1. Resumen.-

Se desarrollo el tratamiento de templado para luego desarrollar el revenido a una probeta de acero 1020 y 1045. El proceso se desarrollo austenizando la probeta de acero, colentandola a 900° y luego enfriandola bruscamente por medio de agua y aceite.

2. Objetivos.-

Determinar la templabilidad de los aceros y sus tasas de temple utilizando información de los diagramas TTT.

Reconocer los diferentes tipos de diagramas TTT, según el tipo de acero y las microestructuras de los productos de transformación producidos a diferentes temperaturas.

Relacionar las transformaciones mostradas por el diagrama hierro-carbono, y las mostradas en los diagramas isotérmicos TTT y las curvas de enfriamiento continuo.

3. Introduccion.-

Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, etc., de los metales o las aleaciones en estado sólido, 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, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos.

4. Fundamento teorico.-

Tratamientos térmicos de los metales

Se trata de variar la temperatura del material pero sin variar la composición química.

Objetivo:

Mejorar las propiedades de los metales y aleaciones, por lo general, de tipo mecánico. En ocasiones se utiliza este tipo de tratamientos para, posteriormente, conformar el material.

Temple

El temple se utiliza para obtener un tipo de aceros de alta dureza llamado mar tensita. Se trata de elevar la temperatura del acero hasta una temperatura cercana a 1000 ºC y posteriormente someterlo a enfriamientos rápidos o bruscos y continuos en agua, aceite o aire.

La capacidad de un acero para transformarse en martensita durante el temple depende de la composición química del acero y se denomina templabilidad.

Al obtener aceros martensíticos, en realidad, se pretende aumentar la dureza. El problema es que el acero resultante será muy frágil y poco dúctil, porque existen altas tensiones internas.

Revenido

El revenido es el tratamiento térmico que sigue al temple. Recuerda que un acero templado es aquel que tiene una dureza muy alta (llamado martensita), pero tiene el inconveniente de ser frágil porque tiene tensiones internas.

El revenido consiste en calentar la pieza templada hasta cierta temperatura, para reducir las tensiones internas que tiene el acero martensítico (de alta dureza). De este modo, evitamos que el acero sea frágil, sacrificando un poco la dureza.

La velocidad de enfriamiento es, por lo general, rápida, pero dependerá de las características que queramos lograr.

Recocido

El recocido consiste en calentar un material hasta una temperatura dada y, posteriormente, enfriarlo lentamente. Se utiliza, al igual que el caso anterior, para suprimir los defectos del temple.

Se persigue:

Eliminar tensiones del temple. Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del acero.

Para realizar un recocido, se calienta el acero hasta una temperatura dada, se mantiene la temperatura durante un tiempo, se enfría lentamente hasta temperatura ambiente,

controlando la velocidad de enfriamiento. Si la variación de temperatura es muy alta, pueden aparecer tensiones internas que inducen grietas o deformaciones.

El grado de plasticidad que se quiere dotar al metal depende de la velocidad de enfriamiento y la temperatura a la que se elevó inicialmente.

Normalizado

Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por el material tras una conformación mecánica, tales como una forja o laminación para conferir al acero unas propiedades que se consideran normales de su composición.

El normalizado se practica calentando rápidamente el material hasta una temperatura crítica y se mantiene en ella durante un tiempo. A partir de ese momento, su estructura interna se vuelve más uniforme y aumenta la tenacidad del acero.

Diagrama TTT

Un diagrama TTT (temperatura, tiempo, transformación) o curva S resume las posibles transformaciones de la austenita para cada acero, imprescindibles tanto para el diseño de tratamientos térmicos como para la interpretación de las microestructuras resultantes después de los mismos. Su construcción experimental se realiza mediante un determinado número de muestras de acero que, previamente austenizadas, se enfrían en baños de sales a diferentes temperaturas y tiempos determinados. La microestructura obtenida en cada una de las muestras se analiza y representa, obteniéndose así el diagrama TTT para ese acero.

PROCESO EXPERIMENTAL

MATERIALES

Acero 1045 Acero 1020

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Horno eléctrico Durómetro digital Pinzas Guantes de caña larga para soldador Aceite SAE 40SF Agua Papel de lijar de números 100-200-400-600 Cubeta

Pinzas

Probetas de aceroSAE 1020 - 1045

Lijas de agua yDe fierro

Horno eléctrico

PROCESO OPERACIONAL

TEMPLADO

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.

El temple es un tratamiento térmico al que se somete al acero, concretamente a piezas o masas metálicas ya conformadas en el mecanizado.

Finalidad

Aumentar la resistencia a tracción, dureza. Disminuir: plasticidad, tenacidad. Modificar:

Propiedades físicas: aumento del magnetismo y la resistencia eléctrica.

Propiedades químicas: aumento de la resistencia a la corrosión.

Para templar una pieza se calienta hasta un temperatura superior a la crítica, –manteniendo el tiempo suficiente hasta lograr la total transformación de la austenita– y enfriando rápidamente. El fin que se pretende generalmente en este ciclo es transformar toda la masa de acero con el calentamiento en austenita y después, por medio de un enfriamiento suficientemente rápido, convertir la austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados.

Factores que influyen en el temple

La composición química del acero a templar, especialmente la concentración de carbono. También es muy importante la presencia de aleantes ya que amplían la franja temporal de enfriamiento en la que se puede obtener martensita. La temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento de acuerdo con las características de la pieza. La velocidad de enfriamiento y los líquidos donde se enfría la pieza para evitar tensiones internas y agrietamiento. Las tensiones internas son producidas por las variaciones exageradas que se le hace sufrir al acero, primero elevándola a una temperatura muy alta y luego enfriándola. Estas tensiones y grietas son consecuencia del cambio de volumen que se produce en el interior del acero debido a que el núcleo enfría a menor velocidad. A las piezas templadas hay que darles un tratamiento posterior llamado revenido para eliminar las tensiones internas Características generales del temple Es el tratamiento térmico más importante que se realiza. Hace el acero más duro y resistente pero más frágil.

SECUENCIA DE TRABAJO

1. Medir la dureza de las probetas con el durómetro digital y registrar los datos. 2. Colocar la probeta de acero en el horno eléctrico a 900 °c por un tiempo de 45

min aproximadamente.3. Sacar cuidadosamente las probetas de acero del horno utilizando las pinzas4. Colocar rápidamente una probeta en el depósito que contiene agua y otra probeta

en el que contenga aceite, agitar la probeta dentro del recipiente, este procedimiento no debe tardar, más de un 1 mm.

5. Pulir una de las caras de la probeta con el papel lijar.6. Medir la dureza en la cara pulida de la probeta y registrar los datos en la tabla 2.

MATERIAL ENFRIAMIENTO EN:

D.INICIAL D.FINAL

ACERO 1020 AGUA 43.175 HRC 60.23 HRCACERO 1020 ACEITE 43.5 HRC 51.4 HRCACERO 1045 AGUA 64.9 HRC 83.57 HRCACERO 1045 ACEITE 59.2 HRC 67.43 HRC

LUEGO SE CALIENTA LAS PROBETAS A UNA TEMPERATURA DE 550 °C DURANTE 30 MINUTOS.

REVENIDO

El revenido, es un tratamiento térmico que se aplica a los aceros endurecidos para reducir su fragilidad, incrementar su ductibilidad y tenacidad y aliviar los esfuerzos en la estructura de la martensita.

El tratamiento de revenido consiste en calentar el acero después de normalizado o templado, entre la temperatura ambiente y la de transformación Ac1 (aprox. 730 ºC ) ,seguido de un enfriamiento controlado en aceite o agua.

El objetivo del revenido es disminuir la elevada fragilidad producida por el temple anterior, así como proporcionar a los aceros una cierta tenacidad, a la vez que se eliminan o disminuyen las tensiones producidas por el temple.

Generalmente se puede decir que con la temperatura ascendente de revenido, aumentan la elasticidad y alargamiento y disminuyen la resistencia y la dureza (a excepción de los aceros rápidos).

El efecto del revenido depende de la aleación del acero, del temple, del espesor de la pieza y del tratamiento aplicado.

Quienes se someten al revenido Las piezas templadas con estructura de martensita tetragonal y austenita residual. Ambas estructuras son inestables y tienden a transformarse por calentamiento en estados más estables con cambio de volumen.

Al transformarse la martensita tiene lugar la disminución del volumen (longitud), y al descomponerse la austenita tiene lugar el aumento del volumen. La temperatura del revenido se ajusta a las necesidades de la posterior utilización de la pieza.

Hasta aproximadamente 150 Tanto la velocidad de calentamiento, como la exactitud, la permanencia y el enfriamiento, tienen una gran influencia para conseguir unos resultados óptimos después del revenido. El revenido no tiene influencia sobre la dureza

El efecto del revenido depende de la aleación del acero, del temple, del espesor de la pieza y del tratamiento aplicado.

1. Revenido de bajas temperaturas (entre 180 y 220oC); Con él se reducen las tensiones internas pero se conserva la estructura martesita. Se usa en el revenido de herramientas de corte, en las que debe mantenerse la dureza y resistencia al desgaste.

2. Revenido a medias temperaturas (entre 300 y 400 °C) a estas temperaturas la martensita se modifica y transforma en lo que se conoce como troostita y se aplica en los muelles o matrices.

3. Revenido de altas temperaturas (500- 550°C) a estas temperaturas la troostita se convierte en otra forma llamada sorbita, se aplica fundamentalmente para el acero de construcción.

El revenido mejora las características mecánicas reduciendo la fragilidad, disminuyendo ligeramente la dureza.

Características generales del revenido. Es un tratamiento que se da después del temple. Se da este tratamiento para ablandar el acero. Elimina las tensiones internas. La temperatura de calentamiento está entre 150 y 500 ºC. El enfriamiento puede ser al aire o en aceite.

Fases del revenido

El revenido se hace en tres fases:

1. Calentamiento a una temperatura inferior a la crítica.2. Mantenimiento de la temperatura, para igualarla en toda la pieza.3. Enfriamiento, a velocidad variable.

Calentamiento

El calentamiento se realizó en los hornos eléctricos. Para los aceros al carbono de construcción, la temperatura de revenido está comprendida entre 450 a 600°C, mientras que para los aceros de herramientas la temperatura de revenido es de 200 a 350°C durante un tiempo de 35 minutos.

Mantenimiento de la temperatura

La duración del revenido a baja temperatura es mayor que a las temperaturas más elevadas, para dar tiempo a que sea homogénea la temperatura en toda la pieza.

Enfriamiento:

La velocidad de enfriamiento del revenido no tiene influencia alguna sobre el material tratado cuando las temperaturas alcanzadas no sobrepasan las que determinan la zona de fragilidad del material; en este caso se enfrían las piezas directamente en agua.

Y proceder a medir la dureza de la probeta

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.

• Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad.

El tratamiento térmico de normalización del acero se lleva a cabo al calentar aprox. a 20ºC por encima de la línea de temperatura crítica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente

Producir un acero más duro y más fuerte que con el recocido total, de manera que para algunas aplicaciones éste sea el tratamiento térmico final. Puede utilizarse para mejorar la:

MATERIAL D.REVENIDOACERO

102058.3 HRC

ACERO 1020

41.93 HRC

ACERO 1045

70.7 HRC

ACERO 1045

63.97 HRC

Maquinabilidad. Modificar y refinar las estructuras de piezas de fundición. Refinar el grano. Homogenizar la microestructura.

El efecto neto de la normalización es que produce una estructura de perlita más fina y más abundante que la obtenida por el recocido, resultando un acero más duro y más fuerte

2.1.- Recocido

Tratamiento térmico en el que la austenita, enfriada lentamente, se transforma en los

constituyentes más estables. Se emplea para: homogeneizar la estructura, afinar el

grano, facilitar el mecanizado, eliminar la acritud que produce el trabajo en frío, las

tensiones internas y modificar las propiedades físicas y químicas.

El enfriamiento lento se consigue dejando la pieza en el interior del horno y regulando

automáticamente la disminución de la temperatura, o bien apagando y dejándolo enfriar

a la temperatura ambiente. También puede hacerse sacando la pieza del horno e

introducirla en baños fundidos (sales o metales) donde se regula el enfriamiento, o

recubriéndolas con arenas o cenizas calientes.

Según el fin que nos propongamos, se distinguen los siguientes tipos de recocido:

- Recocido homogéneo: Para destruir las heterogeneidades químicas (segregaciones de

carbono, azufre y fósforo) que se originan durante la solidificación. En este caso la

temperatura de calentamiento es muy elevada obteniéndose acero sobrecalentado que

hay que regenerar.

- Recocido de regeneración: Se da a los aceros sobrecalentados para afinar el tamaño de

grano y cuando se desee destruir el efecto de un tratamiento térmico mal efectuado.

MATERIAL D.INICIAL D.FINALACERO 1020 34.1HRC 47.6HRCACERO 1020 40.4 HRC 42.6HRCACERO 1045 62.78HRC 62.56HRCACERO 1045 66.43HRC 56.03HRC

- Recocido de ablandamiento: Se efectúa cuando hay necesidad de mecanizar piezas de

acero templadas, con objeto de quitarles la dureza y facilitar la operación de

mecanizado.

- Recocido de estabilización: Se da después de los trabajos de forja, laminado y

mecanizado, así como a las piezas fundidas, para eliminar las tensiones internas, pero

sin llegar a ablandarse demasiado.

- Recocido isotérmico: Consiste en enfriar las piezas, en estado austenítico, en un baño

de sales, dejándolas allí hasta que la austenita pasa a perlita. Conseguido esto, se enfría

al aire. Es más rápido que los de enfriamiento continuo.

PROCEDIMIENTO

Utilizar las misma probetas trabajadas en el proceso de normalizado.

Colocar las probetas de acero en el horno eléctrico a 960 °C por un tiempo de 35

minutos y luego dejar enfriar dentro del horno hasta una temperatura de 500 °C

Sacar cuidadosamente las probetas de acero del horno utilizando las pinzas.

Colocar las probetas en una superficie plana y dejar que enfrié a temperatura

ambiente.

Pulir una de las caras de la probeta con papel lijar.

Medir la dureza en la cara pulida de la probeta y registrar los datos en la tabla.

5. CONCLUSIONES.

MATERIAL D.RECOCIDOACERO 1020 35.3 HRCACERO 1020 28.9 HRCACERO 1045 56.16 HRCACERO 1045 45.2 HRC

Los procesos de tratamientos térmicos, tienen como finalidad modificar las propiedades mecánicas de los metales.

El templado busca incrementar la dureza del material, pero esto también lo vuelve frágil.

El revenido busca incrementar la tenacidad del material aliviando las tensiones internas, pero esto disminuye la dureza alcanzada en el templado.

La combinación de ambos procesos templado y revenido, se denomina bonificación, y da como resultado un metal con mayor dureza, y tenacidad.

El normalizado busca regresar el metal a su estado de dureza inicial. El recocido busca disminuir la dureza del material, lo cual conlleva también a

una deformación del metal.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué diferencias existen entre la transformación eutectoide y la eutéctica?

La eutéctica es una transformación que da como resultado dos solidos partiendo de un líquido.

La eutectoide es una transformación que da como resultado dos solidos partiendo de un sólido.

2. Respecto al mecanismo de endurecimiento en metales, cita tres tipos de tratamientos de endurecimiento en metales y explica cada uno de ellos.

Cementación, este es un procesos de endurecimiento termoquímico, que consiste en calentar el metal a temperaturas elevadas (aprox. 900°C) por varias horas, en presencia de una mezcla rica en carbono llamada cementante, el objetivo es endurecer la superficie del metal, aumentando el porcentaje de carbono, modificando su composición química, y manteniendo la composición del núcleo.

Nitruración, este es un proceso de tratamiento termoquímico, que se le da al acero, este proceso modifica su composición añadiendo nitrógeno mientras es calentado. El resultado es un aumento de la dureza superficial, resistencia a la corrosión y a la fatiga.

Cianuración, este es un proceso termoquímico de endurecimiento, el cual aumenta la dureza superficial del metal, y aumenta también su resistencia al desgaste.

3. ¿Qué es templabilidad? Si es demasiado blanda, la muela se desgastara rápidamente, junto con las chispas

alterando su forma. Si es demasiado dura, se embotara la muela.

4. ¿En qué consiste el temple? La templabilidad es la capacidad de una aleación para transformarse en martensita

durante un determinado temple. Depende de la composición química del acero. Un acero aleado de alta templabilidad es aquel que endurece, o forma martensita, no

sólo en la superficie sino también en su interior. Por tanto, la templabilidad es una medida de la profundidad a la cual una aleación específica puede endurecerse.

5. ¿A qué se llama velocidad critica de temple? Se define la velocidad crítica de temple, como la velocidad de enfriamiento mínima

para que la totalidad de la austenita formada en el calentamiento del acero, se transforme en martensita.

Las velocidades críticas de temple varían, para los aceros al carbono, de 200º a 600º por segundo, según sea el porcentaje de carbono.

Los elementos de aleación hacen, en general, disminuir la velocidad crítica de temple, pudiendo algunos aceros aleados templarse al aire, a velocidades inferiores a 50º/s

6. Explique las formas de determinar la templabilidad de un acero.a) Método Grossmann o del diámetro crítico ideal.

El método usa barras templadas de un acero con diámetros entre 0.5 y 2.5 pulgadas, en un medio de temple conocido.

Se cortan transversalmente las muestras y se examinan metalográficamente.

La barra que contiene 50% de martensita en el centro define el diámetro crítico real , Dc

b) Método Jominy. Templar una probeta estandarizada de 1” de diámetro y 4” de largo desde

temperatura de austenitización. Enfriar por su base inferior. La cual actúa como superficie templante que

enfría la probeta longitudinalmente hacia su extremo superior por conducción.

Obteniéndose así una variedad de velocidades de enfriamiento desde la máxima en el extremo templado, a la mínima en el opuesto.

7. Explica los tratamientos térmicos superficiales: Temple superficial a la llama. Temple por inducción. Temple por rayo láser. Temple por bombardeo electrónico.

a. Temple superficial a la llama.o En este caso el calor se aporta aplicando la llama de un soplete a la

superficie de la pieza. La temperatura de la llama producida por la combustión de acetileno o propano con oxígeno o aire alcanza 2000 ó 3000ºC. Calentando durante pequeños intervalos de tiempo, del orden de varios segundos, se impide que el calor se transmita hasta el interior de la pieza tratada, de manera que sólo su superficie se calienta por encima de la temperatura de Tratamientos térmicos de los aceros (4/9) Departamento de Tecnología IES Fco. Giner de los Ríos austenización. Después de retirar la llama se templa la superficie por inmersión o rociado de agua o aceite. Mediante este tratamiento se consiguen capas duras de 0,8 a 6,5 mm de espesor. Por otra parte, el incremento de volumen debido a la transformación martensítica superficial genera tensiones residuales de compresión en la periferia y de tracción en el núcleo, beneficiosas en lo

que respecta al comportamiento a fatiga del material. Después del temple, la pieza se somete a un proceso de revenido. El inconveniente de este método radica en la dificultad de controlar la profundidad del temple, así como en la imposibilidad de obtener capas duras inferiores a 0,8 mm.

b. Temple por inducción.o Este tratamiento se basa en el hecho de que en cualquier material

conductor sometido a un campo magnético variable con el tiempo se origina una diferencia de potencial que, de acuerdo con la ley de Lenz, se opone a la variación temporal del campo magnético. Esta diferencia de potencial da origen a la circulación de una corriente eléctrica en el interior de la pieza que provoca su calentamiento por efecto Joule. El espesor de la capa calentada depende de la frecuencia de variación del campo magnético, de tal forma que se utilizan frecuencias en torno a 1 Khz. para capas endurecidas de gran espesor (5-9 mm); y frecuencias altas, de alrededor de 500 kHz, para capas duras de 0,4 a 2 mm de espesor. Otros parámetros de control son la intensidad del campo magnético y la duración del tratamiento. Una vez realizado el ciclo de calentamiento, la pieza se templa por inmersión o rociado.

c. Temple por rayo láser.

o El rayo láser es una radiación electromagnética en el intervalo del

infrarrojo que al impactar sobre una superficie metálica produce una generación de calor. La acción del rayo láser durante segundos, o incluso fracciones de segundo, permite austenizar la superficie de la pieza mientras que el resto permanece frío. Por otra parte, el alto gradiente térmico generado posibilita el temple del acero cuando se deja de aplicar el rayo láser (autotemple) sin necesidad de introducir la pieza en un baño refrigerante. Con este método se pueden endurecer capas de 0,25 a 1,3 mm de espesor.

o El equipo utilizado es caro y no permite alcanzar profundidades superiores

a 2 mm; resulta muy útil para endurecer aceros de baja templabilidad o zonas de una pieza difícilmente accesibles por otros métodos.

d. Temple por bombardeo electrónico.o El calentamiento se realiza bombardeando directamente la pieza con un

chorro de electrones acelerados producidos por un cañón de electrones. Las características de este tratamiento térmico son las mismas que las del temple por rayo láser.

8. ¿Qué son las curvas TTT? Explica su construcción para un acero eutectoide.

Se denomina curva TTT al diagrama que relaciona el tiempo y la temperatura requeridos para una transformación isotérmica.

Los diagramas TTT son gráficas que representan la temperatura frente al tiempo (normalmente en escala logarítmica).

Son muy útiles para entender las transformaciones de un Acero que se enfría isotérmicamente. Así por ejemplo, en el caso del acero, y más concretamente para la fase Austenita, que es inestable debajo de la temperatura de transformación eutectoide, se necesita saber cuánto tiempo requerirá para empezar a transformarse a una temperatura subcrítica específica, cuánto tiempo precisará para estar completamente trasformada y cuál será la naturaleza del producto de esta transformación.

Se elaboran con el porcentaje de transformación frente al logaritmo de las medidas de tiempo.