Clase 9 tratamiento térmico del acero
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TRATAMIENTO TERMICO Lima, mayo del 2014 Dr. Ingº FORTUNATO ALVA DAVILA
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TRATAMIENTO TERMICO
Lima, mayo del 2014
Dr. Ingº FORTUNATO ALVA DAVILA
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico, consiste en calentar el acero a
una determinada temperatura, mantenerlo a esta
temperatura durante un cierto tiempo hasta que se
forme la estructura deseada y luego enfriarlo a la
velocidad conveniente.
Los factores temperatura-tiempo deben ser muy bien
estudiados dependiendo del material, tamaño y forma
de la pieza.
Logra modificar microscópicamente la estructura
interna de los metales, produciéndose
transformaciones de tipo físico, cambios de
composición y propiedades, permitiéndonos conseguir
los siguientes objetivos:
Estructura de mejor dureza y maquinabilidad.
Eliminar las tensiones internas y evitar
deformaciones después del mecanizado.
Estructura más homogénea.
Máxima dureza y resistencia posible.
Variar algunas de las propiedades físicas.
Tratamiento térmico
Estos procesos consisten en el calentamiento y
enfriamiento de un metal en su estado sólido para
cambiar sus propiedades físicas.
Con el tratamiento térmico adecuado se pueden:
Reducir los esfuerzos internos,
Disminuir el tamaño del grano,
Incrementar la tenacidad o producir una
superficie dura con parte interior dúctil.
Tratamiento Térmico
Tratamiento Térmico
Para conocer a qué temperatura debe elevarse el
metal para que se reciba un tratamiento térmico es
recomendable contar con los diagramas de cambio de
fases como el de hierro – hierro – carbono.
En este tipo de diagramas se especifican las
temperaturas en las que suceden los cambios de fase
(cambios de estructura cristalina), dependiendo
de los materiales diluidos.
Los principales tratamientos térmicos son:
Tratamiento térmico
TEMPLE
Su finalidad es aumentar la dureza y la
resistencia del acero.
Se calienta el acero a una temperatura
ligeramente más elevada que la crítica
superior (entre 900ºC – 950º C) y,
Luego, se enfría más o menos rápidamente
en un medio como el agua, aceite, etc.
Al elevar la temperatura del acero, la ferrita y la
perlita se transforman en austenita, que tiene la
propiedad de disolver todo el carbono libre presente en
el metal.
Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a
convertirse en ferrita y en perlita.
Si el enfriamiento es repentino, la austenita se
convierte en martensita, de dureza similar a la
ferrita, pero con carbono en disolución sólida.
TEMPLE
REVENIDO
d) Consiste en calentar las piezas a una temperatura
inferior a la del temple, para que la martensita se
transforme en una estructura más estable,
terminando con un enfriamiento rápido, dependiendo
del tipo de material.
La temperatura y el tiempo de calentamiento son
los factores que más influyen en el resultado del
revenido.
Sólo se aplica a aceros previamente templados, para
disminuir ligeramente los efectos del temple.
El revenido consigue:
Disminuir la dureza y resistencia de los aceros
templados,
Eliminar la fragilidad y las tensiones creadas en el
temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con
la dureza y resistencia deseada.
REVENIDO
rU
rU
Consiste básicamente en un calentamiento hasta
temperatura de austenización (800ºC – 925ºC)
seguido de un enfriamiento lento.
El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos
internos y ablandar el acero.
El proceso consiste en calentar al acero por arriba de
su temperatura crítica y dejarlo enfriar con lentitud en
el horno cerrado o envuelto en ceniza, cal, asbesto,
etc.
RECOCIDO
-
Con el recocido se logra:
Eliminar las tensiones internas
Incrementar la plasticidad, la ductilidad y la tenacidad
Aumentar la elasticidad, mientras que disminuye
la dureza.
También facilita el mecanizado de las piezas al
homogeneizar la estructura, afinar el grano y
ablandar el material, eliminando la acritud que
produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
RECOCIDO
NORMALIZADO
Tiene por objeto:
Dejar un material en estado normal, es decir,
con ausencia de tensiones internas y con una
distribución uniforme del carbono.
Se suele emplear como tratamiento previo al
temple y al revenido
Pueden ser de calentamiento total o parcial. Los primeros son:
Hornos semimuflas: son aquellos en los cuales la llama entra dentro de la cámara donde se encuentra la pieza.
Hornos muflas: la llama rodea por fuera la cámara de la pieza.
Hornos de sales: en estos hornos, la pieza se sumerge en un baño de sales fundidas.
Hornos de atmósfera controlada: la cámara que contiene la pieza es hermética y en su interior encontramos una atmósfera gaseosa.
EQUIPOS DE CALENTAMIENTO
ENDURECIMIENTO DEL ACERO
Consiste en el calentamiento del metal a la
temperatura correcta y luego enfriarlo con agua,
aceite, aire o en una cámara refrigerada.
El endurecimiento produce una estructura granular
fina que aumenta la resistencia a la tracción y
disminuye la ductilidad. Cuando se calienta el acero
la perlita se combina con la ferrita, lo que produce
una estructura de grano fino llamada austenita.
Cuando se enfría la austenita de manera brusca con
agua, aceite o aire, se transforma en martensita,
material que es muy duro y frágil.
Los cristales de acero que sufren transformaciones durante un tratamiento térmico
Austenita. Si al acero lo calentamos a 1 000º C, y lo
enfriamos rápidamente, uno de los cristales que
obtenemos es la austenita.
Es una solución sólida de carburo de hierro, dúctil y
tenaz, blanda, poco magnética y resistente al
desgaste.
Bainita. Es una mezcla difusa de ferrita y cementita,
que se obtiene al transformar isotérmicamente la
austenita a una temperatura de 250º – 500º C.
δ
Los cristales de acero que sufren transformaciones durante un tratamiento térmico
Martensita. Es el constituyente de los aceros
cuando están templados, es magnética y después
de la cementita es el componente más duro del
acero.
Ferrita. Es hierro casi puro con impurezas de silicio
y fósforo (Si-P). Es el componente básico del
acero.
Cementita. Es el componente más duro de
los aceros con dureza superior a 60HRc con
moléculas muy cristalizadas y por consiguiente
frágil.
Perlita. Compuesto formado por ferrita y
cementita.
Los cristales de acero que sufren transformaciones durante un tratamiento térmico
TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS DEL ACERO
Se efectúa en aceros con menos del 0,30 % C
En el caso de los tratamientos termoquímicos:
Se producen cambios en la estructura del acero, y
en su composición química, añadiendo diferentes
productos químicos durante el proceso del tratamiento.
Se consigue aumentar la dureza superficial de
los componentes dejando el núcleo más blando y
flexible.
Requieren el uso de calentamiento y enfriamiento
en atmósferas especiales. Estos son:
Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero
dulce1, aumentando la concentración de carbono en la
superficie.
El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono
de la zona periférica, obteniéndose después, por
medio de temples y revenidos, una gran dureza
superficial, resistencia al desgaste y buena
tenacidad en el núcleo.
1(ACERO con el 0,15%C y 0,25%C; es casi hierro
puro, de gran ductilidad y resistencia a la corrosión)
CEMENTACION
NITRURACIÓN
Al igual que la cementación, aumenta la dureza
superficial, aunque lo hace en mayor medida,
incorporando nitrógeno en la composición de la
superficie de la pieza.
Se logra calentando el acero a temperaturas
comprendidas entre 400ºC y 525º C, dentro de una
corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.
CIANURACIÓN
Consiste en endurecer la superficie exterior de las
piezas introduciendo carbono y nitrógeno.
Se cementa colocando las piezas en baños de mezclas
de sales fundidas, (cianuro HCN, carbonato de
sodio, HCN), el carbono difunde desde el baño
hacia el interior del metal. Produce una capa más
profunda, más rica en C y menos N. Sus ventajas
son:
Eliminación de oxidación,
Profundidad de la superficie dura y
Contenido de Carbono uniformes y
Gran rapidez de penetración.
CEMENTADO
Consiste en el endurecimiento de la superficie
externa del acero al bajo carbono, quedando el
núcleo blando y dúctil.
El carbono es el que genera la dureza en los aceros, en
el método de cementado se tiene la posibilidad de
aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo
contenido de carbono antes de ser endurecido.
El carbono se agrega al calentar al acero a su
temperatura crítica, mientras se encuentra en contacto
con un material carbonoso
Los tres métodos de cementación más comunes son:
Cajas para carburación,
Baño líquido y
Gas.
La cementación se aplica a piezas que deben de ser:
Resistentes al desgaste y a los golpes.
Dureza superficial y resistencia.
La temperatura usual de cementación es cercana a los
950ºC y la profundidad de este tratamiento depende
del tiempo y de la dureza deseada. Una vez obtenida la
capa exterior rica en C, se endurece por temple.
CEMENTADO
CEMENTACIÓN
Características de la cementación
Endurece la superficie
No afecta al corazón de la pieza
Aumenta el carbono de la superficie
Se coloca la superficie en contacto con polvos de
cementar ( Productos cementantes)
El enfriamiento es lento y se hace necesario un
tratamiento térmico posterior
Los engranajes suelen ser piezas que se cementan
EQUIPOS PARA CEMENTACIÓN
Cajas: Se cementa con mezcla cementante que rodea a
la pieza en un recipiente cerrado, el cual se calienta a la
temperatura adecuada durante el tiempo requerido y
luego se enfría con lentitud.
Este equipo no se presta para alta producción, siendo
sus principales ventajas su economía, eficiencia y la
no necesidad de una atmósfera preparada. En realidad,
el agente cementante, son los gases que esta pasta que
rodea al material desprende cuando se calienta en el
horno
EQUIPOS PARA CEMENTACIÓN
Gas: es más eficiente que el anterior, los ciclos son más
controlados, el calentamiento es más uniforme, es más
limpio y requiere de menos espacio.
La pieza se calienta en contacto con CO y/o un
hidrocarburo, por ejemplo alguna mezcla de gases que
contengo butano, propano o metano, que fácilmente se
descompone a la temperatura de cementación. El gas
tiene una composición típica de: CO 20%, H2 40% y N2
40%, pudiendo modificarse la composición de éste para
controlar el potencial de Carbono.
EQUIPOS PARA CEMENTACIÓN
