Tratamientos trmicos de templado y revenido

Aleaciones ferrosasEmmanuel Caldera Buenda A01370613Sergio David Carrizales Ramos a01165082Kareem Martnez Tirado a01164643Erick Francisco Sols Hernndez a01165074

Agenda

Introduccin

Para la produccin de acero primario, el mineral de hierro (xido de hierro) se calienta en un alto horno en presencia de coque (carbono) y oxgeno. El carbono reduce el xido de hierro a hierro en bruto lquido, produciendo monxido de carbono y bixido de carbono como subproductos. La piedra caliza, agregada para ayudar a eliminar impurezas, se funde produciendo escoria lquida. Dado que el hierro bruto lquido contiene cantidades muy grandes de carbono, se sopla oxgeno en el horno de oxigenacin o de aceracin bsico para eliminar el carbn excedente y producir acero lquido.

CLASIFICACION DE LOS ACEROSEl AISI (Instituto Americano del Hierro y el Acero) y el SAE (Sociedad de Ingenieros Automotores) tienen sistemas para la clasificacin de los aceros en los cuales utilizan cuatro o cinco dgitos.

Los dos primeros nmeros se refieren a los principales elementos de aleacin presentes .

Los ltimos dos o tres se refieren al porcentaje de carbono de la aleacin.

Ejemplos de acerosUn acero AISI 1040 se refiere a un acero al bajo carbono .40% de Carbono.

Un acero SAE 10120 se refiere a un acero al bajo carbono, conteniendo 1.20% de Carbono.

La siguiente tabla muestra algunos tipos de aleaciones de los aceros:

Ejemplo 12-1Una herramienta de acero sin alear , utilizada para el maquinado de ruedas de aluminio para automvil, se ha encontrado que funciona bien, pero los registros de compras se han perdido y no se conoce la composicin del acero. Determine el contenido de carbono del acero.

SolucinComo dato se sabe que el porcentaje de Fe3C es del 16%, usando la regla de la palanca podemos obtener el porcentaje de carbono observando en la tabla, si sabemos que el mximo porcentaje de carbono es 6.67% y el mnimo es 0.0218%Podemos encontrar el porcentaje de carbono con la siguiente formula:

% Fe3C = (x-.0218)/(6.67-.0218)= 16

x= 1.086% C.

Otra solucinOtra forma de resolver este problema es conociendo el porcentaje de perlita que en este caso es un dato que tenemos de 95%, se vuelve a observar la grafica y podemos darnos cuenta que la perlita va desde el .77% hasta el 6.67% entonces:% perlita= (6.67-x)/(6.67-.77)= 95x= 1.065% C.Por lo que con estos dos resultados podemos aproximar y decir que esta herramienta esta hecha con un acero 10100 porque tiene un de porcentaje aproximado de 1% de carbono.

Tratamientos trmicos simplesExisten cuatro tratamientos trmicos simples:

RECOCIDO INTERMEDIO

RECODIO

NORMALIZADO

ESFEROIDIZADO

En las siguientes figuras se muestran los diferentes tratamientos trmicos dependiendo si el un aleacin Hipoeutectoide o Hipereutectoide.

RECOCIDO INTERMEDIOSe utiliza para eliminar el efecto del deformado en frio en aceros con menos de .25% C. , Este tratamiento se efecta de 80C a 170, por debajo de la temperatura A1.

RECOCIDOUn recocido completo permite que el acero se enfri lentamente en el horno, produciendo perlita gruesa. Para recocer, se efecta el austenitizado de los aceros hipoeutectoides a aproximadamente 30C por encima de A3, produciendo 100%y.

En el caso de aceros hipereuctectoide se efecta por encima de A1, en ambos casos se produce una resistencia mecnica relativamente baja y buena ductilidad.

NormalizadoPara el normalizado se efecta el austenizado a aproximadamente 55C por encima de A3 O Acm despus el acero es sacado del horno y enfriado al aire.Este enfriamiento ms rpido produce perlita fina, proporcionando mayor resistencia mecnica.El siguiente diagrama muestra las propiedades tpicas al recocer y normalizar aceros de bajo carbono.

VIDEO http://www.youtube.com/watch?v=1tbuL9NlHv8

Esferoidizado

Los aceros de alto carbono, que contienen gran cantidad de Fe3CTienen caractersticas de maquinabilidad deficientes. Durante este tratamiento que requiere varias horas a 30C por debajo de A1, el Fe3C cambia a partculas esfricas grandes a fin de reducir la superficie de bordes. La microestructura tiene una matriz continua de ferrita blanda y maquinable como se muestra en la figura.

Tratamientos trmicos isotrmicosAlgunos tratamientos isotrmicos son los siguientes:

REVENIDO EN LA FASEAUSTENTICA Y RECOCIDO ISOTERMICOSe utiliza en la produccin de bainita, simplemente consiste en la austenizacin del acero, el templado a cierta temperatura debajo de la nariz de la curva TTT y el mantenimiento de esta temperatura hasta que la austenita se transforme en vainita. La perlita que se forma mediante un recosido isotrmico tiene propiedades ms uniformes. VIDEO http://www.youtube.com/watch?v=ZzvnWSXIviA

EFECTO DEL CARBONO SOBRE EL DIAGRAMA TTT

El cambio ms notable en estos diagramas debido al carbono es la formacin de un ala que empieza en la nariz de la curva y se vuelve asinttica con la temperatura A3 O Acm.

Cuando nos encontramos entre la temperatura A1 Y A3 en el diagrama Hipoeutectoide se nuclea y crece la ferrita creando ferrita y austenita, si este tipo de aleaciones se templan entre la nariz y la temperatura A1 la austenita se convierte en perlita.

Cuando nos encontramos entre la temperatura Acm Y A1 en el diagrama Hipoeutectoide se nuclea y crece la cementita hasta llegar a su valor primario, si este tipo de aleaciones se templan entre la nariz y la temperatura A1 se obtiene cementita y perlita primarias.

Diagramas TTT para un acero Hipoeutectoide(A) y para un acero Hipereutectoide(B)

ABInterrupcin de la transformacin isotrmica

Si se interrumpe el tratamiento trmico se producen microestructuras complicadas . Por ejemplo se pueden formar ferrita, perlita y bainita.

Dado que estas complicadas mezclas de microconstituyentes originan propiedades impredecibles, estas estructuras rara vez se producen de manera intencional.Tratamientos trmicos de templado y revenido

Efecto de la temperatura de revenido sobre las propiedades mecnicas de un acero 1050. (Imagen obtenida del libro Ciencia e Ingeniera de los materiales de Donald Askeland).Austenita retenida

Austenita retenida (blanca), atrapada entre agujas de martensita (negras). (x1000). (Imagen obtenida del libro Ciencia e Ingeniera de los materiales de Donald Askeland).Efecto del carbono en la transformacin de la martensita

En aceros de bajo carbono, al aumentar el carbono, las temperaturas de inicio y terminacin de la martensita se reducen.Es por eso que los aceros de alto carbono deben ser refrigerados.Cambio de las temperaturas de inicio y terminacin de la Martensita. (Imagen obtenida del libro Ciencia e Ingeniera de los materiales de Donald Askeland).Esfuerzos residuales y agrietamiento

Formacin de grietas de templado causadas por esfuerzos residuales producidos por el templado (Imagen obtenida del libro Ciencia e Ingeniera de los materiales de Donald Askeland).Templado por arriba de Ms

Tratamiento trmico por templado arriba de Ms, diseado para reducir esfuerzos residuales y grietas de templado (Imagen obtenida del libro Ciencia e Ingeniera de los materiales de Donald Askeland).Rapidez de templadoLa rapidez de templado es determinado por:El tamao de la pieza.La pieza es enfriada en la superficie.TemperaturaMedio en el cual es templado.

Diagramas de transformacin de enfriamiento contino (TEC)

Diagrama TEC para una baja aleacin, acero 0.2% C(Imagen obtenida del libro Ciencia e Ingeniera de los materiales de Donald Askeland).Diagrama TEC para un acero 1080 en comparacin con diagrama TTT (Imagen obtenida del libro Ciencia e Ingeniera de los materiales de Donald Askeland).Efecto de los elementos de aleacin Se agregan elementos de aleacin para:Proporcionar endurecimiento.Causar la precipitacin de carburos.Mejorar las caractersticas de la aleacin.Mejorar templabilidad.TemplabilidadSe refiere a la facilidad con la cual se forma martensita.

Efecto en el diagrama de fases

RevenidoLos elementos de aleacin, reducen la rapidez del revenido. Esto permite que los aceros de aleacin funcionen mejor a temperaturas mayores.

Aplicacin de la templabilidadPrueba Jominy

Curvas de templabilidad para varios aceros

Ejemplo 12-5 Diseo de un engrane resistente al desgasteUn engrane fabricado de acero 9310 que en una posicin crtica tiene una dureza al templado de HCR 40, se desgasta con excesiva rapidez. Las pruebas han mostrado que en cierto punto crtico se requiere una dureza de templado de por lo menos HRC 50. Disee un acero apropiado.Solucin

De las curvas de templabilidad para varios aceros, observamos una dureza HCR 40 en un acero 9310 a 10/16 in.Asumiendo esa distancia Jominy, podemos analizar los dems tipos de aceros.