REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR

PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓNINGENIERÍA MECÁNICA

TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES SECCIÓN M-02

INTEGRANTES:

RONDON GABRIEL

ABRIL DEL 2010

ÍNDICE

PAG.

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………….3

RECOCIDO EN CAMPANA DE ACERO

RECOCIDO

Recocido total……………………………………………………………..…..4

Recocido de relevado de esfuerzos………………………………….…..…..5-

6

Recocido de proceso………………………………………………………...7-8

-Rapidez de enfriamiento…………………………………………..……………….8-9

INSTALACIONES PARA TRATAMIENTOS TÉRMICOS……………..…..9-13

-Influencia del laminado en frío en el acero……………...………………………….14

-Hornos de campana para lámina en frío………………………………………...14-15

-Características fundamentales de los hornos de campana……………………...…...15

-Generalidades……………………………………………………………….………16

-Funcionamiento……………………………………………………….…………….17

-Sistema de horno con campana patentado………………………………………17-18

CONCLUSIÓN………………………………………………………………………19

2

REFERENCIAS ELECTRÓNICAS………………………………………………...20

INTRODUCCIÓN

Los materiales que se utilizan en la industria, están identificados muchos de

ellos por las mejoras que les realizan la empresa siderúrgica o productora del

material. No solo es producir la aleación del material como el acero y llevarlo a uso

industrial, siempre en necesario hacerle un tratamiento que tienen como finalidad

mejorar las propiedades obteniéndose un mejor rendimiento siendo beneficioso para

el consumidor. El recocido en un tratamiento que mejora propiedades de un material,

realizándose de muchas maneras siempre con el mismo principio del aumento y

disminución de temperatura, que dan como finalidad el propósito deseado, obtener un

material con propiedades como , tenacidad y mecanizado capases de soportar los

diseños de ingeniería.

El recocido en un horno de campana forma parte de ese grupo que permite

obtener el fin deseado de todo recocido, su forma de campana permite identificarlo

como equipo industrial encargado del recodito en horno de campana hallándose en la

industria no solo en forme de campana sino también en forma rectangular.

3

RECOCIDO EN CAMPANA DE ACERO

Recocido

El tratamiento térmico del hierro y del acero conocido generalmente como

recocido puede dividirse en varios procesos diferentes: recocido total,

normalización, recocido de esferoidización, disminución de esfuerzos (recocido) y

recocido de proceso.

Recocido total

El recocido total se utiliza para ablandar completamente un acero

endurecido, por lo general, con el fin de maquinar con más facilidad los aceros para

herramientas que tienen más de 0.8 % de carbono. Los aceros de menor contenido de

carbono se recocen también con otros propósitos. El recocido total se realiza

calentando la parte en un horno hasta 50 °F (28 °C) arriba de la temperatura crítica

superior (figura 1) y luego enfriándola muy lentamente en el horno o en un material

aislante. (Nota: Una temperatura especificada de 50 °F sería de 10 °C, pero si se

trata de un cambio en la temperatura, la diferencia sería de 28 °C). Ejemplo: 1

500 °F menos 1 500 °F = 50 °F y 843.3 °C menos 815.5 °C = 27.8 °C). Por medio de este

proceso, la microestructura se vuelve perlita y ferrita gruesa, la cual es bastante

blanda para maquinarse. Es necesario calentar a una temperatura más alta que la

crítica, como en el recocido total, con el fin de recristalizar los granos que

contienen los carburos de hierro (perlita y martensita) en aceros de bajo carbono y

volver a formar los nuevos granos, completamente blandos a partir de los antiguos

duros (figuras 2a y 2b). Sin embargo, los granos de ferrita tensionados y deformados

recristalizarán por debajo de la temperatura crítica a alrededor de 900 °F (482 °C) y

se transformarán en granos completamente blandos.

4

Recocido de relevado de esfuerzos

El recocido de relevado de esfuerzos es un proceso por el cual se

recalientan los aceros al bajo carbono hasta 950 °F (510 °C). Mediante este

proceso se eliminan los esfuerzos de los granos de ferrita (principalmente hierro

puro) debidos a operaciones de trabajo en frío del acero tales como laminado

prensado, soldadura, conformado o estirado. Los granos distorsionados vuelven a

formarse o recristalizan en unos nuevos más blandos.

Figura 4. Comparación de la acción cortante entre los aceros al carbono

esferoidizados y normales (Machine Tools and Machining Practices).

5

Este tratamiento no afecta a los granos de perlita y algunas otras formas de

carburo de hierro, al menos que se efectúe a la temperatura de esferoidización y

se mantenga el tiempo suficiente como para que se lleve a cabo la esferoidización.

A menudo, la eliminación de esfuerzos se utiliza sobre soldaduras porque la

temperatura más baja limita la cantidad de distorsión debida al calentamiento. Por

ejemplo, el recocido total puede distorsionar considerablemente al acero.

Recocido de proceso

6

FIGURA 5. Acero SAE 1090 esferoidizado. El maquinado es mucho más fácil en esta condición que cuando el acero está normalizado o con recocido total (500X).

El recocido de proceso (para recristalización después del trabajo en frío) es

esencialmente el mismo que el recocido de relevado de esfuerzos. Se realiza a las

mismas temperaturas y con los aceros al bajo y medio carbono. En la industria de

los alambres y de las láminas de acero, el término se utiliza para designar los

procesos de recocido que se usan en los procesos de laminado en frío o de

estirado de alambre (trefilado) y en aquellos que se utilizan para relevar los

esfuerzos residuales cuando sea necesario. El alambre y otros productos metálicos

que deben conformarse y volverse a conformar en forma continua se volverían

demasiado frágiles para continuar después de cierto grado de conformado. El

recocido, entre varias operaciones de trabajo en frío, vuelve a formar los granos

hasta la condición original de blandos y dúctiles, de modo que pueda continuar el

trabajo en frío. Algunas veces, el recocido de proceso se conoce como recocido

brillante y se lleva a cabo usualmente en un recipiente cerrado provisto de gas

inerte para prevenir la oxidación de la superficie. En el recocido de proceso no

ocurren transformaciones de fase debido a que la temperatura está por debajo de A-i.

7

Rapidez de enfriamiento

Cuando más lento sea el

enfriamiento al recocer los

aceros al carbono, mayor será el tiempo al cual se puede formar la perlita

gruesa, y por tanto, el acero será más blando. Las estufas u hornos especiales

para recocido pueden producir resultados exactos, pero en el taller promedio

pueden utilizarse otros métodos. El recocido total puede realizarse en un horno de

tratamiento térmico si se calienta el metal hasta la temperatura de recocido y si se

mantiene ahí durante una hora por cada pulgada de sección y luego se apaga el

horno y se deja enfriar con la pieza dentro de él. Por lo general, los ladrillos del

horno calientes retienen suficiente calor como para que la temperatura baje

lentamente, lo suficiente para recocer la mayoría de los aceros para herramientas.

También el recocido por esferoidización puede realizarse en un horno de tratamiento

térmico. Entre otros métodos que se pueden usar para facilitar el enfriamiento

muy lento de los metales que se calientan a la temperatura de recocido está el que

consiste en sepultar el metal caliente en arena seca, cenizas o caliza.

Las soldaduras pueden cubrirse con capas térmicas (resistentes al calor) y

luego calentarse con sopletes de propano para realizar la eliminación de esfuerzos.

En este caso, la temperatura debe aumentarse quizá a 1 000 °F (537.7 °C), que es

la temperatura de recristalización de una soldadura de acero. Usualmente, la

velocidad de enfriamiento no es un factor crítico para las temperaturas de

recristalización que se indican en la tabla 1.

Tabla 1 Temperaturas de recristalización de algunos metales

metales

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MetalTemperatura de

Aluminio de 99.999% de pureza 175Bronce al aluminio 660Cobre berilio 900Latón de cartucho 660Cobre de 99.999% de pureza 250Plomo 25Magnesio de 99.999% de pureza 150Aleaciones de magnesio 350Metal monel 100Níquel de 99.999% de pureza 700Acero al bajo carbono 1000Estaño 25Zinc 50

INSTALACIONES PARA TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Para atender las distintas necesidades que plantean los diferentes tipos de

tratamiento térmico se han desarrollado una gran variedad de maquinas generadoras

de calor. Una clasificación básica de los hornos en dividirlos en hornos intermitentes

y hornos continuos. Los primeros son aquellos en cuyo interior las piezas se

mantienen inmóviles mientras permanecen en ellos y pueden ser horizontales o

verticales. Los hornos continuos de diseñan para que la piezas entren y salgan de ellos

una por una, a una velocidad prefijada que se acomoda a otras operaciones continuas

de la frecuencia de fabricación.

Los hornos intermitentes horizontales se llaman, a bases, hornos de cofre,

porque su semejanza con los cofres o cajas fuertes rectangulares, como vemos en la

figura 1, están dotadas de una puerta o un extremo para facilitar la introducción y la

extracción de cargas como fuentes térmicas emplea gas o electricidad.

9

Horno horizontal

Para piezas grades o largas se emplean hornos de solera móvil, como en la

figura 2 en estos la carga se coloca sobre una plataforma con ruedas de piso

refractario que luego se introduce en el horno a través de unas puertas de gran

tamaño.

Horno de solera

Los hornos horizontales se construyen con relativa facilidad en todos los

tamaños, son fácilmente aislables y tienen un buen rendimiento térmico. Pero es

difícil tratar en ellos piezas largas y esbeltas a causa de los alabeos y sobre

torcionamientos que sobre vienen casi siempre para estos trabajos se han diseñando

los hornos de fosa como el de la figura 3. Son estas cámaras cilíndricas empotradas

en el suelo con una tapa en la parte superior, desplazable lateralmente para admitir la

pieza, la cual queda suspendida en su interior; de este modo, es menos probable que

se distorsionen las piezas. Estos hornos sirven también para calentar cargas de piezas

pequeñas, las cuales e colocan es cestos que se introducen en su interior.

10

Horno de fosa

La figura 4 tenemos un horno de campana. En este tipo de horno, las piezas

quedan encerradas en una cámara sin fondo, que se hace decender sobre la carga.

Durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento suelen emplearse una bóveda

interna que estanca el aire que contiene una atmosfera protectora para evitar la

formación de instrucciones y la decoloración superficial.

Horno de campana

Calentada la carga se iza el horno y se traslada a otra fase del proceso,

mientras la bóveda interna retiene la atmosfera controlada durante el enfriamiento. Si

se desea que el enfriamiento sea mas lento, puede colocarse una cubierta aislada

11

sobre las piezas calientes como cuando se recueces cargas grandes de acero u otros

metales.

El horno elevador es un horno de campana modificado, en el cual la campana

permanece inmóvil y la carga se eleva par su interior mediante una plataforma móvil

que constituye el suelo del horno. Hay una variante muy interesante de este horno,

dotado en tres posiciones en vertical. En la posición central se hace la carga. En la

posición superior, la carga esta en el horno de campana, y en la inferior en un tanque

de enfriamiento rápido. Estos hornos se emplean cuando las cargas deben enfriarse lo

antes posible a su salida del horno.

Los hornos continuos están habitualmente equipados con algún mecanismo

transportador, sobre el que se cargan las piezas una por una, para que entren en la

instalación, la atraviesen y salgan de ella a velocidad controlada. El transportador

puede disponerse de modo que cada pieza caiga a un tanque de enfriamiento rápido

para permitir su tratamiento. Se trata de hornos de tratamiento excelentes, pues en

ellos pueden llevarse a cabo en calentamiento, permanencia y enfriamiento, rápido o

no, de naturaleza complicada; y ello de manera exacta y repetitiva con bajos costos de

mano de obra. Los hornos continuos circulares, donde las piezas se desplazan sobre

una solera rotatoria, resultan cómodos cuando un único puesto de trabajo se encarga

de la carga y la descarga.

Casi todos los hornos mencionados aquí, si se diseñan correctamente, pueden

trabajar con atmósferas de gas artificial, lo que sirve para evitar la formación de

cascarilla y las decoloraciones, impide la descarburación, o aporta carbono o

nitrógeno para modificar las características superficiales. En su mayoría, las

atmósferas, de los hornos se generan a partir de gas natural. Sin embargo, a causa de

la escasez de combustible y energética, son muchos los industriales que han

descubierto que las atmósferas de base nitrógeno ofrecen la posibilidad de ahorrar

costos y energía, aumentar la seguridad del personal y disminuir la contaminación

ambiental.

12

Los hornos de baño de sales se emplean a menudo en los casos en que es

preferible un calefactor líquido o uno gaseoso. En algunos tipos se emplean una sal

eléctricamente conductora, la cual es calentada por una corriente eléctrica que pasa

entre dos electrodos suspendidos en el baño; en estos casos, la misma corriente

eléctrica hace circular el líquido, y así se mantiene uniforme la temperatura. Cuando

se emplean sales no conductoras, estas se calientan mediante un calentador sumergido

en ellas eligiendo convenientemente, un baño de sales puede también deparar

protección contra la descarburación o a la incrustación. Un horno similar es el caldero

de plomo, en el cual plomo fundido reemplaza a la sal licuada como medio calefactor.

Las velocidades de calentamiento de los hornos de atmósfera gaseosa pueden hacerse

comparables a lo de los baños líquidos incorporándoles la idea de lecho fluidizado.

En estos hornos se emplea un recipiente de partículas inertes móviles, de oxido de

aluminio, por ejemplo, las cuales se calientan y fruidizan (suspenden) en una

corriente de gas. Los artículos a calentar se sumergen directamente en el lecho. En

este proceso puede usarse un gas fluidizador cualquiera y el se han observado unas

velocidades de transmisión de calor elevados, altos rendimientos térmicos y bajos

consumos de combustible.

El calentamiento por inducción eléctrica ha simplificado gran cantidad de

operaciones da tratamiento. Permite calentar y templar en profundidad piezas

pequeñas, al igual que en cualquier tipo de horno. También facilitara el temple

heterogéneo o localizado, así como el endurecimiento superficial, a gran velocidad de

producción. Además, un dispositivo de inducción normal puede adaptarse a una

amplia variedad de productos sin más que cambiar la bobina y ajustar los mandos de

la instalación.

Influencia del laminado en frío en el acero

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El proceso de laminación en frío distorsiona la microestructura del acero

haciéndola muy frágil y dura, de manera que el material se debe someter a un

tratamiento térmico de recocido que la regenere y restablezca la ductilidad del acero

para hacerlo trabajable en las siguientes etapas.

El proceso de recocido puede realizarse en hornos en continuo o en hornos de

campana o en hornos de cámara abierta que se diferencian en la temperatura máxima

a que debe calentarse el acero y en las condiciones o velocidades de enfriamiento del

proceso.

El material entra a estos hornos a temperatura ambiente y es calentado

lentamente aproximadamente a 700-750° C.

Hornos de campana para lámina en frío

Los hornos de campana usados generalmente en el recocido de la Lámina en

Frío son hornos que están compuestos de una base sobre la que se coloca el material,

una cubierta metálica de protección y otra cubierta móvil o campana, provista de los

elementos calefactores que cubre todo el conjunto. El cierre de esta cubierta con la

base es hermético pues el recocido debe hacerse en atmósfera controlada,

introduciendo un gas inerte como el hidrógeno en la campana por un dispositivo

adecuado que generalmente traen estos hornos. El calentamiento puede hacerse por

medio de tubos radiantes colocados en la pared interior de la campana o por fuego

directo de quemadores situados sobre la base.

Específicamente en esta etapa de recocido en campana se utilizan bases de

recocido de alta convección térmica. Los rollos de acero se apilan con el eje vertical

sobre esta base y se confinan en una atmósfera reductora con un contenido 100%

hidrógeno dentro de una campana protectora con sellado hermético.

Posteriormente se coloca una campana de calentamiento a gas durante

aproximadamente 17 horas; una vez se ha cumplido el tiempo necesario sosteniendo

14

la temperatura de recocido (650-700° C) se retira la campana de calentamiento y se

coloca la de enfriamiento por aire y agua durante un período aproximado de 17 horas.

Terminado el ciclo de enfriamiento, se retiran las campanas de enfriamiento y de

protección y se trasladan los rollos de acero ya recocidos a la línea de laminación para

realizar un acondicionamiento superficial.

Características fundamentales de los hornos de campana

La característica fundamental de los hornos de campana es la disposición de

los elementos de calentamiento en una cámara vertical, aislada térmicamente, que se

eleva y traslada entre varias posiciones fijas de cargas denominadas bases de trabajo.

Una instalación de hornos de cámara consta esencialmente de campanas y

bases de trabajo y como elementos auxiliares: campanas protectoras, campanas de

enfriamiento, contenedores de carga y equipos de control de atmosfera controlada.

Horno de campana marca RAD-CON

Generalidades

15

La campana calefactora puede ser circular para tratamiento de bobina, rallos,

piezas en contenedores cilíndricos, etc. O rectangular para tratamiento de hojas

apiladas o varias pilas de bobinas circulares (hornos múltiplas).

El calentamiento puede realizarte por resistencia eléctrica dispuesta en las

paredes laterales de la campana, distribución en una o varias zonas, o por

quemadores de gasóleo o gas combustible. En este caso el calentamiento puede

ser:

- Directo, mediante quemadores radiantes de llama plana o tangencial

dispuestos en la parte inferior.

- Indirecto, por tubos radiantes dispuestos en las paredes laterales de la

campana.

La regulación de temperatura suele ser normalmente doble con termopares en

la campana calefactora para limitar la temperatura de las resistencias, de los

tubos radiantes o de los humos y termopares en la base de trabajo para

controlar la temperatura de carga, y, por o tanto, la de tratamiento.

La salida de humos en los hornos de llamas se realiza bien al final de los tubos

radiantes a media altura de horno o bien por conductos situados en las paredes

laterales próximas a la bóveda donde es fácil instalar recuperadores de calor

para precalentar el aire de combustión.

Cuando la temperatura de la carga es elevada (superior a 900-959 °C),

normalmente las bases de trabajo no disponen de ventiladores de recirculación

de la atmosfera, realizándose el calentamiento únicamente por radiación. Si la

temperatura de tratamiento de la carga es baja (600 a 900 °C), es mucho mas

frecuente que las bases de trabajo dispongan de ventiladores de recirculación de

16

la atmosfera para reducir el tiempo de calentamiento y uniformizar la atmosfera

en el interior del horno.

Funcionamiento

La duración de los ciclos de tratamiento, varia según la carga y el proceso y

puede ser de unas horas a varios días, por lo que normalmente el

funcionamiento es continuo de 24 horas/día y 30 días/mes, si la producción

requerida es suficiente.

Si la por base es de 40 T y el numero de campanas calefactores es de N, la

producción máxima es: P= 40T/30 horas x N campanas = 1.3 N y el número

mínimo de bases es n= 84/30= 2.8.

Sistema de horno con campana patentado.

La presente invención se refiere a un sistema de horno con campana para

recocer rollos o carretes metálicos (7), que tiene una subestructura de recocido (1) la

cual está asentada sobre una base del horno y sobre la cual al menos un rollo o carrete

metálico (7) puede ser colocado con su eje de arrollamiento vertical, y que tiene una

cubierta o sombrerete de recocido (10), la cual puede ser colocada de una manera

sellante sobre la subestructura de recocido (1) y sobre la cual se puede colocar una

cubierta o sombrerete de calentamiento (11) o alternativamente una cubierta o

sombrerete de enfriamiento, en donde al menos un eje (6) que se extiende normal a la

superficie base de la subestructura de recocido (1) está montado sobre la

subestructura de recocido, en donde la subestructura de recocido (1), incluyendo la

cubierta o sombrerete de recocido (10) y el carrete o carretes metálicos (7), está

montado de tal manera que sea inclinable 90º entre una posición vertical y una

posición horizontal, en donde la cubierta o sombrerete de recocido (10) puede ser

colocado sobre la subestructura de recocido (1) y removido de esta última en su

posición horizontal, en donde tanto la cubierta o sombrerete de calentamiento (11)

17

como la cubierta o sombrerete de enfriamiento son provistos lateralmente con medios

de abertura y cierre, ocasionando una abertura la cual permite el acceso a través de la

cubierta o sombrerete de recocido (10), y en donde tanto la cubierta o sombrerete de

calentamiento (11) como la cubierta o sombrerete de enfriamiento pueden ser

movidos en una posición vertical horizontalmente con relación a la cubierta o

sombrerete de recocido (10).

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CONCLUSIÓN

El recocido es un tipo de tratamiento térmico que mejora las propiedades de

un material, se realiza con muchos equipos industriales, donde, lo principal es colocar

un material dentro de una bóveda u hornos.

Una clasificación básica de los hornos en dividirlos en hornos intermitentes y

hornos continuos. Los primeros son aquellos en cuyo interior las piezas se mantienen

inmóviles mientras permanecen en ellos y pueden ser horizontales o verticales. Los

hornos continuos de diseñan para que la piezas entren y salgan de ellos una por una, a

una velocidad prefijada que se acomoda a otras operaciones continuas de la

frecuencia de fabricación.

La bóveda llamada horno de campana consiste en envolver el material con una

campana. Durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento suelen emplearse una

bóveda interna que estanca el aire que contiene una atmosfera protectora para evitar

la formación de instrucciones y la decoloración superficial.

Calentada la carga se iza el horno y se traslada a otra fase del proceso,

mientras la bóveda interna retiene la atmosfera controlada durante el enfriamiento. Si

se desea que el enfriamiento sea mas lento, puede colocarse una cubierta aislada

sobre las piezas calientes como cuando se recueces cargas grandes de acero u otros

metales.

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REFERENCIAS ELECTRÓNICAS

Paginas Web:

http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/371005/371005_ee.htm#Etapa de

Recocido.

http://es.wikipedia.org/wiki/Recocido

http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/3854/2/

Hornos_de_campana.pdf

http://www.patentesonline.com.mx/sistema-de-horno-con-campana-70150.html

Libros digitales

Materiales y Proceso de Fabricación

Volumen 1

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J.T. BLACK

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SEGUNDA EDICION

PAG: 188-192

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