7. tratamientos termicos

Tratamientos térmicos

Ing. Norberto D. Ñique G.

CICLO TERMICO

Ciclo térmico aplicado a unaaleación con el objeto de obteneruna cierta combinación depropiedades o bien para eliminartensiones residuales.

Durante el ciclo térmico ocurrendiferentes transformaciones defases en el estado sólidomodificando sus propiedadesmecánicas.

Dr. Ing.Norberto D. Ñique G.

Schematic representation of the heat treatment schedule consisting of hardening(Q), deep cryogenic processing (C) and tempering (T) cycles.


CLASIFICACIÓN

HipercríticoT>Ac3 o Acm

IntercríticoAc1<T<Ac3 oAcm

SubcríticoT<Ac1

TratamientosTérmicos

Sin cambio decomposiciónquímica

Con modificaciónde composiciónquímica.

TratamientosTermoquímicos

Volumétrico

Local

Clasificación según la temperatura máxima alcanzada en el ciclo térmico:


TRATAMIENTOS HIPERCRÍTICOS

1. AUSTENIZACIÓN2. RECOCIDO TOTAL3. NORMALIZADO


Curvas de transformación isotérmicas de la ferrita y carburosCuando una estructura compuesta de + Fe3C es calentada rápidamente alcampo austenítico y mantenida de manera isotérmica para sutransformación, tanto la fuerza impulsora ΔG como el coeficiente de difusiónD crecen al incrementarse la temperatura de transformación.En consecuencia las curvas no tiene forma de C sino que la cinética de latransformación se acelera permanentemente con el incremento de latemperatura.

Es el primer paso en cualquier tratamiento hipercrítico y de ella depende elresultado del mismo.

AUSTENIZACIÓN


Lo que consume más tiempo es ladisolución de los carburos y lahomogeneización de la austenita. Esto esesencial para obtener una estructura finalmás homogénea y/o para aprovechartodo el potencial de endurecimiento delacero dado por los aleantes.

Cuanto más gruesa es la distribución ylos carburos de la estructura inicial, mayores el tiempo necesario para logrardisolverlos y para homogeneizar laaustenita.

AUSTENIZACIÓN


Si bien a mayor temperatura la transformación a austenita y suhomogeneización se logran más rápido, existen una serie de factores queimpiden utilizar temperaturas demasiado altas:

1. El tamaño de grano austenítico crece al aumentar la temperatura.Esto trae problemas en las propiedades finales del acero.

2. La Oxidación a alta temperatura. Este fenómeno avanza hacia elinterior del material y su velocidad es mayor a mayor temperatura. Suincidencia es mayor en piezas de pequeño espesor. En muchostratamientos térmicos se usan atmósferas protectoras para controlartanto la oxidación como también la descarburación.

AUSTENIZACIÓN


Para cada acero existe un rango más o menos reducido de temperaturasrecomendadas, el que dependerá principalmente de:1. La composición química del acero (principalmente del %C y en

menor medida del resto de los aleantes).2. El tipo de tratamiento térmico que se aplicará luego de la

austenización. El rango variará dependiendo de si se realizará unrecocido, un normalizado o un temple.

3. En el caso de los aceros estandarizados (SAE/AISI), esta informaciónse encuentra en los manuales de tratamientos térmicos, de otromodo se deben consultar los catálogos técnicos del fabricante (Hojade especificaciones) del acero.

AUSTENIZACIÓN


En el caso de aceros al C y de baja aleación, las temperaturas deaustenización están entre 790 y 950 ºC.

Tabla de temperaturas de austenización (ºC) para algunos aceros al C y de baja aleaciónpara diferentes tratamientos térmicos.

AceroAISI/SAE

Recocido total Normalizado Temple

1340 845-900 840-910 815-8453140 815-870 850-920 815-8454042 815-855 850-920 830-8554140 790-845 850-920 845-8709840 790-845 850-920 830-8559850 790-845 850-920 -

9310 - 900-970 790-8304820 - 900-970 800-8301080 790-845 810-900 790-815

AUSTENIZACIÓN


Influencia de la temperatura de austenización en el crecimiento de grano, en unacero 0.50%C, 0.06%Si, 0.72%Mn.

Austenizado a 850ºC

Austenizado a 1100ºC Austenizado a 1200ºC

Austenizado a 900ºC

Tiempo de austenización:1hora.

Velocidad de Enfriamiento:300ºC/h.

Aumento:100X.


La presencia de Al residual que no forme parte de las inclusiones, precipitacomo AlN. Estos precipitados con una distribución fina y homogénea anclanlos límites de grano y controlan el crecimiento de grano hasta unos 1000 a1100 ºC (aceros de grano fino).A temperaturas superiores las partículas comienzan a coalecer (engrosar) odisolverse reduciendo su efecto de anclaje de los límites de grano y seproduce un crecimiento de grano austenítico.Afortunadamente, temperaturas menores a 1000ºC son suficientes para casitodos los tratamientos térmicos en la mayoría de los aceros.Otros precipitados que cumplen un efecto similar son nitruros ycarbonitruros de: vanadio (V), niobio (Nb) y titanio (Ti)

AUSTENIZACIÓN


AUSTENIZACIÓN


Rangos de temperatura de crecimiento de grano para diferentes partículas de carburosy nitruros. Las partículas menos solubles son las que pueden mantener el grano finohasta mayores temperaturas.

AUSTENIZACIÓN


Tiempo de austenización:El tiempo de austenización depende principalmente del tamaño de lamáxima sección de la pieza a tratar con la finalidad que se alcance latemperatura de austenización en el centro de la misma.A mayor sección es mayor el tiempo necesario. Existen reglas prácticasque por ejemplo exigen un tiempo de austenizado de 1 h para secciones dehasta 25 mm, y se adiciona 0,5 h adicional por cada 25 mm de secciónextra. En muchos casos estas reglas resultan en tiempos excesivos deaustenizado y no se aplican.En el caso en que la microestructura inicial del material sea muy gruesa y/oheterogénea (carburos muy gruesos que tardan en disolverse, zonassegregadas, etc), el tiempo de austenización puede ser mayor. Lo mismoocurre en el caso de algunos aceros de alta aleación.

AUSTENIZACIÓN


Velocidad de calentamiento:Para aceros al C y de baja aleación y excepto para piezas de geometríamuy particular, no se controla la velocidad de calentamiento. El horno seencuentra a la temperatura de austenización y las piezas se cargan en él.En cambio, en el caso de algunos aceros de alta aleación y alto C (ejemploen la mayoría de los aceros para herramientas), existen razones quehacen necesario tanto el control de la velocidad de calentamiento como eluso de uno o varios precalentamientos.

AUSTENIZACIÓN

1. Estos aceros poseen una menor conductividad térmica y un mayorcoeficiente de dilatación, por lo que se incrementan las tensionestérmicas durante el calentamiento.

2. La gran cantidad de ciertos aleantes (los alfágenos) hacen necesarioel uso de temperaturas de austenización superiores a las de los acerosde baja aleación (en general se superan los 1000 ºC y pueden llegar aser de unos 1300 ºC).

3. El alto %C y aleantes los hacen mucho más frágiles y puede ocurrir unafisuración durante el calentamiento


Estas tres causas hacen necesario que se imponga un máximo en la velocidad decalentamiento. El mismo puede ir de unos 5 a 100 ºC/h.

También es frecuente que las piezas de este tipo de aceros se precalienten en una omás etapas antes de alcanzar la temperatura real de austenización.

Acm

T

Tprecal I

Tγ

t

A1Tprecal II


Ciclo térmico del tratamiento de temple y revenido de una matriz. Aceroaleado de alto C. Se observan dos precalentamientos


Los objetivos de la austenización son:

1. Una austenita químicamente homogénea,

2. Un tamaño de grano fino y homogéneo,

3. Minimizar cambios de la composición química en la superficie(descarburizado).

4. Reducir la distorsión y riesgo de fisuración que pudieraproducirse durante el calentamiento o durante la mantención a latemperatura de austenización.

AUSTENIZACIÓN


RECOCIDO TOTAL (full annealing)(Recocido de regeneración, Recocido hipercrítico).

Consiste en un calentamiento hasta:To > A3

(aceros hipoeutectoides)A1 < To < Acm

(aceros hipereutectoides),la mantención por un tiempoadecuado para asegurar lahomogeneidad de la austenita, yluego un enfriamiento lento (enhorno).Debido a la baja velocidad deenfriamiento y los largos tiemposnecesarios, es un tratamientocostoso.


OBJETIVOSa. Ablandar el acerob. Producir una estructura que, en algunos aceros, es favorable

para el mecanizado y la deformación en frío.c. Obtener propiedades finales específicas.

TEMPERATURAS: usualmente unos 20 a 40 °C por encima de Ac3para aceros hipoeutectoides.

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO: es variable pero generalmentemenor a los 50°C/h y puede ser tan baja como 5°C/h. Por debajo deuna cierta temperatura, cuando la transformación se ha completado,es conveniente enfriar al aire para disminuir el tiempo total deltratamiento.

RECOCIDO TOTAL


RECOCIDO ISOTÉRMICO:Consiste en realizar la transformaciónde la austenita a una T constante y muycercana a la de equilibrio.Es más rápido pero deja al acero conuna dureza un poco mayor que el ciclonormal de recocido.

TTT diagram for steel BS 708A42. Coolingcurves shown represent full annealing(1), and isothermal annealing (2).


Isothermal heat treatment processes for which only ITdiagrams may be used.(a) Isothermal annealing;(b) (b) austempering;(c) (c) martempering.

Heat treatment processes with continuous cooling for which onlyCCT diagrams may be used.(a) Direct quenching to obtain fullmartensitic structure; (b) slow cooling to obtain a ferrite–pearlitestructure of required hardness; (c) continuous cooling regimewhere a mixed structure is obtained.Dr. Ing.Norberto D. Ñique G.

Comparación de los ciclos recomendados para el recocido total y el recocido totalisotérmico en algunos aceros

Acero SAE Austenización(ºC)

Velocidad deenfriamentoC/h

Tiempo deenfriamiento

(h)

T derecocido

isotérmico(C)

Tiempo derecocido

isotérmico(h)

Dureza HB

1340 (0,4C;1,8Mn)

845-900 10 (entre 735 y610 ºC)

12 620 4,5 183

3140 (0,4C;1,6Ni; 0,6Cr)

815-870 10 (entre 735 y650 ºC)

8,5 660 6 187

4042 (0,42C;0,8Mn; 0,25Mo)

815-855 10 (entre745 y640 ºC)

9,5 660 4,5 197

4140 (0,4C;0,8Mn; 0,35Mo)

790-845 15 (entre 755-665 ºC)

10,5 675 5 197

4150 (0,5C;0,9Mn; 1Cr;0,2Mo)

790-845 8,5 (entre 745-670 ºC)

9 675 6 212

9840 (0,4C; 1Ni,0,8Cr; 0,25Mo)

790-845 8,5 (entre 695-640 ºC)

6,5 650 6 207

9850 (0,5C; 1Ni,0,8Cr; 0,25Mo)

790-845 8,5 (entre 700-645 ºC)

6,5 650 8 223

RECOCIDO TOTAL


ESTRUCTURA RESULTANTE: en aceros al C y baja aleaciónhipoeutectoides se obtiene ferrita proeutectoide “masiva” de tamaño degrano relativamente grueso en una proporción cercana al de equilibrio, yperlita gruesa.Todo esto conduce a una baja dureza.

Estructura de un acero de0,3%C recocido

RECOCIDO TOTAL


Estructura de un acero de0,5%C recocido


En el acero 1018, la cantidad deperlita es menor y los granos deferrita predominan en la estructura.La ferrita no muestra alineamiento alo largo de los límites de grano deaustenita previa donde se inicia sutransformación, esto es debido a sualto porcentaje que no permitevisualizar el limite de grano de laaustenita.La perlita y ferrita aparecenalineadas a lo largo de bandasalternantes.Esto es denominado “bandeado”.

Normalmente todos los aceros hipoeutectoides muestran este bandeadode ferrita /perlita si el acero ha sido fuertemente deformado seguido por unlento enfriamiento desde el campo austenítico.


Aceros Hipereutectoides:

El tratamiento es intercrítico paraevitar la precipitación de láminas deFe3C en los bordes de grano de laaustenita. Es mucho más frecuente eluso del recocido de esferoidizaciónen este tipo de aceros.

Aplicaciones del recocido totalEn la industria de pernos se usa para mejorar la aptitud del material para elrecalcado en aceros de medio C.En el caso de aceros de alto C este tratamiento o el recocido deesferoidización son muy usados para aumentar la maquinabilidad delacero y así disminuir los costos del proceso.

En resumen, el recocido de regeneración es un tratamiento largo y costosoque deja al acero en un estado de baja dureza y alta ductilidad. En acerosde medio y alto C esto es muy conveniente para reducir los costos delconformado plástico en frío y/o del mecanizado.

RECOCIDO TOTAL


Acero hipereutectoide recocido desde unatemperatura hipercrítica: malla de cementita enlos antiguos bordes de grano austeníticos.


Consiste en un calentamiento hasta la temperatura de austenización (usualmente nomenos de 50 °C por encima de Ac3), mantención para asegurar austenita homogéneay finalmente enfriamiento en aire calmo.La estructura resultante depende del tipo de acero y del tamaño de la pieza. En loscasos donde la finalidad perseguida sea la de obtener martensita, el mismo ciclotérmico de denomina temple al aire.

NORMALIZADO

Time–temperature regime of normalizing. a, Heating; b, holding at austenitizing temperature; c,air cooling; d, air or furnace cooling. (From G. Spur and T. Sto¨ ferle (Eds.), Handbuch derFertigungstechnik, Vol. 4/2, Wa¨rmebehandeln, Carl Hanser, Munich, 1987.)


NORMALIZADO

Range of austenitizing temperatures for normalizing unalloyed steels depending ontheir carbon content. (Temperature range above the line S–E is used for dissolution ofsecondary carbides.) , ferrite; , austenite; Fe3C, cementite. (From G. Spur and T.Sto¨ ferle (Eds.), Handbuch der Fertigungstechnik, Vol. 4/2, Wa¨rmebehandeln, CarlHanser, Munich, 1987.) Dr. Ing.Norberto D. Ñique G.

OBJETIVOSa. Homogeneización química y estructural (piezas coladas, piezas

trabajadas en caliente).b. Refinamiento de grano (refinamiento de la estructura).c. Para una mejor preparación del acero para un tratamiento posterior (por

ejemplo el temple).d. Mejorar la maquinabilidad en aceros de bajo C.e. Lograr propiedades mecánicas específicas para el servicio.

TEMPERATURAS: comúnmente unos 50°C a 80°C por sobre la Ac3 para elcaso de los aceros hipoeutectoides.

NORMALIZADO


VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO: la que resulte del enfriamiento en aire.Dependiendo del tamaño de la pieza está entre 40 y 200 °C/min.

ESTRUCTURA RESULTANTE: depende de la composición química del acero ydel tamaño de la pieza.

En aceros al C y de baja aleación se obtiene ferrita proeutectoide de tamañomás fino que en el recocido total y en menor proporción. La morfología de laferrita es principalmente tipo allotriomórficos y Widmanstätten. El resto de laestructura es perlita fina y en mayor proporción que la que indica el diagrama deequilibrio.En aceros con transformaciones de fases más lentas, puede aparecer bainita yhasta martensita.

NORMALIZADO


Ferrita

Austenita

cale

ntam

ient

o

enfr

iam

ient

o

Excesivo tiempoy/o temperaturade calentamiento

Efecto de refinamiento degrano del normalizado


HipoeutectoideEutectoide

NORMALIZADO


Efecto de homogenización yrefinamiento del normalizado.Acero de 0,19%C.

(a) Estructura de colada.(b) Estructura luego de un recocido.(c) Estructura luego de un

normalizado.

a

b

c


Estructura de recocido (a) y de normalizado(b) para un acero de 0,4%C. En el recocido senota una mayor fracción de ferrita y ademásuna morfología más gruesa en la misma.


Influencia de la temperatura en elnormalizado.Estructura resultante del normalizado auna temperatura correcta (900ºC) y a unatemperatura muy alta (1150ºC).Se nota la diferencia en la morfología dela ferrita además de una estructuramucho más gruesa en el caso de latemperatura alta.


Acero 0.50%C, 0.06%Si, 0.72%Mn, austenizado a 1350ºC por una hora y enfriado a300ºC/h. Se observa el excesivo crecimiento del tamaño de grano, con la precipitaciónde ferrita Widmanstatten.


Efecto refinador del normalizado.

Acero de 0,5%C.a. Forjado a alta temperatura (ASTM 3), yb. Normalizado (ASTM 6).


ACEROSHIPEREUTECTOIDES:El normalizado puede serintercrítico o hipercrítico.

Diagrama Fe-C con rangos de temperaturade distintos tratamientos térmicos.


REVENIDO LUEGO DEL NORMALIZADOEn general no se utiliza el revenido luego del normalizado. Sin embargoen algunos casos sí se aplica por alguna de las siguientes razones:

a. Para disminuir las posibles tensiones residuales generadas por elnormalizado. En particular cuando se trata de piezas grandes y/o congeometría compleja.

b. Para ajustar algunas propiedades mecánicas. Esto es aplicable en loscasos donde la estructura es predominantemente bainítica.

NORMALIZADO


DOBLE NORMALIZADOEn ciertas aplicaciones el normalizado se aplica dos veces, estopuede deberse a alguno de los siguientes propósitos:a. El objetivo de refinamiento de la estructura requiere una

temperaturas de austenización baja, mientras que para lahomogeneización es conveniente una temperatura alta. En lamayoría de los casos se llega a un compromiso entre los dospropósitos, pero cuando quieren maximizarse ambos debeaplicarse un primer normalizado para homogeneizar y unsegundo a menor temperatura para refinar.

b. Cuando se quiere obtener un tamaño de grano aún más finopueden aplicarse varios ciclos de normalizado. Esto puede sernecesario cuando la estructura de partida es muy gruesa.

NORMALIZADO


APLICACIONES TÍPICAS

a. Piezas coladas y piezas trabajadas en caliente (chapaslaminadas, piezas forjadas, etc): se destruye la estructura desolidificación, se refina y homogeniza la estructura tanto dentrode la pieza como entre distintas piezas producidas.

b. Aumento de la maquinabilidad en aceros de bajo C: selogra una menor plasticidad y tenacidad que mejoran lascondiciones de corte y tipo de viruta producida.

c. En el caso de aceros de medio y alto C, el normalizado (o elrecocido) es imprescindible como paso previo al temple paraque el acero responda mejor a este último tratamiento.

NORMALIZADO


PROPIEDADES MECÁNICAS DE ALGUNOS ACEROS AL C Y DE BAJA ALEACIÓN.ESTADOS LAMINADO, RECOCIDO Y NORMALIZADO.

GradoAISI

Condición Rm (Mpa) Rp0,2(Mpa)

A (%) HBN Impacto Izod (J)

1020 L 450 330 36 143 87N 440 345 35,8 131 118R 395 295 36,5 111 123

1040 L 620 415 25 201 49N 590 375 28 170 65R 520 355 30 149 44

1080 L 965 585 12 293 7N 1010 525 21 293 7R 615 375 25 174 6

1340 N 835 560 22 248 93R 705 435 25 207 71

4140 N 1020 655 18 302 23R 655 415 26 197 55

4340 N 1280 860 12 363 16R 745 470 22 217 51

En todos los casos el tratamiento se realizó en redondos de 25 mm dediámetro, las probetas de ensayos fueron de 13 mm de diámetro.El alargamiento porcentual A se midió en 50 mm.Todos los aceros son de grano fino.Dr. Ing.Norberto D. Ñique G.

TRATAMIENTOSSUBCRÍTICOS


RECOCIDO DE ALIVIO DE TENSIONES(stress relieve annealing)

Consiste en calentar el acerohasta una T < Ac1, mantenerlaun tiempo adecuado paradisminuir las tensionesresiduales, y luego enfriarlentamente.

Normalmente este tratamientoconduce a algún otro fenómenocomo por ejemplo larecristalización.


OBJETIVOSDisminuir las tensiones residuales generadas por procesos previos:conformado, soldadura, tratamiento térmico, etc. Esta disminución es muyimportante para:

a. Disminuir las tensiones totales actuantes sobre una pieza.b. Aumentar la estabilidad dimensional en servicio.c. Optimizar algunas propiedades físicas (por ejemplo las

propiedades magnéticas en chapas de Fe-Si que son muy sensiblesa las tensiones residuales y a la deformación).

RANGO DE TEMPERATURAS: para aceros al C y de baja aleación esde 550 a 680 °C, para algunos aceros de alta aleación puede ser mayor.

RECOCIDO DE ALIVIO DE TENSIONES(stress relieve annealing)


Consiste en calentar al acerohasta una temperatura cercanaa Ac1 (mayor o menor),mantenerla un tiempoadecuado o bien hacerla oscilarpor encima y por debajo de Ac1,y finalmente enfriar muylentamente.

Microestructuralmente se buscaglobulizar los carburoslaminares de la perlita (Fe3C).

RECOCIDO DE ESFEROIDIZACION


OBJETIVO: ablandar el acero yaumentar su plasticidad de modoque aumente su maquinabilidad yconformabilidad en frío.

La dureza que se obtiene es aúnmenor que la del recocido total.Se usa sólo en aceros de medioy alto C.



CLASIFICACIÓNSubcrítico: T ≈ Ac1-50°C. Se requiere mucho tiempo, es acelerado pordeformación plástica previa.Intercrítico: T ≈ Ac1+50°C. Es más corto pero requiere de un estricto controlen la temperatura y en la velocidad de enfriamiento.Oscilante: la temperatura oscila varias veces entre Ac1 -50°C y Ac1 +50°C.Posee las mismas ventajas e inconvenientes que el tratamiento intercrítico.

A1

T TTAcm

tttSubcrítico OscilanteIntercrítico



La fuerza impulsora para laesferoidización es disminución de laenergía de interfase α/Fe3C.

La cinética del proceso también depende delcoeficiente de difusión del C, el cual esfuertemente dependiente de la temperatura.



Al ser baja la fuerza impulsora, la velocidad del proceso es muy lenta ygeneralmente se necesitan muchas horas para esferoidizar completamenteun acero aún cuando se lo caliente cerca de la temperatura A1.

RECOCIDO DE ESFEROIDIZACION SUBCRITICO


Esferoidización de un acero de 0,8%C

650ºC – 0 h 650ºC – 4 h

650ºC – 16 h 650ºC – 64 h


Esferoidización de un acero de 0,8%C

650ºC – 240 h 650ºC – 360 h


Para disminuir el tiempo de esferoidización se calienta hasta unatemperatura ligeramente superior a la Ac1. La perlita se esferoidizarápidamente a esa temperatura debido a:

1. La mayor solubilidad del C en la austenita.2. El mayor coeficiente de difusión del C en la austenita a temperaturas

por encima de la Ac1, en comparación con la difusión del C en la ferrita auna temperatura por debajo de Ac1.

T

A1

Acm

t

[α]

RECOCIDO DE ESFEROIDIZACION INTERCRITICO


En un acero hipereutectoide a una temperatura ligeramente por encima deAc1 se obtiene, austenita y carburos globulares.Para evitar que dicha austenita se vuelva a transformar a perlita, esimprescindible que no se llegue a la homogeneización de su composiciónquímica. Si para la temperatura y tiempo del tratamiento queda unaaustenita inhomogénea, con gradientes de C alrededor de los carburosque no se han disuelto y con zonas ricas en C, el C que deba precipitar albajar nuevamente la temperatura lo hará en forma esferoidal o biendirectamente sobre los carburos preexistentes y no en forma de carburoslaminares como en la perlita.


Por el contrario, si el C disuelto llega a homogenizarse en la austenita, éstatransformará a perlita durante el enfriamiento posterior y no se obtendrá unaestructura correctamente esferoidizada.


Para evitar la aparición de perlita al enfriar el acero se deben controlar muyprecisamente dos parámetros.En primer lugar se debe usar una temperatura muy cercana a la A1. Estoayuda a que los tiempos necesarios para que la austenita se homogenicesean grandes y por lo tanto da un margen más o menos amplio para el tiempodel tratamiento, de otro modo éste sería muy difícil de controlar.En segundo lugar se debe enfriar muy lentamente el material para dartiempo a que todo el C que debe precipitar al pasar por A1 lo haga sobre loscarburos preexistentes o bien forme nuevas partículas pero globulares y nolaminares.



Si se eleva demasiado la temperatura del tratamiento se logra lahomogeneización más o menos rápida de la austenita y en consecuencia laaustenita transformará a perlita durante el enfriamiento. El tratamiento seconvertirá en un recocido total.Aún cuando se use una temperatura baja, también se corre el riesgo deaparición de perlita si el material no se enfría suficientemente lento.


Recocido totalintercrítico

Recocido totalhipercrítico

Recocido intercríticode esferoidización


Recocido totalintercrítico

Recocido totalhipercrítico Recocido intercrítico

de esferoidización

Recocido total intercríticoRecocido de esferoidizaciónintercrítico

A1

Acero hipereutectoideEstructuras de diferentes

recocidos

Recocido total hipercrítico


Recocido intercríticode esferoidización

Diagrama de transformación deun acero hipoeutectoide

Recocido total(hipercrítico)

RECOCIDO DE ESFEROIDIZACIÓN INTERCRÍTICOACEROS HIPOEUTECTOIDES


Acero de 1,4%C, calentamiento hasta la T indicada, mantención 1h,enfriamiento a 10ºC/h

750ºC – 1 h 775ºC – 1 h

800ºC – 1 h 850ºC – 1 h


Rango de temperaturas del recocido de esferoidización en aceros hipereutectoides



Acero SAE Ac1(1)

Ac3(1)

T recocido deesferodización

intercrítico

Velocidadenfriamiento

(C/h)

tiemporecocido

esf.intercrítico

. (h)

Dureza derecocido de

esferoidización HB

Dureza derecocido total

HB

1340 (0,4C; 1,8Mn) 715 775 750 6 (entre 735-610).

21 174 183

3140 (0,4C; 1,6Ni;0,6Cr)

735 765 745 6 (entre 735-650).

15 174 187

4042 (0,42C; 0,8Mn;0,25Mo)

724 795 760 6 (entre 745-630).

19 179 197

4140 (0,4C; 0,8Mn;0,35Mo)

730 805 750 6 (entre 750-665)

14 179 197

4150 (0,5C; 0,9Mn;1Cr; 0,2Mo)

745 765 750 6 (entre 750-670)

13 197 212

9840 (0,4C; 1Ni,0,8Cr; 0,25Mo)

745 5 (entre 695-640)

11 192 207

9850 (0,5C; 1Ni,0,8Cr; 0,25Mo)

745 5 (entre 700-645)

11 207 223

(1) A 28ºC/hCiclos recomendados para el recocido de esferoidización de algunos aceros.



APLICACIONES: Se usa sólo enaceros de más de 0,4 %C. Laaplicación principal se da enaceros de medio y alto C quedeban ser sometidos aoperaciones de conformadomuy severas como recalcado,extrusión en frío, o bien aoperaciones de mecanizadointensivo.



Una operación de recalcado para formar la cabeza de un perno u otro artículo similar.El ciclo consiste en: (1) el alambre se alimenta hasta el tope, (2) los dados mordaza secierran apretando el material y el tope se retira, (3) el punzón avanza y (4) toca el fondopara formar la cabeza del perno.


Ejemplos de formación de cabezas (forjado recalcado): (a) cabeza de clavo usandodados abiertos, (b) cabeza redonda formada por el punzón, (c) y (d) cabezas formadaspor el dado, y (e) perno (formado por el dado y el punzón).


Boca llaves y accesorios extruidosSAE 6150


Efecto de un recocido de globulización en la vida de la herramienta y en lacalidad superficial obtenida en una operación de torneado (frenteado) de unacero aleado de 0,6%C.

RECOCIDO DE ESFEROIDIZACIÓN


TEMPLE


Velocidad crítica de temple:Es la mínima velocidad deenfriamiento para la obtencióndel 100% de martensita.

Es una propiedad del acero quedepende fuertemente de lacomposición química y deltamaño del grano austenítico(está relacionada con la posiciónde la nariz de la curva CCT).

TEMPLE

Consiste en una austenización total o parcialmente para luegoenfriarlo a una velocidad suficientemente alta como para obtener unalto porcentaje de martensita en la estructura.


Tensiones de temple y fisuración por templeEl tratamiento de temple desde la región austenítica hasta la temperaturaambiente es un tratamiento drástico que puede conducir a la distorsión delcomponente y, peor aún, a su fisuración (fisuración por temple).Estos defectos surgen desde tensiones que se desarrollan durante eltemple desde dos fuente:

1. Tensiones térmicas: surgen desde las diferentes velocidades deenfriamiento que experimenta la superficie y el interior del acero. Elenfriamiento produce contracción.

2. Tensiones de transformación: debido al cambio de volumen el cualocurre durante la transformación de la austenita. La transformación dela austenita produce dilatación.

TEMPLE


Curva de expansión y contracción térmica para elacero 4340 desde la temperatura ambiente (RT)

TEMPLE


Estudio dilatométrico de unacero enfriado desde el campode austenita para mostrar que elacero sufre cambios en susdimensiones dependiendo de suvelocidad de enfriamiento.

austenita


Tensiones térmicas: Pieza de geometría sencilla (eje cilíndrico)


Tensiones térmicas durante el temple y sus consecuenciasConsiderando una pieza de geometría sencilla (un cilindro) puede decirseque alta temperatura (t1), la periferia de la pieza se enfría a mayor velocidadque su núcleo. Como la austenita aún no ha transformado no hay más queuna contracción, la cual es mayor en la periferia que en el núcleo. Estogenera una tensión tangencial de compresión en el núcleo y de tracción enla periferia.A alguna temperatura menor (t2) las tensiones compresivas y de tracción seharían cero pero conforme la temperatura cae la situación de tensión serevierte y el núcleo llega a estar en tensión y la periferie en compresión.Cuando mayor es el temple, mayor será la diferencia de temperatura entre elnúcleo y la superficie durante el temple y por lo tanto, más alta las tensionesresultantes a temperatura ambiente. De allí el uso de medios de enfriamientomenos drásticos (aceite en lugar de agua) según el tipo de acero.


Tensiones de transformación durante el temple

Cuando la temperatura de la superficiedisminuye inferior a Ms, se inicia latransformación a martensita con lacorrespondiente expansión.La periferia trata de expandirse pero elnúcleo, que se encuentra a una To Ms,restringe dicha expansión y se genera unatensión de compresión en la periferia y detracción en el núcleo. El núcleo aún esta auna temperatura alta y algo de esta tensiónpuede relajarse por deformación plástica.

Tosuperficie Ms

Tonúcleo Ms

TEMPLE



Una vez que el núcleo disminuye sutemperatura menor a Ms, comenzaráa transformarse a martensita yexperimentará una expansión. Estogenerará una tensión tangencial detracción en la periferia. Como toda lapieza está a baja temperatura y tieneuna estructura principalmentemartensítica, no será posible relajaresta tensión por deformación plástica.Esto puede conducir a la fisuraciónen la superficie. To

superficie MsTo

núcleo Ms

TEMPLE


Esquema de la fisuración por temple a causa de la expansión del núcleocuando se transforma a martensita.


TEMPLE


Cuando la austenita se transforma a martensita en un acero de 1%C, hayun incremento en volumen del 4%. Adicionalmente, hay dos aspectosimportantes:(a) el alto contenido de carbono incrementa la dureza de la martensita lo

cual lo hace más frágil, y(b) el alto contenido carbono disminuye drásticamente el Ms por lo que la

transformación martensítica ocurrirá a baja temperatura.Estos dos aspectos hacen que los aceros con alto contenido de C seansusceptibles a la fisuración por temple.Por el contrario, la transformación a perlita en este mismo acero produceun incremento en volumen del 2.4%, que al ocurrir a alta temperaturapuede relajarse las tensiones durante la transformación.

TEMPLE



El análisis de este proceso se complica cuando se considerancircunstancias más reales tales como una geometría de la pieza máscompleja (lo que complica la distribución de los gradientes detemperatura), o bien el hecho de que en realidad el núcleo puedecomenzar a transformar, aunque sea parcialmente, a ferrita, perlita y/obainita a alta temperatura.

No obstante que el material no llega a fisurarse, se crearán tensiones detracción en la superficie. Esto es perjudicial, debido a que si estastensiones no son relevadas inmediatamente, pueden producirse lafisuración posterior al temple y antes del revenido (fisuración diferida).


TEMPLE


Tensiones durante el temple y sus consecuencias

Las tensiones generadas en el temple pueden conducir a tresfenómenos diferentes, todos perjudiciales:1. Tensiones residuales de temple: esto no es tan grave si el revenido

se realiza más o menos rápidamente. En el revenido estas tensionesse relajan, al menos parcialmente.

2. Distorsión: si las deformaciones que se producen a causa de lastensiones no son uniformes se producirá un cambio en la forma dela pieza lo que hará necesario un proceso correctivo que incrementael costo final de la pieza. En algunos casos extremos esta distorsiónpuede no ser corregible y se debe evitar. La distorsión es unproblema grave especialmente en el caso de piezas esbeltas.

TEMPLE


Tensiones durante el temple y sus consecuencias3. Fisuración por temple: es el problema más grave de los tres pues la

pieza en general debe descartarse (es muy difícil que puedarepararse en forma económica y confiable). Se produce a causa delas tensiones de tracción actuando en una estructura muy dura yfrágil como la martensita, en especial cuando el acero posee alto C.

4. Por otra parte si el revenido no se realiza rápidamente luego deltemple, en algunos aceros puede producirse el fenómeno defisuración diferida. Este fenómeno consiste en la aparición defisuras o la rotura de la pieza luego de que la misma se ha enfriado.Las fisuras o rotura aparecen luego de transcurrir un tiempo atemperatura ambiente, este lapso puede ser desde unos pocosminutos hasta varias horas.

TEMPLE


Principales variables que influyen en las tensiones generadas duranteel temple

Si bien existen mucha variables, puede decirse que las principales soncuatro: el gradiente de temperatura generado, las transformaciones de fasesque se produzcan, la capacidad del acero de relajar las tensiones y algunaspropiedades físicas.1. El gradiente de temperatura es el factor más importante y depende

de:• Geometría de la pieza (tamaño y forma).• Severidad de temple H.• Temperatura de austenización.

TEMPLE


Use of Fast Oilminimizes Distortion ina 1085 Steel C-Section

Component


Principales variables que influyen en las tensiones generadasdurante el temple

2. Las transformaciones de fases que experimenta el acero influyen enlas fracciones de los diferentes microconstituyentes que aparecen enlos distintos puntos de la pieza y por lo tanto determinan lasexpansiones diferenciales.

3. La capacidad del acero de relajar las tensiones permite disminuirlas tensiones a medida que se producen, pero al bajar la temperaturatodos los aceros pierden esta capacidad.

4. Otras propiedades físicas como el coeficiente de dilatación, y elmódulo elástico y sus variaciones con la temperatura influyen, perono puede decirse que se traten de variables controlables ya quetodos los aceros al C y de baja aleación poseen valores similarespara ambas propiedades.

TEMPLE


Tensiones

Ta

Propiedadesfísicas

Resistencia adeformación

a alta T

Transf. de fases

Gradiente detemperatura

Severidad HGeometría

Fisuracióndiferida

Fisuraciónpor temple

Distorsión

Tensionesresiduales

Prop. térmicas

Tensiones durante el temple y sus consecuencias


Principales variables que influyen en la susceptibilidad a la fisuración portemple

Debido a que en la mayoría de los casos no es corregible, la fisuración por templees el fenómeno más temido durante el temple.Las principales variables que hacen a una pieza y su acero más susceptibles aesta fisuración son:• Porcentaje de C del acero: incide fuertemente en la dureza y fragilidad de lamartensita producida así como en el rango Ms-Mf. A mayor %C será mayor ladureza y fragilidad del material y menor las temperaturas Ms y Mf con lo que serámás difícil relajar las tensiones térmicas. La probabilidad de fisuración aumentacon el %C, los aceros de más de 0,4%C son especialmente susceptibles si no setoman precauciones.

TEMPLE


Relación entre la probabilidad de fisuración y (a) latemperatura Ms, (b) la composición química.

La tendencia a la fisuración disminuye conforme incrementa Ms. Asimismo,la fisuración se hace presente a partir de cantidades de carbono equivalenteencima de 0.525 %C


Principales variables que influyen en la susceptibilidad a la fisuraciónpor temple•Geometría de la pieza: además de influir en los gradientes detemperatura, la geometría incide a través de los posibles concentradoresde tensiones. La presencia de los mismos aumenta los riesgos defisuración durante el temple. El diseño de la pieza debe contemplar esteaspecto.

El diseño de la brida sobre el eje ocasiona que la brida se fisure durante el temple

TEMPLE


Fisuración por temple en una pieza de acero de alto C yalta aleación.


Principales variables que influyen en la susceptibilidad a lafisuración por temple

•Tamaño de grano austenítico: a mayor tamaño de grano laexperiencia demuestra que aumentan los riesgos de fisuración portemple. Las razones no están muy claras.• Inhomogeneidad química del material: las zonas segregadasaumentan los riesgos de fisuración pues aumentan las diferenciasde estructura entre puntos de la pieza.

TEMPLE


Quench cracks due to excessively large grain boundaries resulting fromexcessively high austenitizing temperature. Note cracking patternsassociated with prior coarse austenite grain boundaries.


Microcracking in a nickel-chromium steel that also exhibitsmicrosegregation. 910×.


Inhomogeneidad química(segregación)

Tamaño de grano austenítico

Porcentaje de C

Geometría (concentradoresde tensiones)

Fisuraciónpor temple

Principales variables que influyen en la susceptibilidad a lafisuración por temple


TEMPLE DE ACEROS HIPEREUTECTOIDES

El temple de aceros hipereutectoides se realiza desde una temperaturaintercrítica. Para comprender las razones de esto, se compararán lasventajas y desventajas respecto de un hipotético temple hipercrítico.

Fig diagr Fe-C

Acero de 1,2%CTemp. de temple hipercrítica: 1000 ºCEstruct. de partida: austenita de1,2%C.Temp. de temple intercrítico: 820 ºCEstruct. de partida: austenita de 1%C y3,4% de cementita globular



Temple hipercrítico

Estructura final: principalmente martensita y una fracción alta deaustenita retenida (para los datos elegidos se obtendría más del 50%). Latemplabilidad es alta pues todo el C y los aleantes están disueltos en laaustenita inicial. Sin embargo, por las mismas razones la Ms y Mf sonbajas y se retiene mucha austenita.

La dureza de temple: puede no ser tan alta ya que, a pesar de que lamartensita es de alto C y por lo tanto muy dura, la gran fracción de austenitareduce la dureza. En ciertos aceros, si la temperatura de temple eshipercrítica o cercana a la Acm se puede retener más del 50% de austenita.Otro inconveniente de este temple es que ocasionaría un fuerte shocktérmico en la pieza, lo que incrementa el riesgo de fisuración por temple.



Temple intercrítico

Estructura final: principalmente martensita, cementita globular nodisuelta a la temperatura de austenización, y una fracción menor deaustenita retenida. La templabilidad no es tan alta como en el caso detemple hipercrítico pues la austenita es menos rica en C y aleantes.Esto a su vez ocasiona que el rango de transformación Ms y Mf seamás alta y retienen menor cantidad de austenita.

Si la temperatura de austenización no está muy cerca de la A1, ladureza de temple en general es mayor que la del temple hipercríticopues hay una menor fracción de austenita retenida y también debido ala presencia de una fracción de carburos. Si bien la templabilidad esmenor y además la martensita que se produce es de menor %C, estosfactores son superados por los anteriores.



Temple intercríticoSi en cambio la temperatura de austenización es cercana a la A1, eldescenso de templabilidad (menor contenido de C y elementos dealeación en la austenita) puede ser lo suficientemente importante queafectaría la dureza del material.

Debido a esto existe un rango de temperaturas intercríticas óptimaspara cada acero hipereutectoide. Si la temperatura de austenizado estápor encima de este rango entonces se retendrá mucha austenita yademás aumentará el riesgo de fisuración por temple. Por el contrario sila temperatura está por debajo de este rango, la templabilidad caerádemasiado.



Variación de la dureza de temple con la temperatura deaustenización para un acero hipereutectoide de alta aleación.



Variación de la dureza de templecon la temperatura de austenizaciónpara tres aceros hipereutectoides dealta aleación.

Se observa además la recuperaciónde la dureza al efectuarse untratamiento criogénico luego deltemple.


Rango de temperaturas de austenización para el temple deaceros hipo e hipereutectoides

TEMPLE


Temperatura de inicio de latransformación martensíticaversus el contenido de carbono.Se muestra también el rango decomposición en el cual existen losdiferentes tipos de martensita.

Martensitas

(a) Tipo listones(b) Tipo placas


Plate martensite inmatrix of retainedaustenite in a high-carbon (1.2 wt% C)steel

Lath martensite inlow-carbon steel(0.03C-2.0Mn, wt%)

Mixed morphologyof lath martensitewith some platemartensite (P) in amedium-carbon(0.57 wt% C) steelDr. Ing.Norberto D. Ñique G.

Plate martensite formed in anFe-1.86 %C alloy. Arrowsindicate microcracks.

Bainite in oil-quenched 0.47wt% C steel.


CCT curves and representative microstructures of a 0.16%C-3%Ni steel.(a) CCT diagram.(b) (b) Martensite structure after fast cooling from 920 to 200 °C in 30 s.(c) (c) Bainite structure after intermediate cooling from 920 to 250 °C in 200 s.(d) (d) Ferrite-pearlite structure after slow cooling from 920 to 250 °C in 10,000 s.


REVENIDO(TEMPERING)


Revenido de la martensita (Martensita revenida)

La estructura resultante de un temple correcto no es aptapara casi ningún tipo de servicio debido a su extremafragilidad, en especial cuando el %C del acero es medio oalto. En consecuencia luego del temple siempre se aplica untratamiento subcrítico que se denomina revenido.

El revenido es aplicado con el objeto de:1. Aumentar la ductilidad y tenacidad de la martensita2. Lograr las propiedades finales del acero eligiendo adecuadamente

la temperatura y tiempo del tratamiento3. Disminuir las tensiones residuales ocasionadas por el temple.

REVENIDO


REVENIDO

CICLO TÉRMICOCalentamiento: Normalmente las piezas son cargadas directamente en elhorno.Temperatura de revenido: varía de acuerdo a las propiedades deseadas. Elrango es de 150 °C hasta una temperatura cercana a la Ac1.Tiempo de revenido: también varía de acuerdo a las propiedades finalesdeseadas. Su influencia es mucho menor que la de la temperatura. Lostiempos usuales van desde 30 min hasta 4 h.Enfriamiento: normalmente es al aire calmo excepto en dos casos:• Cuando se desee disminuir las tensiones residuales.• Cuando se trata de aceros susceptibles a la fragilización por revenido encuyo caso se debe enfriar rápidamente en el rango de 580 a 400 °C.


Causas de inestabilidadde la martensita

Transformaciones en elrevenido

Sobresaturación de C Precipitación de carburos

Transición de carburos

Coalescencia de carburos

Presencia de retenida Transformación de la retenida

Recuperación

Gran cantidad dedefectos (dislocacionesy/o maclas) Recristalización

(eventualmente)

Relevamiento detensiones

Crecimiento de grano

REVENIDO


Autorevenido: (durante el temple): migración de átomos de C hacia zonasde alta densidad de defectos, formación de conglomerados de átomos de Cy/o precipitación de carburos durante el temple. Este fenómeno ocurreprincipalmente en aceros con alto Ms (bajo % C).Etapa 1 (100 a 150°C): precipitación de carburos ε (Fe2,5C, HCP). Laprecipitación es muy fina y homogénea (gran cantidad de sitios denucleación). Estas partículas son submicroscópicas (sólo algunos nm). Loscarburos ε causan un leve endurecimiento por precipitación. Esta etapa noaparece en aceros de %C < 0,2 pues en ellos el autorevenido essuficientemente completo para la precipitación del carburo ε.Etapa 2 (>200°C): transformación de la γ retenida a una estructura de ferritay carburos.

Etapas del revenido de la martensita en acerosal C y de baja aleación


Etapa 3 (> 250°C): disolución de los carburos y precipitación decementita. Desaparece la sobresaturación de C, la martensita deja deexistir como fase BCT y pasa a ser ferrita BCC. En ésta etapa y en lasiguiente se produce la mayor pérdida de dureza.

Etapa 4 (> 300°C): coalescencia (engrosamiento) progresiva de laspartículas de cementita. Fuerte descenso de la dureza. A mayortemperatura y/o tiempo los carburos tienen mayor tamaño aunque sufracción en volumen permanece constante.

Etapas del revenido de la martensita en acerosal C y de baja aleación


Si bien no se las considera etapas, hay otros dos fenómenos que pueden ocurrir amayor temperatura de revenido.

A partir de los 400 °C ocurre la recuperación de las dislocaciones de la martensita(formación de subgranos dentro de los listones).

A partir de los 600 °C puede ocurrir la recristalización, los listones sonreemplazados por granos a equiaxiales.

La estructura final de un revenido de alta temperatura en un acero al C estácompuesta por granos finos y más o menos equiaxiales de ferrita y carburos finos(del orden de 0,1 μm) distribuidos uniformemente. Este tipo de estructuracombina una gran resistencia mecánica con una muy alta tenacidad. Loscarburos con una morfología esferoidal, un tamaño fino y una distribución uniforme,le confieren al acero una alta resistencia y buena tenacidad.

Etapas del revenido de la martensita en aceros al C y debaja aleación


Etapas del revenido de la martensita en aceros al C y de baja aleación

REVENIDO


Fe-0.2C alloy in the (a) water-quenched condition, followed bytempering at 690°C for (b) 25 min, (c) 2.86 h, and (d) 168 h.


Fe-1.2C alloy in the (a) water-quenched condition, followed bytempering at 690°C for (b) 25 min, (c) 2.86 h, and (d) 168 h.


Acero de bajo C revenido a 550 ºC. Estructura de listones y carburos pequeñosprecipitados. También se ven antiguos bordes de grano austeníticos donde hanprecipitado carburos.

REVENIDO


Caso de los aceros de baja aleaciónLas etapas son las mismas que para los aceros al C, sin embargo variosaleantes ejercen algunos efectos importantes en el revenido.• Ciertos aleantes participan en la formación de carburos, sea cementitasaleadas o bien otros carburos aleados (M23C6, M2C, MC). Estos tipos decarburos crecen más lentamente que la cementita.• Estos mismos aleantes hacen que exista una secuencia de precipitaciónde carburos de transición más compleja que en los aceros al C. En algunoscasos pueden producir un máximo o pico de dureza a altas temperaturasde revenido (endurecimiento secundario).• Los aleantes retrasan la descomposición de la austenita retenida.• Los aleantes retrasan la recuperación de las dislocaciones.

REVENIDO


Caso de los aceros de baja aleaciónEl resultado de todas estas influenciases que la dureza baja más lentamentedurante el revenido de un acero conelementos formadores de carburos (Cr,Mo, V, Ti, Nb, etc), que en un acero al C.En este sentido se dice que los aleantesaumentan la resistencia al revenidoentendiendo por esto que aumentan laresistencia a la pérdida de dureza queocurre durante el revenido.

Influencia del % Mo en el revenidode un acero 0.35% C templado.

Endurecimientosecundario

REVENIDO


Variación de las propiedades mecánicas durante elrevenido

Efecto de la temperatura de revenido sobre las propiedades mecánicas atemperatura ambiente del acero 1050.

REVENIDO


REVENIDOVariación de las propiedades mecánicas durante el revenido

El tiempo de revenido (a To=Cte.)también tiene influencia en laspropiedades, pero su efecto esmucho menor que la temperatura.Un aumento de sólo unos 20 ºCequivale a triplicar el tiempo derevenido.Normalmente se fija el tiempo yse elije la temperatura derevenido, según las propiedadesdeseadas. Sin embargo el tiempopuede usarse como una variablede “ajuste fino” de laspropiedades.


Evolución de la tenacidad durante el revenido

Uno de los propósitos delrevenido es aumentar latenacidad de la estructurade temple. En general estapropiedad aumenta alelevarse la temperatura derevenido. La temperatura detransición desciende y latenacidad en la mesetasuperior se eleva alaumentar la temperatura derevenido.

REVENIDO


Evolución de la tenacidad durante el revenido

Sin embargo, existen dos fenómenos de fragilización que debentenerse en cuenta pues deterioran la tenacidad del acero:

La fragilización por revenido: a pesar de su nombre, en general no esun problema del propio revenido pues requiere de tiempos de exposiciónmuy prolongados a la temperatura de fragilización. Es más bien unproblema referido al servicio a alta temperatura.

La fragilización de la martensita revenida: existe un descenso en latenacidad durante el revenido en un rango de temperaturas intermedia.Este fenómeno ocurre durante el revenido pues no requiere de tiemposde exposición prolongados.

REVENIDO


FRAGILIZACIÓN POR REVENIDO(Temper embrittlement - Fragilidad Krupp)

Fenómeno de fragilidad que se produce cuando ciertos aceros seexponen prolongadamente o se enfrían lentamente en el rango de 400a 580 °C.

EFECTOS• Incrementa la temperatura de transición dúctil/frágil.• El modo de fractura frágil es intergranular.


FRAGILIZACIÓN POR REVENIDO

REVERSIBILIDADUna vez fragilizado, el acero puede recuperar su tenacidad reviniéndolounos pocos minutos a T>600°C. Sin embargo una nueva exposiciónprolongada en el rango de 400 a 580°C volverá a causar fragilización“Fenómeno reversible”.

ACEROS SUSCEPTIBLESAceros aleados de pureza comercial. Aceros al C de pureza comercialcuando contienen más de 0,6%Mn.El grado de susceptibilidad depende fuertemente del tipo y cantidad dealeantes así como del contenido de impurezas: Sb, Sn, As y P. Ciertosaleantes aumentan la susceptibilidad, sobre todo si se encuentrancombinados: Si, Mn, Cr-Ni, Cr-Mn. Otros pocos bajan la susceptibilidad:Mo y W en pequeñas cantidades.


Cinética de fragilización en un acero muy suceptible a la fragilización porrevenido



Corrimiento en la temperatura detransición a causa de lafragilización por revenido en unacero al Cr revenido por encimadel rango de fragilización.

Al enfriar muy lentamente elacero, el tiempo de exposiciónresulta muy grande y se producela fragilización del material.

Si el enfriamiento es rápido, éstafragilización se evita.



CAUSA MÁS PROBABLETeoría de la doble segregación: segregación de las impurezas (P, As,Sb y Sn) hacia los bordes de grano austeníticos en el rango detemperaturas indicado causando un descenso de la cohesión de losmismos. Este descenso en la cohesión, además de elevar latemperatura de transición dúctil-frágil, favorece la fisuraciónintergranular frente al modo de fractura frágil transgranular por clivaje.La segregación de impurezas es ayudada por la interacción que existeentre ellas y los elementos de aleación previamente segregados a losbordes de grano austeníticos.Esta teoría explica porque sólo los aceros con ciertos aleantes sonsuceptibles y también porque la fisura avanza por los antiguos bordesde grano austeníticos y no por los ferríticos.



MEDIDAS CONTRA LA FRAGILIZACIÓN POR REVENIDO• El agregado de un bajo % Mo retrasa fuertemente la cinética de lafragilización. Esta es la solución más antigua y más común que seaplica.• Adecuada elección de los aleantes del acero para evitarcombinaciones muy susceptibles.• Reducción de los niveles de impurezas: Sn, As, Sb y P.• Reducción del tamaño de grano austenítico.• En los casos de aceros muy susceptibles que luego no trabajarán en elrango de fragilización, una medida muy utilizada es enfriar rápidamentedesde la temperatura de revenido.



FRAGILIZACIÓN DE LA MARTENSITA REVENIDA(fragilización de los 350°C, fragilización del azul, tempered martensite

embrittlement, blue brittleness, 500°F embrittement)

Fenómeno de fragilización que ocurre durante el revenido de lamartensita en el rango de 260 a 400 °C. Se produce en los tiemposusuales de un revenido (1h) y afecta tanto a aceros al C como a losaleados. Si el revenido se realiza a T > 400 °C el fenómeno no ocurreaún cuando posteriormente se someta al acero a largos tiempos en elrango de fragilización. En este sentido se dice que es irreversible.

EFECTOS• Sube la T de transición y baja la tenacidad.• El modo de fractura frágil es intergranular sólo en el caso de aceros debaja pureza, de otro modo es transgranular.


FRAGILIZACIÓN DE LA MARTENSITAREVENIDA

Descenso de la tenacidad causado por lafragilización de la martensita revenida en variosaceros de baja aleación


FRAGILIZACIÓN DE LA MARTENSITA REVENIDA

Un bajo contenido de impurezas (P en este caso), disminuye los efectos de lafragilización, pero no la elimina.



ACEROS SUSCEPTIBLESOcurre en una gran variedad de aceros tanto al C como aleados, aúncuando sean de alta pureza.

CAUSAS MÁS PROBABLESEl descenso de la tenacidad está asociado al comienzo de laprecipitación de Fe3C con una distribución y morfología particularesdurante el revenido.Las impurezas contribuyen por segregación hacia los bordes de grano,pero no son imprescindibles.



El fenómeno es lo suficientementerápido y perjudicial para cualquierrevenido que se haga en el rango desusceptibilidad. En el caso en quese requiera alta tenacidad se debeevitar dicho rango.Esto impide obtener una tenacidadalta mediante temple y revenidocuando se requieren durezas altas(por ejemplo mayores que HRC 47).

CASOS DONDE ES IMPORTANTE


REVENIDOS DE BAJA Y DE ALTA TEMPERATURA

La existencia del fenómeno de fragilización de la martensita revenida, juntocon la tendencia al aumento de la tenacidad que ocurre tanto a temperaturasinferiores a las del rango de fragilización como a temperaturas superiores almismo, hace que existan dos rangos de revenido bien definidos.

Los revenidos de baja temperatura (usualmente hasta unos 250 ºC) seusan cuando es imprescindible retener una dureza muy alta en el acero, locual implica un sacrificio de la tenacidad. El revenido en este rango detemperaturas releva parcialmente las tensiones residuales del temple.

Los revenidos de alta temperatura (T>500 ºC) hacen que bajesensiblemente la dureza de temple en el caso de los aceros al C y de bajaaleación, pero logran una excelente tenacidad con muy buena resistenciamecánica.


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Stress–strain diagram of a steel after different heat treatments.1, Normalized; 2, hardened; 3, hardened and tempered.


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Influence of different microstructure and respective heat treatments on the impacttoughness at low temperatures (ISO notch specimens) of a 3.5% Ni alloyed steel. a,Hardened by quenching in water and tempered; b, normalized and tempered; c,normalized only; d, hardened by quenching in water only. (From G. Spur and T. Sto¨ferle (Eds.), Handbuch der Fertigungstechnik, Vol. 4/2, Wa¨rmebehandeln, CarlHanser, Munich, 1987.)


Transition temperature as a function of yield strength and microstructure. F, Ferrite;P, pearlite; B, bainite; Bu, upper bainite; B1, lower bainite; M, martensite; GS, grainsize (ASTM). (From G. Spur and T. Sto¨ ferle (Eds.), Handbuch derFertigungstechnik, Vol. 4/2, Wa¨rmebehandeln, Carl Hanser, Munich, 1987.) M


(a) Elongation; (b) reduction of area; and(c) impact toughness of hardened andtempered steels having about 0.4% C, as afunction of structure constituents and yieldstrength. F, Ferrite; P, pearlite; B, bainite;M, martensite. Grain size: ASTM 6–7.Impact toughness: ISO notch specimens.Testing direction: longitudinal. (From G.Spur and T. Sto¨ ferle (Eds.), Handbuchder Fertigungstechnik, Vol. 4/2,Wa¨rmebehandeln, Carl Hanser, Munich,1987.)


Influence of the microstructure after hardening (before tempering) on the impacttoughness of DIN 16MnCr5 steel. (From H.J. Spies, G. Mu¨nch, and A. Prewitz,Neue Hu¨tte 8(22):443–445, 1977 [in German].)


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