tema 6 - tratamientos térmicos de los metales[2]

1PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES

TRATAMIENTOS TRMICOS DE LOS METALES

2

Es un proceso de calentamiento, permanencia en un horno a una determinada temperatura y finalmente enfriamiento.

El objetivo es obtener propiedades deseadas generalmente mediante el cambio de la microestructura.

Se pueden modificar:9 Propiedades mecnicas: resistencia a la traccin, dureza, ductilidad,

tenacidad, etc.

9 Propiedades tecnolgicas: maquinabilidad9 Homogenizar la composicin qumica o microestructura9 Incrementar su resistencia a la corrosin

Se aplican siempre en estado slido, nunca se llega al estado lquido

TRATAMIENTO TRMICO

3

Deformado en fro Duro Baja ductilidad ( 0 %)

TT: Recocido contra acritud Blando Alta ductilidad

Tratamiento Trmico

TRATAMIENTO TRMICO ACEROS

4

AISI 1035 Normalizado MAX = 50 kg/mm2 HB = 145 % = 30

AISI 1035 TT Bonificado MAX = 85 kg/mm2 HB = 262 % = 16

Tratamiento Trmico

TRATAMIENTO TRMICO ACEROS

5Aluminio AA 2014 - Recocido MAX = 19 kg/mm2 HB = 45 % = 18

Aluminio AA 2014 T6 MAX = 49 kg/mm2 HB = 135 % = 13

matrizsubmicroscopico

Tratamiento Trmico

TRATAMIENTO TRMICO ALUMINIO

6

Calenta-miento

Permanencia a temperatura

Enfria-miento

T (C)

tiempo (s)

Tc1 2 3

Tipos de enfriamiento:-Lento (en horno)-Aire quieto-Aceite-Agua-Salmuera

Temperatura (Tc):composicin qumica

Tc: temperatura de calentamiento

TRATAMIENTO TRMICO ETAPAS

Tiempo (t):espesor

Enfriamiento:Tratamiento Trmico

7

+

Fe3Cprimaria+primaria

Pgruesa+

Fe3Cred

Pgruesa+p

0,8 2,0 % C

723

910

1130 C

A3

A1

Acm

A3,1

T C

723 C

ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO DESDE AUSTENITA

8

TEMPERATURA DE CALENTAMIENTO

Realizar un tratamiento trmico de

normalizado a un acero DIN CK 45

Normalizado

Tc = A3 + 50 C

Tc

+primaria

Pgruesa+p

0,8

723

910A3

A1

Acm

A3,1

T C

% C

Pgruesa+

Fe3Cred

DIN CK45

0,45

9TEMPERATURA DE CALENTAMIENTO

910 C

723 C

0,45 % C 0,8 % C

A3

A1

Tc = 805 C (+ 50 C) = 855 C

[ ] [ ]( ) C8058,804C8,81723C%45,0A3 ==+=

8,0723910

45,08,0AA 13 =

C8,81AA 13 =Tc = A3+ 50 C

10

A3 (C)=902C - 255 %C + 19 %Si - 11 %Mn + 5 %Cr + 13 %Mo-20 %Ni+55 %V

A1 (C)=723C - 22 %C + 2 %Si - 7 %Mn + 14 %Cr + 13 %Mo-13 %Ni+20 %V

Estas relaciones valen para aceros dentro del siguiente rango devariaciones de composicin qumica:

%C [0,07 - 0,55], %Si [0,10 - 0,40], %Mn [0,30 - 0,60], %Cr [0,4 - 3,0], %Mo [0,15 - 0,50], %Ni [0,90 -2,2] y %V [0,10 - 0,20].


11

0,201,0---0,250,040,0350,820,454145

---------0,250,050,040,700,451045

%Mo%Cr%Ni%Si%S%P%Mn%CAISI

AISI 1045 (C)A3 = 902C - 255 (0,45) +19 (0,25) - 11 % (0,7) = 783C

AISI 4145 (C)A3 = 902C - 255 (0,45) + 19 (0,25) - 11 % (0,82) + 5 (1,0) +13 (0,2) = 800C


12

EFECTO TEMPERATURA Y TIEMPO: ELEVADOS

SobrecalentamientoCuando un acero es sometido a temperaturas mucho ms altas que los recomendados o a tiempos excesivamente largos se sobrecalentar. Un acero sobrecalentado presentar despus del tratamiento un tamao de grano grueso (grande). Su resistencia mecnica no se afectar mucho, pero si su ductilidad y tenacidad, quedando el acero quebradizo. Un acero sobrecalentado puede ser recuperado (regenerado) mediante un tratamiento trmico de normalizado.

QuemadoCuando el sobrecalentamiento se da a temperaturas cercanas a la lnea solidus, el acero presentar oxidacin en sus lmites de grano, producindose el quemado del acero. Un acero quemado no puede ser regenerado por medio de tratamientos trmicos y es chatarra.

13

Acero Quemado Oxido en sus limites de granos. Es chatarra.

Acero Sobrecalentado Crecimiento del grano

austentico. El acero puede ser recuperado

con un normalizado.

T C1 5351 4921 400

910

723

0,008 0,8 2,0 % C

Liquido

+ L

+ Fe3C +

+ Fe3C

+ L +

723

A3

Acm

1 130

Oxido

14

Tratamientos trmicos de recocido9 Recocido de regeneracin o total9 Recocido contra acritud9 Recocido de alivio de tensiones9 Recocido de globulizacin (globulizado)

Normalizado Temple Revenido Austempering Martempering (revenido)

bonificado

TRATAMIENTOS TRMICOS

15

Recocido de regeneracin o total9 Temperatura de calentamiento

Hipoeutectoides: Tc = A3 + 50 C

Hipereutectoides: Tc = A3,1 + 50 C

9 Permanencia en horno a 1 hora x cada 25 mm de espesor

9 EnfriamientoLento en horno

RECOCIDO DE REGENERACIN (TOTAL) - % C < 0,3

162,0 % C

+

Fe3C+p

Pgruesa+p

0,8

723

910

1130 C

A3

A1

Acm

A3,1

T C

723 C

Tc

+ 50 C

Fe3Cred+

Pgruesa


17

100 %

2,0 % C

+

Fe3C+p

Pgruesa+p

0,8

723

910

1130 C

A3

A1

Acm

A3,1

T C

723 C

Tc

+ 50 C

Fe3Cglobular+

Pgruesa


182,0 % C

+

Fe3Cp+p

Pgruesa+p

0,8

723

910

1130 C

A3

A1

Acm

A3,1

T C

723 C

100 %

Tc

+ 50 C

Fe3Cglobular+

Pgruesa


192,0 % C

+

Fe3C+p

Pgruesa+p

0,8

723

910

1130 C

A3

A1

Acm

A3,1

T C

723 C

Tc

+ 50 C

Fe3Cglobular+

Pgruesa

Fe3C


202,0 % C

+

Fe3Cp+p

Pgruesa+p

0,8

723

910

1130 C

A3

A1

Acm

A3,1

T C

723 C

Tc

+ 50 C

Fe3Cglobular+

Pgruesa

Fe3C


21

tiempo

- Enfriamiento lento en el horno (en equilibrio)

- Microestructura similaral diagrama Fe-Fe3C

A3

T C

50 C a 1 hora por cada 25 mm

Antes del enfriamiento- 100 % austenita para % C < 0,8- Todo el C est disuelto en la - Granos poligonales

?

Pgruesa p

AISI 1020Normalizado, bonificado,sobrecalentado, etc.

AISI 1020

Tc

RECOCIDO DE REGENERACIN (TOTAL) % C < 0,3

22

Se emplea en aceros de bajo carbono (% C < 0,3) para otorgarles ductilidad.

Tiene como objetivo obtener una estructura blanda y homognea con propiedades uniformes en el acero.

No tiene sentido realizar este tratamiento en aceros de hipereutectoides, pues esa microestructura no tiene aplicacin industrial.

Pgruesa p

RECOCIDO DE REGENERACIN (TOTAL) % C < 0,3

23

Acero severamente deformado en fro (con acritud)

RECOCIDO CONTRA ACRITUD %C < 0,4

24

A1

T T CC

Enfriamientoal aire

540 - 650

tiempo

Antes del tratamiento: acritud Despus del tratamiento: blando- Estructura deformada - Estructura recristalizada- Alta dureza - Baja dureza- Baja ductilidad - Alta ductilidad

a 1 hora por cada 25 mm723 C


25


Antes del tratamiento: acritud Despus del tratamiento: blando- Estructura deformada - Estructura recristalizada- Alta dureza - Baja dureza- Baja ductilidad - Alta ductilidad

26


27

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Grado de deformacin (%)

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

d

e

r

e

c

r

i

s

t

a

l

i

z

a

c

i

n

(

C

)

Temperatura de recristalizacin del acero en funcin del grado de deformacin


28

AcritudEn un metal a mayor deformacin en fro mayor acritud (mayor dureza y resistencia mecnica a costa de perdida de ductilidad).

Temperatura de recristalizacinTemperatura a la cual ocurre la recristalizacin completa (se originan nuevos granos) en un metal que fue deformado en fro.La temperatura de recristalizacin en un metal es aproximadamente 0,4 veces su temperatura de fusin en grados Kelvin.

RECOCIDO CONTRA ACRITUD

29FORMACIN DE TENSIONES RESIDUALES

RECOCIDO DE ALIVIO DE TENSIONES

30

El esfuerzo residual vara de acuerdo al % de deformacin. Los esfuerzos residuales se encuentran en el rango elstico y pueden

aproximarse al esfuerzo de fluencia.

Los esfuerzos residuales del material trabajado en fro estn en equilibrio. Si el equilibrio se altera, eliminando una porcin superficial del material por

maquinado, el material cambiar de forma pandendose o curvndose.

Es indeseable los esfuerzos de traccin, en particular si el material estarsujeto a cargas de fatiga.

Al contrario los esfuerzos de compresin mejoran el comportamiento a la fatiga.


31


Formacin de tensiones residuales acero AISI 105032



33



En general, es conveniente reducir o eliminar los esfuerzos residuales causados por el trabajo en fro.

Pueden hacerse de dos formas:9 Por medios mecnicos9 Tratamiento trmico de alivio de tensiones


35


AISI 1054 deformado en fro 20 %

Despus del tratamiento mecnico

Despus del TT de alivio de tensiones

36FORMACIN DE TENSIONES RESIDUALES EN SOLDADURA

DeformacinTensiones residuales


37TENSIONES RESIDUALES EN SOLDADURA


38

Tiene como objetivo reducir o eliminar la presencia de tensiones residuales (internas) presentes en el material como consecuencia de:

9 Deformacin en fro localizada9 Procesos de soldadura9 Mecanizado fuerte.

Se calienta a una temperatura menor a la de recristalizacin, por lo tanto, no hay modificacin microestructural.

El tiempo de permanencia en el horno es generalmente 1 hora por cada pulgada de espesor

Generalmente, las uniones soldadas de % C > 0,35 deben ser sometidas a este tipo de tratamiento trmico postsoldeo.


39

Temperatura de alivio de tensiones:9 Aceros al carbono 450 C - 650 C9 Aceros de baja aleacin 595 C 675 C9 Aceros de alta aleacin 900 C 1065 C

Se trata de no provocar cambios importantes en las propiedades del material.

Por lo tanto, no debe haber un cambio importante de la dureza o la resistencia a la traccin.


40

Consisten en calentar la unin soldada a una temperatura y a un perodo de tiempo determinado.

Cuando es posible, todo el componente soldado es introducido en un horno y cuando no se puede, se somete slo la unin a un calentamiento local.

Cuando el material es sometido a un calentamiento, se produce en l una disminucin de su lmite elstico; como las tensiones residuales en los cordones de soldadura (especialmente las longitudinales) pueden alcanzar valores muy cercanos a ste, el nivel de las tensiones residuales se reducir al redistribuirse para mantener el equilibrio de fuerzas.

RECOCIDO DE ALIVIO DE TENSIONES SOLDADURAS

41

En la medida de lo posible, es necesario garantizar que el incremento o disminucin de la temperatura sea lo ms uniforme posible en el componente soldado con fin de no generar nuevas tensiones residuales.

Como prctica para aliviar tensiones en soldaduras de acero, se suele emplear un calentamiento de una hora por 25 mm (1).

Una plancha de 6,4 mm (1/4) de espesor se debe ser calentar por quince minutos a la temperatura de alivio de tensiones.


42

ANCC: Associazione Nazionale per el Controllo della CombustioneASME: American Society Mechanical EngineeringBS: British StandardDnT: Den Norske Trykkebeholdekomite

No especificadoNo requeridoNo especificadoPor acuerdo9 Ni550 - 590C580 - 620C> 593C550 - 610C3 Ni670 - 740C710 - 760C> 677C680 - 730C5 Cr - Mo625 - 750C680 - 720C> 677C660 - 710C2 Cr - Mo620 - 660C630 - 670C> 593C630 - 680C1 Cr - Mo580 - 620C650 - 680C> 593C620 - 670CC - Mo550 - 600C580 -620C> 593C600 - 650CAl C / C-Mn

DnTBSASMEANCCAcero

RECOCIDO DE ALIVIO DE TENSIONES SOLDADURASRangos de temperaturas recomendados por algunos cdigos internacionales para aceros comunes de recipientes a presin:

432 La temperatura no debe exceder la temperatura de revenido del acero.

704 - 760732 - 760

5 Cr - Mo7 Cr - Mo9 Cr 1 Mo9 Cr 1 Mo plus V + Nb + N

677 - 7602 Cr - Mo2 Cr 1 Mo3 Cr 1 Mo

621 - 7181 Cr - Mo1 Cr - Mo

621 - 704 Cr - MoCAcero

Rango de temperatura2

Rangos de temperatura de alivio de tensiones recomendadas para aceros Cr-Mo (tratamiento post-soldadura)


44

Los principales objetivos de estos tratamientos son los siguientes:

Reducir o aliviar tensiones residuales en la unin soldada producidas por los calentamientos y enfriamientos rpidos y localizados que ocurren por la soldadura.

Disminuir la fragilidad de la unin soldada, originada por la formacin de estructuras martensticas en la ZAC. En estas condiciones, el tratamiento post-soldadura acta ms o menos como un tratamiento de revenido reduciendo la dureza del acero.

Mejorar la tenacidad de la unin, elevando la temperatura de transicin dctil - frgil para aceros al carbono o aceros Cr-Mo.

TRATAMIENTO TRMICO POST-SOLDADURA

45

Eliminar o reducir el contenido de hidrgeno difundido en la unin soldada durante el proceso de soldadura para reducir el riesgo de fragilizacin por hidrgeno. Cuando ste es su objetivo principal, se le denomina tratamiento de deshidrogenado.

En ciertos aceros como los aceros bonificados, donde el cordn de soldadura debe tener la misma elevada resistencia mecnica que el material base, es necesario someter a la unin soldada a tratamientos trmicos de temple y revenido.


46

Diversos cdigos internacionales establecen recomendaciones acerca de las condiciones bajo las cuales se deben ejecutar los tratamientos trmicos post-soldadura.

Estas condiciones dependern del espesor de la pieza a soldar y del tipo de acero(s) involucrado(s).

La siguiente Tabla resume una serie de recomendaciones para la ejecucin de estos tratamientos en aceros al C y C-Mn.


47

5 R x t . La temperatura a los extremos de la zona calentada deber ser la mitad de la temperatura en el centroR = radio interior del recipiente

Ancho del cordn + 3 tProteger la zona tratada aislndola del medio para evitar su enfriamiento brusco

Mnimo ancho de calentamiento

Enfriar hasta los 400C a una velocidad no mayor a 275C/h hasta un espesor de 25 mm.Por encima de 25 mm, la velocidad de enfriamiento no ser mayor a 55C/h o (6875/ t) C/h. Debajo de los 400 C, enfriar al aire.

Enfriar hasta los 417C a una velocidad no mayor a 277C/h o (707/ t) C/h. Por debajo de los 417C, enfriar al aire.

Enfriamiento

Si el espesor es < 35 mm,2 min por cada mm de espesor (tiempo mnimo: 1 h).Si el espesor es > 35 mm,Tiempo mnimo: 90 min.

Si el espesor es < 50 mm,1h por cada 25 mm de espesortiempo mnimo: 15 min.Si el espesor es > 50 mm,(2h+15) por cada 25 mm de espesor.

Tiempo de mantenimiento

580 - 620CT > 593CTemperatura de tratamiento

Calentar por encima de 427C a una velocidad no mayor a 222C/h hasta 25 mm.Por encima de 25 mm de espesor, el calentamiento no ser mayor a 55C/h o (5500/ t) C/h, donde t es el espesor de la plancha en mm.

Calentar por encima de 427C a una velocidad no mayor a 222C/h o (5644/ t) C/h, donde t es el espesor de la plancha en mm.

Calentamiento

BS 5500Recipientes a presin

ASME seccin VIIIRecipientes a presinEtapa

48625 - 750CISO (internacional)670 - 710CCODAP (francs)

T > 675CASME VIII (USA)630 - 750CBS 550 (ingls)

Aceros 2 Cr 1 Mo y 5 Cr - Mo

620 - 660CISO (internacional)630 - 680CCODAP (francs)650 - 720CAD-MERK (alemn)


Aceros Cr - Mo y 1 Cr - Mo

600 - 640CCODAP (francs)T > 593CASME VIII (USA)

Aceros Mn-Mo, Mn-Mo-V

580 - 620CISO (internacional)580 - 620CCODAP (francs)600 - 650CAD-MERK (alemn)


Aceros C-Mo (0,5%Mo)

T > 595CASME VIIIAceros Mn - Mo Ni VVer tabla anteriorAceros al C y C-Mn

Temperaturas de tratamiento post-soldaduraTipo de acero

49

Los aceros con un contenido en carbono mayor de 0,8 %, enfriadoslentamente desde la regin austentica, presentarn en su microestructura una red de Fe3C, la cual es muy dura y no permite mecanizar al acero hipereutectoide.

Pgruesa

Fe3Cred

RECOCIDO DE GLOBULIZACIN - % C > 0,8

50

AISI 10140 enfriado lentamente El mismo acero globulizado- Pertita gruesa - Matriz ferrtica- Cementita (Fe3C) reticular - Cementita globular- No se puede mecanizar (duro) - Mecanizable (blando)

Red de Fe3C

Perlita gruesa MATRIZ

Fe3CGLOBULAR

100 % Perlita GlobularPerlita Gruesa + Fe3Cred


51

Globulizado9 Temperatura de calentamiento

Tc = A3,1 + 50 C Austenizacin incompletaTc = A3,1 - 50 C SubcrticoTc = Oscilante A3,1 50 C Oscilante

Permanencia en horno

12 a 15 horas

9 EnfriamientoLento en horno hasta 500 C, luego en aire


52

Para que se pueda mecanizar, se tendr que cambiar la microestructura mediante un tratamiento trmico, de tal manera de romper la red de cementita.

Para ello se le aplicar un Recocido de Globulizacin o Globulizado. La temperatura de tratamiento trmico ser por encima de la lnea A3,1

(723 C) o por debajo.

Tambin se puede emplear una temperatura que oscile entre la temperatura de 723 C hacia arriba y hacia abajo.

El tiempo de permanencia es de 12 a 15 horas, seguido de un enfriamiento lento en horno hasta los 500 C, luego se puede enfriar al aire.

No es un tratamiento trmico final o de uso.


53

+

Fe3Cp+p

P+

Fe3Cp

P+p

0,8 2,0 % C

723 C

910 C

1130 C

A3

A1

T C

Acm

Temp. Calentamiento

0,2

A3,1

Recocido OscilanteRecocido de austenizacin incompletaRecocido Subcrtico


54

A3 Acm

A3,1

- Enfriamiento en aire- Microestructura con PERLITA FINA en mayor cantidad que con un recocido total

T C

tiempo

50 CtC = a 1 hora por cada 25 mm

100 %

NORMALIZADO

552,0 % C0,8

+

Fe3Cp+p

Pfina+

(Fe3Cprimaria)

723

910

1130 C

A3

A1

Acm

A3,1

T C

723 C

100 % Tc

+ 50 C

Pfina+

primaria

NORMALIZADO

56

NORMALIZADO

57

Porcentaje de microconstituyentes en un acero AISI 1050 (0,5 %C) con tratamiento trmico de recocido y normalizado

90 % (perlita fina)62 % (perlita gruesa)Perlita ( + Fe3C)

10 %38 %Ferrita ()

NormalizadoRecocido total

Tratamiento trmicoMicroconstituyentes

NORMALIZADO

El normalizado produce mayor contenido de perlita (fina) que un recocido total.

A mayor velocidad mayor contenido de perlita. 58

Propiedades de la perlita fina y gruesa

NORMALIZADO

150< 50Perlita globular

18060Perlita gruesa

25085Perlita fina

Dureza Brinell(HB)

Resistencia a la traccin (kg/mm2)Estructura

59

NORMALIZADO

La velocidad de enfriamiento es muy importante debido a que influye no solo en la cantidad de perlita que se forma, sino que lo hace tambin en

su tamao y el espaciamiento de las lminas de Fe3C.

Velocidades de enfriamiento mayores producen mayor cantidad de perlita, de lminas menos espaciadas y ms finas, dando como

resultado mayor resistencia mecnica y dureza en el acero.

A menor espaciamiento entre las laminas, en la perlita, mayor resistencia.

Velocidades de enfriamiento ms lentas producen piezas ms blandas y menos resistentes. 60

NORMALIZADO

: distancia entre lminas de y Fe3C

A menor espaciamiento mayor resistencia

61

Ahorro de tiempo frente a un recocido total en aceros de 0,15 - 0,4 %C Generalmente es un tratamiento trmico final en aceros estructurales. Mejora la maquinabilidad en aceros con %C < 0,2. Afina el grano de los aceros fundidos o forjados. Favorece un temple posterior uniforme en aceros de medio y alto

carbono.

Desaparece la retcula de cementita primaria en aceros hipereutectoides para un posterior recocido de globulizacin.

NORMALIZADO

62

Propiedades mecnicas de aceros al carbono con recocido total y normalizado

2291880Normalizado1792364Recocido

1060


1040


1030


1020

Dureza(HB)

Elongacin(% )

mx(kg/mm2)

TratamientoTrmicoAISI

NORMALIZADO

63

TRATAMIENTO TRMICO PARA ENDURECER

Tratamiento trmico para endurecer una aleacin de dos fases64

Homogeneizacin o tratamiento de disolucin9 Se calienta a una temperatura a la cual se tiene una fase nica de

solucin slida.9 Puede haber un cambio de fase o de estructura cristalina

Se enfra a una velocidad mayor que la velocidad de enfriamiento crtica9 Se mantiene el estado de alta temperatura9 Se puede modificar o no la fase o la estructura cristalina

Se envejece o reviene para obtener las propiedades deseadas9 Puede hacerse a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas

para efectuar un cambio de fase.

TRATAMIENTO TRMICO PARA ENDURECER

65

Enfriamiento rpido-Aceite-Agua-Salmuera

tiempo

50 CtC = a 1 hora por cada 25 mm

A3 A3,1

T C

Antes del tratamiento Templado- Se recomienda que este normalizado - Alta dureza- Microestructura: - Muy frgil

Perlita fina - Objetivo: obtener 100 % de Ferrita martensita clara

AISI 1040

100 %

TEMPLE

662,0 % C

+

Fe3Cp+p

P+

Fe3Cp

P+p

0,8

723

910

1130 C

A3

A1

Acm

A3,1

T C

723 C

100 %

Tc

+ 50 C

Fe3C

TEMPLE

67

100 %

Fe3C

100 % Martensita Martensita + Fe3C

Acero: hipoeutectoide Acero: hipereutectoide

Enfriamiento en agua

TEMPLE

68

Acero AISI 1035 Martensita de bajo carbono

TEMPLE

69

Acero AISI 1070 Martensita de alto carbono

TEMPLE

70Variacin de la dureza de la martensita

DEPENDE SOLO DEL % C

DUREZA DE LA MARTENSITA

71

La dureza de la martensita depende fundamentalmente del %C del acero, a mayor %C mayor ser su dureza y ser el valor de dureza mximo que es posible alcanzar despus del temple.

La siguiente ecuacin permite estimar la dureza de la martensita:

( )HRC20C60 martensita la de Dureza +=para un %C < 0,6%

MARTENSITA

72

TEMPLABILIDAD

HRC

Distancia

55

AISI1040Acero al Carbono

AISI4340Acero al Ni-Cr-Mo

Variacin de dureza

Menor templablidad

Mayor templablidad

Menor penetracin del

temple

Mayor penetracin del

temple

73

15202530354045505560

200 300 400 500 600Temperatura de revenido ( C )

D

u

r

e

z

a

H

R

C

AISI 1035 AISI 1080 AISI 10100

REVENIDO CURVAS DE REVENIDO

Segn la dureza o resistencia mecnica final deseada se elije la temperatura de revenido.

En un acero al carbono a mayor temperatura de revenido menor dureza y resistencia mecnica; pero mayor ductilidad.

Temperatura de revenido

74


Efecto del Mo durante el revenido de un acero de 0,35 %C

75


Variacin de la dureza del acero AISI H 11 durante el revenido. 0,35 % C; 5 % Cr; 1,5 % Mo y 0,4 % V 76

DUREZA HB - HRC

77

DUREZA vs RESISTENCIA A LA TRACCIN

Aceros laminados, normalizados o templados y revenidos 78

RECOCIDO TOTAL NORMALIZADO BONIFICADO

Propiedades mecnicas del acero AISI1040 (DIN C 40) sometido a diferentes tipos de tratamientos trmicos

1922868Revenido 650 C2122380Revenido 540 C2412186Revenido 425 C2551891Revenido 315 C2621691Revenido 205 C1702860Normalizado1493053Recocido total

1040

Dureza(HB)

Elongacin(% )

mx(kg/mm2)Tratamiento TrmicoAISI

79

RECOCIDO TOTAL NORMALIZADO BONIFICADO

Propiedades mecnicas del acero AISI4340 (DIN 40 Ni Cr Mo 8 ) sometido a diferentes tipos de tratamientos trmicos

2801998Revenido 650 C36013118Revenido 540 C43010148Revenido 425 C48610173Revenido 315 C52010188Revenido 205 C36312130Normalizado2172275Recocido total

4340

Dureza(HB)

Elongacin(% )

mx(kg/mm2)Tratamiento TrmicoAISI

80

S

O

L

D

A

D

U

R

A

P

O

R

F

U

S

I

N

(723 C)

81

FRAGILIZACIN POR ENDURECIMIENTO EN LA ZAC

Un acero alcanzar un mayor nivel de endurecimiento en la ZAC (mayor riesgo de fisuracin) cuanto:

1. Ms alto sea su % C.

2. Ms elevado sea su contenido de elementos aleantes (mayor

carbono equivalente CE).

3. Ms elevada sea la velocidad de enfriamiento del cordn de

soldadura.

82


Sin riesgo alguno (no hay necesidad de tratamiento post-soldadura)

< 30 %< 280 HV

Poco probable30 % - 50 %De 280 HV a 350 HV

Probable50 % - 70 %De 350 HV a 450 HV

Muy probable> 70 %> 450 HV

Riesgo de fisuracin en fro

Mximo % martensita presente

Dureza mxima en la ZAC

Relacin entre la dureza mxima en la ZAC, el porcentaje de martensita presente y el riesgo de fisuracin en fro en la ZAC asociado a ellos

83


Para evitar o reducir el riesgo de fisuracin por endurecimiento en la ZAC:

9 Precalentar la pieza antes y durante la soldadura para evitar laformacin de martensita.

9 Efectuar un tratamiento post-soldadura: Alivio de tensiones Tratamiento de revenido.

9 Seleccionar un acero con menor CE (CE < 0,4 %)9 Seleccionar un acero con menor %C (C < 0,2 %),

84

Si se tiene un acero con 0,2 %C, la dureza mxima que se puede alcanzar por transformacin completamente martenstica ser472 HV.

En cambio, para un acero de 0,4 %C, la dureza mxima posible ser660 HV.

Los valores que se deducen de la ecuacin corresponden a la dureza que el acero alcanzara luego de una transformacin 100% martenstica, es decir, sera la dureza mxima alcanzable en un acero.

Dureza mxima (HV) = 939 %C + 284


85


A travs de esta relacin, es posible predecir la dureza mxima que se alcanzara en la ZAC de una unin soldada.

Tomando como ejemplo un acero al carbono de 0,2 % C (con un contenido mximo de 0,6 % Mn), se puede calcular el CE y luego

estimar la dureza mxima en la ZAC:

9 Acero al carbono : 0,2 % C9 CE = 0,3 %9 Dureza mxima en la ZAC = 160 HV

Dureza mxima en la ZAC (HV) = 1200 CE - 200

86

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO

Pobre (se requiere adems procesos de soldadura con bajo H)

Muelles, resortes, matrices, herramientas

40 HRC0,50 - 1,00Alto carbono

Regular (se requiere pre-calentamiento y post-calentamiento)

Elementos de mquinas y herramientas

25 HRC0,30 - 0,50Medio carbono

BuenaEstructuras90 HRB0,15 - 0,30Acero dulce

ExcelenteAplicaciones especiales

60 HRB< 0,15Bajo carbono

SoldabilidadAplicacionesDureza% CDenominacin

87

TRATAMIENTOS TRMICOS DEL ALUMINIO

88

ALEACIONES DE ALUMINIO

No tratable trmicamenteTratable trmicamente, no recomendable para el soldeoNo tratable trmicamenteNo tratable trmicamenteNo tratable trmicamenteTratable trmicamenteTratable trmicamenteTratables y no tratables trmicamente

Al (99 % mn.)Al - CuAl - MnAl - SiAl - MgAl - Mg - SiAl - ZnOtros

1XXX2XXX3XXX4XXX5XXX6XXX7XXX8XXX

CaractersticasAleante principalSerie

89

ALEACIONES DE ALUMINIO: Al - Cu

+

+ L

Porcentaje de Cu

T C

Al

(CuAl2)

5,65 % de Cu

Enfriamiento en equilibrio

90

TRATAMIENTO TRMICO: T6T C

tiempo

solubilizado

Temple(enfriamiento

en agua)

(1 a 2 horas)

(6 a 8 horas)

Envejecimiento artificial = T6

Enfriamiento en aire

Temperatura540 C510 C

100 C200 C

(CuAl2) (sobresaturada) (matriz)

(finamente disperso)

91

TRATAMIENTO TRMICO: T6

Antes del tratamiento T6 Despus del temple Envejecido artificialmente-Enfriado en equilibrio - Enfriamiento en agua - En horno durante 6 a 8 h- precipitado en limites de - Solubilizado y temple - Precitacin de de grano de - se disuelve en

- Solucin sobresaturada

(Sobresaturada)

92

PROPIEDADES CON T4 y T6

11340310AA6082 T6

19260170AA6082 T4

14310270AA6061 T6

21235140AA6061 T4

Elongacin(% )

mx(MPa)

0,2(MPa)

Aleacin

93

CURVAS DE TRANSFORMACIN ISOTRMICA

CURVAS TI (TTT o S)

ACEROS

94

ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO DESDE AUSTENITA

MicroconstituyentesP

Pgruesa

(austenita)

+ Fe3CP

FASES + Fe3C

P +

T C

1 130 C

723 C

0,008 0,8 2,0 % C

910

723

MicroconstituyentesPgruesa

Fe3CP

(+Fe3C)PERLITA

A3

Acm

95

INTRODUCCIN

Enfriamiento lento

Enfriamientoen aire

Enfriamientoen agua

100 % Perlita gruesa

100 % Perlita fina

100 % Martensita

100 % AustenitaAISI 1080

(Calentado a 770 C)

96

El diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C) no es de gran utilidad en el estudio de los aceros enfriados bajo condiciones fuera de equilibrio.

El tiempo y la temperatura de la transformacin de la austenita tiene una profunda influencia en los productos de transformacin y las subsecuentes propiedades del acero.

La austenita es inestable por debajo de la temperatura crtica inferior a A1(723 C)

Es necesario saber cuanto tiempo necesita para empezar a transformarse a una temperatura menor a la crtica inferior, cunto tiempo precisar para estar completamente transformada y cul ser la naturaleza del producto de transformacin.

INTRODUCCIN

97

C

U

R

V

A

S

T

T

T

(

T

I

S

)

:

A

I

S

I

1

0

8

0

T CAustenita estable

Antenita inestable

Perlita Gruesa (15 HRC)

Perlita fina (40 HRC)

Bainita superior (40 HRC)

Bainita inferior (60 HRC)

Martensita clara (64 HRC)

Nariz


Antenita inestable

723

MS

MF

Tiempo, escala logartmica

Austenita

Martensita

25 %

Perlita

Bainita

Inicio de la TransformacinFin de la Transformacin

98

C

U

R

V

A

S

T

T

T

(

T

I

S

)

:

A

I

S

I

1

0

8

0







Nariz

723

MS

MF


Austenita

Martensita

25 %

VCT (velocidad crtica de temple)100 % Martensita

Enfriamiento Continuo Rpido

Perlita

Bainita

99

C

U

R

V

A

S

T

T

T

(

T

I

S

)

:

A

I

S

I

1

0

8

0


100 % Perlita Gruesa15 HRC

Nariz

723

MS

MF


Austenita

Martensita

25 %

Enfriamiento Continuo Lento

Perlita

Bainita

100

C

U

R

V

A

S

T

T

T

(

T

I

S

)

:

A

I

S

I

1

0

8

0


Nariz

723

MS

MF


Austenita

Martensita

25 %

Enfriamiento Continuo Intermedio

25 % Perlita Fina+

75 % Martensita

50%






Bainita

Perlita

101

C

U

R

V

A

S

T

T

T

(

T

I

S

)

:

A

I

S

I

1

0

8

0


Nariz

723

MS

MF


Austenita

Martensita

25 %

Enfriamiento Isotrmico

AUSTEMPERING

50%





Bainita

Perlita

100 % Bainita inferior(60 HRC)

102

Propiedades de la bainita superior e inferior

La bainita al igual que la perlita es un microconstituyente y contiene dos fases: ferrita y cementita.

La microestructura es mucho mas fina que la perlita y, no puede apreciarse la ferrita y la cementita en un microscopio metalogrfico.

La bainita es ms dura que la perlita y ms tenaz que la martensita de dureza equivalente.

5 - 10400 - 500140 - 175Inferior10 - 20250 - 40088 - 140Superior

Alargamiento(%)

Dureza Brinell(HB)

Resistencia a la traccin(kg/mm2)

Tipo de bainita

BAINITA

103

Bainita superior

BAINITA

Bainita inferior

104

Hay una mejora sustancial de la tenacidad a travs de una microestructura baintica especialmente en aceros de ms de 0,5 %C.

En aceros de menor %C, los resultados no son tan satisfactorios, siendo algunas veces el tratamiento de temple y revenido mejor.

1,259,5Resistencia al impacto (kg.cm/cm2)

0,3%1,9%Alargamiento

10790Lmite elstico (kg/mm2)

170198Resistencia a la traccin (kg/mm2)

50,250,4Dureza (HRC)

Temple y RevenidoAustemperingTratamiento

BAINITA MARTENSITA REVENIDA

105

Propiedades de un acero AISI 1080 segn su tratamiento trmico

36,614,0Impacto (J)

46,426,1% (estriccin)5,03,75% (ductilidad)

17851785mx (MPa)5050HRC

AustemperingTemplado y revenido

Tratamiento trmicoPropiedad

BAINITA MARTENSITA REVENIDA

106

MARTEMPERING: 100 % de MARTENSITA

Temple convencional MARTEMPERING(luego revenido) (luego revenido)

EN AMBOS 100 % DE MARTENSITA

107

AUSTEMPERING: 100 % de BAINITA

108

CURVA TTT: ACERO EUTECTOIDE

109

CURVA TTT: ACERO HIPOEUTECTOIDE

110

CURVA TTT: ACERO HIPEREUTECTOIDE

111

POSICIN DE LAS CURVAS TTT

Cuando el % C aumenta hasta 0,8 % la curva se desplaza a la derecha, a mayores contenidos se desplaza a la izquierda

La mayora de elementos aleantes desplazan la curva a la derecha A mayor tamao de grano austentico la curva se desplazar ms a la

derecha 112

Es una solucin slida sobresaturada de carbono. El contenido en carbono es variable. Su dureza, resistencia mecnica y fragilidad aumentan con el contenido

en carbono.

Despus de los carburos y la cementita, es el constituyente ms duro de los aceros.

Tiene una resistencia a la traccin que vara entre 170 kg/mm2 y250 kg/mm2 (1700 MPa y 2500 MPa), una dureza entre 50 HRC a 68 HRC y un alargamiento que oscila entre 0,5 % y 2,5 %.

La martensita presenta un aspecto acicular formando agujas en zigzag, con ngulos de 60.

MARTENSITA

113

La martensita cristaliza en el sistema tetragonal centrado en el cuerpo, cuya estructura difiere muy poco de la cbica centrada en el cuerpo de la ferrita.

La probable posicin de los tomos de carbono en la celda tetragonal de cuerpo centrado de la martensita, se puede ver en la figura.

Fe

Cc

a

Celda unitaria de la martensita

MARTENSITA

114Variacin de a y c de la martensita con el contenido de carbono

MARTENSITA

115Variacin de a y c de la martensita con el contenido de carbono

MARTENSITA

116

M

A

R

T

E

N

S

I

T

A

117

La transformacin de la austenita en martensita es sin difusin y se forma instantneamente, por tanto, no hay cambio en la composicin qumica.

La austenita cambia instantneamente su estructura cristalina. La transformacin depende slo de la disminucin de la temperatura y es

independiente del tiempo, a este tipo de transformacin se le llama atrmica.

Por lo tanto, si la temperatura, en un acero, se mantiene por debajo de la lnea MS la transformacin a martensita se detendr y no avanzarnuevamente, a menos que la temperatura disminuya, hasta alcanzar la lnea MF.

La posicin de la lnea MS no variar al modificar la velocidad de enfriamiento.

TRANSFORMACIN MARTENSTICA

118

La martensita es la estructura ms dura que se forma a partir de la austenita.

La martensita tiene una dureza muy elevada la que depender del contenido de carbono.

La siguiente figura muestra la influencia del carbono en las temperaturas MS y MF.


119

T (C)600

400

200

0

MS

MF

0,0 0,5 1,0 %C

Influencia del carbono en las temperaturas MS y MF


120

723 C

(austenita estable)

+

Bainita

Martensita

Bainita superior

+ PFINA

100 % Martensita

MS

MF

A B

C

D

tema 6 - tratamientos térmicos de los metales[2]

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