SEGUNDA PARTE

TRATAMIENTO TERMICO DE LOS ACEROS

Los tratamientos térmicos tienen como objeto mejorar las propiedades y características de los aceros, que consiste en calentar y mantener las piezas a temperaturas adecuadas.

De esta forma se modifica la estructura microscópica de los aceros.

El tiempo y la temperatura son los factores principales.

¿CÓMO SE HACE?

La pieza de acero es sometida a tres etapas de tratamiento:

•CALENTAMIENTO

•PERMANENCIA A TEMPERATUA CTE

•ENFRIAMIENTO

¿CUAL ES EL OBJETIVO?

Las piezas se calientan y enfrían para conseguir propiedades mecánicas requeridas por cada pieza de acuerdo con su diseño y función

PROCESO TIPICO DE UN TRATAMIENTO TERMICO

DIAGRAMA DE TRANSFORMACION DE MARTENSITA TTT

Tipos de tratamientos térmicos

RECOCIDO

Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es ablandar el acero; otras veces también se desea además regenerar su estructura o eliminar tensiones internas

Las diferentes clases de recocidos que se emplean en la industria lo podemos clasificar en 3 grupos:

Recocidos de Austenización completa.- en este caso se hace a una temperatura mas elevada que la critica superior.

TIPOS DE RECOCIDO

Recocido de austenización incompleta (globulares).-

son tratamientos que se suelen dar a los aceros al carbono de mas de 0.50% de carbono, para ablandarlos y mejorar su maquinibilidad.

Por medio de estos tratamientos se consigue con bastante facilidad en los aceros hiperetectoides que la cementita ya que los carburos adoptan una disposición mas o menos globular.

Recocidos Subcríticos.-

el calentamiento se hace por debajo de la critica inferior.

Aquí se pueden distinguir 3 clases de recocidos subcriticos:

Recocido de ablandamiento Recocido contra acritud Recocido Subcritico globular

DOBLE RECOCIDO.- Cuando se desean obtener muy bajas durezas se suele dar a los aceros primero un recocido de regeneración y luego otro subcrítico.

NORMALIZADO.-

Este tratamiento consiste en un calentamiento a temperatura ligeramente más elevada que la critica superior, seguido de un enfriamiento en aire tranquilo. De esta forma se deja que el acero con una estructura de propiedades que arbitrariamente se consideran como normales y características de su composición.

TEMPLE.- El temple tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia de los aceros, para ello calentando a una temperatura ligeramente mas elevada que la critica superior y se enfría mas o menos rápidamente.

DIAGRAMA TTT

Formación de la martensita

empieza a la temperatura denominada MS y produce una estructura cristalina tetragonal de cuerpo centrado del hierro con átomos de carbono localizados en los sitios intersticiales

REVENIDO

Los aceros después del temple suelen quedar generalmente demasiado duros y frágiles para los usos a que van a ser destinados . Estos inconvenientes se corrigen por medio del revenido.

El revenido, es un tratamiento que consiste en calentar el acero a una temperatura más baja que su temperatura crítica inferior, enfriándolo luego generalmente al aire, en agua o aceite.

REVENIDO

DIAGRAMA TEMPERATURA vs TIEMPO

TEMPLE REVENIDO

TEMPERATURA

T.C.S.

T.C.I.

Disminuir la dureza y la resistencia que siempre tienen los aceros templadosAumentar la tenacidad y la ductilidad de acero templado.

RESULTADOS ESPERADOS DESPUES DEL REVENIDO

Los aceros después de un temple teóricamente perfecto, están constituidos por cristales de martensita. El acero en esa forma es muy resistente; pero tiene muy poca ductilidad y tenacidad.Si el acero templado se vuelve a calentar a diferentes temperaturas comprendidas entre la temperatura ambiente y 700° y después se enfría al aire la resistencia a la tracción disminuye a medida que se eleva la temperatura del revenido y aumenta la ductilidad y tenacidad.La resistencia al choque o resiliencia, que es generalmente muy baja cuando el revenido se hace a temperaturas inferiores a 450° , aumenta notablemente cuando el revenido se efectúa a elevadas temperaturas.

MODIFICACION DE LAS CARACTERISTICAS MECANICAS:

La pérdida de dureza que experimentan con el revenido los aceros al carbono de herramientas de 0.70% a 1.30% de Carbono templados, se observan en la siguiente figura:

DUREZA

R.C

TEMPERATURA °C. 0 100 200 300 400 500 600 700

70605040302010

1.30% C

0.70% C

ACERO MENOS DURO PERO MAS TENAZ

Los aceros por efecto de las transformaciones que experimentan en el revenido en general se contraen.En la figura se puede ver la dilatación que los aceros experimentan en el temple y la contraccion que experimentan en el revenido.

20 150 225 350 375 460 525 600TEMPERATURA DE REVENIDO °C.

0.44% C

0.60% C

DILATACIONES

Y

CONTRACCIONES

MODIFICACIONES DE VOLUMEN EN EL REVENIDO:

Las variaciones de características que experimentan los aceros por efectos del revenido, son debidas a cambios de micro estructuras que consisten principalmente , en la descomposición más o menos completa de la martensita que se había obtenido en el temple y se transforma en otros constituyentes más estables.

MODIFICACION DE LOS CONSTITUYENTES MICROSCOPICOS:

ETAPAS DEL REVENIDO

Recientemente, con ayuda del microscopio electrónico y de los rayos X , se han podido estudiar con más detalle todos éstos fenómenos. Se han dado nuevas interpretaciones y se concluye que el revenido se produce en tres etapas principales:

1.-Primera etapa.- Se realiza a bajas temperaturas, inferiores a 300° y en ella se precipita un carburo de hierro (epsilón) y el contenido en carbono de la martensita baja a 0.25% y su red tetragonal se transforma en red cúbica.

DUREZA

RC

70

60

50

40

30

20

0 100 200 300 400 500 600

1° ETAPA

2° ETAPA

3° ETAPA

TEMPERATURA °C2.-Segunda etapa.-Sólo se presenta cuando aparece austerita retenida en la microestructura del acero templado y en ésta etapa la austerita retenida se transforma en bainita, que al ser calentada en el revenido a altas temperaturas, sufre también una precipitación de carburo de hierro con formación final de cementita y de ferrita.

3.-Tercera etapa.-El carburo epsilón que apareció en la primera etapa, se transforma en cementita y ferrita. En el revenido la martensita que es en realidad hierro alfa sobresaturado con carburo de hierro, sufre en el revenido un verdadero proceso de precipitación.

ETAPAS DEL REVENIDO

Reciben este nombre algunos tratamientos, en los que el enfriamiento de las piezas no se hace de una forma regular y progresiva, sino que se interrumpe o modifica a diversas temperaturas durante ciertos intervalos, en los que permanece el material a temperatura constante durante un tiempo, que depende de la composición del acero de la masa de las piezas y de los resultados que se quieren obtener.

Estos tratamientos se han desarrollado mucho, y se usan en la actualidad para el temple de troqueles, herramientas, engranes, muelles, etc. Se obtiene de esta forma una gran tenacidad, muy pequeñas deformaciones y se elimina el peligro de grietas y roturas. También se emplea con gran éxito un tratamiento de esta clase, que recibe el nombre de recocido isotérmico, par el ablandamiento de los aceros.

ESQUEMAS DE LOS TRATAMIENTOS ISOTERMICOS MAS USUALES

recocidos isotermicos

austenización completa astenización imcompletaaceros hipoeutctoides aceros hipereutectoides

austempering martempering

Recocido Isotérmico En la practica para ahorrar tiempo, con frecuencia se efectúa el

recocido isotérmico. Son tratamientos de ablandamiento que consiste en calentar el acero por encima de la temperatura critica superior o inferior (generalmente de 740° a 880°) y luego enfriar hasta una temperatura de 600°-700° que se mantiene constante durante varias horas, para conseguir la completa transformación isotérmica de la austenita y finalmente, se enfría al aire.

Este tratamiento es muy rápido y se obtienen durezas muy bajas, tiene la ventaja de ser mucho mas rápido que los recocidos ordinarios de enfriamiento lento, el recocido isotérmico es muy interesante para los aceros de herramientas de alta aleación.

Recocido Isotérmico

un recocido isotermicorepresentación esquematica de

microconstituyentes: ferrita y perlita

curvas de enfriamiento

Ms

Mf

Ac3

Temperaturas

superficie

de tiemposEscala Logaritmica

Austempering.-

Este tratamiento consiste en calentar el acero a una temperatura ligeramente mas elevada que la critica superior y luego enfriarlo rápidamente en sales fundidas o plomo.

Tratamiento Austempering

representación esquematica del austempering

Microconstituyentes:

centro

en el diagrama TTT.

Mf

Ms

superficie

curvas de enfriamiento

Temperaturas

Ac3

de tiemposEscala Logaritmica

Bainita

Martempering

Es un temple escalonado en el que el material caliente,a una temperatura mas elevada que la critica superior se enfría en un baño de sales también caliente comprendida entre 200º y 400º,permaneciendo en él las piezas durante un tiempo que debe controlarse cuidadosamente y debe ser suficiente para que iguale la temperatura en toda la masa antes de que en ninguna parte de ella se forme la austenita.

Recocidos isotérmicos.- aquí el acero se calienta por encima de la temperatura critica superior o inferior según los casos.(740º a 800º).

En el temple toda la sección transversal de la pieza sufre un tratamiento uniforme, y la dureza y resistencia son muy próximas tanto en el interior como en la superficie.

Se ha desarrollado este procedimiento (el temple superficial) para obtener alta dureza en la capa exterior, para evitar los desgastes en las piezas sometidas a fricción en el que se endurece únicamente la capa superficial de las piezas.

El calentamiento se puede hacer por llama o por corrientes inducidas de alta frecuencia, pudiéndose regular en ambos casos y con ello conseguir la penetración de la dureza.

TEMPLE SUPERFICIAL

POR LLAMA DE GASPOR LLAMA DE GAS

Fundamento del temple a la llama. El acero es calentado por llamas de gas y templado por chorros de agua que van moviéndose

detrás de aquellas.

El temple por llama consiste en calentar las capas superficiales de un acero o de una fundición de composiciones adecuadas, por encima de la temperatura de transformación de la austenita, mediante una llama oxiacetilénica cuyo calentamiento va inmediatamente seguido de un temple con un chorro de agua pulverizada, que da lugar a la formación de una superficie dura en la capa calentada.

Para tratar piezas de diferentes formas y tamaños se emplean distintos modos de aplicación. El temple por punto se da calentando regiones aisladas de la pieza mediante una o más llamas que se retiran para aplicar el chorro de temple. El temple progresivo se aplica moviendo los dispositivos de calentamiento y temple sobre la superficie de la pieza a una velocidad determinada (Fig. 8-3).Piezas de diferentes formas de temple de llama

Tres métodos de temple a la llama. En el método progresivo (arriba), las llamas se mueven a lo largo de la superficie a templar. En el rotativo (centro), gira la pieza. En el mixto (abajo), la pieza gira y las

llamas se desplazan.

METODOS DE TEMPLE POR LLAMA

POR INDUCCIONPOR INDUCCION.-

Este proceso aumenta la dureza superficial por un sistema de calentamiento y temple de las capas externas de la pieza. La diferencia con el temple por llama es en que el calor se engendra dentro de la capa superficial y no por aplicación externa. Este temple superficial se da por una bobina por la cual recorre una corriente eléctrica de alta frecuencia envuelve a la pieza a calentar, y el calor es originado por la corriente eléctrica inducida en las capas superficiales del material.

Dispositivo para temple por inducción. Esquema del temple por inducción. a) La corriente de alta frecuencia que atraviesa la espira inductora calienta la superficie de la pieza.

CALENTAMIENTO POR INDUCCION

EFECTO PELICULAR

La densidad de la corriente alterna inducida varia a lo largo de la seccion de la pieza. Generalmente, las corrientes de alta frecuencia fluyen en la capa superficial (Fig, 102). Este fenomeno se conoce con el nombre de efecto pelicular.

Una distribucion desigual de las corrientes en la seccion de la pieza es causa del calentamiento irregular: las capas superficiales se calientan con gran rapidez, mientras el corazon no lo hace en absoluto o se calienta a expensas de la termoconductibilidad del acero.

INFLUENCIA DE LA FRECUENCIA

GRACIAS POR SU ATENCIÓN