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Procesos de Fabricación
Villa de Álvarez Colima a 26 de Marzo de 2015
Ing. Francisco Tejeda Castrejón
Unidad 2 – Tratamiento Térmico del Acero
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Alumno:
Ingeniería Industrial Aula T-03
Instituto Tecnológico de Colima
Chávez Cervantes Abel
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-Procesos de Fabricación -
Índice Página:
Introducción .................................................................................................................... 2
Tratamiento Térmico del Acero ...................................................................................... 2
Generalidades .................................................................................................................. 2
Hornos Utilizados Para Los Tratamientos Térmicos ......................................................... 4
Tipos De Hornos ............................................................................................................... 4
Clasificación de los tratamientos térmicos. .................................................................... 4
Recocido .......................................................................................................................... 4
Temple ............................................................................................................................. 5
Revenido .......................................................................................................................... 6
Normalizado .................................................................................................................... 6
Tratamientos Termoquímicos del Acero ......................................................................... 7
Cementación .................................................................................................................... 7
Nitruración ....................................................................................................................... 7
Cianuración ...................................................................................................................... 7
Carbonitruración .............................................................................................................. 7
Finalidad .......................................................................................................................... 8
Conclusión ....................................................................................................................... 9
Bibliografía .................................................................................................................... 10
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Introducción Los tratamientos térmicos son un modo importante de cambiar la resistencia, dureza, ductilidad y otras propiedades de los metales. Involucran varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material. En algunas ocasiones el tratamiento térmico aplica, antes del proceso de formado, por ejemplo para ablandar el metal y ayudar a formarlo más fácilmente mientras se encuentra caliente. En otras ocasiones, se usa el tratamiento térmico para aliviar los efectos del endurecimiento por deformación que ocurre durante el formado y poder destinarla a una deformación posterior. Y por último, el tratamiento térmico puede realizarse durante o casi al finalizar la secuencia de manufactura para lograr la resistencia y dureza requeridas en el producto según las necesidades del cliente. El tratamiento térmico es un proceso de manufactura; por lo tanto es muy importante estudiar este tema en nuestra materia de “Procesos De Fabricación”. Los principales tratamientos térmicos que se explicarán en detalle, y para los que se describirán las técnicas son: Recocido, Normalizado, Temple, Revenido, Cementación, Nitruración, Cianuración y Carbonitruración.
Tratamiento Térmico del Acero
Generalidades
El estudio de los aceros es importante debido a que
ellos representan por mucho los materiales
metálicos más ampliamente usados, primeramente
por el hecho de que pueden ser manufacturados
en grandes cantidades en especificaciones muy
precisas, a un costo relativamente bajo. También
proporcionan un rango extenso de propiedades
mecánicas, desde niveles de resistencia moderada
con excelente ductilidad y tenacidad hasta muy altas resistencias con una ductilidad
adecuada. Por esto, no debe de sorprender que los hierros y los aceros comprendan hoy
en día, sobre el 80 % en peso de las aleaciones de uso industrial.
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El estudio de los procesos de T.T. del acero comenzó por D.Chernov de los puntos
críticos del acero en 1868.
El postulado de Chernov acerca de que las propiedades de los aceros se
determinan por la estructura y que esta depende de la temperatura de calentamiento y
de la rapidez del enfriamiento, fue generalmente reconocido y durante los decenios
siguientes, los investigadores establecieron la relación entre la estructura y las
condiciones de su formación (principalmente la temperatura de calentamiento y la
velocidad de enfriamiento). En los años 20 y 30 de este siglo investigadores como el
soviético S.Steinberg, los norteamericanos Mell y Bain y los alemanes Weber,
Hannerman y Esser, con sus numerosas y profundas investigaciones establecieron la
cinética de las transformaciones del acero en sus diferentes composiciones químicas.
“Es una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento, en tiempos
determinados y aplicadas a un metal o aleación en el estado sólido en una forma tal
que producirá propiedades deseadas”
Los tratamientos térmicos del acero se basan en la aplicación de las transformaciones estructurales que experimenta el acero (transformaciones alotrópicas) y de los procesos de recristalización y de difusión. Todos los procesos básicos de tratamientos térmicos para aceros incluyen la transformación o descomposición de la austenita.
Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición
química, dando a los materiales unas características mecánicas concretas.
Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse
erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.
Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir
fisuras (resistencia al impacto).
Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de
mecanizado por arranque de viruta.
Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar.
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Hornos Utilizados Para Los Tratamientos Térmicos
El horno es el elemento principal de los tratamientos térmicos es un instrumento
constituido por una caja susceptible de calentamiento y que permite el control y la
regulación del tiempo, de la temperatura, de la atmósfera, y de las velocidades de
calentamiento y de enfriamiento.
Tipos De Hornos
Calentamiento: Eléctrico (por resistencia, por inducción), a Gas, a fuel Oil.
Según la atmósfera reinante en el horno: Vació, Neutra (Argón, Helio, Nitrógeno),
Reductora (Exogas, Endoga, Amoniaco Disociado, Hidrogeno de atmósfera sintética.
Según la Solera: Discontinua, Continua, (Horizontal, Vertical).
Clasificación de los tratamientos térmicos.
Recocido Es una de las operaciones de tratamiento térmico más importantes y utilizadas en el
tratamiento térmico del acero. Consiste en calentar el acero hasta una temperatura
dada, un mantenimiento a esa temperatura y un enfriamiento lento en el horno. Se
obtienen estructuras de equilibrio, son generalmente tratamientos iniciales. Ablandan el
acero.
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Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización
(800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento.
Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la
dureza.
Es un tratamiento parecido al normalizado, pero efectuado de manera que resulte
el mayor ablandamiento posible.
En general, el recocido puede dividirse en tres etapas:
1) Recuperación: el material recupera sus propiedades físicas, como son: conductividad
térmica, conductividad eléctrica, resistividad, etc. Las propiedades mecánicas no
cambian.
2) Recristalización: los materiales trabajados en frío sufren una recristalización, en la
que aparece un nuevo juego de granos libres de deformación. Desaparece la dureza y la
resistencia adquirida por el trabajo en frío y se recupera la ductilidad.
3) Crecimiento de grano: los granos grandes crecen a expensas de los granos pequeños,
teniendo como objetivo lograr un tamaño de grano homogéneo y no que en realidad se
desee que crezca el grano.
Temple Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el
acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-
950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en
un medio como agua, aceite, etcétera.
Uno de los atributos del acero, el cual es con toda certeza el de mayor significado para
los tratamientos térmicos es su capacidad para endurecerse. Este atributo tiene un
doble significado, es importante no únicamente con relación a la obtención de un alto
nivel de dureza o resistencia por tratamiento térmico, sino también con relación a la
obtención de un alto grado de tenacidad por medio del tratamiento térmico, lograda a
partir de una microestructura deseable, generalmente martensita revenida o bainita
inferior.
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Revenido Se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del
temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. Consigue disminuir la
dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el
temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada.
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.
La estructura que surge después del calentamiento hasta las temperaturas que
corresponden a la zona de austenita y enfriamiento en el aire, se considera como
normal en el acero. Por eso la normalización corresponde a un recocido supercrítico con
enfriamiento al aire.
La cantidad de ferrita o cementita sobrante, después del normalizado, es menor que
después del recocido y la perlita está más dispersa. Por eso el acero normalizado tiene
resistencia y tenacidad un poco más alta y una maquinabilidad más baja que el acero
recocido.
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Tratamientos Termoquímicos del Acero
Cementación Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la
concentración de carbono en la superficie.
El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica,
obteniéndose después, por medio de temples y 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 la composición de la superficie de la pieza. Se logra
calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una
corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.
Cianuración Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con
cianuro, carbonato y cianato sódico.
Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.
Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial,
pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido
de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es
necesario realizar un temple y un revenido posterior.
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Finalidad
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Conclusión La utilización de tratamientos térmicos permite lograr las más diversas características del acero y sus aleaciones, así como de otros muchos metales. En consecuencia dichos tratamientos tienen una importancia primordial en las distintas fases de fabricación de la industria moderna. En este trabajo quise dar una información precisa sobre los diferentes tratamientos térmicos, sus procedimientos y resultados. La industria ha mejorado y progresado a pasos acelerados durante los últimos años, por tal motivo el ser humano ha tenido la necesidad de buscar métodos que permitan a la industria, lograr procesos para asegurarse de que sus productos cumplan con los requisitos mínimos de calidad, establecidos por la propia empresa, así como cumplir los requerimientos del cliente para lograr una mayor competitividad. El tratamiento térmico pretende endurecer o ablandar, eliminar las consecuencias de un mecanizado, modificar la estructura cristalina o modificar total o parcialmente las características mecánicas del material. Podemos distinguir dos razones principales para efectuar tratamientos térmicos en los cuales se pretende conseguir un endurecimiento (temple) o un ablandamiento (recocido). Es importante comprender que cada proceso tiene su campo de aplicación específico y sólo en pocos casos se puede sustituir uno por otro. Por ello es conveniente consultar antes de elegir el material a usar, acerca del proceso más apropiado y hacer los ensayos correspondientes. También es prudente remitir muestras del material elegido para verificar sus cualidades con respecto al tratamiento elegido.
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Bibliografía
Todo Ingeniería Industrial (24-03-2015). Tratamientos térmicos del acero.
Recuperado de https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-de-
fabricacion/
Cursos (24-03-2015). Tratamiento térmico del acero. Recuperado de
http://cursos.aiu.edu/procesos%20industriales/pdf/tema%202.pdf
UNAM (24-03-2015). Aceros, estructuras y tratamientos térmicos. Recuperado de
http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/
m6/aceros%20estructuras%20y%20tratamientos%20termicos.pdf
Sabelotodo (24-03-2015). Tratamientos térmicos del acero. Recuperado de
http://www.sabelotodo.org/metalurgia/tratatermacero.html