Normalizado y Temple

“Tecnología de los Materiales”

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

INTRODUCCION

El cambio o la modificación de las propiedades de un material con el calentamiento y enfriamiento controlado se denominada Tratamiento Térmico y es un termino genérico que incluye los procesos de reblandecimiento, endurecimiento y tratamiento de superficies.

TIPOS DE TRATAMIENTO TERMICO

Los tratamientos térmicos más importantes son: temple, recocido, revenido y normalizado . Con su aplicación se consiguen estructuras más blandas y más mecanizables, con mayor dureza y resistencia. Otro aspecto que mejoran es la homogeneización de la estructura, estos son utilizados en distintas situaciones dependiendo el interés que se tenga como por ejemplo:

•En el reblandecimiento se utiliza los procesos de liberar esfuerzos, el recocido, la normalización y el esferoidizacion.

•En el endurecimiento abarca procesos como templado de martensinta, templado de austenita y endurecimiento en si.

•Entre los procesos para tratamiento de superficie se cuentan nitruración, cianuracion, carburación y endurecimiento por inducción y a la flama.

TempleDefinición: Este tratamiento térmico se caracteriza por enfriamientos rápidos (continuos o escalonados) en un medio adecuado: agua, aceite o aire, para transformar la austenita en martensita.

Mediante el temple se consigue: Aumentar la dureza y la resistencia mecánica.Disminuir la tenacidad (aumento de la fragilidad). Disminuir el alargamiento unitario. Modificar algunas propiedades eléctricas, magnéticas y químicas.

En el temple se realiza siguiendo los siguientes pasos: 1.Calentamiento del metal: Se

realiza en horno, siendo lento al hasta los 500ºC y rápido hasta la temperatura de temple, por encima de A 3 si el acero es hipoeutectoide, y por encima de A 1 si el acero es eutectoide o hipereutectoide.

2. Homogeneización de la temperatura: Se mantiene a la temperatura de temple durante un determinado tiempo a la pieza para que se homogenice en todo el volumen de la pieza a templar. Este tiempo se estima experimentalmente para cada pieza, aunque se puede calcular aproximadamente

3.- Enfriamiento rápido: Se saca la pieza del horno y se enfría el material en un fluido denominado medio de temple a una velocidad superior a la crítica de temple con objeto de obtener una estructura martensítica, y así mejorar la dureza y resistencia del acero El medio de temple puede ser:

AGUA ACEITE AIREo Temples muy severos

(enfriamientos muy rápidos).

o El agua no debe sobrepasar los 30º.

o Agitación de las piezaso Aceros poco Carbono

• Agua : es el medio más económico y antiguo. Se consiguen buenos temples con aceros al carbono. Las piezas se agitan dentro del agua para eliminar las burbujas de gas.

o Temples intermedios.o Agitación de las piezas.o Aceros aleados o alto

contenido en Carbono.

• Aceite : enfría más lentamente que el agua.

o Temple lento.o Aceros aleados o alto

contenido en Carbono.

• Aire : se enfrían las piezas con corrientes de aire. Se utiliza para los denominadas aceros rápidos.

Tipos de temple 1. Temple continuo de austenización completa: Se aplica a los

aceros hipoeutectoides. Se calienta el material a 50ºC por encima de la temperatura crítica superior A 3, enfriándose en el medio adecuado para obtener martensita.

2. Temple continuo de austenización incompleta: Se aplica a los aceros hipereutectoides. Se calienta el material hasta AC1 + 50ºC, transformándose la perlita en austenita y dejando la cementita intacta. Se enfría a temperatura superior a la crítica, con lo que la estructura resultante es de martensita y cementita.

3.- Temple superficial: El núcleo de la pieza permanece inalterable, blando y con buena tenacidad, y la superficie se transforma en dura y resistente al rozamiento. Con el temple superficial se consigue que solamente la zona más exterior se transforme en martensita, y para ello el tiempo durante el que se mantiene el calentamiento debe ser el adecuado para que solamente un reducido espesor de acero se transforme en austenita.

4.-Temple Escalonado (Martempering): Consiste en calentar el acero a temperatura de austenización y mantenerlo el tiempo necesario para que se transforme completamente en austenita. Posteriormente se enfría en un baño de sales bruscamente hasta una temperatura próxima pero superior, con el fin de homogeneizar la temperatura en toda la masa y se acaba reduciendo la temperatura para que toda la pieza se transforme en martensita.

TEMPLE A LA LLAMA

• La pieza permanece quieta y gira la llama

• La llama permanece quieta y gira la pieza

• Dispositivos en los que la llama y el enfriamiento se mueven hacia un lado y la pieza hacia el otro.

• Dispositivo semiautomático: calienta la pieza, se desplaza y el enfriador enfría la pieza, luego la sumerge .

• Muchas veces se usa este tratamiento por la imposibilidad de introducir una pieza en un horno. Otras veces necesitamos endurecer una zona de la pieza solamente.

• La profundidad de temple puede oscilar entre 1 y 6 mm, la dureza que se alcanza es alta.

• Depende de la forma en que se haga el enfriamiento para que se produzcan o no deformaciones.

TEMPLE POR INDUCCION

• Hace pasar una corriente eléctrica de alta frecuencia que calienta las piezas a elevadas temperatura.

• Luego se enfrían rápidamente con una ducha de agua fría.

• Este procedimiento se utiliza para endurecer superficialmente pequeñas piezas de acero, por temple en la zona periférica.

• El calentamiento por corrientes de alta frecuencia se efectúa en pocos segundos, y se puede limitar a zonas

muy especificas.

A la hora de realizar un temple, hay que tener en cuenta los siguientes factores:

i. El tamaño de la pieza, puesto que cuanto más espesor tenga la pieza más habrá que aumentar el tiempo de duración del proceso de calentamiento y de enfriamiento.

ii. La composición química del acero, ya que en general, los aceros aleados son más fácilmente templables.

iii. El tamaño del grano influye principalmente en la velocidad crítica del temple, teniendo más templabilidad el de grano grueso.

iv. El medio de enfriamiento, siendo el más adecuado para templar un acero el que consiga una velocidad de temple ligeramente superior a la crítica.

Templabilidad Se puede definir la templabilidad como la aptitud de un acero para endurecerse por formación de martensita, como consecuencia de un tratamiento térmico. Para determinar el grado de templabilidad de un acero se realiza el ensayo Jominy . El ensayo consiste en realizar el templado de una probeta de dimensiones determinadas según un proceso definido. El estudio de los resultados permite definir el comportamiento del material ante el tratamiento de temple.

DEFECTOS MAS COMUNES OCASIONADOS EN EL TEMPLE

Oxidación y Descarburaciones: Se debe al calentamiento en las atmosferas inadecuadas.

Exceso de Fragilidad: Por calentamiento a temperaturas excesivas que provocan el crecimiento del grano.

Falta de Dureza: Por calentamiento a temperaturas demasiado bajas, por descarburación superficial o por velocidades de enfriamiento superior a la critica.

Deformaciones: Por calentamiento o enfriamiento desigual de las piezas o apoyos inadecuados en el proceso.

Grietas y Roturas: Por desigual enfriamiento del nucleo y la periferia de la pieza.

DIAGRAMAS TTT• El diagrama TTT representa

las transformaciones de la austenita en perlita, bainita y martensita, en función de la velocidad de enfriamiento del material.

• Representan el tiempo necesario a cualquier Tª para que tenga lugar la transformación.

DIAGRAMAS TTT• Entre 723º y 500º se

forma perlita; entre 500ºy 225º aparece bainita; a 225º empieza la transformación instantánea de la austenita en martensita,

DIAGRAMAS TTT• CURVA EXTERIOR: Marca el inicio de la transformación

• CURVA INTERIOR: Marca el final de la transformación

• Velocidad de enfriamiento v1 : Transformación en Perlita

• Velocidad de enfriamiento v2 : Transformación en Bainita

• Velocidad de enfriamiento v3 : Transformación en Martensita

NORMALIZADOSe trata de calentar el metal hasta su austenización y posteriormente dejarlo enfriar al aire. La ventaja frente al recocido es que se obtiene una estructura granular más fina y una mayor resistencia mecánica. La desventaja es que la dureza obtenida es mayor. Mediante este proceso se consigue: •Subsanar defectos de las operaciones anteriores de la elaboración en caliente (colada, forja, laminación,…) eliminando las posibles tensiones internas.

•Preparar la estructura para las operaciones tecnológicas siguientes (por ejemplo mecanizado o temple).

El normalizado se utiliza como tratamiento previo al temple y al revenido, aunque en ocasiones puede ser un tratamiento térmico final.

En el caso de los aceros con bastante contenido en carbono y mucha templabilidad, este tratamiento puede equivaler a un temple parcial, donde aparezcan productos perlíticos y martensíticos. Para aceros con bajo contenido de carbono no aleados no existe mucha diferencia entre el normalizado y el recocido.

Cuando se trata de aceros de contenido medio en carbono (entre 0.3 – 0,5%C) la diferencia de propiedades es mayor que en el caso anterior; en general, el proceso de normalizado da más dureza.

NORMALIZADO

Se afina el acero.La Tª se realiza calentando el material a una Tª de 50ºC por encima de la Tª de austenización.Enfriamiento por aire.

NORMALIZADO DE ACERO SOBRECALENTADO

TEMPERATURAS DE NORMALIZADO Y CARACTERÍSTICAS OBTENIDAS EN ACEROS AL CARBONO DE 25 MM DE DIÁMETRO

ENFRIAMIENTO DEL NORMALIZADO

•  El propósito de la normalización es producir un acero más duro y más fuerte que con el recocido total, de manera que para algunas aplicaciones éste sea el tratamiento térmico final. Sin embargo, la normalización puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendríticas de piezas de fundición, refinar el grano y homogeneizar la micro estructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento.