tratamientos termicos de los aceros

FUNDAMENTOS DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS OBJETIVO: Obtener constituyentes metaestables sometiendo a la austenita a enfriamientos más rápido que el recogido en el diagrama Fe-C

• CONSTITUYENTES ESTABLES (V=50ºC/s) Ferrita, Perlita, Cementita

• CONSTITUYENTES METAESTABLES: ( V>50ºC/s o T.I.) Martensita, Bainita, Troostita, Sorbita

CONSTITUYENTES METAESTABLES MARTENSITA:

• V. ENFRIAMIENTO>600ºC/s • SOLUCIÓN SOLIDA DE Feα EN C • CONSTITUYENTE BÁSICO ACEROS TEMPLADOS

BAINITA:

• V. ENFRIAMIENTO ENTRE 275ºC/s Y 500ºC/s • MEZCLA DIFUSA DE CEMENTITA Y FERRITA

OTROS: TROOSTITA Y SORBITA

CURVAS TTT (Transformación-Tiempo-Temperatura) O DIAGRAMAS DE TRANSFORMACIÓN ISOTÉRMICA

• SIRVEN PARA ESTUDIAR LA TRANSFORMACIÓN DE LA AUSTENITA • RELACIONAN LA TRANSFORMACIÓN FRENTE A t Y T. •TIPOS DE TRANSFORMACIÓN: ISOTERMAS Y ENFRIAMIENTO CONTÍNUO

1. TRANSFORMACIÓN EN FUNCIÓN DE T EN TRANSFORMACIÓN ISOTERMA. 2. TAMAÑO DE GRANO EN FUNCIÓN DE VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO (1)(2)(3)(4) 3. T< 500ºC= BAINITA BAJA DIFUSIÓN ALTA DIFERENCIA ENERGÉTICA 4. MARTENSITA (6) MUY DURA TETRAGONAL C.C. 5. VELOCIDAD CRITICA DE TEMPLE (7) 6. MEZCLA PERLITA Y MARTENSITA(5) 7. OBTENCIÓN DE BAINITA (8)

CURVA TTT DE UN ACERO EUTECTOIDE

TRANSFORMACIÓN MARTENSÍTICA •MARTENSITA (SOLUCIÓN SOBRESATURADA DE C EN Fe α) OBTENIDA POR ENFRIAMIENTO RÁPIDO DE AUSTENITA • NO SE PRODUCE DIFUSIÓN, SINO CAMBIO DE ESTRUCTURA DEBIDO A QUE SE PRODUCE A Tª BAJA (tetragonal centrada en el cuerpo, el C queda retenido en las aristas) • EL PROGRESO DE LA TRANSFORMACIÓN DEPENDE DE Tª NO DE TIEMPO (TRANSFORMACIÓN ATÉRMICA) Ms-Mf

• COMIENZA A TEMP. Ms Y TERMINA A TEMP. Mf. • AUMENTO DE VOLUMEN DE AUSTENITA –MARTENSITA • LA CANTIDAD DE MARTENSITA FORMADA AUMENTA SI DISMINUYE T • Ms DISMINUYE AL AUMENTAR [C] O ELEMENTOS ALEADOS.

DIAGRAMA DE TRANSFORMACIÓN CONTINUA (TC)

TRATAMIENTOS METÁLICOS •

SIRVEN PARA POTENCIAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS (DUREZA, RESISTENCIA, PLASTICIDAD)

• •

TÉRMICO, TERMOQUÍMICO, MECÁNICO, SUPERFICIAL. NO DEBEN ALTERAR DE FORMA NOTABLE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA

• •

TERMICOS: TEMPLE, REVENIDO, NORMALIZADO, RECOCIDO TERMOQUÍMICOS: NITRURACIÓN, CARBONITRURACIÓN, SULFINIZACIÓN.

• •

MECÁNICOS: EN CALIENTE, EN FRÍO SUPERFICIALES: CROMADO, METALIZACIÓN

¿Qué es un tratamiento térmico?

Son procesos técnicos que, mediante calentamientos y enfriamientos, producen cambios en las propiedades mecánicas de los materiales, es decir, aumentan la resistencia a la tracción y la dureza, sin alterar su composición química.

¿Qué es un tratamiento termoquímico?

Son procesos técnicos que, mediante calentamientos, enfriamientos y cambios en la composición química de los materiales, provocan un aumento de la resistencia y la dureza de las superficie exterior de las piezas, manteniendo el núcleo de las mismas con las propiedades iniciales.

Referentes de temperaturas en los tratamientos • Son las líneas de transformación de los constituyentes estables en el diagrama Fe-C (perlita, ferrita y cementita) – Ac3: ferrita – Acm: cementita – Ac1: perlita

Fundamento de los tratamientos térmicos • El fundamento es obtener constituyentes metaestables, sometiendo a la austenita a un enfriamiento más rápido que el recogido en el diagrama Fe-C • La velocidad de los constituyentes estables del diagrama Fe-C es de 50ºC/seg.

• Los constituyentes metaestables se obtienen por enfriamiento a velocidades superiores a 50ºC/seg.

Constituyentes metaestables de los aceros MARTENSITA: – Velocidad de enfriamiento de la austenita > 600ºC/seg.

– Solución solida sobresaturada de hierro alfa y carbono.

– Constituyente básico de los aceros templados.

Constituyentes metaestables de los aceros BAINITA: – Velocidad de enfriamiento de la austenita entre 275 y 500ºC/seg.

– Formado por una mezcla difusa de ferrita y cementita.

Resumen: velocidad de enfriamiento transformaci贸n. (潞C/sg) 600

500

275

200

50

Finalidad de los tratamientos térmicos • Alcanzar máxima dureza y resistencia.

• Disminuir la acritud del trabajo en frío de los materiales.

• Eliminar tensiones internas, debido a las deformaciones de la red atómica.

– Aumentan dureza y fragilidad.

– Mejorar la maquinabilidad y resistencia a agentes químicos.

• Crear estructuras internas homogéneas.

Factores comunes a los tratamientos térmicos.

Velocidad de calentamiento: Debe producirse de forma que no se establezcan diferencias de temperatura entre la periferia y el núcleo.

Debe evitarse calentamientos rápidos.

La diferencia entre puntos equidistantes de una pieza transversalmente 25mm – 20ºC

Factores comunes a los tratamientos térmicos.

Tiempo de permanencia: El necesario para la homogenización de la austenita.

Es función de espesor, temperatura de calentamiento y composición del acero.

Tamaño de grano lo más fino posible. Las transformaciones son más rápidas y homogéneas.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

•Temple •Revenido •Recocido •Normalizado

ÂżQUE ES EL TEMPLE? Tratamiento tĂŠrmico que mediante calentamiento, mantenimiento y enfriamiento adecuado, transforma la austenita en martensita.

TEMPLE: Fundamento Para templar una pieza se calienta hasta una temperatura superior a la crítica – manteniendo el tiempo suficiente hasta lograr la total transformación de la austenita- y enfriando rápidamente.

TEMPLE: Finalidad • Aumentar la resistencia a tracción, dureza y elasticidad de los aceros.

• Disminuir plasticidad, tenacidad y alargamiento.

• Modificar: – Propiedades físicas: aumento del magnetismo y la resistencia eléctrica.

– Propiedades químicas: aumento de la resistencia a la corrosión.

TEMPLE: Calentamiento â&#x20AC;˘ Hipoeutectoides y eutectoides: solo austenita, destruyendo la ferrita que es blando. â&#x20AC;˘ Hipereutectoides: austenita y cementita (es duro y aumenta la resistencia y dureza de la pieza).

TEMPLE: Temperaturas recomendadas • Hipoeutectoides: – Ac3 + 50ºC.

• Eutectoides: – Ac1 + 50ºC

• Hipereutectoides: – Ac1 + 50ºC

Austenización del acero.

Calentamiento hasta 723ºC y rápido enfriamiento hasta obtener una estructura martensítica

No es un tratamiento final. Necesita de un revenido. (Bonificado)

Se usa para la obtención de aceros martensíticos: muy duros y de gran resistencia mecánica Se caracteriza por enfriamientos rápidos y continuos en un medio adecuado de temple: agua, aceite o aire.

La capacidad de un acero aleado para transformarse en martensita durante un determinado temple depende de: • Su composición química (cantidad de C y otros aleantes) • Su Templabilidad: aptitud de una aleación para endurecerse por formación de martensita como consecuencia de un tratamiento térmico. Situación de las curvas TTT desplazadas a la derecha.

• La velocidad de enfriamiento (MEDIO REFRIGERANTE) • Del tamaño de la pieza.

Constituyente más duro después de la cementita.

Cuando un acero está a la Tª de austenización (A3 o A1) su estructura interna es austenita (FCC) (2.08% C máx). Si enfriamos rápidamente no tiene tiempo suficiente para pasar a ferrita (BCC) (0.025% C máx), y el C queda atrapado en las aristas; éstas se alargan y la red cúbica pasa a ser tetragonal Es decir, se han provocado unas tensiones en la red cristalina, que se manifiestan en el exterior de las piezas, que se traduce en un aumento de la dureza, que dependerá de la velocidad de enfriamiento y del contenido de carbono.

ETAPAS DEL TEMPLE

ENSAYO DE TEMPLABILIDAD El procedimiento empleado para determinar el grado de templabilidad se llama Ensayo Jominy: Consiste en mantener constantes todos los factores que influyen en la profundidad del endurecimiento de la pieza, excepto la composición.

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http://www.tecnologiaindustria l.info/index.php?main_page=do cument_general_info&products _id=397 VIDEO:

http://www.youtube.com/w atch?v=qW0aUbTWtVM&fe ature=related

CURVAS DE TEMPLABILIDAD La templabilidad es una medida cualitativa de la velocidad con que la dureza disminuye en función de la distancia al extremo templado. Un acero con alta templabilidad mantiene valores elevados de dureza durante distacias relativamente largas.

El extremo templado se enfría más rápidamente y presenta la máxima dureza. En este punto, y en la mayoría de los aceros, la microestructura coincide con el 100% de martensita. La velocidad de enfriamiento decrece (aumenta la difusión del carbono facilitando la formación de perlita) con la distancia del extremo templado y por tanto, la dureza disminuye.

Curva típica de templabilidad

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL TEMPLE La velocidad de enfriamiento de una muestra depende de la rapidez de eliminación de energía térmica, que es función a su vez de: Composición del acero: tanto el carbono como otros aleantes que forman carburos aumentan la templabilidad del acero. Ej.: el Vanadio, Boro…

Temperatura a la que hay que calentar que dependerá de: •El contenido de carbono •De los aleantes: •Aumentan la Tª: Mo, Al, Si, W y V •Disminuyen la Tª: Ni y Mn

Tiempo de calentamiento: relacionado con la masa de la pieza, para conseguir que toda ella llegue a la austenización.

Características del medio donde se realice el temple: condiciona la velocidad de enfriamiento.

TEMPLE: Tiempo de calentamiento y velocidad de enfriamiento • Tiempo de calentamiento: – depende del espesor de la pieza.

– Homogeneidad en la austenita (hipoeutectoides y eutectoides) – Homogeneidad en la austentita y cementita (hipereutectoides)

• Velocidad de enfriamiento: – Muy elevada.

– Depende de la composición y tamaño de grano del acero.

TEMPLE: Medios de enfriamiento • Agua: – Medio rápido y potente. Temple muy fuerte.

– La temperatura del agua menor de 30 ºC – Las piezas deben agitarse dentro del agua para impedir que el vapor producido haga de aislante retrasando el enfriamiento. Para enfriar aceros al carbono.

• Aceite mineral: – Más lento que el agua.

– Para temples suaves y uniformes.

• Metales y sales fundidas: – Para enfriamientos isotérmicos. Los metales fundidos más usados: Pb, Hg, Pb-Sn.

TIPOS DE TEMPLE • Vienen determinados por el proceso de ejecución y la estructura final de los constituyentes.

– Temple continuo • Completo • Incompleto

– Temple isotérmico • Austempering • Martempering

– Temple superficial

Temple continuo completo.

• Aceros hipoeutectoides.

• Ac3 + 50º – Ferrita en Austenita

• Se enfría a una temperatura superior a la crítica.

• Se obtiene MARTENSITA COMO ÚNICO CONSTITUYENTE

Temple continuo incompleto.

• Aceros hipereutectoides.

• Ac1 + 50º – Perlita en Austenita y Cementita sin transformar

• Se enfría a una temperatura superior a la crítica.

• Se obtiene MARTENSITA MAS CEMENTITA COMO CONSTITUYENTES FINALES

Temple martempering.

• Se utiliza para aceros que por su forma irregular no aceptan el temple completo.

• Ac3 + 50º: austenita • Enfriamiento brusco poco antes de Ms (antes de formarse la martensita).

• Se introduce en baño de sales hasta que toda la pieza adquiere la misma temperatura.

• Posteriormente se enfría rapidamente en agua hasta tª ambiente.

Temple austempering.

• Se utiliza para aceros que no aceptan el temple continuo.

• Es más efectivo para evitar grietas y deformaciones (aceros muy tenaces).

• Ac3 + 50º: austenita en hipereutectoides.

• Enfriamiento brusco poco antes de Ms (antes de formarse la martensita) sobre 450ºC • Se introduce en baño de sales (isotérmica), transformando austenita en bainita (mucha tenacidad).

• Posteriormente se enfría rápidamente.

Temple superficial.

• Para templar solo la superficie del acero.

• Se obtienen piezas: – Superficie: • Duras y resistentes

– Nucleo: • Tenaces.

• Se calienta solo la zona superficial convirtiéndola en austenita y luego se enfría bruscamente (martensita)

REVENIDO • Mejora las características de las piezas templadas, eliminando tensiones y fragilidad producida en el temple.

• Se calienta las piezas templadas a una tª menor que la crítica y se enfrían al aire hasta tª ambiente.

• Realiza cambios en la martensita y austenita residual.

• Según tiempo de permanencia y temperatura, se transforma en constituyentes estables.

RECOCIDO â&#x20AC;˘ Transforma los constituyentes metaestables de tratamientos y mecanizados en frĂ­o, en austenita, enfriando adecuadamente hasta convertirlo en constituyentes estables. â&#x20AC;˘ El objeto de este tratamiento es ablandar y eliminar tensiones internas, pretendiendo aumentar plasticidad y disminuyendo la resistencia y dureza de las piezas.

RECOCIDO: Tipos.

• Los tipos de recocidos vienen determinados por la temperatura máxima de calentamiento.

– Recocido de regeneración – Recocido globular – Recocido de ablandamiento – Recocido de homogenización – Recocido de cristalización o contra acritud – Recocido isotérmico.

Recocido de regeneración • Se utiliza para afinar los granos que se producen por aceros sobrecalentados y destruir los efectos producidos por un mal templado.

• Ac3 + 50º = hipoeutectoides • Acm + 50º = hipereutectoides • Se enfrían en horno hasta 500º y continuando después al aire (estables).

Recocido globular • Se utiliza para alcanzar el máximo ablandamiento en acero muy carburados (hipereutectoides).

• Temperatura entre Ac1 y Acm, transformándose en Austenita y Cementita.

• Se enfrían en horno hasta 500º y continuando después al aire (estables).

• El ablandamiento se produce cuando la perlita (globular) se une con partículas de cementita, formando esferas que se distribuyen entre la ferrita.

Recocido de ablandamiento • Se utiliza para facilitar la mecanización en piezas, previamente templadas.

• Se calientan a una temperatura algo inferior a Ac1 eutectoides, Ac3 hipoeutectoides ó Acm hipereutectoides.

• Convierte los constituyentes del temple: martensita, bainita y perlita en austenita.

• Enfriando lentamente al aire los convierten en ferrita, cementita y perlita.

Recocido de homogenización • Se utiliza para destruir las heterogeneidades químicas que se originan en la solidificación.

• Se calientan a una temperatura Ac3 + 200º. Se favorece la difusión de todos los elementos presentes.

• Enfriando lentamente en horno. Velocidad de enfriamiento más baja, mejor homogenización.

Recocido de recristalización • Se utiliza para devolver a los aceros las características estables iniciales después de sometidos a deformaciones por trabajos en frío o caliente.

• Se calientan a una temperatura 500º C ó Ac150ºC. • Enfriando lentamente en horno o al aire. Se obtienen estructuras cristalinas no deformadas, evitando acritud y aumentando elasticidad y tenacidad.

Recocido isotérmico • Se utiliza para ablandar piezas que han sido forjadas en caliente y herramientas de alta aleación.

• Se calientan a una temperatura Ac1+50ºC. • Se enfrían hasta una temperatura de 700 º C y manteniéndola hasta que toda la austenita se transforma en perlita.

• Posteriormente se enfrían a aire.

NORMALIZADO • Su finalidad es afinar la estructura y eliminar tensiones internas por tratamientos defectuosos, por mecanizado o forjado en frío o en caliente.

• Mediante calentamiento a temperatura superior a Ac3 y manteniendo hasta austenización total se enfría al aire.

• Produce estructura homogénea, blanda y dúctil.

CEMENTACIÓN • Su finalidad es aumentar la cantidad de carbono en las capas más superficiales.

• Se aumenta la resistencia del material en la superficie, manteniendo la tenacidad del núcleo.

• Engranajes, ruedas, chapas de blindaje, etc.

Proceso de cementación 1. Las piezas a cementar se introducen en una caja cubierta con la sustancia cementante (sólida, liquida o gaseosa).

2. Se introduce al horno.

3. Se calienta hasta 850-900 º C. 4. Se convierte en austenita y por difusión el carbono es absorbido por el hierro gamma.

5. Se deja enfriar lentamente.

6. Y finalmente se somete a temple.

– –

Proporciones de carbono: 0.5 a 0.9 Espesores de capa cementada: 0.5 a 1.5 mm.

NITRURACIÓN • Su finalidad es crear nitruros de hierro de elevada dureza en las capas más superficiales de las piezas.

• Los nitruros se encuentran en los espacios intercristalinos del acero (extraordinaria dureza).

• Se utiliza para piezas sometidas a desgaste, a corrosión o fatiga.

Proceso de nitruración 1. Se introducen en hornos especiales, exponiéndolas a corrientes de amoniaco (500–520ºC) durante 40 a 90 horas según espesor.

2. El amoniaco se descompone formando nitrógeno atómico que es absorbido por el acero.

3. No necesita tratamiento posterior de templado, aunque si al inicio del proceso.

4. Frente a la cementación se consigue mejores características mecánicas.

–

Espesores de capa nitrurada: 0.2 a 0.8 mm.

CIANURACIÓN • Su finalidad es crear aumentara la cantidad de carbono y nitrógeno en las capas superficiales de las piezas.

• Se consigue aumento de resistencia y dureza al desgaste.

• Se utiliza para pequeñas piezas de bajo contenido en carbono.

Proceso de cianuración 1. Se introducen en un baño salino de cianatos y carbonato sódico, a temperatura de 850 ºC y durante 1 hora de permanencia.

2. Durante el proceso, el cianuro se descompone en nitrógeno atómico y de los sales el carbono.

3. Después de la cianuración se enfría al agua o al aire.

4. Posteriormente se realiza un revenido.

CARBONITURACIÓN • Tratamiento que combina la cementación y nitruración.

• A 700 º con atmósfera de amoniaco, hidrocarburo y óxido de nitrógeno, durante varias horas.

• Para piezas de aceros ordinarios de poco espesor.

PAVONADO El pavonado consiste en la aplicación de una capa superficial de óxido abrillantado, compuesto principalmente por óxido férrico (Fe2O3) de color azulado, negro o café, con el que se cubren las piezas de acero para mejorar su aspecto y evitar su corrosión.

TRATAMIENTOS MECÁNICOS MEJORAN LAS CARACTERÍSTICAS METÁLICAS POR DEFORMACIÓN EN CALIENTE O EN FRÍO CALIENTE: FORJA. AFINA EL GRANO, ELIMINA SOPLADURAS Y CAVIDADES

FRÍO: DEFORMACIÓN POR TREFILADO, LAMINACIÓN O GOLPEO A T AMBIENTE

AUMENTA LA DUREZA Y RESISTENCIA DISMINUYE LA PLASTICIDAD Y DUCTILIDAD