funcin fundamental del tamao de la pieza recomendndose de 1 a 2 horas por cada 25mm de espesor o dimetro).

5.2.3 Recocido Consiste bsicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenizacin (800-925C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. Tambin 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 fro y las tensiones internas. Con este nombre tambin se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es "ablandar" el acero para facilitar su mecanizado posterior. Tambin es utilizado para regenerar el grano o eliminar las tensiones internas. Se debe tener en cuenta que los recocidos no proporcionan generalmente las caractersticas ms adecuadas para la utilizacin del acero y casi siempre el material sufre un tratamiento posterior con vistas a obtener las caractersticas ptimas del mismo. Cuando esto sucede el recocido se llama tambin "tratamiento trmico preliminar" y al tratamiento final como "tratamiento trmico de calidad". El recocido pretende conseguir lo contrario que el temple, es decir un ablandamiento del material que se consigue al poner en equilibrio la estructura cristalina que se haba deformado por el fro, por tratamientos trmicos o por la mecanizacin de la pieza.

Los tipos de recocidos son los siguientes Recocido de regeneracin Recocido de engrosamiento de grano Recocidos globulares o esferoidales Recocido de homogenizacin

9

Recocidos subcrticos Recocido isotrmico Recocido blanco.

Recocido isotrmico Otros recocidos se efectan para modificar la reparticin de los componentes de la estructura cristalina (transformacin de la perlita laminar), a ste recocido denominado isotrmico el cual es muy frecuente en piezas estampadas para la industria de automocin. Aparte de los tratamientos indicados existe un gran nmero de otros muy especficos como envejecimiento, boronizado, sulfinizado, desgasificado, oxidacin, recristalizacin , reduccin sinterizado, etc. Recocido total Este proceso consiste en el calentamiento del acero a la temperatura adecuada durante un tiempo y luego enfriar muy lentamente en el interior del horno o en algn material aislaste del calor. Debido al enfriamiento lento el proceso puede ser asociado al diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro, que en nuestro caso se trata de una muestra de acero hipoeutectoide y corresponde el proceso al diagrama siguiente representado en la figura. El propsito general del recocido es refinar el grano, proporcionar suavidad, mejorar las propiedades elctricas y magnticas y, en algunos casos, mejorar el maquinado.

Figura 8: Microestructura de las fases perlita y ferrita. La figura muestra la microestructura de las fases perlita y ferrita. Al calentar y traspasar la lnea crtica inferior, la perlita se transformar en pequeos granos de austenita por medio de la reaccin eutectoide, dejando la ferrita inalterada; al seguir calentando y traspasar la lnea crtica superior los granos grandes de ferrita se transformarn en pequeos granos de austenita con lo que se obtendr una microestructura de austenita con granos muy pequeos; dejando enfriar lentamente la muestra se formarn pequeos granos de ferrita proeutectoide y pequeas reas de gruesa perlita laminar. Recocido para la eliminacin de esfuerzos Este proceso se utiliza para eliminar esfuerzos residuales debidos a un fuerte maquinado u otros procesos de trabajo en fro. Este recocido, tambin denominado subcrtico, se lleva a cabo a temperaturas por debajo de la lnea crtica inferior A3. Recocido de proceso Es un proceso muy parecido al recocido para eliminar esfuerzos, ya que se calienta el acero a una temperatura por debajo de la lnea crtica inferior. La utilizacin de este tipo de tratamiento se orienta hacia las industrias de lminas y cable. Si se aplica despus del proceso en fro se suaviza el acero por medio de la recristalizacin, para un posterior trabajo. 5.2.4 Normalizado El normalizado es un recocido que se efecta para proporcionar una buena y fcil mecanizacin de las piezas, lo cual depende de su estructura cristalina. El normalizado se efecta antes del temple, ya que el resultado de ste depende del estado inicial de la estructura de las mismas. Tambin se realizan recocidos para la eliminacin de tensiones a temperaturas inferiores al punto de transformacin.

10

Muchas veces se efectan recocidos en piezas que previamente fueron templadas y revenidas. Para ello debe elegirse una temperatura que logre la disminucin de la dureza y la resistencia. La temperatura baja exigida puede ser compensada por la duracin del recocido. La velocidad de enfriamiento despus del recocido tiene una gran importancia, ya que un enfriamiento rpido puede provocar nuevas tensiones y si es demasiado lento existe el peligro de fragilidad. Muchas veces se efectan recocidos en piezas que previamente fueron templadas y revenidas. El tratamiento trmico de normalizacin del acero se lleva a cabo al calentar aproximadamente a 20C por encima de la lnea de temperatura crtica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente. El propsito de la normalizacin es producir un acero ms duro y ms fuerte que con el recocido total, de manera que para algunas aplicaciones ste sea el tratamiento trmico final. Sin embargo, la normalizacin puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendrticas de piezas de fundicin, refinar el grano y homogeneizar la microestructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento. El hecho de enfriar ms rpidamente el acero hace que la transformacin de la austenita y la microestructura resultante se vean alteradas, ya que como el enfriamiento no se produce en condiciones de equilibrio, el diagrama hierro-carburo de hierro no es aplicable para predecir las proporciones de ferrita y perlita proeutectoide que existirn a temperatura ambiente. Ahora, se tendr menos tiempo para la formacin de la ferrita proeutectoide, en consecuencia, habr menos cantidad de esta en comparacin con los aceros recocidos. Aparte de influir en la cantidad de constituyente proeutectoide que se formar, la mayor rapidez de enfriamiento en la normalizacin tambin afectar a la temperatura de transformacin de austenita y en la fineza de la perlita. El hecho de que la perlita (que es una mezcla eutectoide de ferrita y cementita) se haga ms fina implica que las placas de cementita estn ms prximas entre s, lo que tiende a endurecer la ferrita, de modo que esta no ceder tan fcilmente, aumentando as la dureza. El enfriamiento fuera del equilibrio tambin cambia el punto eutectoide hacia una proporcin de carbono ms baja en los aceros hipoeutectoides y ms alta en los aceros hipereutectoides. El efecto neto de la normalizacin es que produce una estructura de perlita ms fina y ms abundante que la obtenida por el recocido, resultando un acero ms duro y ms fuerte. 5.3 CEMENTADO, NITRURADO Y CIANURADO 5.3.1 CEMENTACIN: Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el ncleo blando y dctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el mtodo de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. Es el mtodo mas antiguo conocido de producir una superficie dura es el temple superficial o cementacin. Este proceso, en resumen, consiste simplemente en calentar el hierro o el acero arriba de Ac 1 mientras esta en contacto con un material carbonoso, el que puede ser solid, lquido o gas. El hierro, a temperaturas cercanas y mayores que su temperatura crtica tiene una afinidad por el carbono. El carbono es absorbido por el metal para formar una solucin slida con el hierro y convertir la superficie exterior en acero de alto carbono. Como la operacin continua, el carbn se difunde gradualmente en el interior de la pieza. La profundidad de la capa depende del tiempo y temperatura del tratamiento. La forma ms antigua de cementacin se conoce como cementacin en capa y consiste en colocar las piezas por tratar en un recipiente cerrado con un material carbonoso, tal como carbn vegetal o coque. Es un proceso tardado y se utiliza para producir capas bastante gruesas, de 0.75 a 4 mm de espesor. La cementacin encapa se utiliza principalmente para piezas grandes o para procesar pequeos lotes de piezas. Para capas menos profundas, de 0.10 a 0.75 mm, se usa frecuentemente la cementacin gaseosa, utilizando tanto combustible derivados de hidrocarburos como gases naturales y propano. La cementacin gaseosa se usa particularmente para el temple superficial de piezas pequeas que puedan templarse por enfriamiento directo desde el horno, al final del ciclo de calentamiento.

En la cementacin liquida, el acero se calienta arriba de Ac1 en un bao de sal de cianuro originando que el carbn y algo de nitrgeno se difundan en la capa. Es similar al cianurazo, excepto que la capa tiene mayor contenido de carbono y menor de nitrgeno. La cementacin liquida puede utilizarse para espesores de capas hasta 6.35 mm aunque, en la mayora de los casos, el espesor no excede de 0.64 mm. Este mtodo se adapta mejor para temple superficial de piezas de tamaos pequeo y mediano. El acero utilizado para cementacin, comnmente es un acero al carbono de aproximadamente de aproximadamente de 0.15 % de carbono, el que no reacciona perceptiblemente al tratamiento trmico. Durante este proceso, la capa exterior se convierte en un acero de alto carbono, con un contenido que varia de 0.9 a 1.20 % de carbono.

11

Un acero con contenido de carbono variable y, consecuentemente, diferentes temperaturas crticas, requiere un tratamiento trmico especial. Ya que hay un crecimiento del grano en el acero durante el prolongado tratamiento de cementacin, la pieza deber calentarse a la temperatura critica del ncleo y luego enfriarse, refinando as la estructura del ncleo. El acero deber entonces recalentarse a un punto arriba de la zona de transformacin de la capa Ac1 y templarse para producir una estructura dura y fina. La temperatura de tratamiento trmico ms baja de la capa resulta del hecho que los aceros hipereutectoides se austenitizan normalmente para endurecerlos justo arriba de la zona crtica inferior. Se puede utilizar un tercer tratamiento de revenido para reducir los esfuerzos. Objeto de la cementacin El templado y revenido proporcionan dureza a la pieza, pero tambin fragilidad. Por el contrario, si no se templa el material no tendr la dureza suficiente y se desgastar. Para conservar las mejores cualidades de los dos casos se utiliza la cementacin. La cementacin tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificacin del ncleo, dando lugar as a una pieza formada por dos materiales, la del ncleo de acero con bajo ndice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie, de acero con mayor concentracin de carbono, ms dura, resistente al desgaste y a las deformaciones, siendo todo ello una nica pieza compacta. Aceros de cementacin Son apropiados para cementacin los aceros de baja contenido de carbono, que conserven la tenacidad en el ncleo. El cromo acelera la velocidad de penetracin del carbono. Los aceros al cromo nquel tienen buenas cualidades mecnicas y responden muy bien a este proceso. Una concentracin de nquel por encima del 5% retarda el proceso de cementacin 5.3.2 Cianurado El cianurado o carbonitrurado lquido como se llama algunas veces, es tambin un proceso que combina la absorcin del carbono y nitrgeno para obtener dureza superficial en aceros de bajo carbono que no reaccionan al tratamiento trmico ordinario. La pieza por endurecer se sumerge en un bao de sales fundidas de cianuro de sodio a una temperatura ligeramente superior a la zona Ac1, dependiendo el tiempo de inmersin en la profundidad de la capa. Despus, la pieza se templa en agua o aceite para obtener una superficie dura. Con este proceso pueden obtenerse fcilmente profundidades de capa de 0.10 a 0.40 mm. El cianurado se usa principalmente para el tratamiento de partes pequeas. 5.3.3 Nitrurado La nitruracin es un tratamiento termoqumico, dado que se modifica la composicin del acero incorporando nitrgeno, dentro del proceso de tratamiento trmico. Proporciona dureza superficial a las piezas, por absorcin de nitrgeno mediante calentamiento en una atmsfera de nitrgeno. El nitrurado es algo similar a la cementacin ordinaria, pero utiliza material y tratamiento diferentes para lograr los componentes de la superficie dura. En este proceso, el metal se calienta a una temperatura alrededor de 510 C y se mantiene as por un periodo de tiempo, en contacto con gas de amoniaco. El nitrgeno del gas se introduce en el acero formando nitruros muy duros los que se dispersan finamente por toda la superficie del material. Se han encontrado que el nitrgeno tiene mayor capacidad de endurecimiento con ciertos elementos que con otros; de aqu que se hayan desarrollado aleaciones de acero especiales de nitrurado. El aluminio, en la zona de 1 al 1 %, ha demostrado ser especialmente adecuado en el acero, ya que se combina con el gas para formar un componente muy estable y duro. La temperatura de calentamiento vara de 494 a 565 C. El nitrurado lquido utiliza las sales de cianuro fundidas y, como en el nitrurado gaseoso, la temperatura se mantiene debajo de la zona transformacin. El nitrurado o la cementacin en baos de cianuro. Se obtienen espesores de capa 0.03 a 0.30 mm, mientras que para nitrurado con gas el espesor de la capa puede ser hasta 0.64 mm. En general, las aplicaciones de los dos procesos de nitrurado son similares.

12

El nitrurado desarrolla una alta dureza en la superficie del acero. Esta dureza vara de 900 a 1100 Brinell, la que es considerablemente mayor que la que se obtiene por la cementacin ordinaria. Los aceros nitrurados, en virtud del contenido de su aleacin, son ms resistentes que los aceros ordinarios y reaccionan rpidamente al tratamiento trmico. Se recomienda que estos aceros se maquinen y traten trmicamente antes del nitrurado, debido a que no hay oxidacin ni es necesario trabajo posterior a este proceso. Afortunadamente, la estructura interior y propiedades no son afectadas en forma apreciable por el tratamiento de nitrurado y, ya que no es necesario el temple hay una ligera tendencia al alabeo, al desarrollo de grietas o al cambio de condiciones de cualquier forma. La superficie resiste en forma efectiva la accin corrosiva del agua, de salpicaduras del agua salada, de los lcalis, petrleo crudo y gas natural.

Aceros de nitruracin No todos los aceros son actos para nitrurar. Resulta conveniente que en la composicin de la aleacin haya una cierta cantidad de aluminio 1%. Tambin es aplicable a los aceros inoxidables, aceros al cromo nquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo. No es aconsejable en aceros al carbono, el nitrgeno penetra rpidamente en la superficie de la pieza y la capa nitrurada puede desprenderse. Prctica de la nitruracin Las piezas a nitrurar se mecanizan, y luego se templan y revienen, con objeto de que el ncleo adquiera una resistencia adecuada. Finalmente, una vez mecanizadas a las cotas definitivas, se procede a efectuar la nitruracin. Las piezas a nitrurar se colocan dentro de un horno elctrico, con circulacin de gas amonaco por el interior, manteniendo la temperatura y la concentracin de nitrgeno durante todo el tiempo que dure el proceso hasta su finalizacin. A aquellas partes de la pieza que no se deban nitrurar se les da un bao de estao y plomo al 50%, que cubre la superficie de la pieza aislndola del nitrgeno. 5.3.4 Otros tipos de Tratamientos Trmicos Carburizacin por empaquetado Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbnico en una caja cerrada con material carbonceo y calentarlo hasta 1650 o 1700 F (900 a 927 C) durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbn que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Entre ms tiempo se deje a la pieza en la caja con carbn de mayor profundidad ser la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfra rpidamente en agua o salmuera. Los tratamientos termoqumicos son tratamientos trmicos en los que, adems de los cambios en la estructura del acero, tambin se producen cambios en la composicin qumica de la capa superficial, aadiendo diferentes productos qumicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmsferas especiales. Entre los objetivos ms comunes de estos tratamientos estn aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el ncleo ms blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosin. Cementacin (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentracin de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmsfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona perifrica, obtenindose despus, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el ncleo. Nitruracin (N): al igual que la cementacin, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrgeno en la composicin de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 C, dentro de una corriente de gas amoniaco, ms nitrgeno. Cianuracin (C+N): endurecimiento superficial de pequeas piezas de acero. Se utilizan baos con cianuro, carbonato y cianato sdico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 C. Carbonitruracin (C+N): al igual que la cianuracin, introduce carbono y nitrgeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoniaco (NH3) y monxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.

13

Sulfinizacin (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por accin del azufre. El azufre se incorpor al metal por calentamiento a baja temperatura (565 C) en un bao de sales.

Para evitar deformaciones y disminuir la tensin superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 1400 y 1500 F (rojo cereza) y proceder al enfriamiento por inmersin. La capa endurecida ms utilizada tiene un espesor de 0.38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 4 mm. Carburizacin en bao lquido El acero a cementar se sumerge en un bao de cianuro de sodio lquido. Tambin se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 1500 F (845 C) durante 15 minutos a 1 hora, segn la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorber el carbono y el nitrgeno del cianuro. Despus se debe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0.75 mm. Carburizacin con gas En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementacin. La pieza de acero con bajo contenido carbnico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas natural. El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 1650 y 1750 F (900 y 927 C). despus de un tiempo predeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la pieza y se recalienta a 1400 F (760 C) y se enfra con rapidez en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran piezas cuya capa dura tiene un espesor hasta de 6 mm, pero por lo regular no exceden de 0.7 mm. Carbonitruracin La difusin de carbono y nitrgeno se denomina carbonitruracin, tratamiento trmico muy frecuente debido a sus numerosas ventajas. Dicho tratamiento se realiza en las mismas condiciones que la cementacin ya sea en bao de sales de una composicin determinada o en atmsfera gaseosa con adicin de nitrgeno por medio de la disociacin de amoniaco. Tratamientos trmicos del acero. A travs de los tratamientos trmicos podemos modificar las propiedades de los metales, mediante alteraciones de su estructura, pudiendo as desempear con garantas los trabajos demandados. Las aleaciones de tipo ferroso son las que mejor se prestan a ello. El tratamiento trmico consiste en calentar el acero a una temperatura determinada, mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forme la estructura deseada y luego enfriarlo a la velocidad conveniente. Los factores temperatura-tiempo deben ser muy bien estudiados dependiendo del material, tamao y forma de la pieza. Con el tratamiento conseguiremos modificar microscpicamente la estructura interna de los metales, producindose transformaciones de tipo fsico, cambios de composicin y propiedades permitindonos conseguir los siguientes objetivos: Estructura de mejor dureza y maquinabilidad. Eliminar tensiones internas y evitar deformaciones despus del mecanizado. Estructura ms homognea. Mxima dureza y resistencia posible. Variar algunas de las propiedades fsicas.

El tratamiento trmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecnicas para las cuales est creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado slido para cambiar sus propiedades fsicas. Con el tratamiento trmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamao del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dctil. La clave de los tratamientos trmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no frreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido.

14

Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento trmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro hierro carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los principales tratamientos trmicos son: Temple: su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior (entre 900 950 C) y se enfra luego ms o menos rpidamente (segn caractersticas de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc. Al elevar la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfra despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y en perlita, pero si el enfriamiento es repentino, la austenita se convierte en martensita, de dureza similar a la ferrita, pero con carbono en disolucin slida. Revenido: slo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue bsicamente del temple en cuanto a temperatura mxima y velocidad de enfriamiento. Recocido: Consiste bsicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenizacin (800 925 C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. Tambin 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 fro y las tensiones internas. Normalizado: tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribucin uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido. Equipos de calentamiento. Pueden ser de calentamiento total o parcial. Los primeros son: Hornos semimuflas: son aquellos en los cuales la llama entra dentro de la cmara donde se encuentra la pieza. Hornos muflas: la llama rodea por fuera la cmara de la pieza. Hornos de sales: en estos, la pieza se sumerge en un bao de sales fundidas. Hornos de atmsfera controlada: la cmara que contiene la pieza es hermtica y en su interior encontramos una atmsfera gaseosa. Los hornos de calentamiento parcial o superficial de la pieza, son los de induccin (ver Temple por Induccin). Endurecimiento del acero El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cmara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la traccin (tensin) y disminuye la ductilidad. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfra la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frgil. TEMPLE (CON REVENIDO)

15

Este procedimiento tiene lugar en los aceros que tienen un porcentaje de carbono mayor al 0,30 %. Despus del temple siempre debe de realizarse la operacin de revenido. Despus que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frgil lo que impide su manejo pues se rompe con el mnimo golpe debido a la tensin interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace ms tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada, para despus enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utiliz para endurecerla. Recordaremos cuales son los cristales de acero que sufren transformaciones durante un tratamiento trmico: Austenita. Si al acero lo calentamos a 1000 C, y lo enfriamos rpidamente, uno de los cristales que obtenemos es la austerita. Es una solucin slida de carburo de hierro, dctil y tenaz, blanda, poco magntica y resistente al desgaste. Bainita. Es una mezcla difusa de ferrita y cementita, que se obtiene al transformar isometricamente la austenita a una temperatura de 250 500 C. Martensita. Es el constituyente de los aceros cuando estn templados, es magntica y despus de la cementita es el componente ms duro del acero. Ferrita. Es hierro casi puro con impurezas de silicio y fsforo (Si-P). Es el componente bsico del acero. Cementita. Es el componente mas duro de los aceros con dureza superior a 60Hrc con molculas muy cristalizadas y por consiguiente frgil. Perlita. Compuesto formado por ferrita y cementita. Existen diferentes tipos de temple de los cuales describiremos los ms interesantes. Temple continuo completo. Se aplica a los aceros hipoeutectoides (contenido de carbono inferior a 0,9%). Se calienta la pieza hasta la temperatura de temple y seguidamente se enfra en el medio adecuado (agua, aceite, sales, aire) con lo que obtendremos como elemento constituyente martensita. Temple continuo incompleto. Se aplica a los aceros hipereutectoides (contenido de carbono superior a 0,9%). Se calienta la pieza hasta la temperatura indicada, transformndose la Perlita en austenita y quedando intacta la cementita. Despus de enfriar, la estructura resultante estar formada por martensita y cementita. Temple escalonado. Consiste en calentar el acero a temperatura adecuada y mantenerlo hasta que se transforme en austenita, seguidamente se enfra con una temperatura uniforme en un bao de sales hasta transformarlo en bainita. Temple superficial. Se basa en un calentamiento superficial muy rpido de la pieza y un enfriamiento tambin muy rpido, obteniendo la austenizacin solo en la capa superficial, quedando el ncleo de la pieza blando y tenaz y la superficie exterior dura y resistente al rozamiento. Temple por induccin

Es un proceso de endurecimiento de acero en el cual las superficies de las piezas se calientan rpidamente a temperatura de austenitizacin mediante induccin electromagntica, (con un diseo adecuado del inductor, se puede confinar el calor a reas pequeas). Una vez alcanzada la temperatura de austenitizacin se aplica una ducha de agua fra que produce el temple. El principio del calentamiento por induccin es el siguiente: una bobina que conduce una corriente de alta frecuencia rodea o se coloca sobre la pieza, se inducen as corrientes alternativas que generan rpidamente calor en la superficie. Las corrientes inducidas de alta frecuencia tienden a viajar por la superficie del metal, por tanto, es posible calentar una capa poco profunda del acero sin necesidad de calentar el interior del material. La profundidad del calentamiento depende de la frecuencia de la corriente, la densidad de potencia y el tiempo de aplicacin de sta. Mientras mayor es la frecuencia, menor es la profundidad calentada, de forma que: altas potencias (100 kHz a 1 Mhz), y tiempos cortos (en segundos), calientan espesores de 0,25 mm; en cambio, potencias menores (25 kHz), y tiempos ms largos calientan espesores de 10 mm. Se utiliza en aceros al carbono, con contenido medio de C, en stos produce superficies endurecidas delgadas. Tambin se puede utilizar en aceros aleados; los aceros de baja aleacin se endurecen fcil y superficialmente mediante este mtodo; en cambio, los aceros altamente aleados son ms lentos y pueden necesitar de un aumento de temperatura para lograr la estructura deseada, sin embargo, como el calentamiento mediante este mtodo es muy rpido, se pueden calentar sin peligro de crecimiento excesivo de grano.

16

Las piezas de aceros endurecidas mediante este procedimiento sufren menor distorsin total que si se las hubiese templado luego de calentarlas en un horno. La microestructura del acero antes del templado por induccin es importante para determinar el ciclo de calentamiento que se utilizar, as por ejemplo, las estructuras que despus del templado y revenido tienen carburos pequeos y uniformemente dispersos se austenitizan ms fcilmente, pudindose obtener superficies endurecidas de poca profundidad y de mxima dureza superficial mediante grandes velocidades de calentamiento. Entre las ventajas de este proceso podemos destacar el hecho que no necesita de personal especializado para su operacin debido a que es un proceso prcticamente automtico. Entre las desventajas resaltan el alto costo del equipo, el alto costo de mantenimiento y el hecho que no es econmico si se desean endurecen pocas piezas. RECOCIDO Cuando se tiene que maquinar a un acero endurecido, por lo regular hay que recocerlo o ablandarlo. El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y ablandar el acero. El proceso consiste en calentar al acero por arriba de su temperatura crtica y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado o envuelto en ceniza, cal, asbesto, etc. Su funcin es la de afinar y ablandar el grano, eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacin del material en fro. Recocido de regeneracin. Tiene por objeto afinar el grano de los aceros sobrecalentados. Recocido globular. Se realiza para lograr una ms fcil deformacin en fro. Recocido contra la acritud. Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacin en fro (acritud). Recocido de ablandamiento. Ablandamos piezas templadas con anterioridad para su mecanizacin. Recocido de estabilizacin. Elimina las tensiones de las piezas trabajadas en fro. Recocido isotrmico. Mejoramos la maquinabilidad de las piezas estampadas en caliente. Doble recocido. Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacin.

REVENIDO Con este tratamiento eliminamos la fragilidad y las tensiones creadas en la pieza. Siempre hay que realizarlo despus del temple. Consiste en calentar las piezas a una temperatura inferior a la del temple, consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura ms estable, terminando con un enfriamiento rpido, dependiendo del tipo de material. La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que ms influyen en el resultado del revenido. Hay que tener muy en cuenta que el revenido es fundamental para conseguir el adecuado temple y una buena tenacidad en las piezas. Se calienta y enfra el acero para conseguir una estructura molecular del material (temple) para posteriormente volver a calentarlo y enfriarlo modificando as la estructura anteriormente conseguida (revenido).

Tratamientos termoqumicos del acero Se efecta en aceros de bajo porcentaje de carbono (menos del 0,30 % C). En el caso de los tratamientos termoqumicos, no solo se producen cambios en la estructura del acero, sino tambin en su composicin qumica, aadiendo diferentes productos qumicos durante el proceso del tratamiento. Estos tratamientos tienen efecto solo superficial en las piezas tratadas y consiguen aumentar la dureza superficial de los componentes dejando el ncleo ms blando y flexible. Requieren el uso de calentamiento y enfriamiento en atmsferas especiales. Cementacin: aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentracin de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmsfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona perifrica, obtenindose despus, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el ncleo. Nitruracin: al igual que la cementacin, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrgeno en la composicin de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 525 C, dentro de una corriente de gas amonaco, ms nitrgeno.

17

Cianuracin: endurecimiento superficial de pequeas piezas de acero. Se utilizan baos con cianuro, carbonato y cianato sdico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 C.

CEMENTADO Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el ncleo blando y dctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el mtodo de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crtica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. Los tres mtodos de cementacin ms comunes son: cajas para carburacin, bao lquido y gas. La cementacin se aplica a piezas que deben de ser resistentes al desgaste y a los golpes. Dureza superficial y resistencia. La temperatura usual de cementacin es cercana a los 950C y la profundidad de este tratamiento depende del tiempo y de la dureza deseada. Una vez obtenida la capa exterior rica en C, se endurece por temple. Caractersticas de la cementacin Endurece la superficie No afecta al corazn de la pieza Aumenta el carbono de la superficie Se coloca la superficie en contacto con polvos de cementar ( Productos cementantes) El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento trmico posterior Los engranajes suelen ser piezas que se cementan

Equipos para Cementacin Equipos tpicos para cementacin son los siguientes: Cajas: se cementa con mezcla cementante que rodea a la pieza en un recipiente cerrado, el cual se calienta a la temperatura adecuada durante el tiempo requerido y luego se enfra con lentitud. Este equipo no se presta para alta produccin, siendo sus principales ventajas su economa, eficiencia y la no necesidad de una atmsfera preparada. En realidad, el agente cementante, son los gases que esta pasta que rodea al material desprende cuando se calienta en el horno.

Figura 9: Pieza a cementar. Gas: es ms eficiente que el anterior, los ciclos son ms controlados, el calentamiento ms uniforme, es ms limpio y requiere de menos espacio. La pieza se calienta en contacto con CO y/o un hidrocarburo, por ejemplo alguna mezcla de gases que contengo butano, propano o metano, que fcilmente se descompone a la temperatura de cementacin El gas tiene una composicin tpica de: CO 20%, H2 40% y N2 40%, pudiendo modificarse la composicin de ste para controlar el potencial de C. NITRURACION Consiste en enriquecer la superficie de la pieza en nitrgeno calentndola en una atmsfera especifica a temperatura comprendida entre 500 y 580 C, formndose una capa de muy poca profundidad pero de dureza muy superior a la capa de cementado. Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una mayor resistencia a la corrosin. Realizacin de la nitruracin Si en un recinto, un horno de tratamiento trmico, se somete al amonaco (NH3) a temperaturas de 500 C, se descompone en nitrgeno e hidrgeno. El hidrgeno, ms ligero, se separa del nitrgeno por diferencia de densidad. El nitrgeno liberado por la descomposicin del amonaco forma la atmsfera en el interior del horno que, en contacto con la superficie de hierro y a esa temperatura, forma nitruro de hierro, un compuesto de gran dureza pero frgil.

18

Si bien este tratamiento da gran dureza superficial a la pieza, la velocidad de penetracin es muy lenta, aproximadamente 1 mm en 100 horas de tratamiento, pero no necesita de temple posterior. La nitruracin se da a piezas sometidas a grandes fuerzas de rozamiento y de carga como, por ejemplo, pistas de rodamientos, camisas de cilindros o piezas similares, que necesitan un ncleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza contra desgaste y deformaciones. Caractersticas generales de la nitruracin Endurece la superficie de la pieza Aumenta el volumen de la pieza Se emplean vapores de amoniaco Es un tratamiento muy lento Las piezas no requieren ningn otro tratamiento

Aceros de nitruracin No todos los aceros son aptos para nitrurar. Resulta conveniente que en la composicin de la aleacin haya una cierta cantidad de aluminio 1%. Tambin es aplicable a los aceros inoxidables, aceros al cromo nquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo. No es aconsejable en aceros al carbono no aleados, el nitrgeno penetra rpidamente en la superficie de la pieza y la capa nitrurada puede desprenderse. Prctica de la nitruracin Las piezas a nitrurar se mecanizan, y luego se templan y revienen, con objeto de que el ncleo adquiera una resistencia adecuada. Finalmente, una vez mecanizadas a las cotas definitivas, se procede a efectuar la nitruracin. Las piezas a nitrurar se colocan dentro de un horno elctrico, con circulacin de gas amonaco por el interior, manteniendo la temperatura y la concentracin de nitrgeno durante todo el tiempo que dure el proceso hasta su finalizacin. A aquellas partes de la pieza que no se deban nitrurar se les da un bao de estao y plomo al 50%, que cubre la superficie de la pieza aislndola del nitrgeno. CIANURACION. Consiste en endurecer la superficie exterior de las piezas introduciendo carbono y nitrgeno. Posteriormente hay que templar las piezas. Se cementa colocando las piezas en baos de mezclas de sales fundidas, (cianuro, HCN), de modo que el carbono difunde desde el bao hacia el interior del metal. Produce una capa ms profunda, ms rica en C y menos N. Sus principales ventajas son: eliminacin de oxidacin, profundidad de la superficie dura y contenido de C uniformes y gran rapidez de penetracin; si bien posee ciertas desventajas como son: lavado de las piezas posterior al tratamiento para prevenir la herrumbre, revisin de la composicin del bao en forma peridica y alta peligrosidad de las sales de cianuro, dado que stas son venenosas. Cementacin. Mediante este tratamiento se producen cambios, en la composicin qumica del acero. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmsfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. Lo que se busca es aumentar el contenido de carbono de la zona perifrica, obtenindose despus, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el ncleo. Nitruracin. Este tratamiento Termoqumico busca endurecer superficialmente un acero con nitrgeno, calentndolo a temperaturas comprendidas entre 400-525 C, dentro de una corriente de gas amonaco, ms nitrgeno. Cianuracin: endurecimiento superficial de pequeas piezas de acero. Se utilizan baos con cianuro, carbonato y cianato sdico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 C.

CONCLUSIONES El tratamiento trmico es una operacin o combinacin de operaciones que comprenden el calentamiento o enfriamiento del metal, con el fin de mejorar algunas propiedades, en relacin con la condicin original del material. Los propsitos generales del tratamiento trmico son la eliminacin de tensiones internas, homogeneizacin de las estructuras de moldeo, afino de grano y cambio de estructura.

19

Todos los procesos bsicos de tratamiento trmico del acero incluyen la transformacin o descomposicin de la austenita. Para realizar el tratamiento trmico tenemos que calentar la muestra de acero hasta una temperatura por encima de la temperatura crtica superior para formar austenita. Normalmente la velocidad de enfriamiento en un mismo tratamiento no influye demasiado en las propiedades finales del acero, siempre que se haga razonablemente lento. Los principales tratamientos trmicos que es aplican a una muestra de acero son: recocido total, recocido de esferoidizacin, recocido para eliminacin de esfuerzos, recocido de proceso, normalizacin y templado. En el caso de los tratamientos trmicos, no solo se producen cambios en la Estructura del Acero, sino tambin en su composicin qumica, aadiendo diferentes productos qumicos durante el proceso del tratamiento. Estos tratamientos tienen efecto solo superficial en las piezas tratadas.

20