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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALPOLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADANÚCLEO FALCÓN – EXT. PUNTO FIJO

UNIDAD CURRICULAR: CIENCIA DE LOS MATERIALES ESPECIALIDAD: INGENIERÍA NAVAL

TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ACEROS,ACEROS ALEADOS Y ACEROS PARA

HERRAMIENTAS

REALIZADO POR: LUÍS REFUNJOLANDRES OCANDOASTRID VASQUEZ

JOSE PEÑASECCION: “B” 

PUNTO FIJO, JUNIO 2010

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INTRODUCCIÓN

El conocimiento de los diferentes procesos a que es sometido el acero nos permiterelacionarnos con sus diferentes fases pudiendo así identificar los tratamientostérmicos de los aceros, los aceros aleados y aceros para herramientas.

En la presente investigación estudiaremos los diferentes tipos de tratamientotérmico de los aceros, los aceros aleados y los diferentes tipos de acero parafabricación de herramientas.

El tratamiento térmico es unos procesos de calentamiento y enfriamientocontrolados utilizados para cambiar la estructura de un material y alterar suspropiedades físicas y mecánicas.

Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamentelas propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero.

Los tratamientos térmicos cambian la microestructura del material, con lo que laspropiedades macroscópicas del acero también son alteradas.

A través de los tratamientos térmicos podemos modificar las propiedades de losmetales, mediante alteraciones de su estructura, pudiendo así desempeñar congarantías los trabajos demandados. Las aleaciones de tipo ferroso son las quemejor se prestan a ello.

Los aceros aleados contienen además del carbono otros elementos en cantidadessuficientes como para alterar sus propiedades (dureza, puntos críticos, tamaño delgrano, templabilidad, resistencia a la corrosión).

Con respecto a su composición, puede ser de baja o alta aleación y los elementosque puede contener el acero pueden ser tanto deseables como indeseables, enforma de impurezas.

Los aceros aleados no sólo poseen propiedades físicas más convenientes, sinoque también permiten una mayor amplitud en el proceso de tratamiento térmico.

En la mayoría de los casos nos encontramos con que son varios los tipos e inclusolas familias de aceros que nos resolverían satisfactoriamente un determinadoproblema de herramientas, lo que hace que la selección se base en otros factores,

tales como productividad prevista, facilidad de fabricación y costo. En últimainstancia es el costo de las herramientas por unidad de producto fabricado el quedetermina la selección de un determinado acero.

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 Los Aceros para Herramientas se denominan así, porque se usan para fabricarherramentales, tales como: troqueles, moldes, cuchillos, etc.Se caracterizan por ser aceros de fabricación muy especial en donde sucomposición química les confiere propiedades particulares como brillo, tenacidad y

resistencia al desgaste.

Los aceros para herramientas se entregan normalmente en estado blando,alrededor de 200 a 250 Brinell (cerca de 20HRC) para facilitar el maquinado. Enesta condición, la mayoría del contenido de la aleación está en forma de carburosdispersos a través de una matriz suave. Estos aceros deben ser tratadostérmicamente para obtener sus propiedades características.

Ahora bien nosotros como estudiantes de ingeniería naval es menester conocertoda esta exigencia impartidas por las sociedades clasificadoras, por ejemplo si serequiere la construcción de un buque uno como constructor debe de conocer que

material se ha de utilizar para la construcción del buque, si cumple con laspropiedades de solubilidad, tenacidad, soldabilidad, resistencias, entre otras.

Por eso que en el desarrollo de este tema estudiaremos cada uno de los procesospor mediante el cual los aceros pueden ser mejorados a través de los diferentestratamientos térmicos; también estudiaremos los diferentes tipo de aleaciones ysus propiedades y características y por último los aceros que se utilizan para laconstrucción de herramienta si su características y propiedades son iguales a lade los aceros de construcción o si son mayores.

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INDICE

PAGINATRATAMIENTO TERMICO DE LOS ACEROS 5

ACEROS ALEADOS 13

ACEROS PARA HERRAMIENTAS 28

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TRATAMIENTO TERMICO DE LOS ACEROS

Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u

otros sólidos como polímeros con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas,

especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se

aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formadospor hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los

sólidos cerámicos.

Recocido total

Este proceso consiste en el calentamiento del acero a la temperatura adecuadadurante un tiempo y luego enfriar muy lentamente en el interior del horno o enalgún material aislaste del calor. Debido al enfriamiento lento el proceso puede serasociado al diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro, que en nuestro casose trata de una muestra de acero hipoeutectoide.

El propósito general del recocido es refinar el grano, proporcionar suavidad,mejorar las propiedades eléctricas y magnéticas y, en algunos casos, mejorar elmaquinado.

Normalizado

El tratamiento térmico de normalización del acero se lleva a cabo al calentaraproximadamente a 20ºC por encima de la línea de temperatura crítica superiorseguida de un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente. El propósito dela normalización es producir un acero más duro y más fuerte que con el recocido

total, de manera que para algunas aplicaciones éste sea el tratamiento térmicofinal. Sin embargo, la normalización puede utilizarse para mejorar lamaquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendríticas de piezas defundición, refinar el grano y homogeneizar la micro estructura para mejorar larespuesta en las operaciones de endurecimiento.

Endurecimiento

El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal demanera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para

endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámararefrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumentala resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad. El acero al carbonopara herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica,la cual se adquiere aproximadamente entre los 790 y 830 °C, lo cual se identificacuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acerola perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino

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llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua,aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.

DIAGRAMA DE TRANSFORMACIÓN ISOTERMICA

Es un tratamiento térmico que se aplica al Acero. Con este tratamiento isotérmicose pretende obtener piezas con una estructura bainítica, que sean duras pero noextremadamente frágiles. Suele aplicarse a aceros con un contenido en carbonoalto.

Se utiliza para piezas como engranajes, ejes, y, en general, partes sometidas afuerte desgaste que también tienen que soportar cargas. Puede sustituir alprocesos como el Temple por inducción y el Temple convencional.

Propiedades

  Con este método se pueden obtener piezas con dureza hasta 55 HRC.   Comparando con otros tratamientos, el Austempering reduce las tensiones

internas y la probabilidad de choque térmico.   Buena ductilidad, considerando la dureza.

Proceso

  Calentamiento por encima de la temperatura crítica.  Enfriamiento brusco en un baño de sales o plomo fundido hasta una

temperatura comprendida entre la temperatura martensítica y 450º. Tieneque ser suficientemente rápido para evitar la formación de perlita. 

  Mantenimiento de esa temperatura hasta que toda la austenita se hatransformado en bainita.   Enfriamiento al aire.

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Los principales tratamientos térmicos son:

  Temple: su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Paraello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que lacrítica superior (entre 900  – 950º C) y se enfría luego más o menos

rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua,aceite, etc.

Al elevar la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman enaustenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presenteen el metal. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirseen ferrita y en perlita, pero si el enfriamiento es repentino, la austenita seconvierte en martensita, de dureza similar a la ferrita, pero con carbono endisolución sólida.

  Revenido: sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir

ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza yaumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza yresistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas enel temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza oresistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto atemperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

  Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura deaustenización (800  – 925º C) seguido de un enfriamiento lento. Con este

tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye ladureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar laestructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud queproduce el trabajo en frío y las tensiones internas.

  Normalizado: tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir,ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono.Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

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Temple (con revenido)

Este procedimiento tiene lugar en los aceros que tienen un porcentaje de carbono

mayor al 0,30 %. Después del temple siempre debe de realizarse la operación de

revenido. Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo

que impide su manejo pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensióninterior 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 más 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 después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para

endurecerla.

Recordaremos cuales son los cristales de acero que sufren transformaciones

durante un tratamiento térmico:

Austenita. Si al acero lo calentamos a 1000º C, y lo enfriamos rápidamente, uno

de los cristales que obtenemos es la austerita. Es una solución sólida de carburo

de hierro, dúctil y tenaz, blanda, poco magnética 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 250º – 500º C.

Martensita. Es el constituyente de los aceros cuando están templados, es

magnética y después de la cementita es el componente más duro del acero.

Ferrita. Es hierro casi puro con impurezas de silicio y fósforo (Si-P). Es el

componente básico del acero.

Cementita. Es el componente mas duro de los aceros con dureza superior a 60Hrc

con moléculas muy cristalizadas y por consiguiente frágil.

Perlita. Compuesto formado por ferrita y cementita.

Existen diferentes tipos de temple de los cuales describiremos los más

interesantes.

  Temple continuo completo. Se aplica a los aceros hipoeutectoides(contenido de carbono inferior a 0,9%). Se calienta la pieza hasta latemperatura de temple y seguidamente se enfría en el medio adecuado(agua, aceite, sales, aire) con lo que obtendremos como elementoconstituyente martensita.

  Temple continuo incompleto. Se aplica a los aceros hipereutectoides(contenido de carbono superior a 0,9%). Se calienta la pieza hasta la

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temperatura indicada, transformándose la Perlita en austenita y quedandointacta la cementita. Después de enfriar, la estructura resultante estaráformada por martensita y cementita.

  Temple escalonado. Consiste en calentar el acero a temperatura adecuaday mantenerlo hasta que se transforme en austenita, seguidamente se enfría

con una temperatura uniforme en un baño de sales hasta transformarlo enbainita.  Temple superficial. Se basa en un calentamiento superficial muy rápido de

la pieza y un enfriamiento también muy rápido, obteniendo la austenizaciónsolo en la capa superficial, quedando el núcleo de la pieza blando y tenaz y

Temple por inducciónEs un proceso de endurecimiento de acero en el cual las superficies de laspiezas se calientan rápidamente a temperatura de austenitización medianteinducción electromagnética, (con un diseño adecuado del inductor, sepuede confinar el calor a áreas pequeñas). Una vez alcanzada latemperatura de austenitización se aplica una ducha de agua fría que

produce el temple. El principio del calentamiento por inducción es elsiguiente: una bobina que conduce una corriente de alta frecuencia rodea ose coloca sobre la pieza, se inducen así corrientes alternativas que generanrápidamente calor en la superficie. Las corrientes inducidas de altafrecuencia tienden a viajar por la superficie del metal, por tanto, es posiblecalentar una capa poco profunda del acero sin necesidad de calentar elinterior del material. La profundidad del calentamiento depende de lafrecuencia de la corriente, la densidad de potencia y el tiempo de aplicaciónde ésta. Mientras mayor es la frecuencia, menor es la profundidadcalentada, de forma que: altas potencias (100 kHz a 1 Mhz), y tiemposcortos (en segundos), calientan espesores de 0,25 mm; en cambio,

potencias menores (25 kHz), y tiempos más largos calientan espesores de10 mm. Se utiliza en aceros al carbono, con contenido medio de C, en éstosproduce superficies endurecidas delgadas. También se puede utilizar enaceros aleados; los aceros de baja aleación se endurecen fácil ysuperficialmente mediante este método; en cambio, los aceros altamentealeados son más lentos y pueden necesitar de un aumento de temperaturapara lograr la estructura deseada, sin embargo, como el calentamientomediante este método es muy rápido, se pueden calentar sin peligro decrecimiento excesivo de grano.

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Las piezas de aceros endurecidas mediante este procedimiento sufren menor

distorsión total que si se las hubiese templado luego de calentarlas en un horno.

La microestructura del acero antes del templado por inducción es importante para

determinar el ciclo de calentamiento que se utilizará, así por ejemplo, las

estructuras que después del templado y revenido tienen carburos pequeños y

uniformemente dispersos se austenitizan más fácilmente, pudiéndose obtener

superficies endurecidas de poca profundidad y de máxima 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 operación debido a que es un proceso

prácticamente automático. Entre las desventajas resaltan el alto costo del equipo,

el alto costo de mantenimiento y el hecho que no es económico 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 crítica y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado o envuelto

en ceniza, cal, asbesto, etc.

Su función es la de afinar y ablandar el grano, eliminando las tensiones y la acritud

producida por la conformación del material en frío.

  Recocido de regeneración. Tiene por objeto afinar el grano de los acerossobrecalentados.

  Recocido globular. Se realiza para lograr una más fácil deformación en frío.  Recocido contra la acritud. Recuperamos las propiedades perdidas en la

deformación en frío (acritud).  Recocido de ablandamiento. Ablandamos piezas templadas con

anterioridad para su mecanización.  Recocido de estabilización. Elimina las tensiones de las piezas trabajadas

en frío.  Recocido isotérmico. Mejoramos la maquinabilidad de las piezas

estampadas en caliente.  Doble recocido. Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta

aleación.

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REVENIDO

Con este tratamiento eliminamos la fragilidad y las tensiones creadas en la pieza.

Siempre hay que realizarlo después del temple.

Consiste en calentar las piezas a una temperatura inferior a la del temple,consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura más estable,

terminando con un enfriamiento rápido, dependiendo del tipo de material.

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que más 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 enfría el acero para conseguir una estructura molecular delmaterial (temple) para posteriormente volver a calentarlo y enfriarlomodificando así la estructura anteriormente conseguida (revenido).

Tratamientos termoquímicos del acero

Se efectúa en aceros de bajo porcentaje de carbono (menos del 0,30 % C). En el

caso de los tratamientos termoquímicos, no solo se producen cambios en la

estructura del acero, sino también en su composición química, añadiendo

diferentes productos químicos 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 núcleo más blando

y flexible. Requieren el uso de calentamiento y enfriamiento en atmósferas

especiales.

  Cementación: aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce,aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigueteniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante elcalentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido decarbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de templesy revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena

tenacidad en el núcleo.  Nitruración: al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial,

aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en lacomposición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero atemperaturas comprendidas entre 400 – 525º C, dentro de una corriente degas amoníaco, más nitrógeno.

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  Cianuración: endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Seutilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplicantemperaturas entre 760 y 950 º C.

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ACERO ALEADO

Se denominan aceros aleados aquellos aceros que además de los componentesbásicos del acero: carbono,  manganeso,  fósforo,  silicio y azufre, formanaleaciones con otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc. que tienen

como objetivo mejorar algunas de sus características fundamentalesespecialmente la resistencia mecánica y la dureza. 

También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de loscuatro elementos básicos del acero, en mayor cantidad que los porcentajes quenormalmente suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superioressuelen ser generalmente los siguientes: Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% yS=0.100%.

Los elementos de aleación que más frecuentemente suelen utilizarse para lafabricación de aceros aleados son: níquel, manganeso, cromo, vanadio, wolframio, 

molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, circonio, plomo, Selenio, aluminio, boro yniobio. 

Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran espesor, conresistencias muy elevadas en el interior de las mismas. En elementos demáquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad. Esposible fabricar mecanismos que mantengan elevadas resistencias, aún a altastemperaturas. Es posible preparar troqueles de formas muy complicadas que nose deformen ni agrieten en el temple, etc.

La tendencia que tienen ciertos elementos a disolverse en la ferrita o formar

soluciones sólidas con el hierro alfa, y la tendencia que en cambio tienen otros aformar carburos. La influencia de los elementos de aleación en los diagramas deequilibrio de los aceros (Elevación o descenso de las temperaturas críticas de losdiagramas de equilibrio y las temperaturas Ac y Ar correspondientes acalentamientos y enfriamientos relativamente lentos, modificaciones en elcontenido de carbono del acero eutectoide, Tendencia a ensanchar o disminuir loscampos austeníticos o ferríticos correspondientes a los diagramas de equilibrio, yotras influencias también relacionadas con el diagrama hierro-carbono, como latendencia a grafitizar el carbono, a modificar el tamaño del grano, etc.

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CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ALEADOS DE ACUERDO CON SUUTILIZACIÓN:

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PROPÓSITO DE LA ALEACIÓN DE ACERO

Incrementar la resistencia del acero acorde a las características específicas parasu aplicación.

Con la utilizando aceros aleados se puede lograr:

  Piezas de gran espesor con elevadas resistencias en su interior

  Grandes durezas con tenacidad

  Mantener una resistencia elevada a grandes temperaturas

  Aceros inoxidables

  Aceros resistente a la acción de agentes corrosivos

  Herramientas que realicen trabajos muy forzados y que no pierdan durezaal calentarse

Esto nos muestra que la influencia que ejercen los elementos de aleación en losaceros es muy variada, lo cual nos permite obtener ciertas características que nose pueden obtener con los aceros ordinarios al carbono.

Las influencias directas de los diversos elementos de aleación antes mencionadosen ciertas características de los aceros podrían señalarse en forma general como:

La tendencia que tienen ciertos elementos a disolver ferrita o formar solucionessólidas con el hierro alfa, y la tendencia que en cambio tiene otros a formarcarburos

La influencia de los elementos de aleación en los diagramas de equilibrio de losaceros

La influencia de los elementos aleados sobre la templabilidad

La influencia que tienen en retardar el ablandamiento que se produce en elrevenido

Mejoras en la resistencia a la corrosión, resistencia al calor, resistencia a laabrasión, etc.

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El propósito de una aleación es mejorar el uso específico de los componentesprimarios, no para adulterarlos o degradarlos.

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INFLUENCIA QUE EJERCEN EN LAS CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADESDE LOS ACEROS LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN

Níquel:

Desde que se empezó a usar el níquel en los aceros, se vio que este elementomejora las propiedades de los aceros. El empleo de aceros con níquel es sobretodo interesante para la construcción de piezas de maquinas y motores de altacalidad. Una de las ventajas más importantes que reporta el empleo del níquel, esevitar el crecimiento del grano en tratamientos térmicos, lo que sirve paraconseguir siempre con ellos gran tenacidad. Los aceros al níquel sometidos atemperaturas demasiado elevadas, quedan después del temple y revenido conmuy buena tenacidad. El níquel, hace descender los puntos críticos y por ello lostratamientos térmicos pueden hacerse a temperaturas ligeramente mas bajas quelas correspondientes a los aceros ordinarios. Experimentalmente se observa quecon los aceros aleados con níquel se obtiene para una misma dureza, un límite de

elasticidad ligeramente más elevado y mayores alargamientos y resistencias quecon aceros al carbono. También es muy interesante señalar que para la mismadureza su resistencia a la fatiga es un 30% superior a la de los aceros de bajaaleación.

Entre todos los elementos aleados, el níquel, que cristaliza como austenita encubos de caras centradas, es el único que forma con el hierro una serie continuade soluciones sólidas. El níquel hace descender la temperatura de transformacióngamma-alfa y, por lo tanto, tiende a estabilizar a bajas temperaturas la faseaustenítica de caras centradas. Las aleaciones con más de 30% de níquel sonausteníticas a la temperatura ambiente, y poseen ciertas propiedades magnéticas.

El níquel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de acerosinoxidables y resistentes a altas temperaturas. La aleación hierro-níquel conmenos de 0,10% de carbono y 36% de níquel tiene una dilatación muy baja, casinula, entre 0°C y 100°C y recibe el nombre de invar..

Los aceros al níquel más utilizados son los siguientes:

- Aceros al de níquel: 2,3% - 5% de Ni, 0,1-0,25% de C (para cementación) y con0,25-0,4% de C (para piezas de gran resistencia)

- Aceros cromo-níquel y aceros cromo níquel molibdeno: con porcentajes variablesde C (0,1-0,22%) se emplean para cementación y con 0,25-0,4% de C se empleanpara piezas de gran resistencia. En estos aceros los porcentajes de cromo-níquelsuelen tener una relación aproximada de 1% Cr y 3% Ni.

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- Aceros de media aleación níquel-molibdeno y níquel manganeso: 0,25- 0,4% deC para piezas de gran resistencia y con 0,1-0,25% para piezas cementadas, Ni de1-2%, Mn 1-1,5%, Molibdeno 0,15-0,4%.

- Aceros inoxidables y resistentes al calor cromo-níquel: con 8-25% de Ni

- Otros aceros de menor importancia son los aceros cromo-níquel paraestampación en caliente, algunos de los aceros al níquel para herramientas, yotros de uso poco frecuente

Cromo: 

Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de acerosaleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los deherramientas, en los inoxidables y en los de resistencia en caliente. Se emplea encantidades diversas desde 0,3 a 30% de Cr según los casos, y sirve para

aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora latemplabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia aldesgaste, la inoxibilidad, etc.

Molibdeno: 

Este elemento mejora la resistencia a la tracción, la templabilidad, la resistencia al<<creep>> de los aceros. Añadiendo pequeñas cantidades a los aceros cromo-níquel, se disminuye o elimina la fragilidad Krupp que se presenta cuando estosaceros son revenidos en la zona de los 450°C a 550°C.

También aumenta la resistencia de los aceros en caliente y reemplaza alwolframio en la fabricación de aceros rápidos, pudiendo emplear para las mismasaplicaciones aproximadamente una parte de molibdeno por cada dos dewolframio.

Wolframio: 

El wolframio es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros paraherramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros paraherramientas de corte, y aceros para trabajos en calientes. Sirve para aumentar ladureza a elevadas temperaturas y evitan que se desafilen o ablanden las

herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500° ó 600°C. También se usa parala fabricación de aceros para imanes.

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Vanadio: 

Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende aafinar el grano y disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muyfuerte.

Manganeso: 

El manganeso aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente,a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influenciadel azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando seencuentran en estado líquido en los hornos durante el proceso de fabricación. Elmanganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en lasolidificación del acero se desprendan gases que den lugar a la formación deporosidades perjudiciales en el material.

Este se suele usar también como elemento de aleación. Al aumentar de 0,6 a1,6% aproximadamente el porcentaje de manganeso en los aceros, se aumentaligeramente su resistencia, se mejora su templabilidad, siendo interesantedestacar que el manganeso es un elemento de aleación relativamente barato.

Silicio: 

Este elemento aparece en todos los aceros, al igual que el manganeso, se añadeintencionalmente durante el proceso de fabricación. Es un desoxidante másenérgico que el manganeso y se emplea como elemento desoxidantecomplementario del manganeso con objeto de evitar que aparezcan en el acero

poros y defectos internos. Las adicione de silicio se hacen durante la fabricación,suelen ser relativamente pequeñas y variables (0,2- 0,35% de Si).

Una clase de acero para muelles muy empleadas contiene cantidades de silicio de1,5 a 2,25% de Si. En los aceros, el silicio sirve para aumentar ligeramente latemplabilidad y elevar sensiblemente el límite elástico y la resistencia a la fatiga delos aceros sin reducir su tenacidad.

Se emplean aceros de 1 a 4,5% de Si para la fabricación de chapa magnética.

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Cobalto: 

El cobalto se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más altacalidad. Este elemento, al ser incorporado a los aceros, se combina con la ferrita,aumentando su dureza y resistencia. En los aceros de alto porcentaje de carbono

reduce la templabilidad. En los aceros al wolframio endurece la ferrita con lo quefacilita el mantenimiento de la dureza y de la aptitud de corte de las herramientas aelevada temperatura.

El cobalto se suele emplear en los aceros rápidos al wolframio de máxima calidaden porcentaje variable de 3 a 10%

Los aceros para imanes con cobalto, contienen además cromo y wolframio.

Aluminio: 

El aluminio se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración,que suelen contener 1% aproximadamente de aluminio. También se usa enalgunos aceros resistentes al calor. El aluminio es un elemento desoxidante muyenérgico y es frecuente añadir 300gr por tonelada de acero para desoxidarlo yafinar el grano.

En general los acero aleados de calidad contienen aluminio en porcentajespequeñísimos de 0,001 a 0,008% de Al.

Inoxidable: 

Son aquello que están aleados con cromo, para evitar la normal tendencia delhierro de formar óxidos por esta razón suelen ser costosos en el mercado nacionalse encuentra en dos calidades el Acero 306 y Aceros 304, siendo la diferencia lacalidad de aleación y su aplicabilidad especifica para alimentos del primero.

Las aleaciones de acero inoxidable contienen altos porcentajes de cromo, menosde 10 ó más de 25 %. Hay tres grupos: 1). Austenítico el cual contiene16 %mínimo de cromo y 7% mínimo de níquel y para una mejor resistencia a lacorrosión, algunos tupos contienen 2 % de silicón. 2). Ferrítico el cual contienesolamente cromo y no puede ser endurecido por tratamiento térmico. 3).Martensítico el cual contiene cromo y puede ser endurecido por tratamiento

térmico; éstos son ferromagnéticos. Un subgrupo de los aceros martensíticosabarca los tipos de dureza por precipitación, Acero SAE.

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EFECTO DE LOS ALEANTES SOBRE EL REVENIDO

Trabajos desarrollados en relación al revenido de aceros al carbono y bajaaleación hacen posible predecir la dureza alcanzada luego de revenir cualquieracero aleado en estado martensítico.

Los resultados experimentales han sido ordenados de tal forma que primero esnecesario obtener la dureza base de acuerdo al contenido de carbono del acero atemperatura de revenido seleccionado.

El efecto de los elementos aleantes, tal como se mencionó, es retardar elablandamiento durante el revenido. Es decir, a igual temperatura de revenido ladureza no decae tanto con la presencia de elementos aleantes. Expresado en estametodología, la dureza base se aumentará. Las figura permite obtener lacontribución de los elementos aleantes considerados a la dureza del acero a latemperatura de revenido establecida. Por razones de espacio, solo se puso en

este informe algunos casos.

El tiempo y la temperatura son dos de los parámetros más críticos del revenido.Existen varios métodos para determinar la relación tiempo-temperatura, como laecuación de Hollomon-Jaffe y la correlación de Grange-Baughman, por mencionaralgunos.

Actualmente se acostumbre a representar el revenido de los aceros en función delparámetro Jaffe-Hollomon o parámetro de revenido. Es decir, la dureza Hrepresentada como una función del parámetro T(C+logt), en donde C es unaconstante.

El concepto que está implícito en esta relación es el hecho que la dureza será lamisma para igual valor de revenido T(C+logt). Es decir, dos combinaciones (T, t)de revenido que originen el mismo valor del parámetro tendrán como resultadoigual dureza final del acero. La siguiente figura puede usarse para convertir unacombinación temperatura-tiempo de revenido a cualquier otra, para aceros de bajaaleación. De esta forma, a modo de ejemplo, 59 horas de revenido a 260º Cequivalen a 2 minutos a 370º C o a 1 hora a 316º C.

Cuando aceros al carbono son revenidos, se observa que, si la temperatura a lacual se realiza este proceso es elevada entre 100 y 700ºC, ocurre una disminución

progresiva de la dureza que va acompañada con un incremento en la ductilidad.

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La formación de cementita y su engrosamiento gradual en la matriz ferrítica sonlas causas principales de los cambios en las propiedades mecánicas. Por lo tanto,reemplazando la cementita por otros carburos más estables, como por ejemplocarburos de Molibdeno y/o Tungsteno, el ablandamiento observado en estosaceros puede reducirse significativamente y, si se agregan cantidades suficientes

de elementos de aleación se producirá un incremento en la dureza en el rango de500 a 650ºC; este reendurecimiento producto del revenido es llamadoendurecimiento secundario.

Los aceros que presentan este endurecimiento son los llamados aceros rápidos.La característica fundamental de estos aceros es conservar su filo en caliente,pudiéndose trabajar con las herramientas casi a l rojo (600º) sin disminuir surendimiento, tienen buena resistencia a la temperatura y al desgaste generalmentees usado en brocas, fresas, para realizar procesos de mecanizado con máquinasherramientas. Algunas composiciones típicas de los aceros rápidos son: C =0.75%, W = 18%, Cr = 4% y V = 1% ; otra C = 0.75%, W = 18%, Co = 4% y V =

1.25%.

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EFECTOS DE LOS DIFERENTES ALEANTES SOBRE LA FERRITA

Desde el punto de vista tecnológico, resultan de suma importancia lasmodificaciones que introducen diversos elementos en la aleación binaria Fe - C.Estos elementos pueden ser indeseables, en cuyo caso se denominan impurezas;

cuando son agregados a propósito, por ser beneficiosos, se denominan aleantes .

Los primeros se hallan en los aceros y fundiciones como consecuencia deencontrarse presentes en los minerales de Fe, o en los combustibles metalúrgicos.

Pueden también incorporarse con los fundentes que se utilizan en los procesos defusión, por estar contenidos en ellos. Estas impurezas son perjudiciales para laspropiedades finales de la aleación, y se procura por tanto eliminarlas o reducir sucontenido. En aquellos casos en que resulta imposible técnicamente laeliminación, o cuando la misma es demasiado costosa desde el punto de vistaeconómico, se admite su presencia en cantidades mínimas. Estos límites están

fijados en las normas, y se ajustan a los niveles máximos permisibles. Es el casode S y P en aceros, cuyo máximo se establece, en general, en aproximadamente0,04 %.

El azufre forma con el Fe sulfuro, el que conjuntamente con la austenita da lugar aun eutéctico cuyo punto de fusión es bajo (988 ºC) y que se ubica, por tanto, enbordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados encaliente (entre 1100 ºC y 1250 ºC), dicho eutéctico se encuentra en estado líquido,lo que provoca el desgranamiento del material.

Aún limitando el tenor de S por debajo de la cifra indicada, el fenómeno subsiste.

Se hace necesario entonces, controlar la presencia de las pequeñas cantidadesde sulfuro de hierro remanentes, incorporando Mn en porcentajes que van de 0,3 a0,6%. El manganeso tiene mayor afinidad por el S que el hierro. De esta forma enlugar de SFe se forma en el acero SMn, que tiene alto punto de fusión y buenaspropiedades plásticas. El contenido de Mn se fija mediante normas en los valoresmencionados, dándose límites máximo y mínimo para asegurar que todo el S estépresente como SMn evitándose la presencia de sulfuro de hierro.

El fósforo, cuyo tenor máximo ya se ha indicado, resulta perjudicial ya sea aldisolverse en la ferrita, pues disminuye en estas condiciones el alargamiento derotura (disminuye ductilidad), como también por formar PFe3 (fosfuro de Fe).Como el fósforo tiene gran tendencia a ser segregado durante la solidificación, elcentro de los lingotes se ve enriquecido fuertemente con este elemento. En estascondiciones, aún con contenidos tan bajos como 0,07 % de P, se forma uneutéctico ternario (fosfuro de hierro, ferrita y cementita), denominado esteadita,sumamente frágil. Por su punto de fusión relativamente bajo, aparece en bordesde grano, comunicando al material su fragilidad.

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El silicio está siempre presente pues su origen puede ser el propio mineral dehierro, o bien los refractarios de los hornos; sin embargo también se lo adiciona,en la forma de ferrosilicio, poco antes de la colada. Es un fuerte desoxidante, y supresencia impide la existencia de óxidos de Fe. En general, en aceros, sucontenido oscila entre 0,2 a 0,4 %. Con contenidos mayores actúa como elemento

aleante (fundiciones grises, aceros al Si, etc.).

Los elementos ya mencionados, junto al C, constituyen la composición básica delas aleaciones ferrosas; están siempre presentes. Otros elementos, los aleantes ,se incorporan, en forma individual o por grupo, a fin de mejorar una o más de lassiguientes propiedades: resistencia a la corrosión, ductilidad, dureza, facilitartratamientos térmicos y termoquímicos, mejorar propiedades eléctricas ymagnéticas, etc. Muchos de éstos cumplen funciones diversas por lo que resultaadecuado.

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INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS ALEANTES SOBRE EL DIAGRAMAHIERRO-CARBONO

La adición de ciertos elementos en los aceros y fundiciones, cambia notablementelas líneas del diagrama de fases Fe-C. Una importante modificación se observa en

la composición del eutectoide y en la temperatura eutectoide. Las figurasmuestran los efectos sobre estos valores en función de la concentración de varioselementos aleantes.

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EFECTOS DE LOS DIFERENTES ALEANTES SOBRE EL CARBONO

Respecto a su interacción con el carbono, los elementos aleantes puedenclasificarse en:

1) Aquellos que provocan la aparición de carbono elemental (grafito), ya quefavorecen la descomposición de la cementita, denominados grafitizantes.Los principales son Ni, Si, Cu y Al.

2) Elementos que se combinan en menor o mayor grado con el carbonoformando carburos. Dentro de este grupo están:Fe Mn Cr Mo W Nb V Hf Zr Ta Ti

En el listado, la tendencia a formar carburos crece de izquierda a derecha. Sucomportamiento se puede distinguir, agrupando los elementos según se muestra

 justo arriba.Mn Cr Mo WCuando el tenor en que están presentes es bajo, estos elementos se disuelven enla cementita, sustituyendo en ella a los átomos de Fe. La ecuación representativaes:C Fe3 + Me — > (FeMe)3 C donde Me representa al átomo metálico del grupo.

El orden indicado al comienzo representa también la capacidad de cada uno deellos de reemplazar átomos de Fe de la cementita, pero ahora en formadecreciente.

Si están presentes en porcentajes mayores a aquellos que tolera la cementita,forman otro tipo de carburos, que se pueden clasificar en los siguientes grupos:I Me3 C carburos tipo cementita

II Me23C6 y Me7C3 carburos tipo carburo simple de cromoIII Me6C y Me4C carburos tipo carburos dobles de W y MoIV MeC carburos tipo carburo de titanio

Desde el punto de vista cristalográfico, los carburos son bastante complejos. Losdel tipo cementita cristalizan según una red ortorrómbica en la que cada átomo deC está rodeado por seis de Me siendo variable la distancia interatómica Me - C.

Los carburos más complejos llegan a tener celdas unitarias de hasta 10 A (1nanómetro) y contienen hasta 100 átomos metálicos. Los carburos Me23C6 seforman con tenores de Cr superiores al 12 %, y los Me7C3 cuando el contenido deCr supera el 2%.

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Como generalmente en los aceros y fundiciones coexisten dos o más elementosaleantes con tendencia a formar carburos, cada uno disuelve a los otros, incluidoal hierro, en sus estructuras. Así por ejemplo Cr7 C3 disuelve en su red hasta 55 %Fe formando un carburo doble (Fe Cr)7 C3; Cr23 C6 disuelve hasta 35% de Feconstituyendo (Fe Cr)23 C6. De esta ley general sólo son excepción los carburos

del grupo ―tipo carburo de titanio‖. 

Análogamente, y dependiente del elemento aleante y del tenor en que estápresente, otros elementos reemplazan en la red al Cr, dando lugar a carburostriples.

Cuando en una aleación ferrosa hay W y/o Mo, se forman carburos del tipocarburos doble de W y Mo.

Generalmente cristalizan con exceso de C por lo que su composición químicaresponde a (Fe2 Mo2)C y (Fe2W2)C. 

Nb V Hf Zr Ta TiEstos elementos son los más afines con el C, y forman por ejemplo, CTi, CV, CZr,etc.Desde el punto de vista de su estabilidad, de suma importancia con respecto atratamientos térmicos, se los puede agrupar en:a) los de los grupos I, II y III que se desdoblan y disuelven relativamente bien en laaustenita, al elevarse la temperatura.b) los del grupo IV no se desdoblan en condiciones normales de calentamiento.

En todos los casos, los elementos considerados tienen al menos cierto grado desolubilidad en la ferrita, por lo que, contenidos bajos quedan en solución y, por lotanto, los carburos que formen estarán en coexistencia con el elementocorrespondiente en la ferrita y/o austenita.

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ACEROS PARA HERRAMIENTAS

Los aceros poco aleados presentan ciertas limitaciones, tales como falta de

templabilidad, fragilidad excesiva y poca resistencia del desgaste. Con objeto de

corregir estas deficiencias han surgido una serie de aceros aleados para trabajos

en frio o en caliente, denominados aceros de herramientas. La principal aplicaciónde estos aceros es la fabricación de útiles para conformar otros materiales, ya sea

por deformación o por corte. Las características generales de estos aceros son su

elevada dureza. Además, muchos de ellos están pensados para que se

mantengan sus características a temperaturas de 600 ºC, temperaturas que se

alcanzan bien por estar en contacto con metales a elevadas temperaturas, como

matrices, como por ejemplo, las matrices empleadas en intrusión, o por simple

rozamiento con el metal a conformar.

Para conseguir las características mencionadas, los aceros para herramientas

poseen un contenido de al menos un 0.6% de carbono, además de varioselementos de aleación entre los que destacan los metales refractarios como

tungsteno, molibdeno, cromo y vanadio, todos ellos formadores de carburos. La

estabilidad de estas aleaciones a alta temperatura se consigue porque, además de

la reducción de la velocidad del revenido inducida por los elementos de aleación,

existen en muchos casos un pico de temple secundario hacia los 500 ºC, por

precipitación de los carburos de los elementos aleantes. Como muchos de los

aleantes son CC, limitan el campo de existencia de la austenita, tendiendo a esta

estabilizar la ferrita y la martensita.

Clasificación de los aceros para herramientas

Existen diferentes métodos para clasificar los aceros para herramientas.se puede

hacer según el medio de temple que se utilice: agua, aceite y aire. El contenido de

aleación es otro medio de clasificación, lo que da lugar a aceros para herramientas

de baja y media aleación. Otro método de agrupación se basa en su utilización. De

esta manera, los aceros de herramientas se pueden clasificar, con excepción de

los empleados en piezas de maquinaria, de acuerdo con el procedimiento que se

utilice para modificar la forma y dimensiones de los materiales a conformar, segúnse realice por deformación o corte, en frio o en caliente.

Primer lugar estarían los aceros empleados como herramienta de corte con

arranque de viruta. Ejemplo de utilización son: el torno o cepillo mecánico, en el

que hay un único filo en contacto continuo con la pieza, brocas y terrajas que

poseen varios filos actuando de forma continua, la fresa que trabaja con varios

filos de manera discontinua. En todos los casos, el filo de la herramienta separa la

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viruta por efecto de cuña, produciéndose en el filo una fuerte presión, además de

tendencia al calentamiento y desgaste.

Las herramientas de corte por esfuerzos de cizalla, como las cizallas y las

punzonadoras, poseen dos elementos; uno de ellos móvil en el que se encuentre

el filo, y el fijo, que sirve de apoyo al material. Entre ambos elementos se produceel corte del material por efecto de cizalla. En la fabricación de estas herramientas,

sobre toda las de perfil complicado, interesa evitar que sean retocadas después

del temple, por lo que deben ser poco sensibles a la deformación y a la aparición

de grietas de temple, además interesa que tengan una alta tenacidad. Por forma

de trabajo de estos útiles, su fallo suele obedecer al desgaste y a desconchados

en los que puede influir la fatiga.

Por último, las herramientas que actúan sobre los materiales por deformación

deben soportar, dependiendo del caso, esfuerzos de degaste por frotamiento, de

compresión y de choque. Ejemplos de utilización de estas herramientas son laembutición, la forja y las matrices para moldeo por inyección. Además, tienen que

ser fácilmente mecanizables para conseguir un buen acabado y alta tenacidad.

Los fallos en servicio de estas herramientas son parecidos a los del grupo anterior,

con el agravante de que en muchos casos deben trabajar a altas temperaturas.

Por lo tanto para la mayoría de las aplicaciones, la dureza, la tenacidad, la

resistencia al desgaste y la dureza en caliente, son los factores más importantes a

tener en cuenta a la hora de elegir los aceros para herramientas.

Una clasificación más general que la anterior, es aquella que tenga en cuenta no

solo su uso, sino también su composición y templabilidad. De acuerdo con esta

clasificación existen cuatro categorías principales:

  Aceros templables en agua , también denominados de baja

templabilidad, que son menos aleados.

  Aceros de alta templabilidad , que poseen bastante contenido de

aleación y son muy indeformables.

  Aceros de herramientas para matrices , tanto para trabajos en

calienta como en frio.  Aceros rápidos 

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Aceros pocos templables

A este grupo pertenecen los aceros al carbono para herramientas que contienen

un 1.5% de carbono y que están débilmente aleados con Mn, Si y V, por lo que su

templabilidad no difiere mucho de la de los aceros comunes, conforme aumente el

contenido de carbono mayor será la presencia de cementita, mejorando lascaracterísticas antidesgaste aunque a costa de una menor tenacidad.

Debido a su baja templabilidad, pueden sufrir deformaciones y variaciones

dimensionales durante el temple, pudiendo darse el caso de que la acción del

temple se limite básicamente a la superficie. Para mantener las deformaciones

dentro de lo admisible, es fundamental un diseño apropiado de la herramienta y

efectuar con mucho cuidado el tratamiento térmico. El hecho de que la acción del

temple sea meramente superficial tiene sus ventajas, pues se pueden obtener

altas durezas superficiales con un núcleo tenaz. Este efecto no se puede

conseguir en aquellos aceros de mala calidad, en los que el tamaño de grano seagrande, puesto que en este caso el temple aumenta su profundidad creándose

problemas de agrietamiento e indeformabilidad.

Algunos de estos problemas pueden resolverse con pequeñas adiciones V

(0.25%) que retrasa el crecimiento de grano en el proceso de calentamiento previo

al temple. Si, por otro lado, interesa aumentar la profundidad del temple, esta se

puede controlar aumentando el contenido de manganeso hasta un 0.8% o el de

cromo hasta un 0.6%.

Aceros templables o indeformablesSon aceros cuya templabilidad se ha mejorado por ejemplo de mayores

proporciones de Mn y, eventualmente, con adiciones Cr, W o V, siendo su

composición base del 0.9% de C y del 2% de Mn. Son aceros que, debido sobre

todo al Mn, se templan en aceite presentando menos riesgos de deformación que

los del grupo anterior cuando se someten a tratamientos térmicos posteriores.

Esta cualidad es especialmente importante cuando se trata de piezas de formas

complicadas y dimensiones considerables.

Estos aceros se comportan como los no aleados con el mismo contenido de

carbono, y, como ellos, son muy sensibles al revenido, de ahí que la temperatura

de tratamiento más empleada sea de 200% ºC. Son sensibles al crecimiento de

grano durante el calentamiento de temple, por lo que se les adiciona entre un 0.1 y

0.3 de vanadio que da lugar a carburos insolubles a la temperatura de temple. Con

el mismo fin, en determinados casos, parte del Mn es sustituido por Cr, que

además eleva la resistencia al desgaste.

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La utilización de estos aceros se hace, en base a su indeformabilidad, en la

fabricación de piezas de formas complicadas y en las que se requiere gran

estabilidad dimensional, como por ejemplo, galgas, punzones y matrices de corte y

terrajas.

Aceros de herramientas para matrices en trabajo en frio

Estos aceros deben poseer una gran tenacidad, sobre todo si van a trabajar por

choque, y una baja deformabilidad. Para troquelado en frio, el acero debe poseer

una dureza apreciable con el fin de asegurar resistencia al desgaste, aunque su

tenacidad debe ser aceptable. Ello se consigue con la adición de silicio, además

de pequeñas cantidades de Mo, V y Cr. Cuando los útiles van a sufrir

calentamiento se suele añadir un 2% de W y un 1% de Cr.

Respecto a las apariciones, estos aceros se emplean en buriles, perforadoras

neumáticas y en general, en aquellos casos en los que la temperatura de trabajosea moderada.

Aceros de herramientas para matrices en trabajos en caliente

Estos aceros son los en operaciones de forja y estampación con temperaturas de

trabajo de hasta 400 ºC. Por tanto deben reunir una serie de cualidades, tales

como ser resistentes a la erosión, desgaste y al choque térmico, así como poseer

cierta tenacidad y templabilidad que permita evitar deformaciones o roturas en

útiles de forma complicada. Su composición es función, además de para cumplir

las propiedades mencionadas, de la temperatura de trabajo. Los elementos más

empleados son Cr, W y Mo (que dan lugar, resistencia al desgaste y templabilidad.

El V para afinar el grano y el Ni para aumentar la tenacidad.

Para temperaturas de trabajo de hasta 250 ºC, el contenido en carbono oscila

entre un 0.5 y un 0.9% en estado de recocido o de normalizado. En los trabajos en

que se requiere tenacidad para trabajos de choque se añade un 1% de Cr y un 2%

de W. También son de interés, para aplicaciones de hasta 400 ºC, los derivados

de los aceros de construcción da las series 43XX y 47XX al cromo-níquel-

molibdeno, a los que se incrementa el contenido de carbono hasta un 0.6%.

Cuando la temperatura de trabajo es más elevada, la adición de W desempeña unpapel fundamental. Así, para herramientas que sufran temperaturas de hasta 450

ºC durante largo tiempo, se añade un 4% de W y un 1.5% de Cr. Para

temperaturas próximas a los 600 ºC los aceros llevan un 8- 15% de W. Un 3% de

Cr y pequeñas cantidades de Mo y V. Conforme crece el contenido en W mejora

su comportamiento, aunque empeora la tenacidad. En algunos casos se añade

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hasta un 3% de Ni para mejorar la tenacidad, y hasta 3% de Co para mejorar las

resistencia al desgate dureza en caliente y al choque térmico.

Otro grupo de aceros para trabajar en caliente, muy empleados en USA, son

aquellos en los que el cromo es el principal aleante con un 5%, además de W

(hasta el 5%) y Si (hasta el 1%). Estos aceros poseen una elevada templabilidad,buenas resistencias en caliente y al choque térmico, alta tenacidad y cierta

inoxidabilidad, así como un coste moderado.

Aceros rápidos

La característica principal de estos es la de mantener la dureza durante el trabajo

a altas velocidades de corte, en el que se pueden alcanzar temperaturas de 660-

700 ºC. Para que el material conserve intacta su dureza después de sucesivos

calentamientos a estas temperaturas, es preciso que los carburos responsables de

dicha dureza sean estables a la temperatura de trabajo. Como la cementita tiendea aumentar de tamaño por encima de 200 ºC, la dureza del acero al carbono

disminuye a partir de esta temperatura. No obstante, con la incorporación de

elementos como W, Mo, Cr y V en una cantidad tal que sea suficiente para fijar

casi todo el carbono en forma de carburos especiales (M6C), se consigue que, al

ser estables hasta 600- 700 ºC, no se deteriore la dureza del material.

El acero rápido más utilizado es el 18-4-1, que contiene 0,7% de C, 18% de W,

4% de Cr y 1% de V, aunque existen otras variantes, en las que se sustituye parte

del W por Mo, con el objetivo de disminuir el contenido de W por razones de

escasez y por construir un elemento estratégico.

Estos aceros poseen tratamientos particulares, en relación a los aceros

convencionales, debido al seudodiagrama que producen con el hierro. Este

diagrama se muestra esquemáticamente en la figura 13.5, correspondiendo al

acedo 18-4-1 la coordenada del 29%. En esta figura, cabe resaltar la elevada

temperatura del eutéctico en relación al diagrama Fe-F3C. Durante el enfriamiento

del acero rápido desde la fusión precipitan tres tipos de carburos sucesivos. Los

carburos primarios son los correspondientes al eutéctico que se segregan en

forma de esqueleto rodeado por austenita. Entre el eutéctico y el eutectoide se

separa los carburos secundarios, debido a que su solución disminuye con latemperatura de acuerdo con la línea E´S´. Por último, por debajo del eutectoide se

segregan los carburos que forman parte de la perlita.

Como los carburos responsables de la dureza en caliente son los secundarios,

será necesario que el temple se realice desde una temperatura en la que estos

estén disueltos lo más posible, para obtener una martensita de alta aleación

estable a altas temperaturas. Si la temperatura de temple es insuficiente, no se

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solubilizaran suficientes carburos, obteniéndose una matriz pobre en carbono y

elementos de aleación. Si dicha temperatura es demasiado se puede quemar la

aleación se puede quemar la aleación por fusión del eutéctico en los bordes de

grano. La temperatura óptima será la que de máxima dureza después del temple.

Los carburos primarios, que no se pueden disolver, ejercen también un papel

positivo al impedir el crecimiento de grano.

El revenido, después del temple, es necesario para descomponer la austenita

residual, dando lugar a un aumento de la dureza, fenómeno conocido como

dureza secundaria. A la temperatura de revenido (~600 ºC), los carburos retenidos

en la austenita residual precipitan, por lo que en el posterior enfriamiento, al

contener la austenita menos elementos de aleación, se transforma en martensita,

produciéndose un aumento de dureza se debe tanto a precipitación de los de los

carburos complejos como a la transformación de la austenita residual en

martensita.

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CONCLUSIONES

En el planeta tierra se encuentran cantidades numerosas de minerales quepueden ser metálicas y no metálicas. Estos minerales no se encuentran en lanaturaleza en un estado puro. Ellos vienen acompañados de algún otro mineral o

elemento que se encuentre en la tierra y para adquirir el material que se desea sepasa por una serie de procesos para eliminarle impureza y que quede un materialdeseado.

Ahora bien gracias a estos minerales (metales) que nos ha proporcionado lamadre naturaleza se han podido realizar desde las más grandes construccioneshasta las más pequeñas entre las cuales podemos mencionar: los grandesrascacielos, puentes metálicos de gran magnitud, grandes embarcacionesnavieras u otras.

Por otra parte es necesario destacar que para la realización de dichas

construcciones, el material o la materia prima debe de cumplir con una serie deexigencia que están establecidas, la cual indica las características del material,sus propiedades mecánicas, tratamiento al que fue sometido, tipo de material(aleaciones) y su utilidad.

El tratamiento térmico se refiere a acciones con las que interrumpe a varía elproceso de transformación descrito por el diagrama de equilibrio. 

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para quepueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales esta creado. La clavede los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en elmaterial, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante

el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas otiempos establecido.

Una característica fundamental de los tratamientos térmicos es que estos sonrealizados al acero, y su meta principal es trabajarlo de manera óptima para logrartener materia prima y productos terminados con el fin de lograr un desarrollo endeterminadas industrias.

Debido a la variedad de los tratamientos térmicos es importante saber y distinguirlas diferencias y características que se obtienen con cada uno de los diferentestipos de tratamientos térmicos , ya que podemos obtener mejor resultado sabiendo

aplicar cada uno de ellos y entender los procedimientos básicos que este encierrapara un mejor trabajo; hoy, mañana y siempre estos tratamientos estaránpresentes por que este campo va a hacer infinito, el acero es una materia prima,podría existir diversas aleaciones pero acero estará presente y las característicasde este no se encajan del todo a nuestras necesidades y por eso es necesario elmanipularlo hasta llevarlo a lo mas extremo en lo que queremos obtener , mayorductibilidad, mayor dureza, entre otras propiedades presentes en los aceros.

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Los aceros aleados son para aplicaciones en que la corrosión no es un problema yse requiere propiedades mecánicas de resistencia y dureza, óptimas. El factorestructural y la relación peso/resistencia son los determinantes en la elección.Ejemplos son: estructuras, resortes, rodamientos, ejes, engranajes, cardanes,cigüeñales, tubos soldados, trenes de aterrizaje, pernos de anclaje.

la influencia de los elementos de aleación en los diagramas de equilibrio de losaceros (Elevación o descenso de las temperaturas críticas de los diagramas deequilibrio y las temperaturas Ac y Ar correspondientes a calentamientos yenfriamientos relativamente lentos, modificaciones en el contenido de carbono delacero eutectoide, Tendencia a ensanchar o disminuir los campos austeníticos oferríticos correspondientes a los diagramas de equilibrio, y otras influenciastambién relacionadas con el diagrama hierro-carbono, como la tendencia agrafitizar el carbono, a modificar el tamaño del grano, etcLa influencia de los elementos aleados sobre la templabilidad.La influencia que tienen en retardar el ablandamiento que se produce en el

revenido.

Existen otras influencias diversas, como mejoras en la resistencia a la corrosión,resistencia al calor, resistencia a la abrasión, etc., las cuales se deben directa oindirectamente a alguna de las variaciones o fenómenos citados anteriormente.

Los aceros de herramientas, además de utilizarse para la fabricación deelementos de máquinas, se emplean para la fabricación de útiles destinados amodificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por arranque de viruta,cortadura, conformado, embutición, extrusión, laminación y choque.

De todo lo dicho se deduce que, en la mayoría de los casos, la dureza, tenacidad,resistencia al desgaste y dureza en caliente constituyen los factores másimportantes a considerar en la elección de los aceros de herramientas. Noobstante, en cada caso en particular hay que considerar también otros muchosfactores, tales como la deformación máxima que puede admitirse en laherramienta; la descarburización superficial tolerable; la templabilidad openetración de la dureza que se puede obtener; las condiciones en que tiene queefectuarse el tratamiento térmico, así como las temperaturas, atmósferas einstalaciones que requiere dicho tratamiento; y, finalmente, la maquinabilidad.

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BIBLIOGRAFÍA

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