ud4.tratamientos termicos

8/8/2019 UD4.Tratamientos termicos

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Tratamientos trmicos y superficiales.

La corrosin.4Unidad


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Son procesos donde se utiliza nicamente la temperatura como magnitudvariable para modificar la microestructura y constitucin, sin variar sucomposicin qumica.

Tratamientos trmicos y superficiales4.1

Su objetivo es mejorar las propiedades mecnicas: DUREZA.

RESISTENCIA.

DUCTILIDAD.

PLASTICIDAD.

Por extensin, tambin se denomina as a otras tcnicas donde,

adems de la T, se modifica la composicin qumica de lasuperficie de la pieza. Se les conoce portratamientostermoqumicos o superficiales, y cambian la composicinqumica de su superficie.


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CLASIFICACIN


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Temple

Es el tratamiento convencionalpara obteneraceros martensticos.

Se caracteriza por: Enfriamientos rpidos y continuos. Medio adecuado: agua, aceite o aire.

Depende de la templabilidad(capacidad deendurecerse por formacin de martensita) delmaterial.

Martensita:Cuando un acero est a T de

austenizacin, si se enfra

rpidamente, el hierro (FCC) nopuede pasar a hierro (BCC), el Cqueda atrapado en las aristas; estasse alargan y la red pasa a sertetragonal (BCT).

4.2


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4

Martensita

Este enfriamiento rpido originaunas tensiones en la redcristalina, esto se traduce enuna mayordureza, que

depende de la velocidad deenfriamiento y % C.

En la fig. vemos que a partir de

0,6%C

no hay aumentosignificativo de dureza. Por muyrpido que enfriemos no datiempo a toda la austenita aconvertirse en martensita.


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B y C Ensayo de templabilidad y curvas

Se hace con el ensayo Jominy, el nicofactor que vara es la composicin.

1. La probeta se calienta a la T deaustenizacin (segn % C), hasta

convertirla en austenita.

2. Saca del horno y el extremo se templacon un chorro de agua de caudal y Tcte. de manera que la velocidad de

enfriamiento es mx. en su extremo.3. Cuando est a T ambiente, se desbasta

una tira (0,4mm e) y se determina ladureza (en 50mm),se traza la curva detemplabilidad.


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D Factores del temple

1. Composicin acero: el contenido de C (curva dureza mx 0,6%C)y otros elementos aumentan su dureza por formacin de carburos.

2. T a calentar: segn %C y los elementos de aleacin. (Mo, Al, Si,W y V aumentan la T); (Ni y Mn bajan T) de los puntos crticos.

3. Tiempo calentamiento: que depende de la masa, hasta convertirtodo en austenita.

4. Velocidad enfriamiento: el ms importante y depende del mediodel temple.

5. Caractersticas del medio: condiciona la velocidad enfriamiento.

6. Tamao y geometra: si es gruesa se requiere ms tiempo decalent. (austenizacin), al enfriarse no lo har tan rpidamente yno tendr la estructura martenstica.


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E Medios de temple

Agua: Es el ms rpido de enfriamiento. Temples muy fuertes. Se usa para aceros al C. Cantidad de agua para que la T < 30C.

Hay que agitar la pieza evitando la burbujade vapor (aislante).

Aceite: Enfran ms lento. Temples ms suaves.

Se usa para aceros aleados. Conviene agitar la pieza.

Aire Hacen en los aceros una estructura

perltica.


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F Diagramas TTT

Representan el tiempo necesario acualquier T para iniciar y terminar unafase (T= tiempo; T= T y T=Transformacin) o curvas de la S.

A

1= T austenizacin.Ps y Pf= inicio y final transf. a perlita.Para enfriamientos lentos v1.

Bs y Bf= inicio y final transf. a bainita.

Para velocidades v2 que no templan.Ms y Mf= inicio y final transf. Amartensita, se necesita un medio (agua)de velocidad muy rpida > v3


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Curvas TTT acero eutectoide


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G Tipos de temple

Temple continuo austenizacin completa: Aceros hipoeutectoides. Se calienta a T = Ac3+50C. Se enfra medio adecuado. Componente principal martensita (curva b).

Temple continuo austenizacin incompleta: Aceros hipereutectoides.

Se calienta a T = Ac1+50C (perlita en austenita y cementita intacta). Velocidad enfr. superior a crtica. Estructura mixta martensita y cementita (curva c).


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Temple martenstico o martempering: Se calienta a la T austenizacin y hasta que se transforme en austenita. Se enfra en baos de sales, manteniendo la T cte. un tiempo por encima de Ms, sin

transformarse (curva d).

Temple austempering: Similar al anterior. Ms tiempo enfr.en las sales para atravesar la curva y la austenita se transforme en bainita

(curva e). Temple superficial:

Calentar rpida y superficialmente. Una capa alcanza la T para transf. en austenita. Se enfra rpidamente, el ncleo permanece inalterado, blando y tenaz. La superficie es dura y resistente al rozamiento. Se calienta por soplete oxiacetilnico o induccin elctrica.


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A Recocido de aleaciones Fe-C

Para su estudio vamos a observar eldiagrama Fe-C en un punto cercanoal eutectoide:

La lnea A1 = T crtica inferior, pordebajo de ella la austenita seconvierte en ferrita y cementita.

Las lneas A3 y Acm = T crticasuperior para los aceroshipoeutectoides y hipereutectoides.


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B - Normalizado

Los aceros deformados por laminacin,tienen estructuraperltica, tamaograno grande e irregular.

Se les aplica el normalizado, se afina

el acero = disminuye el tamao delgrano y se distribuye msuniformemente.

Se calienta entre 55 85 C superior aA

3, depende de la composicin.Despus de convertirse la ferrita enaustenita, se enfra rpidamente al aire(ver curva enfriamiento).


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C Recocido total

Para aceros de bajo-medio %C,conformados por mecanizado o sehan deformado mucho en fro.

Se calienta de 15-40C por encima deA3 A1 para austenizarlo.

Se enfra lentamente en el horno.

Obtenemos la estructura de perlitagruesa.

La curva de enfriamiento es figura.


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D - Globulizacin

Para aceros medios-altos %C conmicroestructura de perlita gruesa, demasiadodura para deformacin plstica y mecanizado.

Consiste en calentar, justo por debajo de la Teuctetoide (A1) A 700C y dura de 15-25 horas.

Se consigue una microestructura de esferoiditas,

haciendo que sea muy blando y dctil.


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E - Revenido

Sigue al temple con objeto de eliminar lafragilidad y las tensiones.

Se calientan las piezas templadas a una T < A1,

la martensita se transforma en estructura msestable, se enfra rpidamente.

Los factores que ms influyen son la T y eltiempo de calentamiento.

Se destruye parte del temple, el acero es msblando, pero menos frgil.


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Tratamientos termoqumicos

Se modifica la composicin qumica superficialde los aceros, adicionando otros elementos con elobjeto de darmayor dureza o resistencia aldesgaste y resistencia a la corrosin.

Los principales tratamientos: Cementacin y carbonitruracin.

Nitruracin.

4.4


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A Cementacin y carbonitruracin

Aumentar la cantidad de C capa exterior.

Para piezas resistentes al desgaste y golpes(dureza superficial y resiliencia interior).

Los aditivos pueden ser: Slidos: carbonato de Ba, la pieza se introduce en mezcla

de carbn y CO3Ba. Est en desuso por necesitar mucho

tiempo. Lquidos: cianuro sdico, se forman nitruros de hierro que

son muy duros, por este motivo se llama carbonitruracin.

Gaseosos: monxido de C, que con el hierro en bajo % C ya T por encima A3, reacciona: Fe+2CO (Fe+C)+CO2


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B - Nitruracin

Endurecimiento superficial para ciertos aceros yfundiciones.

Durezas muy elevadas (1200 HB) y resistentes a lacorrosin.

Se realiza en hornos especiales exponiendo las piezas auna corriente de amoniaco (NH3) y T 500-525C.

Para camisa de cilindros, rboles de levas, ejes cardan,piones y aparatos de medida.

La reaccin qumica 2NH32N+3H2 El N atmico sedifunde en hierro y forma un compuesto de insercinFe4N (nitruro), es muy duro cuando se realiza en acerosaleados con Al y Cr.


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La corrosin y sus efectos

Se define como el paso de un metal en estado libre aestado combinado, tendencia de los metales a volver a suestado natural por la accin destructora del O del aire yagentes electroqumicos, favoreciendo el proceso decorrosin.

El fenmeno consiste en una oxidacin del metal.

La oxidacin es un proceso electroqumico, donde lostomos metlicos pierden e-.

MM v+ + v e- FeFe2+ + 2e- AlAl 3+ + 3e-

La zona donde se produce la oxidacin se llama nodo y lareaccin inversa (reduccin), se llama ctodo.

4.5


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Reaccin catdica o de reduccin es la que tomalos e- de la oxidacin:

M v+ + v e- M

2H+ + 2 e- H2 Un metal en disolucin cida.

O2 + 4H+ + 4 e- 2H2O Disolucin cida con Odisuelto.

O2 + 2H2O + 4 e- 4OH- En agua aireada, el Oest en el ctodo y toma electrones.


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Celda electroqumica.

Se forma cuando introducimos dosmetales en un lquido conductor dela electricidad.

Se pueden observar la oxidacin(perdida e-) y la reduccin(ganancia e-), dando lugar:

Corrosin electroqumica.

Electrodepositacin (encondiciones especiales).

4.6


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Celda electroqumica

a) Ctodo: recibe e- por el circ. ext.

b) nodo: cede e- al circuito, secorroe.

c) Circuito externo: conecta elnodo y el ctodo.

d) Electrolito: liquido que hace deconductor entre el nodo y elctodo.


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Pila electroqumica Fe-Cu

El Fe = -0,44v y el Cu = +0,34v. Si medimoscon el voltmetro a c.a. 0,78v

Al cerrar el circuito, las reacciones:

Oxidacin del Fe del nodo (corroe)

Fe Fe 2+ + 2 e-

Reduccin del Cu se deposita en ctodo

Cu 2+ + 2 e- Cu

En conjunto: Cu 2+ + Fe Cu + Fe 2+


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Pila electroqumica de Fe - Zn

El Zn tiene un potencial -0,76v, respecto del H;por lo que la d.d.p. es 0,32v.

El Zn es el que cede e- y se corroe, sus iones +pasan a la disolucin.

Las reacciones que hay son:

Oxidacin del Zn (nodo): ZnZn2++ 2e-

Reduccin del Fe: Fe2+

+ 2e-

Fe (se depositaen el ctodo)

En conjunto: Fe 2+ + Zn Fe + Zn2+


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Ley de Nernst.

Un mismo metal unas veces se corroe y otras no, depende delelectrolito que forme.

La concentracin no es siempre constante (1M) y no existemembrana de separacin.

La influencia de la concentracin viene dada por:

n: n de e-

: concentracin molar de los iones metlicos.

U1 y U2 : tensin respecto del H de la disolucin a 1M.


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Ecuacin de Faraday

La cantidad de metal depositado o corrodo nosviene dado por:

m = (I.t.M)/ n.f

m = masa del metal

I = intensidad (A)

t = tiempo (s)

M = masa molecualr metaln = valencia del in metlico

f = constante de Faraday (96500 culombios/mol)


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Tipos de corrosin

Uniforme: es la ms comn (metal + airehmedo) y predecible (herrumbre del acero).

Galvnica: prximos dos metales expuestosa electrolito (aire hmedo).Los ms

electronegativos ms corrosivos (seriesgalvnicas).

Aireacin diferencial: se dan en metalesagrietados, la suciedad y humedad,empobrecen de O ese espacio. (usarsoldadura en lugar de tornillos-remaches).

Picaduras: corrosin localizada de lasuperficie al interior. Las superficies pulidastienen mayor resistencia a esta corrosin.

4.7


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Intergranular: cuando en los lmites del granose precipita una 2 fase (celda galvnica).

Selectiva: se puede dar con las dems; elmaterial que se corroe preferentemente es el

que forma la aleacin monofsica.

Por erosin: se elimina la capa protectora dexido de los metales por desgaste (fluido portubera, etc. Empeora con burbujas)

Por tensiones: un esfuerzo externo o tensininterna por una deformacin en fro puedeproducir grietas, las zonas con menor O queen el exterior hagan de nodo.

Tipos de corrosin


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Proteccin contra la corrosin

Diseo:Seleccionar el material para el ambiente de trabajo.

Evitar celdas galvnicas: tuberas de acero con latn.

Mayor superficie del nodo que del ctodo.

Recipientes para lquidos cerrados y no se estanque (fondocnico).

Evitar grietas y hendiduras en construcciones metlicas (usarsoldadura).

Inhibidores:En recipientes con fluidos han de estar totalmente cerrados

(radiador coche) se usan sustancias que eliminan el O o atacanla superficie a proteger mediante una pelcula (sales de Cr).

4.8


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Recubrimientos protectores: aislar elnodo del ctodo.

Metlicos.

Orgnicos (pinturas).

Con reaccin superficial.

Proteccin andica o pasivacin: Se forma una pelcula de xido (aluminio

anonizado).

Proteccin catdica: Efectivo, pero caro, forzar el metal a ser ctodo enlugar de nodo, mtodos:

a) nodo de sacrificio.

b) Voltaje impuesto

Seleccin material: sustituirlo por otro material.

a)

b)

Proteccin contra la corrosin


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Oxidacin

Combinacin de un metal con el O del aire, es lo que se llama corrosin seca.

El xido aparece en la superficie y puede ser:

a) La capa de xido ocupe menos volumen, es porosa y permite que sigaavanzando.

b) La capa de xido ocupe un volumen igual, la pelcula inicial impide que siga

oxidndose.c) La capa de xido ocupe un volumen mayor, inicialmente es protectora, al

incrementarse aparecen tensiones, se resquebraja y se desprende, sigue laoxidacin.

4.9


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Degradacin de polmeros

Los plsticos no se corroen sino que se degradan, se deben afenmenos fsico-qumicos:

Hinchamiento y disolucin, cuando estn en contacto con lquidosde estructura qumica lo ms parecida al polmero slido (caucho-

gasolina).

Rotura del enlace, se escinden subcadenas de la principal, sepierde peso molecular y disminuye la resistencia mecnica frenteal ataque qumico. Las radiaciones UV ioniza los tomos y rompeel polmero. El O y el O

3aceleran u originan la rotura. La T

tambin puede romper los enlaces.

Exposicin intemperie, la radiacin UV facilita la oxidacin (PVC ypolietileno), a los CFC no les afecta.

4.10


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Desgaste y erosinA

parte de la corrosin, el desgaste es el agente ms importante en la reduccin de lavida de las piezas. A mayor dureza del metal menor es el desgaste.

Para reducir el desgaste:

Reducir cargas.

Durezas parecidas de las superficies.

Superficies lisas.Lubrificacin y el grafito de las fundiciones aminoran el desgaste.

Un caso particular es la erosin lquida o cavitacin, (lquido con burbujas de gas olquido con gotas de lquido a gran velocidad). (Rotores de turbinas, hlices,bombas hidrulicas, labes turb. vapor)

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