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Introducción.
Describir el procedimiento para el diseño de un sistema de enfriamiento para el templede aceros, teniendo en cuenta las variables temperatura, agitación y tipo de medio deenfriamiento.
El temple de los aceros es de gran aplicación industrial por eso buscaremos la forma demejorar el proceso y las características del material mediante el control del sistema deenfriamiento
DISEÑO DE UN SISTEMA DE ENFRIAMIENTO PARA ELTEMPLE DE ACEROS
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Transferencia de calor durante el temple:
-enfriar el material rápido de modo que se forme bainita o martensita.- selección de un medio de enfriamiento: capacidad de endurecimiento, espesor,forma, velocidades, tipo de acero, dimensiones, composición, futura aplicación, mediosde enfriamiento, operaciones de mantenimiento, debe garantizar la seguridad de los operarios.
capacidad de endurecimiento: posibilidad de incrementar su dureza y su resistencia
por medio de templado.Facilidad de templar según los factores que influyen en el endurecimiento
Tamaño: espesor y forma: piezas delgadas y anchas∆T.
Consecuencias: la zona interior tiene una V de enfriamiento menos a la critica.
Velocidad critica de temple
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Composición: La velocidad crítica de temple disminuye cuando elcontenido de carbono aumenta. Se modifica la estructura de lamartensita mas fácil:
Estructura FCC estructura tetragonal centrada en el cuerpo
los átomos de carbono se acomodan en el centro de la arista.
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La temperatura Ms paraaleaciones Fe-C disminuye a
medida que el porcentaje en
peso de carbono aumenta en
estas aleaciones.
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1. - El aluminio, el berilio, el niobio, el tántalo, el titanio y el circonio forman carburos y
aumentan, por tanto, el contenido de carbono del eutectoide desplazándolo hacia la derecha.
Influencia del contenido carbono en el endurecimiento obtenido por el temple de los aceros al
carbono.
2. - El cobalto, el cobre y el silicio forman soluciones sólidas con el hierro, pero no dan ningúncarburo. Como consecuencia, baja el contenido de carbono del eutectoide, desplazándose hacia
la izquierda.
3. - El molibdeno, el cromo, el wolframio, el manganeso y el níquel disminuyen o aumentan el
contenido de carbono del eutectoide, según la importancia de la aleación, pues de ella depende
que formen soluciones sólidas con el hierro y el carbono o carburos metálicos
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M. Aall ha tratado de concretar los desplazamientos del punto eutectoide, tantovertical como horizontal, del diagrama hierro-carbono, en función de losporcentajes de aleación de los elementos. Una vez situado el nuevo puntoeutectoide, se dibuja el diagrama hierro-carbono, que sirve en primera
aproximación para estudiar las transformaciones de la nueva aleación.Los valores de los desplazamientos se obtienen en función de doscoeficientes: uno para los desplazamientos verticales y otro para loshorizontales.
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El diagrama ttt es consecuencia de la cinética de la transformación
eutectoide y permite predecir la estructura, propiedades mecánicas y eltratamiento térmico requerido en los aceros.
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La curva de la “S” o curva TTT (temperatura, tiempo, transformación) refleja claramentela influencia que tiene la composición y el porcentaje de elementos de aleación sobre lavelocidad crítica de temple.
podemos observar en este esquema si se calienta por encima de la linea A1 yenfriar hasta una temperatura por encima de 550ºc y manteniendo estatemperatura por un tiempo determinado podremos obtener perlita.
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la fase ideal en procesos de temple es la martensita y esto ocurre al calentar por encimade la linea A1 a un ritmo lento y enfriar en un ambiente o método muy abrasivo como lopuede ser el agua con sal
fase de austenita con un cristal (FCC) pasa aun fase de martensita con un cristal
tetragonal.
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Influencia del tamaño de grano: las velocidades críticas de
temple de los aceros de grano grueso son menores que lasvelocidades críticas de temple de los aceros de grano fino.
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Influencia del medio de enfriamiento:
cada medio de enfriamiento proporciona una velocidad de enfriamiento diferenteelección del medio de enfriamiento va relacionada con el tipo de acero
• Agua
• Salmuera (Mezcla de agua y Cloruro de Sodio o sal común de mesa)• Salmuera con hielo
• Aceite para temple (baja viscosidad VG 32 o inferior y alto punto de “inflamación”)
• Aire tranquilo (sin agitar o convección natural)
• Chorro de aire a presión (convección forzada)
• enfriamiento en baño de sales a alta temperatura
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Propiedades del fluido que influye sobre el temple:
Conductividad Térmica
Temperatura de Ebullicion
ViscosidadCalor de Evaporacion
Radiación
Conveccion
Conducción
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Agua: templar partes simples y simétricas hechas de acero poco templable,ordinarios al carbono o poco aleados, donde el enfriamiento drástico queproporciona el agua no produzca distorsión excesiva o agrietamiento de lapieza, utilizada porque da una velocidad de enfriamiento que es casi la máximaobtenible con un liquido; es muy barata y muy fácil de conseguir; se puededesechar sin problema de contaminación.
peligro de agrietamiento que ocurre durante el temple.
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Salmuera: soluciones acuosas con porcentajes variados de sal (NaCl o CaCl2) ~10%
capacidad enfriadora aumenta y al mismo tiempo su mayor poder de extraccion de
calor se da a 500 grados celsius. Esto hace que se requiera un control de temperaturamenos critico y que la posibilidad de aparicion de parches blandos o distorsion sea
menos severa que con agua.
Desventajas: costos, corrosividad,
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Aceites: aceites minerales. Según su composición, efecto templante y temperatura de
uso, los aceites se clasifican como: rápidos, martempering y de temple en caliente.
Su velocidad de enfriamiento es un poco mas baja que la del agua, se usan generalmentepara aceros aleados o donde se requiera baja velocidad de enfriamiento.
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http://blog.utp.edu.co/metalografia/page/3/
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conocimiento del medio de enfriamiento permite evaluar:flexibilidad del medio, facilidad de mantenimiento, estabilidad, seguridad, corrosividad,
respuesta a la agitación, facilidad de limpieza, disponibilidad, costo y posibles fallas.
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Según la dinamica, se consideran tres estados de la remoción de calor en laprobeta a templar:1) Etapa de enfriamiento por capa de vapor.
2) Etapa de enfriamiento por transporte de vapor.3) Etapa de enfriamiento por líquido
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Etapa A: Etapa de enfriamiento por radiación y convección a través de la
envoltura de vapor.
Etapa B: Etapa de enfriamiento por transporte de vapor o convección. Esta etapa
empieza cuando el metal se ha enfriado a una temperatura tal que la película de vapor
ya no es estable y va desapareciendo paulatinamente, todavía queda austenita.
Etapa C: Etapa de enfriamiento por conducción y convección, la velocidad de
enfriamiento de esta etapa es mas lenta que en la anterior. Esta etapa empieza
cuando la temperatura de la superficie del metal alcanza el punto de ebullición del
líquido en temple esta etapa se presenta aproximadamente por debajo de los 300
grados Celsius
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DISEÑO DE TANQUES
DE ENFRIAMIENTO
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Descripcion del sistema:
el tanque debe tener controles de temperatura, agitacion, flujos, velocidad ~0,25 m/s.
Componentes del sitema:tanques de enfriamiento: debe tener un volumen especifico, calculado por ecuaciones empíricas.Agitadores.
Motor: velocidades entre 4000 y 6000 rpm
Sistema de calentamiento: el acero no se sumerge en un fluido a T ambiente.
Controles: temperaturas, flujos, agitación, velocidad,
Colector o brazo mecánico
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PROBLEMA CAUSA
Ruptura durante el enfriamiento
•Enfriamiento muy drástico•Retraso en el enfriamiento
•Aceite contaminado•Mala selección del Acero
•Diseño inadecuado
Baja dureza después del temple
•Temperatura de temple muy baja•Tiempo muy corto de mantenimiento
•Temperatura muy alta o tiempos muy largos•Decarburación del Acero
•Baja velocidad de enfriamiento
•Mala selección del acero (Templabilidad)
Deformación durante el temple•Calentamiento disparejo
•Enfriamiento en posición inadecuada•Diferencias de tamaño entre sección y continuas
Fragilidad excesiva •Calentamiento a temperatura muy alta•Calentamiento irregular
PROBLEMAS Y CAUSAS QUE SE PRESENTAN EN EL TEMPLE DE LOS ACEROS
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COSMOSFloWorks OVERVIEW:
programa que simula el flujo de fluidos, transferencia de calor, fuerzas ensolidos sumergidos o circundantes.
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Simula todo tipo de fluidos.Flujos internos y externos.
Turbulentos.viscosos,.Compresibles.Transferencia de calor.Líquidos newtonianos y no newtonianos.Radiación, convección y conducción.Simular casi en condiciones de la vida real.Simula efectos de generación de calor.rugocidades
En si permite analizar todo lo relacionado con los fluidos, se utilizageneralmente para optimizar y diseñar procesos.